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1 AUTOMAÇÃO (M323) CAPÍTULO III Sistemas Hidráulicos 2013/2014 Bibliografia Manual de Hidráulica, Parker, Edição brasileira Manual de Hidráulica, Bosch- Rexroth Manual de Hidráulica, Festo J. R. Caldas Pinto, Apresentações de Automação Industrial,, DEM/IST 2

2 Índice Introdução aos sistemas hidráulicos Vantagens e desvantagens dos sistemas hidráulicos Propriedades do óleo hidráulico Bombas, cilindros e motores Válvulas direccionais Outros componentes Circuitos it hidráulicos 3 Elementos dos sistemas hidráulicos Bomba: Bombas de deslocamento (engrenagens, palhetas, êmbolos, etc.); Distribuidor: válvulas direccionais, válvulas reguladoras de pressão, caudal, etc. Actuador: cilindros lineares, es motores, cilindros rotativos, etc. 4

3 Fluido de trabalho Óleo mineral Fluidos sintéticos (éster fosfatado, base aquosa, emulsões de água em óleo, misturas de água e glicol) Fluidos resistentes ao fogo Pressão de trabalho: 100 a 700 bar 5 Aditivos dos fluidos hidráulicos Inibidor de oxidação: reduz a reacção do óleo com o oxigénio Inibidor de corrosão: forma uma película sobre os metais que neutraliza elementos corrosivos ácidos Extrema pressão (anti-desgaste): para aplicações de alta pressão e temperatura Anti-espumante: une pequenas bolhas de ar que se desprendem e estouram 6

4 Vantagens t dos sistemas hidráulicos (I) Fácil instalação Rápida e suave inversão de movimentos Pode ser colocado em funcionamento a plena carga Boa precisão de posicionamento e de velocidade Sistemas auto-lubrificados Baixa relação peso/potência 7 Vantagens t dos sistemas hidráulicos (II) Pequena relação tamanho/potência (Nota: característica importante na aviação) Boa protecção contra situações de sobrecarga Fácil armazenamento de energia, através de acumuladores hidráulicos 8

5 Desvantagens t dos sistemas hidráulicos Elevado custo da instalação Baixo rendimento (cerca de 65 a 75%), devido às diversas transformações de energia que ocorrem no circuito (perdas de carga e fugas internas) Elevado preço do fluido de trabalho A fuga do fluido é perigosa, devido ao facto de poder causar poluição e/ou incêndio na instalação 9 Perdas nos sistemas hidráulicos Perdas de cerca de 25% em tubagens, válvulas, actuadores, bomba e respectivo motor de accionamento 10

6 Aplicações õ industriais i i (I) Indústria siderúrgica 11 Aplicações industriais (II) Máquinas- ferramentas CNC: -Fixação de peças e ferramentas -Movimentação de ferramentas 12

7 Aplicações industriais (III) Prensas de grande capacidade de carga 13 Aplicações industriais (IV) Equipamento de movimentação de terras Hidráulica móvel 14

8 Aplicações õ industriais i i (V) Equipamento portuário (gruas, pórticos) 15 Indústria naval (VI) Actuação de: Gruas Guinchos Porões Leme 16

9 Diagrama de blocos de um sistema hidráulico Neste diagrama, o bloco de procesamento de sinal tem como função comandar as válvulas de controlo do circuito 17 Diagrama de blocos (circuito anterior) Cilindro/Motor Válvulas Bomba 18

10 Sistemas Hidráulicos 19 Unidade de potência hidráulica Reservatório Bomba e motor eléctrico Manómetro Válvula de segurança Refrigerador de óleo Aquecedor q de óleo (climas frios) Filtros 20

11 Unidade de potência hidráulica 21 Unidade de potência hidráulica Diagrama da unidade de potência hidráulica 22

12 Reservatório de óleo Símbolo normalizado 23 Filtro Colocação na descarga Vantagens: Fácil acesso para manutenção Construção simples devido às baixas pressões Desvantagens: Só filtra o óleo depois deste circular na instalação 24

13 Filtro - Colocação na aspiração Vantagens: A bomba e o circuito utilizam óleo já filtrado Desvantagens: Cavitação devido a entupimentos do filtro provocados por sujidades 25 Filtro Colocação na compressão Vantagens: O circuito fica protegido do óleo com impurezas Desvantagens: Filtro mais caro devido ao facto de ter de suportar elevadas pressões 26

14 Refrigerador de óleo (água) O óleo hidráulico não deve exceder cerca de 50 a 60 ºC A temperatura de funcionamento deverá situar-se entre 35 a 45 ºC Para o efeito, utiliza-se um arrefecedor de óleo circulado a água 27 Refrigerador de óleo (ar) Em alternativa, pode utilizar-se um refrigerador de ar É mais barato e de manutenção mais simples Não é tão eficiente eo ventilador é bastante ruidoso 28

15 Resistência de aquecimento do óleo É necessário utilizar-se antes do arranque da instalação se o óleo estiver muito frio O arranque da instalação com o óleo muito frio, poderá provocar cavitação da bomba devido à elevada viscosidade do óleo 29 SIMBOLOGIA NORMALIZADA DE CIRCUITOS HIDRÁULICOS 30

16 Transferência de energia 31 Conversão de energia 32

17 Motores hidráulicos 33 Cilindros hidráulicos 34

18 Válvulas direccionais 35 Válvulas direccionais (4/3) 36

19 Actuação manual / mecânica 37 Válvulas reguladoras de pressão/caudal 38

20 Válvulas de retenção / Elementos de medição 39 BOMBAS HIDRÁULICAS 40

21 Parâmetros importantes t das bombas: b Pressão máxima Caudal máximo Cilindrada (desloc./rotação) Faixa de rotação Potência Rendimento: Rendimento volumétrico Rendimento mecânico Rendimento global Símbolo da bomba Símbolo da bomba com motor eléctrico e acoplamento 41 Bomba de carretos (débito fixo) 42

22 Bomba de carretos (débito fixo) 43 Bomba de carretos (débito fixo) 44

23 Bomba de palhetas (débito variável) 45 Bomba de palhetas (débito variável) Com o parafuso regulado, provoca-se uma excentricidade entre o anel e o rotor Assim, o líquido é bombeado b com um determinado caudal 46

24 Bomba de palhetas (débito variável) Com o parafuso recolhido, o anel está centrado relativamente ao rotor O deslocamento de líquido (caudal) é nulo 47 Bomba de palhetas (débito variável) 48

25 Exemplo l de características ti de uma bomba de palhetas (débito variável) Bomba com deslocamento entre 3 e 23 cm³/rot (caudal de 5 a 41 LPM) a 1800 RPM Rotação máxima de 4800 RPM Pressão máxima de trabalho de 175 bar e peso de 3,6 kg 49 Aplicação das bombas de palhetas de débito variável: grandes instalações hidráulicas 50

26 Bomba de êmbolos axiais i Características típicas: Bomba de débito variável de 0 a 45 cm³/rotação, peso de 11,8 kg, caudal de 75 LPM a 1800 RPM Pressão máxima contínua de 210 bar Pressão máxima intermitente de 265 bar 51 Bomba de êmbolos axiais i 52

27 Bomba de êmbolos axiais i 53 Bomba de êmbolos radiais 54

28 Bomba de êmbolos radiais i 55 Bomba de êmbolos radiais i 56

29 MOTORES HIDRÁULICOS 57 Motores hidráulicos Tem funcionamento similar ao das bombas, só que o sentido do fluido é inverso. Tem-se: Motor de engrenagens Motor de palhetas Motor de êmbolos em linha/axiais (fixo e variável) Motor de êmbolos radiais... 58

30 ACTUADORES HIDRÁULICOS 59 Actuadores: Cilindros lineares, cilindros rotativos, motores Transformam a energia do óleo sob pressão em energia mecânica Cilindro hidráulico: actuador linear Motor hidráulico: actuador rotativo 60

31 Tipos de actuadores lineares: Cilindro de acção simples Cilindro com retorno por mola Cilindro de acção dupla Cilindro de haste dupla Cilindro telescópico Cilindro duplex contínuo (Tandem) Cilindro duplex 61 Cilindro de acção simples Cilindro com retorno por mola 62

32 Cilindro de acção dupla 63 Cilindro de haste dupla 64

33 Cilindro telescópico 65 Cilindro duplex 66

34 Cilindro duplex contínuo (Tandem) 67 Cilindro com amortecimento de fim de curso 68

35 ACUMULADORES HIDRÁULICOS 69 Objectivos: Manter uma reserva de pressão hidráulica em situações de emergência Manter a pressão numa parte do sistema enquanto a bomba fornece o restante Absorver choques de bloqueios súbitos Tipos de carga: Por peso Por mola Por gás (azoto) 70

36 Acumulador hidráulico por mola 71 Acumulador hidráulico a gás (diafragma) 72

37 Acumulador hidráulico a gás (balão) 73 VÁLVULAS DE COMANDO E CONTROLO 74

38 As válvulas permitem controlar a operação do sistema hidráulico Em geral podem: Direccionar o caudal Bloquear o caudal Controlar o caudal 75 Válvulas de controlo direccional Uma parte móvel (distribuidor) permite que o caudal do fluido seja direccionado correctamente para o actuador desejado. É definida por: Número de posições Número de estados Posição normal de repouso Tipo de comando 76

39 Válvulas de controlo direccional 77 Válvulas direccionais Podem ser de 2, 3 ou mais posições. Na figura, está representada uma válvula 4/3 com duplo comando eléctrico e centragem por molas 78

40 Tipos de accionamento das válvulas l Óleo piloto rolete solenoide manual 79 Válvula operada por óleo piloto Utiliza-se uma electroválvula para comandar (pilotar) uma válvula de grandes dimensões 80

41 Válvula operada por óleo piloto Símbolo detalhado e simplificado da válvula operada por óleo piloto 81 Tipos de accionamento: simbologia ISO-CETOP 82

42 Pino de encravamento do distribuidor As válvulas com encravamento não precisam de manter as bobinas excitadas para manter a posição (válvula montada na horizontal) Uma excitação de pequena duração (0.1 s) é suficiente para efectuar o deslocamento do distribuidorib id 83 EXEMPLOS DE VÁLVULAS DE 3 ESTADOS 84

43 Válvula l com o centro fechado 85 Válvula l com centro fechado: exemplos de aplicação 86

44 Válvula com centro aberto 87 Exemplo de aplicação: válvula com centro aberto 88

45 Centro com P aberto para o tanque T ; saídas A, B bloqueadas 89 Exemplo de aplicação 90

46 Centro com P fechado e saídas A, B comunicadas para o tanque 91 Exemplo de aplicação 92

47 VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESSÃO 93 Estas válvulas são utilizadas principalmente para: Limitar a pressão máxima de um sistema (válvulas limitadoras de pressão) Reduzir a pressão em certas partes dos circuitos (válvulas reguladoras) Modo de operação destas válvulas: equilíbrio entre a pressão do fluido e a força exercida por uma mola 94

48 Válvula reguladora de pressão 95 Aplicação da válvula de segurança (I) Quanto o actuador está parado, a válvula de segurança abre de modo a permitir a passagem do óleo para o reservatório 96

49 Aplicação da válvula de segurança (II) Quanto o válvula fecha os orifícios e o cilindro pára, a válvula de segurança abre para escoar o excesso de pressão de óleo para o reservatório 97 VÁLVULAS DE RETENÇÃO 98

50 Válvulas l de retenção 99 válvula de retenção sem mola válvula de retenção com mola válvula de retenção pilotada: O óleo piloto é usado para abrir a válvula válvula de retenção pilotada: O óleo piloto é usado para fechar a válvula 100

51 VÁLVULAS DE REGULAÇÃO DE CAUDAL 101 Válvulas de regulação de caudal Oifíi Orifício variável 102

52 Válvulas de regulação de caudal Válvula reguladora Válvula reguladora de caudal de caudal (fixo) (variável) apenas num sentido Válvula reguladora de caudal (variável) 103 VÁLVULAS PROPORCIONAIS E SERVO-VÁLVULASVÁLVULAS 104

53 Válvulas proporcionais e servo-válvulas válvulas São válvulas que podem ter infinitas posições, podendo ser do tipo direccional, limitadoras de pressão e reguladoras de caudal, entre outras. 105 Servoválvula (as bobinas recebem sinais analógicos em corrente: 4 a 20 ma) 106

54 CIRCUITOS HIDRÁULICOS 107 Circuito de comando manual de cilindro e motor hidráulico 108

55 Circuito de comando de um cilindro com duas velocidades 109 EXEMPLOS DE APLICAÇÃO EM INSTALAÇÕES MARÍTIMAS 110

56 Accionamento hidráulico das válvulas de evacuação motores a 2 tempos 111 Sistema de injecção electrónica de combustível Sistema de injecção electrónica de combustível de motor diesel a 2 tempos (MAN-B&W) 112

57 Comando electrónico de motores diesel lentos Injecção de combustível / abertura de válvula de evacuação de motor diesel a 2 tempos (MAN-B&W) 113 Sistema de governo (Steering gear) Esquema hidráulico (leme a 0º) 114

58 Sistema de governo (Steering gear) Esquema hidráulico (leme a 20º a EB) 115 Sistema de governo (Steering gear) Imagens de unidades hidráulicas 116

59 CPP - Controlled Pitch Propeller Sistema hidráulico de comando do passo 117 CPP - Controlled Pitch Propeller Esquema em corte Esquemas hidráulicos de comando do ângulo das pás do hélice 118

60 CPP - Controlled Pitch Propeller Sistema de accionamento das pás (servo-piston)( ) 119 CPP - Controlled Pitch Propeller Esquema hidráulico simplificado de comando do ângulo das pás do hélice 120

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