Hidráulica móbil aplicada a máquina agrícolas Bombas e Motores

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1 Hidráulica móbil aplicada a máquina agrícolas 1 BOMBAS: 1. Bombas e Motores As bombas hidráulicas são o coração do sistema, sua principal função é converter energia mecânica em hidráulica. São alimentadas por uma fonte externa de energia (motor elétrico ou de combustão interna), produzindo fluxo e imprimindo energia ao fluído. Função: Criar um vácuo parcial na porta de entrada para sucção do fluído e deslocá-lo para a conexão de saída. Podem ser classificadas como: DESLOCAMENO NÃO POSIIVO: São utilizadas para bombeamento de líquidos. Possuem vazamentos internos. Precisão ser escorvadas. A pressão e a descarga variam com a resistência encontrada. Quando bloqueadas interrompem o fluxo, mas continuam girando. Geralmente sua pressão máxima está limitada a 17 a 20 bar ( psi). DESLOCAMENO POSIIVO: São utilizadas geralmente para sistemas de força e funcionam praticamente sem vazamento interno. em como principal característica vazão constante por rotação e fluxo pulsativos Quando bloqueadas quebram se não houver um sistema de segurança. Este tipo de bomba é capaz de vencer a pressão resultante de bloqueios mecânicos no sistema e resistência ao fluxo do fluído por fricção. Principais vantagens: Alta pressão (até 700 bar) Compacta Alta eficiência volumétrica Pequena alteração de eficiência devido a alterações de pressão na faixa projetada Grande flexibilidade de desempenho As bombas de deslocamento positivo podem ser divididas em dois tipos: Fixo e Variável Fixo Engrenagem Palheta Radial Pistão. Axial Variável

2 Hidráulica móbil aplicada a máquina agrícolas 2 Bombas de engrenagem: 1. Externas É o tipo mais popular e econômico. Consiste de um par de engrenagens das quais uma é acionada pelo motor e a outra pela primeira. A Figura 1 mostra uma bomba de engrenagem externa, que desenvolve o fluxo de óleo entre os dentes das duas engrenagens em contato. Figura 1 Bomba de engrenagens. Funcionamento: O vácuo é criado na entrada pelos dentes da engrenagem que deixam de estar em contato. O óleo vem do reservatório e é transportado pelo alojamento na câmara formada entre os dentes e as placas laterais e forçado para fora com pressão na medida que os dentes das engrenagens volta a estar em contato. A pressão aumenta conforme o gráfico mostrado na lateral da Figura 1. Desvantagem: A pressão na saída contra os dentes causa uma carga lateral muito grande no eixo da bomba. O volume teórico deslocado por cada revolução do eixo da bomba é dado por: V D 2 2 ( D D ) L π e i (cm 3 /rev) 4 onde: D e diâmetro externo das engrenagens D i diâmetro interno das engrenagens

3 Hidráulica móbil aplicada a máquina agrícolas 3 L largura dos dentes N rotações por minuto Desta forma o fluxo é dado por: VD * N Q (l/min) 1000 Figura 2 Para bombas de deslocamento positivo (a) Vazão x rotação (b) Vazão x pressão Sempre deverá existir uma pequena folga entre o dente e a carcaça da bomba (menor que 0.02 mm). Como resultado teremos um pequeno vazamento de óleo neste ponto, isto significa que a Q A é menor que a Q. Este vazamento é identificado como eficiência volumétrica e geralmente é maior que 90%. η Q Q A 100 Quanto maior a pressão de descarga menor será a eficiência volumétrica, Figura 3 A eficiência mecânica da bomba também está relacionada ao seu desempenho. Esta informação é de vital importância para determinar o torque de entrada necessário para as bombas e o torque de saída dos motores hidráulicos. É função da rotação e da pressão de saída, Figura 4. Eficiência mecânica Potência eórica Saída Potência teórica Entrada P Q rot η 100 m A orque para operar a bomba torque fonecido para a bomba

4 Hidráulica móbil aplicada a máquina agrícolas 4 V D 3 ( cm ) P( bar) 2π A HP fornecido 7118 N ( rpm) Figura 3 - Eficiência volumétrica para bombas de deslocamento positivo. (a) em função da rotação e (b) em função da pressão de saída. Figura 4 Desempenho de motores e bombas (a) orque x rotação e (b) orque x pressão. Figura 5 Rendimento hidráulico- mecânico (η hm ) em função de rotação (a) e pressão (b).

5 Hidráulica móbil aplicada a máquina agrícolas 5 A eficiência total é decisiva para determinação da potência de saída e a necessária para alimentar o sistema, pode ser representada como um desvio do valor teórico ou uma porcentagem do mesmo. Eficiência total η ( mecânica) η( volumétrica) Figura 6 Para bombas e motores de deslocamento positivo (a) Potência x rotação (b) Potência x pressão (c) Eficiência x rotação e (d) Eficiência x pressão. O diagrama de vazão em função da pressão representado na Figura 7 para eficiência total idênticas forma as chamadas curvas de isso-eficiência ou Curvas de Oyster. Em caso de motores e bombas variáveis o volume de varredura deve ser levado em conta assim como pressão, velocidade rotacional e viscosidade. A Figura 8 mostra que todas as eficiências reduzem drasticamente com a redução do volume deslocado.

6 Hidráulica móbil aplicada a máquina agrícolas 6 Figura 7 Curvas de isso-eficiência para bombas e motores em função da pressão, rotação do motor, vazão e potência. Figura 8 Relação entre a excentricidade da placa de deslocamento do motor/bomba e a eficiência Outros tipos de bombas de engrenagem:

7 Hidráulica móbil aplicada a máquina agrícolas 7 2. Bombas de engrenagem interna Figura 9 Operação das bombas de engrenagem internas. 3. Bomba de lóbulos Figura 10 Esquema de operação da bomba de lóbulos

8 Hidráulica móbil aplicada a máquina agrícolas 8 4. Bombas de rosca sem fim. A Grande vantagem deste tipo de bomba é que seu fluxo não é pulsante. Não existe carga radial sobre os eixos e a carga axial é hidraulicamente compensada. Existem bombas deste tipo para pressões de até libras com uma vazão de 88 gpm. A Figura 11 apresenta uma destas bombas em corte. O modelo mostrado é para 500 libras de pressão e uma vazão de 123 gpm. Figura 11 - Bombas de rosca sem fim Bombas de palheta Estas bombas são compostas de palhetas conforme ilustra a Figura 12. Um rotor que contém ranhuras radiais, esta fora de centro em relação a um anel externo dentro de uma câmara. Em cada ranhura existe uma palheta projetada para manter contato com a superfície do anel externo a medida que o rotor gira. As forças centrifugas mantém a palheta em contato com o anel. Durante metade da revolução do rotor o volume aumenta causando uma redução de pressão e criando um vácuo entre o rotor e o anel que faz com que haja sucção do óleo que preenche os vazios. Na outra metade da revolução do rotor as palhetas são forças para dentro da ranhura e o volume disponível para o óleo diminui. Isto faz com que o óleo saia pela porta de saída. Outra vantagem das bombas de palheta é que podem ser de fluxo variável.

9 Hidráulica móbil aplicada a máquina agrícolas 9 Figura 12 Fotografia em corte de uma bomba de palhetas com compensação de pressão. Figura 13 Detalhes de uma bomba de palheta Bosch.

10 Hidráulica móbil aplicada a máquina agrícolas 10 As bombas de palheta podem ser ainda contrabalanceadas. Neste caso elas tem duas portas de entrada e duas de saída. Estas são opostas e um balanceamento hidráulico é estabelecido, eliminando a alta carga sobre os mancais e permitindo desta forma que operem a pressões mais altas. A Figura 14 mostra uma bomba de palhetas contrabalanceada em corte. Figura 14 Esquema da bomba de palhetas contrabalanceada. Somente o rotor central é móvel. Bombas de pistão O princípio de funcionamento é que os cilindros alternadamente sugam o óleo quando se retraem dentro da camisa e descarregam quando se estendem. Existem dois tipos básicos de bombas e motores de pistão: radial e axial. Bombas de pistão radial: Existem dois tipos básicos de cilindros de pistão, axial, que podem ser de com a configuração de platô inclinado (Figura 14 a) ou de eixo inclinado (Figura 14 b). Em ambos os casos o bloco de cilindros rotaciona com o eixo de acionamento, sendo que a linha de centro dos cilindros esta defasada um determinado ângulo em relação a linha de centro do eixo de acionamento. As hastes dos pistões estão conectadas ao platô por juntas esféricas. Os pistões são desta forma forçados para dentro e para fora de seus alojamentos na medida que a distância que a distância entre que a flange acionadora e o bloco do cilindro se altera. Uma junta universal conecta o bloco ao eixo acionador para garantir o alinhamento.

11 Hidráulica móbil aplicada a máquina agrícolas 11 O deslocamento volumétrico da bomba varia com a inclinação do platô. Quando o ângulo de inclinação é zero, não há deslocamento, e este é máximo quando o ângulo de inclinação é máximo Figura 14 - Bomba de pistão radial de deslocamento variável. (a) Platô inclinado e pistões paralelos ao eixo de acionamento. (b) pistões inclinados em relação ao eixo de acionamento. Bombas de pistão Radial O projeto das bombas de pistão radial consiste de pinos pivotados que direcionam o fluxo de óleo para dentro e para fora de um cilindro, um alojamento para um pistão e um rotor contendo um anel de reação excêntrico. O pistão se mantém em constante contato com o anel devido as ações da força centrífuga e reação do pistão. Na medida que o eixo principal rotaciona, os pistões em um lado se retraem e fazendo com que o fluído na medida que oeste passa pela porta de sucção entre no cilindro. Quando o pistão passa pelo ponto de maior excentricidade do anel força o fluído a entrar na porta de descarga.

12 Hidráulica móbil aplicada a máquina agrícolas 12 Figura 15 Corte de uma bomba de pistões radiais. Motores: Motores hidráulicos convertem a energia hidráulica em energia mecânica (torque e movimento rotacional). Geralmente tem o mesmo princípio construtivo que as bombas, e em alguns casos bombas podem ser empregadas como motores desde que não sejam equipadas com válvulas de carga de molas. A velocidade rotacional do motor depende da vazão de fluído fornecido pela bomba, e o torque depende da pressão de operação. ENGRENAGEM Existem três tipos básicos PALHEA de motores hidráulicos: PISÃO Desempenho de motores hidráulicos A eficiência volumétrica é dada por: Q η v Q A 100

13 Hidráulica móbil aplicada a máquina agrícolas 13 sendo que Q V D N A eficiência mecânica é dada por: η m A 100 sendo que: V D P e 2π A Potência entregue N pelo motor A eficiência global é dada por: ηv ηm η g 100