HIDRÁULICA 2/7/2007 1

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1 HIDRÁULICA 1

2 Introdução Vem se destacando e ganhando espaço como um meio de transmissão de energia nos mais variados segmentos do mercado. Áreas de automatização foram possíveis com a introdução da hidráulica para controle de movimentos. O termo Hidráulica derivou-se da raiz grega Hidro, que tem o significado de água, por essa razão entendem-se por Hidráulica todas as leis e comportamentos relativos à água ou outro fluido, ou seja, Hidráulica é o estudo das características e uso dos fluidos sob pressão. 2

3 Conceitos Básicos Definição de Pressão Pressão é a força exercida por unidade de superfície. Em hidráulica, a pressão é expressa em kgf/cm2, atm ou bar. A pressão também poderá ser expressa em psi (pound per square inch) que significa libra força por polegada quadrada, abrevia-se lbf/pol2. 3

4 Conceitos Básicos Principio de Pascal Se uma massa líquida confinada receber um acréscimo de pressão, essa pressão se transmitirá integralmente para todos os pontos do líquido, em todas as direções e sentidos. Todos os mecanismos hidráulicos são, em última análise, aplicações do princípio de Pascal. 4

5 Conceitos Básicos Princípio Prensa Hidráulica 5

6 Conceitos Básicos Conservação de Energia Relembrando um princípio enunciado por Lavoisier: "Na natureza nada se cria e nada se perde, tudo se transforma." Quando desejamos realizar uma multiplicação de forças significa que teremos o pistão maior, movido pelo fluido deslocado pelo pistão menor, sendo que a distância de cada pistão será inversamente proporcional às suas áreas. O que se ganha em relação à força tem que ser sacrificado em distância ou velocidade. 6

7 Conceitos Básicos 7

8 Transmissão Hidráulica de Força e Energia Líquido É uma substância constituída de moléculas. Ao contrário dos gases, nos líquidos as moléculas são atraídas umas às outras de forma compacta. Por outro lado, ao contrário dos sólidos, as moléculas não se atraem a ponto de adquirirem posições rígidas. Energia Molecular As moléculas nos líquidos estão continuamente em movimento. Elas deslizam umas sob as outras, mesmo quando o líquido está em repouso. Este movimento das moléculas chama-se energia molecular. 8

9 Transmissão Hidráulica de Força e Energia Os Líquidos assumem qualquer forma O deslizamento das moléculas umas sob as outras ocorre continuamente, por isso o líquido é capaz de tomar a forma do recipiente onde ele está. Os Líquidos são relativamente incompressíveis Com as moléculas em contato umas às outras, os líquidos exibem características de sólidos. Os líquidos são relativamente impossíveis de serem comprimidos. 9

10 Transmissão Hidráulica de Força e Energia Transmissão de Força Os quatro métodos de transmissão de energia: mecânica, elétrica, hidráulica e pneumática, são capazes de transmitir forças estáticas (energia potencial) tanto quanto a energia cinética. Quando uma força estática é transmitida em um líquido, essa transmissão ocorre de modo especial. 10

11 Transmissão Hidráulica de Força e Energia Força Transmitida por meio de um Sólido é transmitida em uma direção. Se empurrarmos o sólido em uma direção, a força é transmitida ao lado oposto, diretamente. Força Transmitida por meio de um Líquido se empurrarmos o tampão de um recipiente cheio de líquido, o líquido do recipiente transmitirá pressão sempre da mesma maneira, independentemente de como ela é gerada e da forma do mesmo. 11

12 Transmissão Hidráulica de Força e Energia Para encher um recipiente de 20 litros em um minuto, o volume de fluido em um cano de grande diâmetro deve passar a uma velocidade de 300 cm/s. No tubo de pequeno diâmetro, o volume deve passar a uma velocidade de 600 cm/s para encher o recipiente no tempo de um minuto. Em ambos os casos a vazão é de 20 litros/minuto, mas as velocidades do fluido são diferentes. 12

13 Transmissão Hidráulica de Força e Energia O Atrito gera Calor: num sistema hidráulico, o movimento do fluido na tubulação gera atrito e calor. Quanto maior for a velocidade do fluido, mais calor será gerado. A Mudança na Direção do Fluido gera Calor: em uma linha de fluxo de fluido há geração de calor sempre que o fluido encontra uma curva. O fator gerador do calor é o atrito provocado pelo choque das moléculas que se deparam com a curva. Dependendo do diâmetro do cano, um cotovelo de 90 pode gerar tanto calor quanto vários metros de cano. 13

14 Transmissão Hidráulica de Força e Energia Diferencial de Pressão: é a diferença de pressão entre dois pontos do sistema que pode ser caracterizado: 1. Por indicar que a energia de trabalho, na forma de movimento de líquido pressurizado, está presente no sistema. 2. Por medir a quantidade de energia de trabalho que se transforma em calor entre os dois pontos. Na ilustração o diferencial de pressão entre os dois pontos, é de 2 kgf/cm2. 1.A energia de trabalho está se deslocando do ponto 1 para o 2. 2.Enquanto está se deslocando entre os dois pontos, 2 kgf/cm2 da energia são transformados em energia calorífica por causa da resistência do líquido. 14

15 Fluidos, Reservatórios e Acessórios Fluido Hidráulico O fluido hidráulico é o elemento vital de um sistema hidráulico industrial. Ele é um meio de transmissão de energia, um lubrificante, um vedador e um veículo de transferência de calor. Fluido à Base de Petróleo O fluido à base de petróleo é mais do que um óleo comum. Os aditivos são ingredientes importantes na sua composição. Os aditivos dão ao óleo características que o tornam apropriado para uso em sistemas hidráulicos. 15

16 Fluidos, Reservatórios e Acessórios Reservatórios Hidráulicos A função de um reservatório hidráulico é conter ou armazenar o fluido hidráulico de um sistema. 16

17 Fluidos, Reservatórios e Acessórios Reservatório Hidráulico deve dispor Capacidade mínima de armazenamento de fluído de 3 vezes a vazão de bombeamento por minuto; Volume de expansão mínima de 10% da capacidade de armazenamento do fluído; Placas defletoras (chicanas); Filtro de respiro; Bocal de abastecimento com filtro; Aberturas para limpeza e inspeção. 17

18 Fluidos, Reservatórios e Acessórios 18

19 Fluidos, Reservatórios e Acessórios Reservatório Hidráulico Finalidades Armazenar o fluído; Permitir a inspeção do fluído; Separar contaminantes sólidos; Dissipar calor do fluído; Separar o ar do fluído; Absorver a expansão térmica do fluído; Permitir a montagem de componentes. 19

20 Fluidos, Reservatórios e Acessórios Resfriadores no Circuito Os resfriadores geralmente operam à baixa pressão (10,5 kgf/cm2). Isto requer que eles sejam posicionados em linha de retorno ou dreno do sistema. Se isto não for possível, o resfriador pode ser instalado em sistema de circulação. 20

21 Fluidos, Reservatórios e Acessórios Tipos de Resfriadores Resfriadores a Ar - Nos resfriadores a ar, o fluido é bombeado através de tubos aletados. Para dissipar o calor, o ar é soprado sobre os tubos e aletas por um ventilador. Os resfriadores a ar são geralmente usados onde a água não está disponível facilmente. 21

22 Fluidos, Reservatórios e Acessórios 22

23 Fluidos, Reservatórios e Acessórios Resfriadores à Água o resfriador a água consiste basicamente de um feixe de tubos encaixados num invólucro metálico. Neste resfriador, o fluido do sistema hidráulico é geralmente bombeado através do invólucro e sobre os tubos que são refrigerados com água fria. 23

24 Fluidos, Reservatórios e Acessórios Filtros Hidráulicos Todos os fluidos hidráulicos contêm uma certa quantidade de contaminantes. A maioria dos casos de mau funcionamento de componentes e sistemas é causada por contaminação. As partículas de sujeira podem fazer com que máquinas caras e grandes falhem. 24

25 Fluidos, Reservatórios e Acessórios Interferência da contaminação nos Fluidos Hidráulicos O fluído possui quatro funções: 1. transmissão de energia; 2. lubrificação de peças que estão em movimento; 3. transferência de calor e, 4. Vedar as folgas entre peças em movimento. A contaminação causa problemas nos sistemas hidráulicos porque interfere em três funções do fluido: a- Interfere com a transmissão de energia vedando pequenos orifícios nos componentes hidráulicos. Nesta condição, a ação das válvulas é imprevisível, improdutiva e também insegura. 25

26 Fluidos, Reservatórios e Acessórios b- As partículas contaminantes interferem no resfriamento do líquido, por formar um sedimento que torna difícil a transferência de calor para as paredes do reservatório. c- Provavelmente, o maior problema com a contaminação num sistema hidráulico é que ela interfere na lubrificação. A falta de lubrificação causa desgaste excessivo, resposta lenta, operações não seqüenciadas, queima da bobina do solenóide e falha prematura do componente. 26

27 Fluidos, Reservatórios e Acessórios 27

28 Fluidos, Reservatórios e Acessórios Elementos Filtrantes A função de um filtro é remover impurezas do fluido hidráulico. Isto é feito forçando o fluxo do fluido a passar pelo elemento filtrante que retém a contaminação. Os elementos filtrantes são divididos em tipos de profundidade e de superfície. 28

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