Válvulas hidráulicas de controle de vazão e direcionais

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1 Válvulas hidráulicas de controle de vazão e direcionais Aula 3 Prof. Dr. Emílio Carlos Nelli Silva Prof. Dr. Rafael Traldi Moura

2 Válvulas de controle de vazão Controle de vazão resistivo: controla resistencia de escoamento (perda de carga) através de orifícios de secção fixa ou variável; Regime permanente 2Δp Q = c d A 0 ρ Em regime constante, a vazão varia de acordo com a área do orifício e com a variação da perda de pressão; 2

3 Válvulas redutoras de vazão As vávulas abaixo não podem ser classificadas como de controle de vazão, pois se a variação da pressão na entrada e saída implicam na mudança de vazão; Estas são chamadas válvulas redutoras de vazão; 2

4 Válvulas de controle de vazão Válvula de controle de vazão terá então uma válvula compensadora de pressão, chamada balança de pressão, para manter a queda de pressão constante no orifício; Balança de pressão pode estar em série (antes ou depois) ou em paralelo com a válvula redutora de vazão; Controle unidirecional implica em uma válvula de retenção para escoamento inverso livre; Δp = p i p c = cte 3

5 Válvulas de controle de vazão 1. R1 fechada, sem escoamento, implica em p c = p i = p s = p r e compensador totalmente aberto com A r ; 2. A medida que abre-se R1, aumenta vazão e p i vai se diferenciando de p c. Enquanto p i p c é menor que p 0, força da mola, não se controla a vazão; Regime permanente 3

6 Válvulas de controle de vazão 3. Quando Δp = p i p c = p 0, o compensador entra em equilíbrio instável; p c x A r p i até p i p c = p 0. Em geral, p i p c varia entre 2 e 7 bar; Regime permanente 3

7 Válvulas de Controle de Vazão 4

8 Válvulas de Controle de Vazão Curvas Q x Δp t para diversas aberturas da válvula de controle de vazão 4

9 Válvulas de Controle de Vazão Válvula de Controle de Vazão de Duas Vias. Compensação de pressão em série a montante x 1 = x max x Q = c d A r 2Δp r ρ A r = G r x 7

10 Válvulas de Controle de Vazão Se G r é muito alto, variação elevada na queda de pressão Δp produz pequena variação em x; Ou, a pressão é sensível a pequenas variações do deslocamento. Como o deslocamento vem de desiquilíbrios, temos uma alta resposta em frequência no sentido do equilíbrio. Se K é baixo e A p baixo: 7

11 Válvulas de controle de vazão Boa resposta em regime permanente; Se submetidas a variação brusca de pressão, são incapazes de controlar a vazão; Situações possíveis: Alteração da pressão em torno do regime permanente, como no caso de um aumento brusco de carga durante o avanço de um cilindro; Início de operação, ou salto de partída, quando ocorre acionamento de uma válvula direcional ligada em série com a válvula de controle de vazão; 3

12 Válvulas de controle de vazão Alteração da pressão em torno do regime permanente, como no caso de um aumento brusco de carga durante o avanço de um cilindro; 3

13 Válvulas de controle de vazão Início de operação, ou salto de partída, quando ocorre acionamento de uma válvula direcional ligada em série com a válvula de controle de vazão; 3

14 Válvulas de Controle de Vazão 6

15 Válvulas de controle de vazão Compensador de em paralelo, desviando excedente e vazão; 1. Se Q c2 está bloqueada, p c = p s = p max e compensador totalmente fechado com Q c2 = Q c1 = Q R = 0. Não subsitui válvula de alívio; 2. A medida que a vazão Q c2 aumenta, p s vai se diferenciando de p c. Enquanto p s p c é menor que p 0, força da mola, não se controla a vazão; 3. Quando Δp = p s p c = p 0, o compensador entra em equilíbrio instável e temos Q c2 = Q c1 Q R ; p c A r p s até p s p c = p 0 ; 3

16 Válvulas difusora de vazão Exemplo: p 2 p s p 2 Q 2 p i1 A RV2 Q 2 Divisão de vazão constante para quaisquer pressões nas linhas e pressão na entrada cte; Δp constante para R1 e R2, dividindo fluxo pelas Áreas; Por causa da inércia e atritos, a velocidade de variação de p 1 e p 2 não devem ser elevadas; 9

17 Controle de Vazão Métodos de Controle de vazão com uso de Válvulas de Controle de Vazão. Direção das forças considerada para o avanço do cilindro. Aula 3 Válvulas Hidráulicas 17

18 Controle de Vazão Controle de vazão na entrada. Controle independente de vazão no avanço e retorno; Apenas carregamento resistivo; Para qualquer pressão de carga (saída de CV), a pressão da entrada, e consequentemente da bomba, é máxima (limitada pela válvula de alívio), ou seja, potencia de acionamento sempre máxima; Aula 3 Válvulas Hidráulicas 18

19 Controle de Vazão Controle de vazão na saída. Controle independente de vazão no avanço e retorno; Permite carregamentos tanto no sentido do pistão quanto no outro; Para qualquer pressão de carga (saída de CV), a pressão da entrada, e consequentemente da bomba, é máxima (limitada pela válvula de alívio), ou seja, potencia de acionamento sempre máxima; Aula 3 Válvulas Hidráulicas 19

20 Controle de Vazão Controle de vazão por sangria. Controle independente de vazão no avanço e retorno; Apenas carregamento resistivo (deve haver no mínimo Δp 0 ); Perda de cargas apenas na VD e canalizações implica no estado fechado da VA e consequente baixa pressão, ou seja, a pressão na saída da bomba é dependente da carga e a bomba não opera na potência máxima o tempo todo; Aula 3 Válvulas Hidráulicas 20

21 Válvulas de Retenção Válvula de Retenção Simples Permite escoamento em apenas um sentido; Usos: Amortecimento do fim de curso de cilindro; Descarregamento de bomba de baixa pressão em sistema dual; Etc; 21

22 Válvulas de Retenção Válvula de Retenção Pilotada Permite bloquear o escoamento sem vazamentos em apenas uma fase do ciclo de operação; Exemplo: manter uma carga em posição invariável ao se utilizar um VD de carretel; R a é a Relação de aberturas ou Relação de válvulas, vai de 2,6 a 3,5; C = F m A p varia entre 0,6 e 5 bar; Pressão de pilotagem entre 30 e 40% da pressão de bloqueio p b ; 22

23 Sistema de Prensa com Válvula de Sucção 1. Cilindros 1 e 2 servem para aproximar a mesa e também para auxiliar o pistão 3 na prensagem; 2. Ao acionar S1, pilota-se RP1, com o escoamento para as bases dos pistões 1 e 2. Carga baixa nesta fase não abre VS, com cilindro 3 puxando fluido do reservatório; 3. Ao começar a prensagem, abre-se a VS e a velocidade se reduz, pois o fluido preenche os 3 cilindros; 4. Com a válvula comutada para a posição cruzada, VS abre e o cilindro 3 faz resistência até aumentar a pressão dos cilindros 1 e 3, pilotando RP2; Aula 3 Válvulas Hidráulicas 23

24 Válvulas de Retenção Elevador com posicionamento obtido por retenção pilotada Manter a mesa fixa por longo período de tempo, enquanto suporta uma carga; Retorno sem flutuações, com velocidade controlada; Aula 3 Válvulas Hidráulicas 24

25 Válvulas de Retenção Válvula de retenção pilotada com descompressão Usado, por exemplo, em prensas de grande porte; Possui sistema de descompressão gradual para efeitos de ondas de choque (golpe de aríete); Primeiro estágio: abertura do cone com ranhuras e alta perda de carga, criando conexão altamente restritiva entre A e B, reduzindo p b para p b. 25

26 Válvulas de Retenção Sistema de Prensa com Retenções Pilotadas RP1 é utilizado para sustentar o conjunto pistão/haste/ferramenta; RP2 é usado para manter o sistema carregado mesmo com a válvula direcional desacionada, durante a prensagem; Aula 3 Válvulas Hidráulicas 26

27 Válvulas de Retenção Calcular p 1 e p 2 utilizando-se as equações do sistema e das válvulas em dois cenários: RP1 e RP2 são válvulas de retenção pilotada; RP1 e RP2 são vávulas de retenção pilotada mas RP2 possui sistema de descompressão; Cilindro A 1 = 314,16 cm 2, A 2 = 250,50 cm 2, A 2 /A 1 = 0,797, G = 5kN Força prensagem: F U = 500kN RP1: A 0 = 3,14 cm 2, A p = 9,62 cm 2, C = 5 bar RP2: mesmos A 0, A p e C de RP1 e assento do obturador de descompressão A d = 0,78cm 2 Aula 3 Válvulas Hidráulicas 27