EME610 - Sistemas Hidropneumáticos Hidráulica 4

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1 UNIFEI EME610 - Sistemas Hidropneumáticos Hidráulica 4 Aula 4 Prof. José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior ombas Parâmetros importantes: Pressão máxima; Vazão máxima; Faixa de rotação; Rendimento: Rendimento umétrico; Rendimento global; Rendimento mecânico. ombas Rendimento umétrico: Vazão real Q Vazão teórica Q Rendimento hidromecânico: Rendimento total: Q p tot 2π n T t Q D n D p 2π T ombas Variáveis: D : deslocamento da bomba (por rotação); n : rotação do eixo; p : pressão de saída; Q t : vazão teórica (D x n ); Q : vazão real; T t : torque de entrada teórico (D xp / 2π); T : torque de entrada real.

2 Vazão real: Q D [litros / min] ombas [cm 3 /rot] n[rpm] 1000 Potência de acionamento: p[bar] Q[l/min] P[kW] 600 Unidades: 1 [CV] 735 [Watts] 1 [HP] 745 [Watts] 1 [Watt] 1 [N.m/s] tot Exercícios sobre bombas 1. Uma bomba tem um deslocamento umétrico de 100 cm 3 (teórico, por rotação). Ela está fornecendo m 3 /s em 1000 rpm e com 70 bar. O torque medido em seu eixo é de 120 Nm. Calcule: a) Vazão teórica [m 3 /s]. b) Rendimento umétrico [%]. c) Rendimento hidromecânico [%]. d) Rendimento total [%]. e) Torque teórico para operação [Nm]. Considerar: 1 bar 1 kgf/cm 2 1 kgf 10 N m 3 /s 83.55% 90 % 92.84% Nm a) Cálculo da vazão teórica [m 3 /s] Vazão real Vazão teórica Q Q t Q D n b) Cálculo do rendimento umétrico [%] Vazão real Vazão teórica Q Q t Q D n Q t D x n Q t 100 cm 3 /rot x 1000 rot/min Q t cm 3 /min x 1 litro/1000 cm 3 Q t 100 l/min x 1 m 3 /1000 l Q t 0,1 m 3 /min x 1 min/60 s Q t 0, m 3 /s 3 0,0015 cm / s 3 0, cm 0, % / s

3 c) Cálculo do rendimento hidromecânico [%] d) Cálculo do rendimento total [%] D p 2π T cm /rot 70 bar 2π 120 Nm tot Q p 2π n T tot 3 cm bar 9, rot Nm cm kgf 9, rot Nm cm 92,84038 rot m 1kgf / cm 1bar 10 N 1kgf 1m 100 cm 2 tot 0, , tot 0, tot 83,56 % 0, ,84 % D p Tt 2π e) Cálculo do torque teórico [Nm] cm /rot 70 bar 2π 3 cm bar 1kgf /cm Tt 1114, rot 1bar cm kgf 10 N T t 1114, rot 1kgf cm N T t 11140,84601 rot T t 111,41Nm 1m 100 cm 2 Exercícios sobre bombas 2. Uma bomba com deslocamento de 25 cm 3 /rotação é acionada a 1440 rpm por um motor elétrico de 10kW. Se o rendimento global é 85% e o rendimento mecânico é 90%, determine: a) A vazão teórica da bomba [l/min]. 36 l/min b) A vazão fornecida pela bomba [l/min]. 34 l/min c) A pressão máxima que a bomba suporta sem sobrecarregar o motor [bar]. 150 bar

4 Cálculo da vazão teórica Vaz. teórica desloc. da bomba x rotação Q t D x n Q t 25 cm 3 /rot x 1440 rot/min Q t cm 3 /min Q t cm 3 /min x 1 litro/1000 cm 3 Q t 36 l/min Cálculo da vazão real Vaz. real Vaz. Teórica x rend. umétrico Q r Q t x Q r 36 l/min x ( tot / ) Q r 36 l/min x (0.85/0.90) Q r 36 l/min x Q r 34 l/min Cálculo da pressão máxima p[bar] Q[l/min] P[kW] 600 tot P[kW] 600 p[bar] Q [l/min] tot 10[kW] p [bar] 34[l/min] p 150 [bar] Exercícios sobre bombas 3. Em um sistema com pressão de 200 bar uma bomba de engrenagens fornece 15 l/min quando a rotação de acionamento do eixo é de 1430 rpm. A potência real medida na entrada é de 6.8 kw e o rendimento hidromecânico da bomba é de 87%. Calcule o deslocamento teórico da bomba em cm 3 /rot.

5 Onde: Mas: tot Vazão real Vazão teórica Tem-se que: Q Q t Q D n D valor desejado Q 15 l/min n 1430 rpm valor que falta 0.87 tot valor que falta Cálculo do rendimento total p[bar] Q[l /min] P[kW] 600 tot tot tot 0, tot tot Cálculo do rendimento umétrico % tot Q D n D Logo: 15 D 0, ,58687 D D l 0, rot 12,41[cm 3 /rot] 1000 cm 1 l 3 l min min rot Mais bombas hidráulicas

6 omba de pistões axiais/em linha (prato inclinado) omba de pistões axiais omba de pistões axiais omba de pistões axiais O pistão superior já está cheio e não succiona mais (válvula de admissão superior fechada). O pistão inferior já comprimiu todo o óleo (válvula de saída inferior fechada). O pistão superior está comprimindo (válvula de saída superior aberta). O pistão inferior está succionando (válvula de admissão inferior aberta).

7 omba de pistões axiais omba de pistões axiais O pistão superior já comprimiu todo o óleo (válvula de saída superior fechada). O pistão inferior já está cheio e não succiona mais (válvula de admissão inferior fechada). O pistão superior está succionando (válvula de admissão superior aberta). O pistão inferior está comprimindo (válvula de saída inferior aberta). omba de pistões axiais omba de pistões axiais Ranhura da placa de válvulas Pistão avançando (redução de ume) Pistões Saída Entrada Eixo motriz Placa inclinada loco dos cilindros Sapata Pistão recuando (aumento de ume)

8 omba de pistões axiais omba de pistões axiais omba de pistões axiais omba de pistões axiais de eixo inclinado 1 - Carcaça 5 - Pistões 2 - Eixo 6 - hastes 3 - Placa cardânica 7 - Placa de comando 4 - Tambor 8 - Pino central Ângulo 25

9 omba de pistões axiais de eixo inclinado omba de pistões axiais de eixo inclinado JUNTA UNIVERSAL SAÍDA ENTRADA omba de pistões axiais de ume variável omba de pistões axiais de ume variável

10 omba de pistões axiais de eixo inclinado e ume variável omba de pistões axiais de ume variável Ângulo ± Tambor 5 - Pistões 7 - Placa de comando 9 - Parte oscilante da carcaça omba de pistões axiais de ume variável omba de pistões radiais 1 - Carcaça 2 - Eixo excêntrico 3 - Elementos de bombeamento 4 - Êmbolo 5 - Válvula de sucção 6 - Válvula de pressão 1 - Placa de comando lenticular 2 - Êmbolo posicionador 3 - Pivô 4 - Êmbolo de pilotagem 5 - Ajuste de início de regulagem 6 - Limitante do ângulo de variação Ângulo: de 7 a 25

11 omba de pistões radiais omba de pistões radiais 1 - Carcaça 2 - Eixo excêntrico 3 - Elementos de bombeamento 4 - Êmbolo 5 - Válvula de sucção 6 - Válvula de pressão omba de parafuso omba de lóbulos

12 omba de cavidade progressiva Acumuladores Hidráulicos Acumuladores Hidráulicos Objetivo: Manter a pressão em emergências; Manter a pressão em parte do sistema enquanto a bomba supre o restante; Absorver choques de bloqueios súbitos. Acumulador hidráulicos por peso Tipos de carregamento: Por peso; Por mola; Por gás (hidropneumático N seco).

13 Acumulador hidráulicos à mola Acumulador hidráulicos a gás Nitrogênio seco olsa de borracha sintética Acumuladores Hidráulicos Acumuladores Hidráulicos

14 Símbolo do acumulador Golpe de Aríete (Water Hammer) Acumulador por peso Acumulador por mola Acumulador à gás Aríete Aríete

15 Aríete Aríete Aríete (Ram Man) Carneiro Hidráulico

16 Carneiro Hidráulico Sayano-Shushenskoe (Russia) _Hidraulica_Geral/Acidente_-_Usina_Hidroeletrica_-_Russia.pdf Atuadores hidráulicos Atuadores Hidráulicos

17 Atuadores hidráulicos Responsáveis por transformar energia de pressão em energia mecânica. Cilindro hidráulico: atuador linear; Motor hidráulico: atuador rotativo; Oscilador hidráulico: atuador rotativo de giro limitado. Tipos comuns de atuadores Cilindro de ação simples; Cilindro com retorno por mola; Cilindro dupla ação; Cilindro de haste dupla; Cilindro telescópico; Cilindro duplex contínuo (Tandem); Cilindro duplex. Cilindro de ação simples Cilindro de dupla ação Cilindro com retorno por mola

18 Cilindro de haste dupla Cilindro telescópico Cilindro telescópico Cilindro duplex

19 Cilindro duplex Cilindro duplex contínuo (Tandem) Tipos de fixação Fixação articulada com bucha paralela no fundo e na haste. Tipos de fixação Fixação através de olhal com articulação esférica no fundo e na haste.

20 Tipos de fixação Fixação através de flange no cabeçote. Tipos de fixação Fixação através de flange no fundo do cilindro. Tipos de fixação Fixação através de eixo basculante (munhões). Tipos de fixação Fixação por pés.

21 Amortecimento de fim de curso Fluxo livre Fluxo livre Válvula Vedação Ajuste de desaceleração Fluxo restrito atch?vmmypzgh6gok Válvula Vedação Amortecimento de fim de curso Símbolo de atuador linear com amortecimento regulável apenas no recuo. Poderia ter apenas no avanço ou nos dois movimentos (com ou sem regulagem). Fluxo restrito Ajuste de desaceleração

22 Cálculos envendo Atuadores Hidráulicos Atuador hidráulico de dupla ação Atuador hidráulico de dupla ação D embolo D haste A A Área: π Area [cm ] 2 2 [( D [mm]) ( D [mm]) ] 2 embolo 400 haste Quando a vazão do fluido é direcionada para a conexão A ocorre o avanço da haste. A velocidade depende da vazão do fluido e da área do êmbolo.

23 Atuador hidráulico de dupla ação Atuador hidráulico de dupla ação Curso A A Velocidade de deslocamento: 3 Vazão [cm / s] Vazão [l/min] Velocidade [m/ s] Área [cm ] Área [cm ] 6 Tempo [s] Tempo de deslocamento: 3 2 Volume [cm ] Área [cm ] Curso [mm] 6 3 Vazão [cm /s] Vazão[l/min] 1000 A Cálculos básicos Volume de avanço: 2 litros Volume de recuo: 1 litro Vazão da bomba: 1 l/min Curso do atuador: 50 cm Tempo de avanço: 120 segundos Vazão induzida no avanço: 0,5 l/min Velocidade de avanço: 0,25 m/min Tempo de recuo: 60 segundos Vazão induzida no recuo: 2 l/min Velocidade de recuo: 0,5 m/min Exercício Um elevador hidráulico automotivo deve ser capaz de suspender um veículo de 2500 kgf a 2 metros de altura em 1 minuto. O cilindro elevador possui 30 cm de diâmetro. O motor elétrico opera a 1660 rpm. Supondo que o rendimento umétrico de 92% e o hidromecânico de 89%, calcule: Área do pistão (cm 2 ); Volume do atuador (cm 3 ); Pressão do sistema (bar); Vazão real e teórica da bomba (l/min); Deslocamento umétrico da bomba (cm 3 /rot); Rendimento total (%); Potência (CV) e torque do motor elétrico (Nm).

24 Q tot D [litros / min] Vazão real Vazão teórica D p 2π T Q p 2π n T p P[kW] [cm tot 3 Q Q /rot] n[rpm] 1000 t [bar] Q[l /min] 600 Q D n 1 bar 1 kgf/cm2 1 kgf 10 N 1 [CV] 735 [Watts] 1 [HP] 745 [Watts] 1 [Watt] 1 [N.m/s] Exercício Área do pistão: 706,86 cm 2 Volume do atuador: ,67 cm 3 Pressão do sistema: 3,54 bar Vazão real da bomba: 141,4 l/min Vazão teórica da bomba: 153,7 l/min Deslocamento umétrico: 92,6 cm 3 /rot Rendimento total: 81,88 % Potência do acionamento elétrico: 1,39 CV Torque do acionamento elétrico: 5.86 Nm 1) Área do pistão (cm 2 ) Um elevador hidráulico automotivo deve ser capaz de suspender um veículo de 2500 kgf a 2 metros de altura em 1 minuto. O cilindro elevador possui 30 cm de diâmetro. O motor elétrico opera a 1660 rpm. Supondo que o rendimento umétrico de 92% e o hidromecânico de 89%, calcule: Área π raio 2 π (d/2) 2 A π (30/2) 2 A π 15 2 A π 225 A 706, cm 2 A 706,86 cm 2 2) Volume do atuador (cm 3 ) Um elevador hidráulico automotivo deve ser capaz de suspender um veículo de 2500 kgf a 2 metros de altura em 1 minuto. O cilindro elevador possui 30 cm de diâmetro. O motor elétrico opera a 1660 rpm. Supondo que o rendimento umétrico de 92% e o hidromecânico de 89%, calcule: Volume Área curso V 706, cm cm V , cm 3 A ,67 cm 3

25 3) Pressão do sistema (bar) Um elevador hidráulico automotivo deve ser capaz de suspender um veículo de 2500 kgf a 2 metros de altura em 1 minuto. O cilindro elevador possui 30 cm de diâmetro. O motor elétrico opera a 1660 rpm. Supondo que o rendimento umétrico de 92% e o hidromecânico de 89%, calcule: Pressão Força / Área P 2500 kgf / 706, cm 2 P 3, kgf/cm 2 P 3,53 bar 4) Vazão da bomba (l/min) Um elevador hidráulico automotivo deve ser capaz de suspender um veículo de 2500 kgf a 2 metros de altura em 1 minuto. O cilindro elevador possui 30 cm de diâmetro. O motor elétrico opera a 1660 rpm. Supondo que o rendimento umétrico de 92% e o hidromecânico de 89%, calcule: Vazão real Volume / Tempo Vr , cm 3 / 1 min (1 litro/1000 cm 3 ) Vr 141, l/min Vr 141,4 l/min Vazão real / Varão teórica > Vt Vr / Vt 141, / 0,92 153, Vt 153,7 l/min 5) Deslocamento da bomba (cm 3 /rot) Um elevador hidráulico automotivo deve ser capaz de suspender um veículo de 2500 kgf a 2 metros de altura em 1 minuto. O cilindro elevador possui 30 cm de diâmetro. O motor elétrico opera a 1660 rpm. Supondo que o rendimento umétrico de 92% e o hidromecânico de 89%, calcule: Vazão (Deslocamento rotação ) / , (D ,92) / 1000 D (141, ) / (1660 0,92) D , / 1527,2 D 92, cm 3 /rot D 92,6 cm 3 /rot 6) Rendimento total (%) Um elevador hidráulico automotivo deve ser capaz de suspender um veículo de 2500 kgf a 2 metros de altura em 1 minuto. O cilindro elevador possui 30 cm de diâmetro. O motor elétrico opera a 1660 rpm. Supondo que o rendimento umétrico de 92% e o hidromecânico de 89%, calcule: total umétrico hidromecânico total 0,92 0,89 total 0,8188 total 81,9%

26 7) Potência do acion. elétrico (CV) Um elevador hidráulico automotivo deve ser capaz de suspender um veículo de 2500 kgf a 2 metros de altura em 1 minuto. O cilindro elevador possui 30 cm de diâmetro. O motor elétrico opera a 1660 rpm. Supondo que o rendimento umétrico de 92% e o hidromecânico de 89%, calcule: Potência (Pressão Vazão) / (600 total ) Potência (3, , ) / / (600 0,8188) Potência / 491,28 Potência 1, kw (1 CV / 0,735 kw) Potência CV Potência 1,4 CV 8) Torque do acion. elétrico [Nm] Um elevador hidráulico automotivo deve ser capaz de suspender um veículo de 2500 kgf a 2 metros de altura em 1 minuto. O cilindro elevador possui 30 cm de diâmetro. O motor elétrico opera a 1660 rpm. Supondo que o rendimento umétrico de 92% e o hidromecânico de 89%, calcule: (Deslocamento Pressão) / (2 π Torque) Torque (Deslocamento Pressão) / (2 π ) Torque (92, , ) / (2 π 0,89) Torque 327, / 5,592 Torque 59, kgf.cm (1 m / 100 cm) Torque 0, kgf.m (10 N / 1 kgf) Torque 5,9 Nm UNIFEI