Acumuladores de energia

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1 Acumuladores de energia Aula 4 Prof. Dr. Emílio Carlos Nelli Silva Prof. Dr. Rafael Traldi Moura

2 Definição: Acumuladores de Energia Componente mecânicos simples cuja função básica é armazenar energia hidráulica como fonte eventual, auxiliar ou principal de energia. Utilização: Fonte Auxiliar de Energia; Compensador de Vazamento; Fonte de Energia de Emergência; Amortecimento de Pulsação de Bomba e Choque Hidráulico. 2

3 Funcionamento: Princípio operacional baseado na acumulação do fluído, mantido sob pressão em decorrência da interação entre forças de pressão interna e externa, do tipo gravitacional, de mola mecânica, pneumática, etc. A energia fica armazenada e fica disponível para reabsorção do sistema hidráulico quando a resistência ao escoamento diminui. 3

4 Tipos de Acumuladores 4

5 Acumulador de peso morto Massa pode ou não ser constante; Pressão depende da área do cilindro; Manutenção da pressão constante ao longo do cilindro do pistão, independente da vazão requerida pelo sistema; Consegue suprir grandes volumes a pressões elevadas (devido a facilidade de construção); Custo elevado e utilizado em aplicações estacionárias, como fonte auxiliar de energia. 5

6 Acumulador de mola Pressão depende da área do cilindro e da posição do mesmo. A pressão mínima é determinada pela pretensão da mola; Pressão de operação e volumes máximos admissíveis constumam ser relativamente reduzidos; Sistema de segunda ordem massamola. Massas do pistão e mola altas tornam a resposta do sistema lenta; Utilizado em operações de reigme permanente. 6

7 Acumulador a gás Baseado na lei de Boyle dos gases: P 1V 1 T 1 = P 2V 2 T 2, ou seja, utiliza a compressibilidade dos gases como fonte de energia potencial; Pressão não se mantem constante; Utilizado em operações de reigme permanente e dinâmico. 7

8 Sem separador Com separador de pistão Elevada resposta dinâmica; Permite absorção de gás pelo fluido, que pode levar a cavitação; Deve ser recarregado periodicamente; Utilizado em operações de regime dinâmicas, sempre na posição vertical, volume útil limitado a 2/3 da capacidade. Massa do pistão resulta em uma resposta dinâmica relativamente lenta; Utilizado para suprimento de vazamentos e fonte auxiliar de energia; Utilizado em operações de reigme permanente. 8

9 Acumuladores com separador flexível Acumulador de diafragma Diafragma é um elastômero compatível com o fluído; Obturador impede que elastômero passe para a canalização quando pressão é menor que pré-carga do gás; Pode ser de cilindro soldado, descartável ou de dois hemisférios, que permite reposição do diafragma; Utilizado em aplicações aeronáuticas(baixa relação peso potência). 9

10 Acumulador de bexiga Acumuladores com separador flexível Bexiga elástica introduzida pela tampa na extremidade superior; Válvula de retenção impede que elastômero passe para a canalização quando pressão é menor que pré carga do gás; Utilizado em operações de reigme dinâmicas, especialmente absorção e amortecimento de choques hidráulicos e de absorção da pulsação da bomba. 10

11 Seção variável da parede da bexiga permite um maior rendimento volumétrico do acumulador; A bexiga se expande primeiramente ao redor do topo e em seguida gradualmente para baixo e para os lados do cilindro, expulsando completamente o fluido. 11

12 Fonte Auxiliar de Energia Valores abaixo da média são dados pela bomba e acima completados pelo acumulador; Ordem de grandeza da força no atuador (pressão) dentro da faixa de operação do acumulador. A vazão que sai do acumulador pode ser considerada constante para a faixa de pressão de trabalho do acumulador, mesmo que na realidade não seja. 12

13 Fonte Auxiliar de Energia 13

14 Compensação de Vazamentos Bomba promove movimento do cilindro (através de VD1) até atingir pressão P, em que o pressostato desliga a bomba. Acumulador pode compensar vazamentos (no cilindro ou na bomba), deixando pressão constante. VD2 serve para descarregar acumulador. (atenção no tratamento do fluído ao descarregar VD2) 14

15 Fonte de Energia de Emergência 15

16 Amortecedor de pulsação Exemplo: torno de precisão 16

17 Amortecedor de choque hidráulico Pistão atinge fim de curso em 25ms. Acumulador é um dissipador (como amortecedor ou capacitor) 17

18 Lento o suficiente Menos de 1 min Seleção de Acumuladores Acumulador como fonte de potência auxiliar ou de emergência p 2 /p 3 p 1 - pré-carga de gás (menor ou igual a pressão mínima do sistema p 3 ); p 2 - pressão máxima do sistema; V 1 - volume do acumulador; V 2 - Volume comprimido de gás a pressão máxima do sistema p 2 ; V x - Volume de fluido descarregado (volume útil do acumulador); 18

19 Acumulador como amortecedor de pulsação de bomba V 1 - volume do acumulador; V b - Volume deslocado por pistão da bomba; p 2 - pressão de operação do sistema (valor médio absoluto); p 3 - pressão mínima do sistema (e também valor da pré carga de gás); p 4 - pressão máxima de operação do sistema 3 cilindros 4 cilindros 19

20 Acumulador utilizado como amortecedor de choque hidráulico Energia cinética do fluído Enegia potencial armazenada no acumulador, a partir da integraçao do trabalho de expansão volumétrica do gás 1 2 pdv1 ; L comprimento da canalização; A - área da canalização; v - velocidade inicial do fluido; p 1 - pressão inicial, que é de pre-carga do gás p 2 - pressão máxima admissível de choque Para uma velocidade de 5m/s, teoricamente a diferença de pressão pode chegar a 50 bar 20

21 Acumulador utilizado como compensador de expansão térmica A variação térmica do fluido incorre em variação volumétrica podendo provocar aumento da pressão acima do limite de segurança. p 1 - pressão de pre-carga do gás p 2 - pressão do sistema a temperatura T 1 p 3 - pressão do sistema a temperatura T 2 V f - volume do fluído no trecho fechado considerado T 1 - temperatura inicial do fluido T 2 - temperatura final do fluido α - coeficiente de expansão volumétrica do fluido γ - coeficiente de dilatação do material do sistema 21

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