COMANDOS

HIDRULICOS

PNEUMTICOS

PPrrooff aa MMaarraa NNiillzzaa EEssttaanniissllaauu RReeiiss

11 sseemmeessttrree 22000099

PREFCIO

Aos meus (minhas) queridos (as) alunos (as).

O material a seguir o resultado da compilao do contedo de vrios livros,

apostilas, artigos, etc. e da experincia acumulada ao longo dos anos dentro da rea de

COMANDOS HIDRULICOS E PNEUMTICOS. De maneira alguma, este material busca

esgotar todo o contedo relacionado no programa da disciplina, nem tampouco fonte nica

para o desenvolvimento de atividades futuras, mesmo dentro da disciplina, mas antes, uma

forma de orientar o estudo de tal disciplina fornecendo um ponto de partida para consultas e

direcionamentos. Este material d suporte s aulas tericas da disciplina COMANDOS

HIDRULICOS E PNEUMTICOS do curso de Engenharia Mecnica, sendo

desenvolvidas e complementadas em sala de aula.

O contedo apresentado nas aulas expositivas deve ser enriquecido nas prticas de

laboratrio, visitas tcnicas e atravs da bibliografia e referncias recomendadas.

O programa da disciplina acompanha o dinamismo das tecnologias, impondo revises

peridicas para atualizao deste material.

Espero que esta compilao oferecida a vocs possa abrir os horizontes dentro da rea

de COMANDOS HIDRULICOS E PNEUMTICOS em geral e ajude-os (as) no dia-a-dia

profissional de cada um (a).

Atenciosamente,

Prof.a. Mara Nilza Estanislau Reis

NDICE

1 PARTE PNEUMTICA 14 151 Consideraes Gerais 152 Caractersticas do Ar Comprimido 15

2.1 Vantagens 162.2 Desvantagens 16

3 Produo do Ar Comprimido 163.1 Compressores 173.2 Simbologia 173.3 Tipos de Compresssores 17

3.3.1 Compressor de Embolo 183.3.1.1 Compressor de Embolo com Movimento Linear 183.3.1.2 Compressores de Membrana 20

3.3.2 Compressor Rotativo 203.3.2.1 Compressor Rotativo Multicelular 203.3.2.2 Compressor Rotativo de Duplo Parafuso (2 Eixos) 213.3.2.3 Compressor Roots 22

3.3.3 Turbo Compressores 223.4 Diagrama de Volume e Presso Fornecida 223.5 Refrigerao 233.6 Lugar de Montagem 243.7 Regulagem da Capacidade 24

3.7.1 Readmisso do Ar By-Pass 253.7.2 Partida e Parada Automtica do Motor Eltrico 253.7.3 Alvio nas Vlvulas de Adminisso 26

3.8 Manuteno 274 Resfriamento 27

4.1 Resfriamento do Ar 274.1.1 Intercooler 284.1.2 Aftercooler 28

5 Armazenamento e Distribuio do Ar Comprimido 295.1 Reservatrio de Ar Comprimido 29

5.1.1 Localizao 305.2 Rede de Distribuio de Ar Comprimido 31

5.2.1 Vazamentos 335.2.2 Material da Tubulao 34

5.2.2.1 Tubulaes Principais 345.2.2.2 Tubulaes Secundrias 35

5.2.3 Conexes para Tubulaes 355.2.3.1 Conexes para Tubos Metlicos 35

6 Preparao do Ar Comprimido 366.1 Impurezas 36

6.1.1 Secagem por Absoro 376.1.2 Secagem por Adsoro 386.1.3 Secagem por Resfriamento 396.1.4 Filtro de Ar Comprimido 40

6.1.4.1 Funcionamento do Dreno Automtico 426.1.5 Regulador de Presso com Orifcio de Escape 436.1.6 Regulador de Presso sem Orifcio de Escape 446.1.7 Lubrificador 45

6.1.7.1 Funcionamento do Lubrificador 456.1.8 Unidades de Conservao 46

6.2 Manuteno 477 Elementos Pneumticos de Trabalho 48

7.1 Elementos Pneumticos de Movimento Retilneo 487.1.1 Cilindros de Simples Ao 487.1.2 Cilindro de Dupla Ao 50

7.1.2.1 Cilindro de Dupla Ao com Haste Passante 507.1.2.2 Cilindro Tandem 517.1.2.3 Cilindro de Dupla Ao com Amortecimento 517.1.2.4 Cilindro Rotativo com Amortecimento 527.1.2.5 Cilindro de Mltiplas Posies 537.1.2.6 Cilindro de Membrana 54

7.1.3 Tipos de Fixao 547.1.4 Vedaes 56

7.2 Elementos Pneumticos com Movimento Giratrio 577.2.1 Motores de Pisto 577.2.2 Motor de Palhetas 587.2.3 Motores de Engrenagem 597.2.4 Turbo Motores 597.2.5 Caractersticas dos Motores Pneumticos 60

8 Vlvulas 608.1 Vlvulas Direcionais 61

8.1.1 Simbologia das Vlvulas 618.1.2 Tipos de Acionamentos de Vlvulas 648.1.3 Funcionamento 678.1.4 Caractersticas de Construo das Vlvulas Direcionais 68

8.1.4.1 Vlvulas de Sede ou de Assento 688.1.4.1.1 Vlvula de Sede Esfrica 688.1.4.1.2 Vlvula de Sede de Prato 69

8.1.4.2 Vlvulas Corredias 768.1.4.2.1 Vlvula Corredia Longitudinal 77

8.1.4.2.2 Vlvula Corredia Giratria 808.2 Vlvulas de Bloqueio 82

8.2.1 Vlvula de Reteno 828.2.2 Vlvula Alternadora ou de Isolamento (Elemento ou) 838.2.3 Vlvula de Escape Rpido 848.2.4 Expulsor Pneumtico 848.2.5 Vlvula de Simultaneidade 85

8.3 Vlvula de Fluxo 868.3.1 Vlvula Reguladora de Fluxo Unidirecional 86

8.4 Vlvulas de Presso 888.4.1 Vlvula de Sequncia 88

8.5 Combinaes Especiais 898.5.1 Acionamento Pneumtico com Comutao Retardada 89

8.5.1.1 Temporizador (Normalmente Fechado) 89

8.5.1.2 Temporizador (Normalmente Aberto) 909 Simbologia 9110 Comandos Pneumticos 104

10.1 Introduo 10410.2 Classificao dos Grupos 10410.3 Cadeia de Comandos 105

11 Circuitos Complexos 11211.1 Circuito para Desligamento de Sinais 12211.2 Mtodos Sistemticos de Esquemas 12611.3 Condies Marginais 142

EXERCCIOS 151 2 PARTE HIDRULICA 177 12.1 Introduo Hidrulica 17812.2 Sistema leo Hidrulico 17912.3 Exemplos de Aplicaes 179

12.3.1 Hidrulica Industrial 18012.3.2 Hidrulica em Construes Fluviais, Lacustres e Martimos 18012.3.3 Hidrulica em Aplicaes Tcnicas Especiais I 18012.3.4 Hidrulica em Aplicaes Tcnicas Especiais II 18012.3.5 Hidrulica na Indstria Naval 180

12.4 Classificao 18012.4.1 Quanto Presso 18012.4.2 Quanto Aplicao 18012.4.3 Quanto ao Tipo de Bomba 18012.4.4 Quanto ao Controle de Direo 181

12.5 Esquema Geral de um Sistema Hidrulico 18112.6 Transmisso de Energia Hidrulica 18112.7 Vantagens e Desvantagens do Sistema Hidrulico 182

12.7.1 Vantagens do Sistema Hidrulico 18212.7.2 Desvantagens do Sistema Hidrulico 183

12.8 Um Pouco de Histria 18312.8.1 A Lei de Pascal 184

12.9 Definio de Presso 18612.10 Presso em uma Coluna de Fluido 18612.11 Princpio da Multiplicao de Presso 18712.12 Conservao de Energia 18712.13 Como Gerada a Presso 18912.14 Fluxo em Paralelo 18912.15 Fluxo em Srie 19012.16 Princpio de Fluxo 191

12.16.1 Vazo de Velocidade 19112.16.1.1 Velocidade 19112.16.1.2 Vazo 192

12.16.2 Atrito e Escoamento 19412.16.3 Queda de Presso atravs de uma Restrio (Orifcio) 19512.16.4 Tipos de Escoamento 197

12.16.4.1 Fluxo Laminar 19712.16.4.2 Fluxo Turbulento 197

12.17 Princpio de Bernoulli 19812.18 Perda de Carga na Linha de Presso de um Sist. Hidrulico 199

12.18.1 Determinao do Fator f 20012.18.2 Determinao de Ls,L1 e L 20112.18.3 Determinao de D 20112.18.4 Determinao de v 20212.18.5 Determinao de 20212.18.6 Procedimento de Clculo 20212.18.7 Perda Trmica 20312.18.8 Tabela de Perda de Carga 204

12.19 Trabalho e Energia 20512.19.1 Potncia Hidrulica 205

12.20 Fluidos Hidrulicos 20612.20.1 Funes dos Fluidos Hidrulicos 20612.20.2 Propriedade dos Fluidos Hidrulicos 208

12.20.2.1 ndice de Viscosidade 20912.20.2.1.1 Converso de Viscosidades 209

12.20.2.2 Ponto de Fluidez 20912.20.2.3 Capacidade de Lubrificao 209

12.20.2.4 Resistncia Oxidao 21112.20.2.4.1 Preveno da Ferrugem e Corroso 211

12.20.2.5 Demulsibilidade 21212.20.2.6 Uso de Aditivos 212

12.20.3 Fluidos Resistentes ao Fogo 21312.20.3.1 Caractersticas 21312.20.3.2 gua Glicis 21412.20.3.3 Emulses de gua em leo 21512.20.3.4 leo em gua 21612.20.3.5 Outras Caractersticas 216

12.20.4 Fluidos Sintticos Resistentes ao Fogo 21712.20.4.1 Caractersticas 217

12.20.5 Manuteno do Fluido 21812.20.6 Armazenagem e Manipulao 21912.20.7 Cuidados durante a Operao 219

12.21 Tubulao e Vedao Hidrulica 21912.21.1 Tubulao 21912.21.2 Tubos Rgidos 220

12.21.2.1 Vedaes para Tubos Rgidos 22012.21.2.2 Conexes 221

12.21.3 Tubulao semi-Rgida 22212.21.3.1 Especificao de Tubulao 22212.21.3.2 Conexes para Tubos Semi-Rgidos 223

12.21.4 Mangueira Flexvel 22412.21.4.1 Conexes para Mangueiras 225

12.21.5 Considerao de Presso e Fluxo 22512.21.6 Consideraes sobre o Material 22712.21.7 Recomendaes de Instalao 22712.21.8 Retentores de Vazamento 23012.21.9 Materiais de Vedao 23812.21.10 Como Evitar Vazamentos 240

12.22 Reservatrios 24212.22.1 Armazenamento de leo 24312.22.2 Construo do Reservatrio 24312.22.3 Acessrios 244

12.22.3.1 Respiro 24412.22.3.2 Chicana 24412.22.3.3 Local de Enximento 24512.22.3.4 Indicadores de Nvel 24512.22.3.5 Magnetos 246

12.22.4 Conexes e Montagens de Linha 24612.22.5 Dimensionamento de um Reservatrio 24612.22.6 Regra da Altura do Filtro de Suco 24712.22.7 Resfriamento do Fluido 24712.22.8 Circulao Interna de Ar 248

12.23 Filtros 24912.23.1 Filtros para Linhas de Suco 25012.23.2 Filtros para Linhas de Presso 25212.23.3 Filtros para Linhas de Retorno 25312.23.4 Materiais Filtrantes 25512.23.5 Os Tipos de Elementos Filtrantes 25512.23.6 Filtros de Fluxo Total 25612.23.7 Filtros Tipo Indicador 256

12.24 A Presso Atmosfrica Alimenta a Bomba 25712.25 Bombas Hidrulicas 258

12.25.1 Especificaes de Bombas 25912.25.1.1 Presso Nominal 25912.25.1.2 Deslocamento 26012.25.1.3 A Vazo (lpm) 26012.25.1.4 Rendimento Volumtrico 261

12.25.2 Classificao e Descrio das Bombas 26112.25.3 Tipos de bombas 265

12.25.3.1 Bombas Manuais 26612.25.3.2 Bombas de Engrenagens 26712.25.3.3 Bombas de Rotores Lobulares 26812.25.3.4 Bombas de Palhetas 269

12.25.3.4.1 Bombas Tipo No Balanceado 270 12.25.3.4.2 Bombas Tipo Balanceado 270 12.25.3.4.3 Bombas Duplas Redondas 271

12.25.3.4.4 Bombas de Palhetas Tipo Quadrado 27112.25.3.4.5 Bombas de Palhetas de Alto Rendimento 273

12.25.3.4.5.1 Intrapalhetas 27412.25.3.4.5.2 Conj. Rotativo Pr-Montado cartucho 27512.25.3.4.5.3 Posies dos Prticos 27612.25.3.4.5.4 Carac. de Op. de Bombas de Palhetas 276

12.25.3.5 Bombas de Pisto Axial com Placa Inclinada 27712.26 Vlvulas de Presso 280

12.26.1 Vlvula de Segurana (Alvio de Presso) 28212.26.1.1 Vlvula de Alvio e Seg. de Op. Direta (Simples) 28312.26.1.2 Vlvula de Alvio e Segurana Diferencial 28512.26.1.3 Vlvula de Alvio e Seg. de Operao Indireta 286

12.26.1.4 Vlvula de Segurana Pr-Operada 28712.26.1.5 Vlvula Limtadora de Presso Pr-Operada com

Descarga Por Solenide 291

12.26.2 Vlvula de Descarga 29212.26.3 Vlvula de Sequncia 292

12.26.3.1 Vlvula e Sequncia de Presso Pr-Operada 29312.26.4 Vlvula de Contrabalano 29412.26.5 Vlvula Redutoras de Presso 294

12.26.5.1 Vlvula Redutoras de Presso de Ao Direta 295 12.26.5.2 Vlvula Redutoras de Presso Pr-Operadas 29612.27 Vlvulas Direcionais 297

12.27.1 Vlvulas Centradas por Molas, com Molas Fora de Centro e Sem Mola 297

12.27.1.1 Tipos de Centros Dos Carretis 29812.27.2 Vlvulas de Desacelerao 300

12.28 Vlvulas de Bloqueio 30112.28.1 Vlvulas de Reteno 301

12.28.1.1 Vlvulas de Reteno em Linha 30212.28.1.2 Vlvulas de Reteno em ngulo Reto 30312.28.1.3 Vlvulas de Reteno com Desbloqueio Hidrulico 304

12.28.2 Vlvula de Suco ou de Pr-Enximento 31012.29 Controle de Vazo 312

12.29.1 Os Mtodos de Controlar o Fluxo 31212.29.2 Vlvulas de Controle de Vazo 31412.29.3 Vlvula Contr. de Vazo com Compensao de Temp. 316

12.30 Presso Induzida em um Cilindro 31712.31 Vazo Induzida em um Cilindro 31812.32 Sistema Regenerativo 31912.33 Clculos 320SIMBOLOGIA 323EXERCCIOS 336REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 368

Figuras e Tabelas

Pneumtica

Figuras

Figura 1 - Equipamentos e acessrios ideais na gerao de ar comprimido 17Figura 2 - Tipos de compressores 18Figura 3 Compressor de mbolo de 1 estgio 19Figura 4 Compressor de dois estgios com refrigerao intermediria 19Figura 5 Compressor de membrana 20

Figura 6 Compressor rotativo multicelular 21Figura 7 Compressor duplo parafuso 21Figura 8 Compressor Roots 21Figura 9 Compressor axial 22Figura 10 Compressor radial 22Figura 11 Diagrama de Volume e Presso fornecido 23Figura 12 Aletas de refrigerao 24Figura 13 Readmisso do ar ou by-pass 25Figura 14 Partida e parada automtica do motor eltrico 26Figura 15 Alvio nas vlvulas de admisso 26Figura 16 - Intercooler 28Figura 17 - Aftercooler 29Figura 18 Reservatrio de ar comprimido 30Figura 19 Rede de distribuio de circuito aberto 31Figura 20 Tubulao com circuito fechado 32Figura 21 Rede combinada 32Figura 22 Tomada de ar 33Figura 23 - Conexo com anel de corte permite vrias montagens e desmontagens 35

Figura 24 - Conexo com anel de presso para tubos de ao e cobre com anel interno especial serve tambm para tubos plsticos 36

Figura 25 - Conexo com reborbo prensado 36Figura 26 - Conexo com reborbo flangeado 36Figura 27 Secagem por absoro 38Figura 28 Secagem por adsoro 39Figura 29 Secagem por resfriamento 40Figura 30 Filtro 41Figura 31 Dreno automtico 42Figura 32 Regulador de presso com orifcio de escape 43Figura 33 Regulador de presso sem orifcio de escape 44Figura 34 Princpio de Venturi 45Figura 35 Lubrificador 46Figura 36 Conjunto lubrefil 47Figura 37 Conjunto lubrefil (detalhado/simplificado) 47Figura 38 Cilindro de simples ao 49Figura 39 Cilindro de simples ao 49Figura 40 Cilindro de dupla ao 50Figura 41 Cilindro de dupla ao com haste passante 51Figura 42 Cilindro Tandem 51Figura 43 - Cilindro de dupla ao com amortecimento nos fins de curso 52Figura 44 - Cilindro rotativo com amortecimento nos fins de curso 53Figura 45 Cilindro de mltiplas posies 53Figura 46 Cilindro de membrana 54Figura 47 Tipos de fixao 55Figura 48 Tipos de vedaes para mbolos 57Figura 49 Motor radial e motor axial 58Figura 50 Motor de palhetas - sentido de rotao 59Figura 51 Esqueleto de uma vlvula direcional 67Figura 52 Vlvulas direcionais de sede esfrica 69Figura 53 - Vlvulas direcionais (NA) de sede de prato 69

Figura 54 - Vlvulas direcionais (NF) de sede de prato 70Figura 55 Vlvula direcional de 3 vias por 2 posies (normal aberta) 70Figura 56 - Vlvula direcional de 3 vias (3/2) (sede de prato) acionada pneumaticamente 71

Figura 57 Vlvula direcional de 3 vias por 2 posies (acionamento pneumtico) 71

Figura 58 - Vlvula direcional de 3 vias por 2 posies com princpio de assento de prato 72

Figura 59 - Vlvula direcional de 5 vias por 2 posies (Princpio de assento). 73

Figura 60 - Vlvula direcional de 3 vias com 2 posies (acionamento eletromagntico) 73

Figura 61 Vlvula direcional de 4 vias por 2 posies (solenide e servocomando) 74

Figura 62 Vlvula direcional de 3 vias por duas posies, com acionamento por rolete, servocomandada (normal fechada) 75

Figura 63 Vlvulas direcionais de 3 vias por duas posies, com acionamento por rolete, servocomandada (normal aberta) 76

Figura 64 Vlvula direcional de 4 vias por 2 posies (servopilotada) 76Figura 65 Vlvula direcional de 5 vias por 2 posies (princpio de corredia longitudinal) 77

Figura 66 Tipos de vedao entre mbolo e corpo da vlvula 78Figura 67 Vlvula corredia longitudinal manual. Vlvula direcional de 3 vias por duas posies 79

Figura 68 Vlvula direcional corredia plana longitudinal de 4/2 vias comando por alvio bi-lateral de presso 80

Figura 69 - Esquema de comando por impulso negativo 80Figura 70 Vlvulas corredia giratria 81Figura 71 Vlvula de reteno 83Figura 72 Vlvula alternadora 83Figura 73 Vlvula de escape rpido 84Figura 74 Expulsor pneumtico 85Figura 75 Vlvula de simultaneidade 86Figura 76 Vlvula reguladora de fluxo unidirecional 87Figura 77 Vlvula reguladora de fluxo unidirecional com acionamento mecnico regulvel (com rolete) 87

Figura 78 Vlvula de seqncia 88Figura 79 - Temporizador (normalmente fechado) 89Figura 80 - Temporizador (normalmente aberto) 90Figura 81 Disposio segundo o esquema da cadeia de comando 106Figura 82 Esquema pneumtico 108Figura 83 Representao de um elemento de sinal 110Figura 84 Rolete escamotevel 122Figura 85 Circuito temporizado 125Figura 86 Circuito para desligamento de sinais 125Figura 87 - Vlvulas de inverso (memria) 126Figura 88 Caixa preta 126

Tabelas

Tabela1 27Tabela 2 Vazamentos e perda de potncia em furos 342. Forma de tabela 113

Hidrulica

Figuras

Figura 1 - A presso (fora por unidade rea) transmitida em todos os sentidos de um lquido confinado 184

Figura 2 - A alavanca hidrulica 185Figura 3 - Presso hidrosttica 186Figura 4 - Multiplicador de presso 197Figura 2.1 A energia no pode ser criada nem destruda 188Figura 5 - Presso causada por uma restrio e limitada por uma vlvula controladora de presso 189

Figura 6 - Fluxo em paralelo 190Figura 7 - Fluxo em srie 191Figura 8 - Leis da vazo 193Figura 9 - Vazo e velocidade 194

Figura 10 - Atrito e queda de presso 194Figura 11 - Queda de presso e fluxo de leo atravs de uma restrio 196Figura 12 - Fluxo laminar 197Figura 13 - Fluxo turbulento 198Figura 14 - A altura das colunas de fluido representa as presses em cada posio 199

Figura 15 Propriedades de lubrificao dos leos 210Figura 16 - Vedaes para canos 221Figura 17 - Tipos de conexes 221Figura 18 - Conexes flangeadas para tubos rgidos de grande dimetro 222Figura 19 - Conexes e adaptadores rosqueados usados com tubos semi-rgidos 223

Figura 20 - Construo das mangueiras (tubos flexveis) 225Figura 21 Retentores 232Figura 22 Anel de seco redonda 233Figura 23 - Anel de encosto 234Figura 24 - Retentores de seco retangular (cortados em torno) 234Figura 25 - Anel tipo "T" 235Figura 26 - Retentor labial 235Figura 27 - Retentor tipo copo 236Figura 28 - Anis de pisto 236Figura 29 - Gaxetas de compresso 237Figura 30 - Retentor de face 238Figura 31 - Partes de reservatrio 244Figura 32 - Chicana vertical 245Figura 33 - Bujes magnticos 250Figura 34 - Filtro de suco 251Figura 35 O filtro de suco (entrada) protege a bomba 252Figura 36 - Filtro de presso 253Figura 37 - O filtro para linha de presso instalado na sada das bombas 253Figura 38 - Filtro de retorno 254Figura 39 - O filtro de retorno instalado no retorno para o reservatrio 254Figura 40 - Elemento filtrante (tipo de superfcie) 255Figura 41 - Filtro de fluxo total 256Figura 42 - Filtro tipo indicador 257Figura 43 - Bombas centrfugas 258Figura 44 - Bomba de mbolo de simples efeito 263Figura 45 - Bomba de mbolo de simples efeito 263Figura 46 - Bomba alternativa de pisto de simples efeito 264Figura 47 - Bomba alternativa de pisto de duplo efeito 264Figura 48 - Bombas rotativas 265Figura 49 - Bomba manual de dupla ao 266Figura 50 - Bomba de engrenagens externas 267Figura 51 - Bombas de engrenagens internas 267Figura 52 - Bomba de rotores lobulares 268Figura 53 - Funcionamento de uma bomba de palhetas no balanceadas 269Figura 54 - Deslocamento de uma bomba de palhetas 269Figura 55 - Bomba de palhetas de deslocamento varivel compensado por presso 270

Figura 56 - Princpio de balanceamento em uma bomba de palhetas 271

Figura 57 - Bomba dupla redonda 271Figura 58 - Bomba de palheta tipo "quadrado" 272Figura 59 - Princpio de funcionamento 272Figura 60 - Bomba dupla "quadrada" 273Figura 61 - Bomba de palhetas de alta eficincia 274Figura 62 - Construo de bomba dupla de alto rendimento 274Figura 63 - Princpio de funcionamento 275Figura 64 - Conjunto rotativo pr-montado 276Figura 65 e 66 - Bomba de pistes em linha 277Figura 67 - Princpio de funcionamento 278Figura 68 - Variao do deslocamento da bomba de pistes em linha 279Figura 69 - Funcionamento do compensador 280Figura 70 Smbolo e vlvula de segurana 283Figura 71 - Vlvula de segurana composta 285Figura 72 Operao de vlvula de segurana de pisto balanceado 287Figura 73 - "Ventagem" de uma vlvula de segurana 289Figura 74 - Vlvula de segurana simples acoplada ao prtico de ventagem 289

Figura 75 - Vlvula limitadora de presso tipo DB, pr-operada 290Figura 76 - Vlvula limitadora de presso pr-operada com descarga por solenide 291

Figura 77 - Vlvula de seqncia de presso pr-operada 293Figura 78 - Vlvula redutora de presso 295Figura 79 Vlvula redutora de presso operada por piloto 296Figura 80 -Vlvula redutora de presso com vlvula de reteno integral 297Figura 81 - Vlvula com mola fora de centro 298Figura 82 - Tipos de centros dos carretis 299Figura 83 - Posio dos mbolos 300Figura 84 - Princpio de funcionamento e simbologia de uma vlvula de reteno 301

Figura 85 - Vlvula de reteno em linha 302Figura 86 - Princpio de funcionamento de uma vlvula de reteno em linha 302

Figura 87 - Vlvula de reteno em ngulo reto 303Figura 88 - Funcionamento de uma vlvula de reteno em ngulo reto 303Figura 89 - Placa retificadora com 4 vlvulas de retenes e vlvula reguladora 304

Figura 90 - Corte de uma placa retificadora tipo Z4S com indicao do sentido do fluxo 304

Figura 91 a) a esquerda: Vlvula de reteno pilotada, com conexo por roscas 305

Figura 92 - Construo sem conexo para dreno 305Figura 93 - Construo com conexo para drenos externos 308Figura 94 - Vlvula de reteno com desbloqueio hidrulico geminada 309Figura 95 - Vlvula de suco 310Figura 96 - Vlvula de suco em corte 311Figura 97 - Controle de vazo na entrada (Meter-in) 312Figura 98 - Controle de vazo na sada do atuador (Meter-Out) 313Figura 99 - Controle de vazo em desvio (Bleed-off) 314Figura 100 - Vlvula controladora de vazo no compensada 315

Figura 101 - Vlvula controladora de vazo compensada por presso 315Figura 102 - Vlvula controladora de vazo com vlvula de reteno incorporada 316

Figura 103 - Funcionamento de uma vlvula controladora de vazo compensada por presso e temperatura 317

Tabelas

Tabela de perda de carga 204Tabela 1- Compatibilidade entre os tipos de materiais e os fluidos hidrulicos 218

Tabela 2 - Tabela para selecionar dimetro interno dos tubos 226Tabela 3 - Dimensionamento de tubos 227Tabela 4 Tabela Tpica de Especificaes 260

Pontifcia Universidade Catlica de Minas Gerais IPUC - Departamento de Engenharia Mecnica

C d Hid li P i

Hidrulica (2 PARTE)

Professora: Mara Nilza Estanislau Reis

12.1- Introduo Hidrulica

HIDRULICA

A palavra hidrulica definida da raiz grega hidro que significa gua, aulos que

significa cano. Compreendia-se, antigamente, por isso, todas as leis e

comportamentos relativos gua. Hoje, entende-se, por hidrulica, a transmisso,

controle de foras e movimentos, por meio de um fluido. No nosso estudo tratamos

apenas do leo hidrulico que um ramo da hidrulica que utiliza o leo como

fluido.

A Hidrulica consiste no estudo das caractersticas e usos dos fluidos. Desde o incio,

o homem serviu-se dos fluidos para facilitar o seu trabalho. A histria antiga registra que

dispositivos engenhosos, como bombas e rodas d'gua j eram conhecidos desde pocas

remotas. Entretanto, s no sculo XVII, o ramo da hidrulica que nos interessa, foi utilizado.

Experincias tm mostrado que a hidrulica agora indispensvel como um mtodo

moderno de transmisso de energia.

Acionamentos e comandos hidrulicos ganharam importncia atravs dos tempos,

com a automatizao e mecanizao.

Grande parte das modernas e mais produtivas mquinas e instalaes so hoje parcial

ou totalmente comandadas por sistemas hidrulicos. Um fluido usado como meio de

transmisso de energia. Na maior parte dos casos, so usados leo mineral, podendo,

entretanto, ser um fluido sinttico, ou uma emulso leo-gua.

leo Hidrulico ou hidrulico industrial: meio de transmitir energia atravs de lquido

confinado sob presso.

Atualmente h milhares de mquinas operadas por presso, que dividem a hidrulica

em duas cincias:

Hidrosttica: mecnica dos fluidos estticos, teoria das condies de equilbrio dos fluidos

sob presso. A energia transmitida empurrando um lquido confinado. O lquido precisa se

mover ou fluir para causar o movimento, porm, esta uma decorrncia da fora aplicada

(energia potencial) sistemas de leo hidrulicos estticos.

Hidrodinmica: a cincia dos lquidos em movimento. Uma roda dgua ou turbina

representa um dispositivo hidrodinmico. A energia transmitida pelo impacto do fluido em

movimento contra lminas ou palhetas (energia cintica, ou energia do movimento que o

lquido contm) sistemas leo hidrulicos cinticos. Mecnica dos fluidos em movimento (teoria da vazo).

Um exemplo de hidrodinmica pura a transformao de energia dinmica da gua, nas

usinas hidreltricas.

12.2- Sistema leo Hidrulico

So sistemas transmissores de potncia ou movimento, utilizando leo com o

movimento transmissor que praticamente incompressvel (transmite fora

instantaneamente). Podem ser classificados de duas formas:

Estticos: onde a energia utilizada a potencial, com o fluido sob alta presso e baixa

velocidade (+ ou 1000bar). Nosso estudo se voltar mais aos sistemas estticos aplicados,

por exemplo, em prensas, guindastes, mquinas, ferramentas, injetoras de plsticos, etc.

Cinticos: onde a energia utilizada cintica, para a transmisso de potncia, altas

velocidades em torno de 50m/s (180km/h).

12.3- Exemplos de aplicaes

Para que se possa, inicialmente, fazer uma idia geral sobre os vrios campos de

aplicao da hidrulica, os mesmos foram divididos em 5 setores como segue:

12.3.1 - Hidrulica Industrial

Injetoras de plstico e outros materiais; Prensas; Indstria pesada (metalrgica

laminao; mquinas-ferramentas).

12.3.2 - Hidrulica em construes fluviais, lacustres e martimas.

Comportas e eclusas; Acionamento de pontes; Mquinas de minerao; Turbinas;

Usinas nucleares.

12.3.3 - Hidrulica em aplicaes tcnicas especiais.

Escavadeiras, dragas e gruas; Mquinas rodovirias e agrcolas; Mecnica

automobilstica.

12.3.4 - Hidrulica em aplicaes tcnicas especiais.

Acionadores de telescpios; antenas; bias de investigao martima; trens de

aterrissagem e controle de aeronaves; mquinas especiais.

12.3.5 - Hidrulica na Indstria Naval.

Acionamento de lemes; Guindastes de bordo; Gruas; Plataformas; Escotilhas de cargas.

12.4- Classificao

12.4.1- Quanto a presso:

00 - 14 bar = baixa presso

14 - 35 bar = mdia presso

35 - 85 bar = mdia-alta presso

85 - 210 bar = extra-alta presso

12.4.2- Quanto a aplicao:

Classificados em sistema de presso contnua ou sistema de presso intermitente.

12.4.3- Quanto ao tipo de bomba:

Vazo constante ou vazo varivel.

12.4.4- Quanto ao controle de direo:

Controlado por vlvulas.

Controlado por bombas reversveis.

12.5- Esquema geral de um sistema hidrulico

De acordo com o tipo de aplicao, existe uma grande infinidade de tipos de circuitos

hidrulicos, porm, todos eles seguem sempre um mesmo esquema, que poderamos dividir

em trs partes principais.

Sistema de Gerao

Sistema de distribuio

e controle Sistema de aplicao de

energia

Reservatrio Vlvulas Atuadores:

Filtros controladoras Cilindro-linear

Bomba de vazo, presso Motor hidrulico-rotativo

Motor de acionamento e direcionais

Acumulador

Intensificador de presso e

outros acessrios

12.6- Transmisso de energia hidrulica

O componente de entrada de um sistema hidrulico chama-se bomba e o de sada

atuador.

O sistema hidrulico no uma fonte de energia. A fonte de energia o acionador, tal como,

o motor que gira a bomba. Ento porque no esquecer a hidrulica e ligar a parte mecnica

diretamente ao acionador principal? Devido a versatilidade de um sistema hidrulico, o qual

oferece algumas vantagens sobre outros meios de transmisso de energia.

12.7- Vantagens e Desvantagens do sistema hidrulico

12.7.1- Vantagens do sistema hidrulico

Faremos uma rpida comparao dos sistemas hidrulicos com os sistemas mecnicos ou

eltricos equivalentes.

- Velocidade:

Consegue-se, num sistema bem dimensionado, uma variao contnua e precisa de

velocidade, seja cilindro ou motor hidrulico, bastando para isto mudar a vazo da bomba ou

control-la atravs da vlvula adequada.

- Reversibilidade:

Sem desligar a mquina, bastando apenas alterar a posio do mbolo da vlvula

direcional, ocorre a inverso do movimento do atuador, enquanto que para se obter, por

exemplo, a inverso do sentido de rotao de um motor eltrico, necessrio deslig-lo,

inverter os fios (plos) e dar nova partida. Existem chaves especiais para este fim, mas

apesar da rapidez da operao, a inverso no suave e o pico de consumo de partida do

motor no evitado.

- Proteo contra sobrecarga:

Quando a carga excede os limites de trabalho ocorre o aumento da presso do fluido a

um valor limitado pela vlvula de segurana, que nessa situao se abre impedindo qualquer

dano ao sistema.

- Limitao de fora (ou torque):

H possibilidade de se limitar a fora mxima de um cilindro, ou torque mximo de

um motor, pela vlvula de segurana, e se existir a necessidade de um limite mais baixo para

um movimento do que para outro, pode-se utilizar uma vlvula redutora de presso.

- Dimenses reduzidas:

Como a fora e a velocidade dos atuadores dependem apenas de presso e vazo

respectivamente, o peso e o tamanho dos componentes hidrulicos so reduzidos em relao

aos equivalentes equipamentos mecnicos e eltricos da mesma potncia.

- O leo hidrulico um excelente condutor de calor, o que inclusive um fator importante

no dimensionamento do reservatrio que poder servir como trocador de calor, etc.

- Fcil instalao dos diversos elementos, oferecendo grande flexibilidade, inclusive em

espaos reduzidos. O equivalente em sistemas mecnicos j no apresenta esta

flexibilidade.

- So sistemas auto-lubrificados, no ocorrendo o mesmo com os mecnicos ou eltricos.

- Tem pequeno peso e tamanho com relao a potncia consumida em comparao aos

sistemas eltrico e mecnicos.

- Parada instantnea. Se pararmos instantaneamente um motor eltrico, podemos danific-

lo ou queimar o fusvel. Da mesma forma as mquinas no podem ser paradas

bruscamente e ter seu sentido de rotao invertido, sem a necessidade de se dar a partida

novamente. Entretanto, um atuador hidrulico pode ser parado sem danos quando

sobrecarregado, e comear imediatamente assim que a carga for reduzida. Durante a

parada, a vlvula de segurana simplesmente desvia, a vazo da bomba ao tanque.

12.7.2- Desvantagens do sistema hidrulico

- Seu custo inicial mais alto em comparao aos sistemas mecnicos e eltricos.

- Perigos de incndios, pois o leo, normalmente inflamvel. Atualmente tem-se

empregado em certos casos fluidos resistentes ao fogo que, na realidade, apenas evitam a

propagao do fogo.

- O rendimento global de um sistema hidrulico, sem levar em considerao o rendimento do

motor que aciona a bomba, varia, em funo dos componentes especificados, de 80% a 90%.

So trs os fatores responsveis pela variao do rendimento:

- Vazamentos internos em todos os componentes, esses vazamentos

so necessrios para promover a lubrificao das partes mveis dos diversos componentes.

- Perda de energia provocada pelas perdas de carga nos tubos e

vlvulas, com o conseqente aquecimento do leo.

- Vrias transformaes do estado da potncia, a bomba recebe em seu

eixo potncia mecnica, a transforma em potncia hidrulica e o atuador recebe a potncia

hidrulica e a transforma novamente em mecnica.

12.8- Um pouco de Histria

A hidrulica data de milhares de anos atrs, em sistemas de abastecimento de gua e

irrigao. Compreendia-se, antigamente, por isso, todas as leis e comportamentos

relativos a gua.

Antes do sculo XV, poca que Leonardo da Vinci era o gnio da Europa, o conceito

de presso era virtualmente desconhecido. Embora ele tivesse apresentado vrias sugestes

de projetos de mquinas hidrulicas, no conseguiu desenvolver um conceito claro de

presso. Mais de cem anos depois o italiano Torricelli observou o princpio de barmetro de

mercrio e relacionou ao peso da atmosfera. Baseando-se na descoberta de Torricelli, o

cientista francs Blaise Pascal descobriu o princpio da alavanca hidrulica conhecido como

Lei de Pascal (sec. XVII).

12.8.1- A lei de Pascal:

"A Presso exercida em um ponto qualquer de um fluido em repouso transmite-se

integralmente a todos os pontos do fluido e atua perpendicularmente contra as paredes do

recipiente que o contm".

Este preceito explica o fato de uma garrafa de vidro quebrar-se caso sua rolha seja

forada a entrar, com o recipiente completamente cheio: o fluido, praticamente

incompressvel, transmite a presso aplicada pela rolha ao fundo da garrafa, como a rea do

fundo muito maior que a rolha, produz-se uma fora no fundo, excessivamente alta a ponto

de quebr-la.

Figura 1 - A presso (fora por unidade rea) transmitida em todos os sentidos de um

lquido confinado.

Talvez, pela simplicidade da Lei de Pascal, que o homem no percebeu o seu

enorme potencial por dois sculos. Somente, no princpio da Revoluo Industrial, que um

mecnico britnico, Joseph Bramah, veio a utilizar a descoberta de Pascal para desenvolver

uma prensa hidrulica.

Bramah, conclui que, se uma fora moderada aplicada a uma pequena rea, produz-se

proporcionalmente, uma fora maior numa rea maior, o nico limite fora de uma

mquina seria a rea em que se aplicasse a presso. A figura demonstra como Bramah

aplicou o princpio de Pascal prensa hidrulica.

Figura 2 - A alavanca hidrulica.

A fora aplicada a mesma utilizada na rolha e o pisto menor tem a mesma rea, ou

seja, 1cm. O pisto maior tem 10cm.

O pisto maior empurrado com 10kgf numa rea de 1cm, para que possa suportar

um peso de 100kgf. Observa-se que as foras que equilibram este sistema so proporcionais

s reas dos cilindros. Assim sendo, se a rea de sada for de 200 cm, a fora de sada ser

de 200 kgf (no caso, a cada cm correspondem 10 kgf). Este o princpio de operao de um

macaco hidrulico ou de uma prensa hidrulica. interessante notar a semelhana entre a

prensa simples e uma alavanca mecnica (vista B).

12.9- Definio de presso

Somente para sistemas estticos:

AFP =

Unidades: bar; 2cmkgf ; 2m

N = Pa; 2ftlbf ; 2in

lbf = psi ; atm ; mmHg ; mca

12.10- Presso numa coluna de fluido

Em uma coluna de fluido ocorre uma presso como conseqncia do peso da massa

de fluido sobre uma determinada rea. A presso dependente da altura (h) da coluna, da

densidade () e da acelerao da gravidade(g).

Presso de coluna = . g. h = h .

Figura 3 - Presso hidrosttica.

Tomando recipientes de formas diferentes, cheios com o mesmo fluido, a presso, em um

determinado ponto, dentro do fluido, depende apenas da altura da coluna acima do ponto.

A presso hidrosttica exerce uma fora sobre o fundo do reservatrio.

Caso a presso, conforme mostra a figura, atua sobre superfcies iguais ( A1 = A2 = A3 ), as

foras resultantes sero tambm iguais. (F1 = F2 = F3).

12.11- Princpio da multiplicao de presso

Figura 4 - Multiplicador de presso.

Dois mbolos de dimetros diferentes so unidos entre si por uma haste. Atuando-se

com a presso P1 sobre a rea A1, temos no mbolo maior a fora F1. A fora F1

transmitida pela haste ao mbolo menor. Essa fora age sobre a superfcie A2 e provoca a

presso P2. Eliminando o atrito, teremos:

F1 = F2 = F

P1 . A1 = P2 . A2

Com isso teremos: P1 . A1 = F1

P2 . A2 = F2

Ou ento: 2

1

PP

= 1

2

AA

Em um multiplicador de presso, as presses so inversamente proporcionais s reas.

12.12- Conservao de energia

Uma lei fundamental da fsica afirma que a energia no pode ser nem criada nem

destruda.

A energia provm da natureza. Podemos fazer a transformao da energia.

Um princpio anunciado por Lavoisier: Na natureza nada se cria e nada se perde

tudo se transforma.

comum vermos em sistemas hidrulicos a energia eltrica transformada em

mecnica e esta ltima transformada em hidrulica.

A multiplicao de foras no o caso de se obter alguma coisa por nada. O pisto

maior, movido pelo fluido deslocado do pisto menor, faz com que a distncia de cada pisto

se movimente inversamente proporcional s suas reas. O que se ganha com relao a fora

tem que ser sacrificado em distncia ou velocidade.

Observa-se que a hidrulica obedece ao Princpio da Alavanca.

Figura 2.1 A energia no pode ser criada nem destruda.

12.13- Como gerada a presso?

A presso resulta da restrio ou resistncia oferecida ao fluxo do fluido ou da

resistncia fora que tenta fazer o lquido fluir. A resistncia funo de:

- da carga de um atuador;

- de uma restrio (ou orifcio) na tubulao;

- estreitamento da passagem ou de obstculos nos elementos de trabalho e nas

sees de passagem dos condutores e aparelhos.

Figura 5 - Presso causada por uma restrio e limitada por uma vlvula controladora

de presso.

12.14- Fluxo em paralelo

Quando houver duas vias de fluxo paralelas, cada qual com resistncias ao

escoamento diferentes, a presso aumentar at vencer a resistncia menor, quando ocorrer

fluxo pela via correspondente. Costuma-se dizer que os fluidos "escolhem os caminhos mais

fceis".

Figura 6 - Fluxo em paralelo.

12.15- Fluxo em srie

Quando resistncias ao fluxo, esto ligadas em srie, somam-se presses.

A figura mostra as mesmas vlvulas da figura anterior, porm ligadas em srie. Os

manmetros, localizados nas linhas, indicam a presso suficiente para superar cada

resistncia da vlvula, mais a contrapresso que cada vlvula sucessiva oferece. A presso no

manmetro da bomba indica a soma das presses necessrias para abrir cada vlvula

individualmente.

Figura 7 - Fluxo em srie.

12.16- Princpio de fluxo

Num sistema hidrulico a fora transmitida s pela presso, o fluxo provoca o

movimento dos atuadores. A bomba responsvel pelo fornecimento de leo, produzindo-se

assim um fluxo.

H duas maneiras para medir fluxo de um fluido:

12.16.1- Vazo e velocidade

12.16.1.1- Velocidade: a distncia que as partculas percorrem em uma unidade de tempo.

Sua unidade no Sistema Internacional (m/s).

- Velocidade de um atuador:

A velocidade com que um cilindro se desloca ou um motor gira depende de seu

tamanho e da vazo de leo que est recebendo.

Velocidade (V) depende da vazo (Q) e independe da presso (P)

Fora (F) depende da presso (P) e independe da vazo (Q).

- Velocidade na tubulao:

A velocidade com que o fluido hidrulico passa pela tubulao um fator importante

de projeto, pelo efeito que a velocidade causa sobre o atrito.

Geralmente, a faixa de velocidade recomendada pelo fabricante :

VICKERS

- Linha de suco = 6 a 12 dm/s

- Linha de presso e retorno = 20 a 60 dm/s

RACINE

- Suco e preenchimento: 60,96 a 121,92 cm/s

- Retorno: 304,8 a 457,20 cm/s

- Para presso abaixo de 210 bar: 762,2 a 914,14 cm/s

- Para presso acima de 210 bar: 457,2 a 509,6 cm/s

12.16.1.2- Vazo: o volume que atravessa uma seo de tubo em uma unidade de tempo.

Sua unidade no Sistema Internacional (m3/s). Conforme varia a seo transversal de uma

tubulao a velocidade mdia das partculas do fluido varia inversamente, apesar de a vazo

ser constante.

Se um fluido flui por um tubo com vrios dimetros, o volume que passa em uma unidade de

tempo o mesmo, independente da seo. A velocidade do fluxo varia, a vazo no.

tVQ =

Onde:

Q = vazo (L3/t)

V = volume (L3)

t = tempo (t)

A = rea da seo transversal (L2)

s = curso (L)

v = velocidade (L/t)

V = (A. s)

Substituindo na frmula da vazo:

tsAQ =

O curso s na unidade de tempo t :

tsv =

De onde podemos ter, com:

vAQ = Equao da continuidade. 2211 vAvA =

21 QQ =

Figura 8 - Leis da vazo.

Figura 9 - Vazo e velocidade.

12.16.2- Atrito e Escoamento:

- Atrito: A energia hidrulica ao ser transmitida pela tubulao acarreta sempre uma perda

de carga. Visto que nas paredes do tubo e no prprio lquido se produz atrito, que por sua

vez, gera calor. Uma perda de energia hidrulica significa uma perda de presso do

lquido hidrulico.

Figura 10 - Atrito e queda de presso.

A determinao da perda de carga importante para saber se a presso fornecida ao

sistema ou no suficiente para aquilo que o sistema se prope.

As restries (curvas, estrangulamentos, etc.) contribuem grandemente para a perda

de carga no sistema e conseqentemente aquecimento do leo.

Influem na perda de carga:

- Velocidade do fluxo.

- Tipo de fluxo (laminar ou turbulento).

- Dimetro do tubo.

- Viscosidade do lquido.

- Rugosidade do tubo.

- Volume de passagem.

- Restries (vlvulas, acessrios, etc.).

O atrito cria turbulncia no fluido oferecendo resistncia ao fluxo, o que resulta numa

queda de presso ao longo da linha.

O ideal para circuitos leo hidrulicos que o regime de escoamento seja laminar, (R

2000, menor perda de carga), pois, em escoamento de regime turbulento, as perdas de carga so maiores, sempre que possvel, deve-se evitar o emprego de restries ou curvas

abruptas nos circuitos.

12.16.3 - Queda de presso atravs de uma restrio (orifcio):

Esta perda de presso nas restries ou estreitamentos, devido a converso de energia

de presso em energia trmica, so provocadas em alguns casos, deliberadamente (p.ex.: na

vlvula redutora de presso), mas no se deseja que nos estreitamentos, haja perda de

presso por aquecimento. Todo lquido hidrulico se aquece, pois durante o trabalho, o

lquido passa por muitos estreitamentos que existem nos elementos hidrulicos.

Na interrupo do fluxo, o lquido para: estando em repouso, no se produz atrito.

Conseqentemente, a presso a mesma antes e depois do ponto de estrangulamento.

Quanto maior for o fluxo maior ser a queda de presso (P).

Figura 11 - Queda de presso e fluxo de leo atravs de uma restrio.

Nos lquidos em movimento, podemos notar que os processos so mais complexos,

pois podemos verificar que o dobro da diferena de presso (P), no significa que a vazo se

duplique como ocorre na eletrotcnica, onde o dobro da tenso significa o dobro da corrente.

Uma expresso que demonstra a relao da vazo e a queda da presso :

Onde:

= Fator hidrulico (0,6 a 0,9), valor dependente da viscosidade e da forma do estreitamento.

A = Superfcie do estreitamento em (m).

p = Queda de presso em (Pa).

= Massa especfica ou densidade absoluta em (kg/m). Podemos tambm usar a seguinte expresso reduzida:

Ou seja, a vazo em um estreitamento no tem um comportamento linear em relao a queda

de presso. Notamos que a curva caracterstica uma parbola.

Concluso: O valor exato da vazo a ser ajustada obtido de forma experimental.

12.16.4- Tipos de escoamentos:

So dois tipos de fluxos de fluidos:

12.16.4.1- Fluxo laminar:

Em um fluxo laminar, as molculas do fluido se movem at determinadas

velocidades, de uma forma mais ou menos ordenada, em camadas estveis. No h

interferncia entre as molculas, nem tampouco influem em seu movimento.

Figura 12 - Fluxo laminar.

12.16.4.2- Fluxo turbulento:

Caso a velocidade aumenta a seo de passagem no varia, a partir de certa

velocidade (velocidade crtica) o fluxo se transforma em um movimento desordenado,

turbulento. As molculas j no se movem mais ordenadamente em uma direo geral, mas

sim de forma irregular, influenciando o movimento das outras.

Figura 13 - Fluxo turbulento.

As resistncias ao fluxo aumentam e as perdas hidrulicas crescem. Por esses

motivos, o fluxo turbulento indesejvel em instalaes hidrulicas.

12.17- Principio de Bernoulli

A lei da conservao da Energia nos diz que em um fluxo, a energia permanece

constante, enquanto no houver troca de energia com o exterior.

Deixando de lado as formas de energia que no se modificam no fluxo de um fluido,

podemos dividir a energia total desta forma.

Energia potencial: energia de posio em funo da altura da coluna de fluido. Energia de

presso (presso esttica).

Energia cintica: energia de movimento em funo da velocidade do fluxo (presso

dinmica).

Equao de Bernoulli.

teconsHvgzP tan2

2

==

++

Com relao energia de presso esttica teremos:

2

2vPhgPP stt ++=

Onde:

Pt = presso total.

Pst = presso esttica.

.g.h = presso da coluna de fluido. 2

2vP = presso dinmica.

Observando-se a equao da continuidade e a equao de energia, podemos deduzir

que quando se diminui a seo transversal de passagem, a velocidade aumenta, com isso

aumenta tambm a energia cintica.

J que a quantidade de energia total permanece constante, necessrio que se

reduzam a energia de posio ou de presso, ou ambas.

A energia de posio, no entanto, varia de forma desprezvel nestes casos.

Com isso a presso esttica tem que variar em funo da presso dinmica e esta em

funo da velocidade.

Figura 14 - A altura das colunas de fluido representa as presses em cada posio.

12.18- Perda de carga na linha de presso de um sistema hidrulico

Durante o escoamento do fluido atravs do sistema hidrulico, pode ocorrer uma

perda de presso (mais comumente denominada perda de carga), que devida a vrios

fatores. Todos esses fatores entram no clculo de perda de carga no sistema hidrulico que

feito da seguinte maneira:

215915

1.9266

...2 v

DLf=

Onde:

P = perda de carga do sistema em (bar)

f = fator de frico (nmero puro)

L = L1 + Ls = comprimento total da tubulao em (cm)

L1 = comprimento da tubulao retilnea em (cm)

Ls = comprimento equivalente das singularidades em (cm)

D = dimetro interno da tubulao em (cm)

v = velocidade de escoamento do fluido em (cm/s)

= massa especfica ou densidade absoluta do fludo em (kg/m 3 ). 215915x9266 = fator de converso para a uniformizao das unidades.

12.18.1- Determinao do fator f:

Esse fator f devido a temperatura do fluido e rugosidade interna do duto, isto

quanto mais rugoso for internamente o duto, maior dificuldade ter o leo para escoar.

RXf =

X = 64 para tubos rgidos e temperatura constante.

X = 75 para tubos rgidos e temperatura varivel ou para tubos flexveis e temperatura

constante.

X = 90 para tubos flexveis e temperatura varivel.

Re = nmero de Reynolds

Re = Dv. , onde:

v = velocidade do fluido em (cm/s).

D = dimetro interno da tubulao em (cm).

= viscosidade cinemtica do fluido em Stokes (cm/s).

0 Re 2300 escoamento laminar. 2300 Re 4000 zona de transio. Re 4000 escoamento turbulento.

12.18.2- Determinao de Ls, L1 e L:

Como salientamos anteriormente, restries, curvas, bifurcaes, etc., causam perda

de carga e aquecimento do fluido. A esse tipo de perda de carga, damos o nome de perda de

carga localizada.

Podemos observar, ento, que as curvas de 90,45 ou 30, bifurcaes, cotovelos, etc., tambm fornecem certa resistncia ao fluxo de leo, ocasionando, portanto, outra perda

de carga localizada. Como muito difcil se estabelecer uma queda de presso para cada tipo

de cotovelo ou curva, etc., o que se costuma fazer transformar, em clculos, esse cotovelo

ou curva em um comprimento equivalente de canalizao retilnea, e para tal, existem

tabelas que nos auxiliam nestas transformaes.

Saliente-se que estes cotovelos, curvas, registros, etc., so denominados de

singularidades.

12.18.3- Determinao de D:

O dimetro da tubulao determinado a partir do clculo da rea da seo do duto

A obtido atravs da vazo e velocidade do fluxo do fluido. Assim, temos que:

Q = v. A A = vQ

Como a perda de carga que est nos interessando ocorre em linhas de presso,

adotamos a velocidade v recomendada de 15 ft/s ou 457,20 cm/s.

Portanto,

A = 20,457

)/( 15

)/( 33 scmQAousftQ =

Uma vez determinado A, sabemos que:

A = . . .D D A D A

22

44 4 = =

Ou ainda,

D = 1,128 A

12.18.4- Determinao de v:

A velocidade do fluido dever ser aquela recomendada (15ft/s ou 457,20cm/s em

linhas de presso).

Existe um motivo para essa recomendao. Como vimos anteriormente, para que no

ocorra uma grande perda de carga no sistema, o escoamento dever ser laminar e o nmero

de Reynolds dever estar abaixo de 2300. Experimentalmente verificou-se que para que essa

condio seja observada, as velocidades deveriam ser aquelas recomendadas pelos

fabricantes.

12.18.5- Determinao de :

Gama ( ) o peso especfico do fluido em (Kgf/m 3 ).

12.18.6- Procedimento de clculo:

1. Determine f.

2. Determine Ls e as perdas localizadas em vlvulas especiais, atravs dos catlogos

do fabricante. Adicione Ls a L1 para obter L.

3. Determine P e efetue a soma deste clculo com as perdas de carga localizadas nas

vlvulas especiais para obter a perda de carga total no sistema.

4. Uma vez determinada a perda de carga total, verifique se a mesma no influir no

sistema. Por exemplo, se nosso sistema precisa de 190 bar para executar um

determinado trabalho enquanto que fornecemos 210 bar e temos uma perda de carga

de 30 bar a presso til disponvel ser: P = 210 - 30 = 180 bar, insuficiente para o

trabalho que o sistema hidrulico se prope a fazer, pois menor do que a presso

necessria de 190 bar.

12.18.7- Perda trmica:

A perda trmica gerada em um sistema hidrulico caracteriza-se pela perda de

potncia que pode ser vista em termos de taxa de calor gerada devido s perdas de carga.

importante salientar que essa taxa de calor propaga-se pelas tubulaes por meio do

sistema, elevando a temperatura do fluido em movimento. Da a necessidade das chicanas

(aletas) no interior do reservatrio. Porm, se a magnitude dessa taxa de calor atinge valores

relativamente grandes e no consegue ser dissipada na recirculao pelo tanque, tornar-se-

necessrio o uso de um trocador de calor, que pode ser dimensionado a partir dessa taxa de

calor conhecida. Assim:

q = 1,434 * PT* QB Em que:

PT = Perda de carga total [bar] QB = Vazo fornecida pela bomba hidrulica [l/min] q = Perda trmica [Kcal/h] 1,434 = Fator de Converso

Observao: Apesar de parecer trabalhoso efetuar o dimensionamento dos atuadores,

tubulaes e perda de carga, de acordo com esses procedimentos, certo que eles conduzem

a uma completa otimizao do sistema. Em outras palavras, o sistema resultar mais

compacto e certamente de custo menor.

12.18.8- Tabela de perda de Carga:

Comprimentos Equivalentes a perdas localizadas

(em polegadas de canalizao retilnea)

DIMETRO Cotovelo

90 Raio

Longo

Cotovelo 90

Raio Mdio

Cotovelo90

Raio Curto

Cotovelo45

Curva 90

Raio Longo

Curva 90

Raio Curto

Curva 45

Entrada normal

Entrada de borda

mm Pol. 3,175 1/8 3,94 3,94 3,94 3,94 3,94 3,94 3,94 3,94 3,94 6,350 1/4 7,87 7,87 11,81 3,94 3,94 7,87 3,94 3,94 7,87

9,525 3/8 7,87 11,81 15,75 7,87 7,87 7,87 7,87 7,87 11,81 12,700 1/2 11,81 15,75 19,69 7,87 7,87 11,81 7,87 7,87 15,75 15,875 5/8 11,81 19,69 23,62 7,87 7,87 11,81 7,87 7,87 15,75 19,050 3/4 15,75 23,62 27,56 11,81 11,81 15,75 7,87 7,87 19,76 22,225 7/8 15,75 23,62 27,56 11,81 11,81 15,75 7,87 7,87 23,62 25,400 1 19,69 27,56 31,50 15,75 11,81 19,69 7,87 11,81 27,56 28,575 1,1/8 23,63 31,50 39,37 19,69 15,75 23,62 11,81 15,75 31,50 31,750 1,1/4 27,56 35,43 43,31 19,69 15,75 23,62 11,81 15,75 35,43 34,925 1,3/8 31,50 39,37 47,24 23,62 19,69 27,50 11,81 15,75 39,37 38,100 1,1/2 35,43 43,31 51,18 23,62 19,69 27,50 11,81 19,96 39,37 41,275 1,5/8 39,37 47,24 55,12 27,56 19,69 31,50 11,81 23,62 43,31 44,450 1,3/4 43,31 51,18 59,06 27,56 23,62 31,50 15,75 23,62 51,18 47,625 1,7/8 43,31 51,18 62,99 31,50 23,62 35,43 15,75 27,56 55,12 50,800 2 43,31 55,12 66,93 31,50 23,62 35,43 15,75 27,56 59,06 57,150 2,1/4 47,24 62,99 74,80 35,43 27,56 39,37 19,69 31,50 66,93 63,500 2,1/2 51,18 66,93 78,74 35,43 31,50 39,37 19,69 35,43 74,80 69,850 2,3/4 59,06 74,80 90,55 43,31 35,43 47,24 23,62 39,37 82,68 76,200 3 62,99 82,68 98,43 47,24 39,37 51,18 23,62 43,31 86,61 82,550 3,1/4 66,93 86,61 106,30 51,18 43,31 55,12 23,62 47,24 98,43 88,900 3,1/2 74,80 94,49 118,11 55,12 47,24 59,06 27,56 55,12 106,30 95,250 3,3/4 78,74 98,43 125,98 55,12 47,24 59,06 27,56 59,06 118,11

101,600 4 82,68 102,36 133,86 59,06 51,18 62,99 27,56 62,99 125,98 107,950 4,1/4 90,55 110,24 141,73 62,99 55,12 66,93 31,50 66,93 133,86 114,300 4,1/2 94,49 125,98 149,61 66,93 59,06 74,80 31,50 70,87 141,73 120,650 4,3/4 102,36 133,86 157,48 70,87 59,06 78,74 35,43 74,80 149,61 127,000 5 107,75 145,67 165,35 74,80 62,99 82,68 35,43 78,74 157,48

DIMETRO Registrode gaveta

Registro de globo

Registrode ngulo

T de passagem

direta

T de sada lado

T de sada

bi-lateral

Vlvula de

p e crivo

Sada de

Canali- zao.

Vlvula de

Reteno tipo leve

Vlvula de

Reten- o tipopesada

mm Pol.

3,175 1/8 3,94 31,50 27,56 3,94 11,81 11,81 35,43 3,94 11,81 15,75 6,350 1/4 3,94 94,49 51,18 3,94 19,69 19,69 70,87 7,87 19,69 31,50 9,525 3/8 3,94 145,67 78,74 7,87 31,50 31,50 106,30 11,81 31,50 47,24 12,700 1/2 3,94 192,91 102,36 11,81 39,37 39,37 141,73 15,75 43,31 62,99 15,875 5/8 3,94 228,35 122,05 11,81 47,24 47,24 181,10 15,75 55,12 78,74 19,050 3/4 3,94 263,78 141,73 15,75 55,12 55,12 220,47 19,69 70,87 94,48 22,225 7/8 3,94 291,34 161,42 15,75 59,06 59,06 251,97 19,69 74,80 110,24 25,400 1 7,87 322,63 181,10 19,69 66,93 66,93 287,40 19,69 82,62 125,98 28,575 1,1/8 7,87 385,83 220,47 23,62 78,74 78,74 342,52 27,56 94,45 141,73 31,750 1,1/4 7,87 444,88 220,47 27,56 90,55 90,55 393,70 35,43 106,30 157,48 34,925 1,3/8 11,81 488,19 263,78 31,50 106,36 106,36 425,20 39,37 118,11 173,23

38,100 1,1/2 11,81 527,56 263,78 35,43 110,24 110,24 456,69 39,37 125,98 188,98 41,275 1,5/8 11,81 566,93 283,46 39,37 118,11 118,11 480,31 43,31 137,80 204,72 44,450 1,3/4 15,75 606,30 299,21 39,37 125,98 125,98 492,18 51,18 145,67 220,47 47,625 1,7/8 15,75 645,67 318,90 43,31 129,92 129,92 511,81 55,12 157,48 236,22 50,800 2 15,75 685,04 334,65 43,31 137,80 137,80 551,18 59,06 465,35 251,97 57,150 2,1/4 15,75 755,90 366,14 47,24 153,54 153,54 610,24 66,93 185,04 287,40 63,500 2,1/2 15,75 826,77 393,70 51,18 169,29 169,29 669,29 74,80 204,72 318,90 69,850 2,3/4 19,69 944,88 452,75 59,06 188,98 188,98 728,35 82,68 228,35 350,39 76,200 3 19,69 1.023,62 511,81 62,99 204,72 204,72 787,40 86,61 248,03 381,89 82,550 3,1/4 23,62 1.102,36 551,18 66,93 220,47 220,47 818,90 98,43 267,72 413,39 88,900 3,1/2 23,62 1.181,10 590,55 74,80 236,22 236,22 846,46 106,30 291,34 444,88 95,250 3,3/4 27,56 1.259,84 629,92 78,74 248,06 248,06 885,83 118,11 311,02 476,38

101,600 4 27,56 1.338,58 669,29 82,68 263,78 263,78 905,51 125,98 330,71 507,87 107,950 4,1/4 31,50 1.429,13 708,66 90,55 279,53 279,53 976,38 133,86 350,39 539,37 114,300 4,1/2 31,50 1.515,75 748,03 94,49 299,21 299,21 1.043,31 141,73 370,08 570,87 120,650 4,3/4 35,43 1.606,30 787,40 102,36 314,96 314,96 1.114,17 146,61 389,76 602,36 127,000 5 35,43 1.692,91 826,77 106,30 330,71 330,71 1.181,10 157,48 409,45 633,86

12.19- Trabalho e energia

W = F.d (movimenta uma fora a uma certa distncia)

tWP = (velocidade em que o W realizado)

tdFP = VFP =

12.19.1- Potncia Hidrulica:

No motor eltrico:

P(W) = V (volts). I (Ampres)

Na bomba:

t

smQPaPWP )/()()(

3=

t = v x hm t = rendimento total. v = rendimento volumtrico (devido a fuga de lquido nas bombas e motores). hm = rendimento hidrulico-mecnico ( devido ao atrito nas bombas).

426)()/()(

2 lpmQcmkgfPcvP =

1 cv = 4500 Kgfm/min = 75 Kgfm/s = 736 W = 10,52 Kcal/min = 41,8 Btu/min

12.20- Fluidos Hidrulicos

A escolha e o cuidado com o fluido hidrulico para uma mquina tero um efeito

importante no seu desempenho e na vida dos seus componentes.

Aqui, encontraremos os fatores bsicos envolvidos na escolha de um fluido e sua

utilizao adequada.

O fluido no uso geral em hidrulica se refere ao lquido utilizado com meio de

transmitir energia, seja ele um leo mineral especialmente composto ou um fluido especial

resistente ao fogo, que pode ser um composto sinttico.

12.20.1- Funes dos fluidos hidrulicos:

O fluido hidrulico tem 4 funes bsicas:

- Transmisso de Energia

Como meio de transmitir energia, o fluido precisa circular livremente nas linhas e

passagens dos componentes. Muita resistncia ao fluxo, cria uma perda de energia

considervel. O fluido tambm precisa ser o mais incompressvel possvel para que a ao

seja instantnea a partir de um comando.

- Lubrificao das Peas Mveis

Na maioria dos componentes hidrulicos, o fluido fornece a lubrificao interna. Os

elementos da bomba e outras peas de desgaste deslizam sobre uma pelcula de fluido.

Para maior durabilidade dos componentes o leo precisa possuir os aditivos

necessrios para assegurar as caractersticas antidesgaste. Nem todos os leos hidrulicos

contm esses aditivos.

A Vickers recomenda a nova gerao de leos hidrulicos industriais por conterem

quantidades adequadas de aditivos antidesgaste.

Para servio geral em hidrulica, estes leos oferecem proteo superior contra o

desgaste de bombas, motores e durabilidade no servio.

Alm disso, fornecem boa demulsibilidade (capacidade de isolar gua) alm de

proteo contra a ferrugem.

Esses leos so conhecidos geralmente como leos hidrulicos do tipo antidesgaste.

A experincia demonstrou que o leo automotivo tipo "MS" (viscosidade SAE 10 W E 20

W) excelente para o servio hidrulico severo onde deve ter ausncia ou pouca presena de

gua.

O nico efeito adverso que seu aditivo detergente tende a manter a gua em

emulso e impedir a separao desta, mesmo em longo prazo.

preciso notar que so poucos os problemas causados pela gua no uso desses leos

nos sistemas hidrulicos.

A condensao normal no tem sido um problema. Os leos "MS" so altamente

recomendados para os sistemas hidrulicos de equipamento mbil (tratores,

guindastes, empilhadeiras etc).

- Vedao das folgas entre estas peas

Em muitos casos, o fluido a nica vedao contra a presso dentro de um

componente hidrulico. O ajuste mecnico preciso e a viscosidade de leo determina o

ndice de vazamento.

- Resfriar ou dissipar o calor

A circulao do leo atravs das linhas e ao redor das paredes do reservatrio,

dissipa o calor gerado no sistema.

Complementando essas funes bsicas, o fluido hidrulico, dever ter vrios outros

requisitos de qualidade, que freqentemente resultam de uma composio especial e nem

sempre existentes em todos os fluidos, tais como:

- Impedir ferrugem.

- Impedir a formao de lodo, goma e verniz.

- Diminuir a formao de espuma.

- Manter-se estvel e conseqentemente reduzir o custo de manuteno.

- Manter um ndice de viscosidade relativamente estvel, numa ampla faixa de temperaturas.

- Impedir a corroso e eroso.

- Separar a gua.

- Compatibilidade com as vedaes e gaxetas.

12.20.2- Propriedades dos fluidos hidrulicos

Vamos considerar as propriedades de um fluido hidrulico, que permitem executar as

funes primrias e satisfazer alguns ou todos os requisitos de qualidade.

Viscosidade um termo que classifica os fluidos em funo de sua fluidez.

Se um fluido escoa facilmente, sua viscosidade baixa. Pode-se dizer que o fluido

fino ou pouco encorpado.

Um fluido que escoa com dificuldade tem alta viscosidade. Pode-se dizer que seja

grosso ou muito encorpado.

Para qualquer mquina hidrulica, a viscosidade do fluido deve ser um compromisso.

desejvel uma alta viscosidade para manter a vedao entre superfcies justapostas.

Entretanto, uma viscosidade muito alta aumenta o atrito, resultando o seguinte:

- Alta resistncia ao fluxo.

- Aumento de consumo de energia devido as maiores perdas do atrito.

- Alta temperatura causada pelo atrito.

- Maior queda de presso devido a resistncia.

- Possibilidade de operao vagarosa.

- Dificuldade em separar o ar do leo no reservatrio.

Se a viscosidade for baixa demais:

- O vazamento interno aumenta.

- Desgaste excessivo ou talvez engripamento, sob carga pesada, devido decomposio

qumica da pelcula de leo entre as peas mveis.

- Pode reduzir o rendimento da bomba, com uma operao mais lenta do atuador.

- Aumento de temperatura devido a perdas por vazamento.

12.20.2.1- ndice de viscosidade:

O ndice de viscosidade uma medida relativa da mudana de viscosidade de um

fluido com relao s variaes de temperatura.

Um fluido que tem uma viscosidade relativamente estvel variao de temperaturas,

tem uma alto ndice de viscosidade. Um fluido que espesso, quando frio, e fino, quando

quente, tem um baixo ndice de viscosidade.

A escala original de ndice de viscosidade varia de 0 a 100, representando as

caractersticas desde o pior at o melhor leo, at ento conhecidos.

12.20.2.1.1- Converso de viscosidades:

Hoje, os aditivos e a tcnica de refinaria aumentaram o ndice de viscosidade de

certos leos at acima de 100.

Um alto ndice de viscosidade desejvel quando o equipamento opera com

temperaturas extremas. Entretanto, numa mquina que funciona a temperatura relativamente

constante, o ndice de viscosidade do fluido menos crtico.

12.20.2.2- Ponto de fluidez:

O ponto de fluidez a temperatura mnima em que um lquido fluir. uma

especificao muito importante se o sistema hidrulico estiver exposto a uma temperatura

extremamente baixa. Como regra geral, o ponto de fluidez dever estar 10C abaixo da

temperatura mnima de trabalho.

12.20.2.3- Capacidade de lubrificao:

As peas mveis de um sistema hidrulico necessitam uma folga suficiente para se

movimentarem numa pelcula de fluido.

Esta condio se chama pelcula de lubrificao. Enquanto o fluido estiver com

viscosidade adequada, as imperfeies mnimas nas superfcies das peas no se tocam.

Entretanto, em certos equipamentos de alto rendimento, o aumento da velocidade e

presso juntamente com as tolerncias exigidas, fazem com que a pelcula de fluido fique

ainda mais fina. Originando-se ento a condio limite de lubrificao. Neste ponto, poder

haver contato direto do metal com metal nas imperfeies das duas superfcies ajustadas;

assim, um leo com propriedades qumicas especiais tornara-se necessrio.

Lubrificao de peas com pequenas tolerncias necessitam de aditivos qumicos.

Figura 15 Propriedades de lubrificao dos leos. 12.20.2.4- Resistncia a oxidao:

A oxidao, ou a reao qumica com oxignio reduz sensivelmente a vida til de um

fluido. leos de petrleo so facilmente sujeitos oxidao, j que o oxignio se combina

rapidamente com o carbono e o hidrognio presentes na composio destes leos.

A maioria dos derivados da oxidao so solveis no leo, quando ento reaes

posteriores ocorrem, formando goma, lodo e verniz.

Dos produtos da primeira reao, que permanecem no leo, tem-se cido em estado

natural que causa a corroso no sistema inteiro e aumenta a viscosidade do leo. A goma

solvel, o lodo e o verniz entopem os orifcios, aumentam o desgaste e prendem as vlvulas.

H sempre um nmero de catalisadores de oxidao num sistema hidrulico. Calor,

presso, gua, superfcies metlicas e agitao, so alguns fatores que aceleram a oxidao

to logo a mesma se inicie. A temperatura particularmente importante.

Os testes demonstram que em temperaturas abaixo de 56C, a oxidao do leo

lenta. Porm, a faixa de oxidao (ou qualquer outra reao qumica) duplica

aproximadamente, para cada aumento de 10C de temperatura.

Os fabricantes de leos hidrulicos incorporam aditivos para que estes resistam

oxidao, j que muitos sistemas operam as temperaturas mais altas.

Esses aditivos:

- Impedem a oxidao logo no incio, ou,

- Reduzem o efeito dos catalisadores de oxidao.

12.20.2.4.1 - Preveno da ferrugem e corroso:

A ferrugem a reao qumica do ferro (ou ao) com o oxignio. A corroso reao

qumica entre o metal e um produto qumico, geralmente um cido. Os cidos resultam da

unio qumica da gua com certos elementos.

Como no possvel evitar que o ar e a umidade penetrem em um sistema hidrulico,

sempre h condio favorvel a ocorrncia de ferrugem e corroso. Durante a corroso,

partculas de metal so dissolvidas e se separam do componente.

A ferrugem e a corroso contaminam o sistema e aceleram o desgaste, como

conseqncia ocorre vazamento excessivo nas partes afetadas e podem at causar

engripamento dos componentes.

A ferrugem e a corroso podem ser inibidas pela incorporao de aditivos que

revestem as superfcies do metal, evitando que estas sejam atacadas quimicamente.

12.20.2.5- Demulsibilidade:

Uma pequena quantidade de gua pode ser tolerada na maioria dos sistemas. De fato,

alguns aditivos contra a ferrugem promovem um grau de emulsificao, ou a mistura com

alguma gua que entra no sistema. Isto impede que a gua se assente e penetre atravs da

pelcula antiferrugem. Entretanto, muita gua no leo gera uma reunio de contaminantes,

prendendo vlvulas acelerando o desgaste.

Um leo hidrulico bem refinado deve ter um alto grau de demulsibilidade, ou

capacidade de isolar a gua.

12.20.2.6- O uso de aditivos:

Como a maioria de propriedades desejveis de um fluido devida aos aditivos, pode-

se pensar que os aditivos comerciais deveriam ser incorporados em qualquer leo para torn-

lo adequado para um sistema hidrulico.

Os fabricantes, entretanto, advertem esclarecendo que os aditivos tm que ser

compatveis com o fluido bem como entre si e mais ainda, que esta compatibilidade no pode

ser determinada no campo. Salvo se houver laboratrio para verificar a compatibilidade, a

aditivao competncia do fabricante do fluido.

O leo derivado de petrleo , at agora, o mais usado como fluido hidrulico. As

caractersticas ou propriedades dos fluidos de petrleo dependem de 3 fatores:

- O tipo do leo cru que usado.

- O grau e o mtodo de refinao.

- Os aditivos usados.

Geralmente, o petrleo tem uma excelente lubricidade. Alguns leos crus tm

propriedades melhores do que o normal, de lubrificao ou antidesgaste. Dependendo do

trato, alguns leos crus se destacam em melhor demulsibilidade, mais resistncia contra

oxidao a temperaturas elevadas ou maior ndice de viscosidade que outros.

O leo protege naturalmente contra a ferrugem, veda bem, dissipa facilmente o calor

e fcil mant-lo limpo pela filtragem ou separao por gravidade dos contaminantes. A

maioria das propriedades desejveis de um fluido, se j no est inclusa no leo cru, pode ser

incorporada atravs de refinao ou aditivao.

Uma desvantagem do leo de petrleo a sua combustibilidade.

Para aplicaes onde h risco de incndio, tais como tratamento trmico, solda

eltrica, fundio, forja e muitos outros, vrios tipos de fluidos incombustveis so

disponveis.

12.20.3- Fluidos resistentes ao fogo

Entre os fluidos resistentes ao fogo encontramos, mais comumente, os fosfatos de

steres, cloridratos de hidrocarbonos, gua glicis e gua em leo.

Alm de ser resistente ao fogo, esse tipo de fluido possui muitas outras caractersticas

que o difere do leo mineral. Essas caractersticas devem ser levadas em consideraes

quando esse fluido utilizado. Entre elas podemos incluir:

12.20.3.1 - Caractersticas:

Os glicis com gua geralmente tm boas caractersticas de resistncia contra

desgaste, desde que as altas velocidades sejam evitadas.

O fluido tem uma alta densidade ( mais pesado que o leo), o que pode exigir maior

depresso na entrada das bombas. Certos metais como zinco, cdmio e magnsio reagem

com os glicis e devem ser evitados nos sistemas.

A maioria dos materiais sintticos para retentores so compatveis com o glicol com

gua. Evita-se o uso de asbestos, couro e materiais impregnados de cortia nos retentores

rotativos, pois esses tendem a absorver gua.

Algumas desvantagens desses fluidos so:

- Necessidade de se verificar com freqncia a porcentagem de gua e compensar sua

evaporao a fim de se conservar a viscosidade desejada.

- Reduo de viscosidade atravs do uso normal;

- Ocorre a evaporao de alguns aditivos, reduzindo-se assim a vida til do fluido e a dos

componentes.

- As temperaturas de trabalho precisam ser baixas para que a evaporao seja mnima.

- O custo inicial e de manuteno, maior que o dos leos minerais.

- Aumento do desgaste do equipamento quando da utilizao de base aquosa;

- Deteriorao de pinturas (internas no reservatrio) vedaes, metais e isolantes trmicos;

- Separao da base aquosa atravs das partes mveis dos componentes do sistema.

Este fluido no combate o fogo, mas impede sua propagao, devido a evaporao da

gua que impede o contato do oxignio com as chamas.

12.20.3.2- gua glicis:

As solues de gua glicis vm, geralmente, na mistura de 24 a 50% de gua com

etileno ou propileno de glicol. A resistncia ao fogo, evidentemente, devida a gua, porm,

essa resistncia decresce e a viscosidade aumenta com a evaporao da gua. Assim sendo,

anlises constantes do fluido devem ser feitas a fim de que o sistema hidrulico no seja

afetado.

Certos tipos de aditivos auxiliam na lubrificao e agem contra a corroso que pode

ser provocada pela evaporao da gua. A temperatura de operaes do fluido deve ser

limitada a 50 C a fim de se prevenir uma evaporao excessiva da gua, aparecimento de

espuma e evaporao dos aditivos. Altas temperaturas tendem a formar compostos pastosos

do fluido que, mesmo com a reduo da temperatura, no voltaro fase lquida. Esses

compostos pastosos causaro entupimento do filtro e a suco da bomba ser afetada.

A vida til da gua glicol bem menor do que a do leo mineral ou do fluido

sinttico.

A gua adicionada ao sistema deve ser destilada e desionizada a fim de se prevenir a

falncia de metais como o ferro, devido formao de corrente galvnica no sistema. Por

essa razo, metais como zinco, cdmio, mangans e outros, no podem estar presentes no

sistema.

As impurezas, geralmente, ficam em suspenso, dessa forma uma boa filtragem deve

ser feita. Em certos casos entretanto, no podemos usar uma malha menor do que 25 no filtro para evitar problemas de suco.

Quando se muda de leo a base de petrleo para glicol com gua num sistema, este

deve ser inteiramente limpo e enxaguado. Recomenda-se remover a tinta original do interior

do reservatrio substituindo-se as peas de zinco, as banhadas de cdmio e certas conexes

fundidas.

Pode ser necessrio inclusive substituir as peas de alumnio, a no ser que estas

estejam bem tratadas, assim como qualquer equipamento que no for compatvel com o

fluido.

12.20.3.3- Emulses de gua em leo:

Os fluidos do tipo emulso so os fluidos incombustveis mais econmicos. Como os

glicis, estes dependem do contedo de gua para torn-los resistentes ao fogo. Alm da

gua e do leo, as emulses contm: emulsificadores, estabilizadores e outros aditivos.

As emulses de gua em leo so as mais comuns. Partculas de gua ficam em

suspenso numa base predominante de leo.

Com o leo, esses fluidos tm excelente lubricidade e consistncia. E mais ainda, a

gua dispersa fornece ao fluido uma melhor capacidade de resfriamento.

Inibidores da ferrugem so incorporados para ambas as bases, a de gua e a de leo.

Aditivos antiespumantes so tambm usados sem dificuldades.

Essas emulses geralmente contm 40% de gua. Entretanto, alguns fabricantes

fornecem um fluido concentrado e o cliente adiciona gua quando da instalao.

Esse tipo de fluido geralmente uma soluo de leo, gua (geralmente a 40%) e um

emulsificador. A emulso de gua em leo o fluido menos dispendioso dos resistentes ao

fogo.

Pequenas variaes na percentagem de gua causam grandes variaes na

viscosidade da soluo.

Algumas consideraes levantadas no gua glicol tambm devem ser observadas nas

emulses de gua em leo como, por exemplo, os efeitos da temperatura, a ao solvente dos

emulsificantes e aditivos e a qualidade da gua adicionada.

Os emulsificantes tendem a isolar as impurezas e mant-las em suspenso, sendo que,

uma boa filtragem, recomendada. Filtros qumicos no devem ser usados, pois, poderiam

reter qualquer emulsificante ou aditivo. Os filtros, em geral, no podem ser de malha muito

fina, pois, separariam o leo da gua.

Podem ser usados os mesmos tipos de vedao e metal, presentes em circuitos com

leo mineral, salientando-se, apenas, que no caso de certos tipos de metais, o desgaste seria

mais acelerado devido a presena da gua nesse tipo de fluido (corrente galvnica).

Verificamos, portanto, que podemos esperar uma reduo da vida til do componente

hidrulico quando aplicamos emulses de gua em leo. A acelerao ou no da reduo

dessa vida til ir depender do ciclo de trabalho, temperatura e volume em percentagem de

gua contida no fluido.

12.20.3.4- leo em gua:

As emulses de leo em gua contm partculas de leo especialmente refinado,

espalhadas na gua. Dizemos que a gua est em base contnua e as caractersticas do fluido

so mais devidas gua do que ao leo.

altamente resistente ao fogo, tem baixa viscosidade e caractersticas de esfriamento

excelentes. Pode-se incorporar aditivos para melhorar m lubricidade e para proteo contra

ferrugem. No passado este fluido s era usado com bombas de baixa velocidade. Agora as

bombas hidrulicas convencionais tambm podem ser usadas com este tipo de fluido.

12.20.3.5- Outras caractersticas:

As temperaturas de operao precisam ser mantidas baixas em qualquer emulso

gua-leo para evitar a evaporao e a oxidao. O fluido precisa circular e no deve ser

congelado e descongelado seguidamente, pois as duas fases podem se separar. As condies

de suco devem ser cuidadosamente escolhidas devido a densidade mais alta destes fluidos

e sua alta viscosidade inerente.

As emulses parecem ter uma afinidade maior com a contaminao e requerem

ateno especial filtragem, incluindo bujes magnticos para atrair partculas de ferro.

As emulses so geralmente compatveis com todos os metais e retentores usados em

sistemas hidrulicos para leos a base de petrleo.

12.20.4- Fluidos sintticos resistentes ao fogo

So eles os fosfatos de steres e cloridratos de hidrocarbonos, que devido as suas

estruturas qumicas oferecem resistncia a propagao do fogo. Possuem boas caractersticas

de lubrificao e resistem bem ao tempo de uso. Um dos grandes inconvenientes

apresentados o alto custo de aquisio.

Os fluidos sintticos resistentes ao fogo so provenientes de produtos qumicos

sintetizados em laboratrios os quais so menos inflamveis que os leos de petrleo.

Os fluidos sintticos tendem a deteriorar os elementos elsticos e de isolamento

eltrico do sistema, assim como agem semelhantemente a um solvente quando em contato

com tintas (por esse motivo no se recomenda a pintura interna de um reservatrio quando

utilizamos um fluido sinttico).

importante observarmos que, quando trabalhamos a alta temperatura, o fluido

sinttico, em forma de vapor, pode atacar o sistema eltrico causando danos irreparveis e

por vezes, de conseqncias desastrosas.

Esse tipo de fluido tende, com o tempo de uso, a ter um decrscimo considervel na

sua viscosidade. Devido a isso se costuma usar aditivos que suavizam, porm, no resolvem

o problema.

12.20.4.1- Caractersticas:

Enquanto os sintticos no contiverem gua ou material voltil eles trabalham bem a

altas temperaturas, sem perder qualquer elemento essencial. So tambm prprios para

sistema de alta presso.

Os fluidos sintticos resistentes ao fogo no operam muito bem em sistemas de baixa

temperatura. Em lugares frios, um aquecimento auxiliar pode se tornar necessrio.

Alm disso, esses fluidos tm a mesma alta densidade que qualquer outro tipo e as

condies de suco na bomba requerem cuidados especiais.

Algumas bombas de palhetas so construdas com corpos especiais para melhorar as

condies de entrada e evitar a cavitao. O ndice de viscosidade relativamente baixo, a

viscosidade varia de 80 a 400 SSU.

Sendo assim, s podem ser utilizados em sistemas onde a temperatura varie pouco.

Os fluidos sintticos no so compatveis com borracha nitrlica (buna) e retentores

de Neoprene. Portanto, a troca de um leo mineral, gua-glicol ou gua-leo para um fluido

sinttico, requer a substituio de todos os retentores.

Retentores especiais feitos de materiais compatveis podem ser fornecidos para

substituio de todos os componentes Vickers.

Podem ser adquiridos por pea ou conjuntos, ou ento includos em unidades novas,

encomendadas especificamente para este tipo de fluido. A figura abaixo uma tabela

mostrando os tipos de materiais que so compatveis com os vrios fluidos hidrulicos.

Tabela 4- Compatibilidade entre os tipos de materiais e os fluidos hidrulicos

12.20.5- Manuteno do fluido

Numa instalao, o custo do fluido NO irrelevante, portanto a sua constante

substituio, e procedimentos incorretos de lavagem e limpeza so muitos onerosos. Sendo

assim todas as especificaes de manuteno do fluido devem ser respeitadas.

12.20.6- Armazenagem e manipulao

Eis algumas regras simples para prevenir a contaminao do fluido durante a

armazenagem e manipulao:

- Armazenar os tambores verticalmente. Se possvel guard-los sob um teto.

- Antes de abrir um tambor, limpar a parte superior e o tampo de tal maneira que a sujeira

no possa entrar.

- Usar somente recipientes limpos, mangueiras etc., para transferir o fluido do tambor ao

reservatrio hidrulico. Uma bomba para transferir leo equipada com filtros de 25 microns

recomendada.

- Providenciar um filtro de malha de 200 no tubo de abastecimento. Mantendo o fluido limpo

e livre de umidade contribui para uma maior durabilidade e evita-se danos de contaminao

s peas de preciso nos componentes hidrulicos.

12.20.7- Cuidados durante a operao

Cuidados apropriados para o fluido hidrulico durante a operao incluem:

- Evitar a contaminao mantendo o sistema fechado e usando filtragem apropriada, tanto

para o ar como para o fluido.

- Estabelecer intervalos para a troca do fluido. Substituir o fluido antes de sua inutilizao.

Se necessrio, o fornecedor pode testar as amostras no laboratrio em intervalos regulares

ajudando a estabelecer a freqncia de troca.

- Abastecer adequadamente o reservatrio para aproveitar as caractersticas de dissipao de

calor e evitar que a umidade condense nas paredes internas.

- Reparar os pontos de vazamento.

12.21- Tubulao e Vedao Hidrulica

12.21.1- Tubulao

Tubulao o termo geral que engloba os vrios tipos de condutos que transportam o

fluido hidrulico entre os componentes assim como as conexes utilizadas entre eles.

Os sistemas hidrulicos utilizam principalmente 3 tipos de condutos:

- Tubos rgidos.

- Tubos semi-rgidos.

- Mangueiras flexveis.

Atualmente, o tubo rgido o mais barato dos trs enquanto que os tubos semi-rgidos

e mangueiras so mais convenientes e de manuteno mais simples.

O futuro poder trazer o encanamento de plstico, o qual gradativamente est sendo

aplicado.

12.21.2- Tubos rgidos

Os tubos rgidos foram os primeiros condutos a serem usados em sistemas hidrulicos

e ainda o so devido a seu baixo custo.

Recomenda-se o uso de tubos de ao sem costura, com o seu interior livre de

ferrugem, escamas ou sujeira.

12.21.2.1- Vedaes para tubos rgidos:

As roscas de tubos rgidos so cnicas, contrariamente s dos tubos semi-rgidos e

algumas conexes de mangueiras que tm roscas paralelas. As juntas so vedadas pela

adaptao entre as roscas do macho e da fmea quando estas so apertadas.

Quando se quebra uma juno, o tubo precisa ser apertado um tanto mais para se

obter vedao novamente.

Freqentemente isto requer uma substituio de parte do encanamento com as sees

um pouco mais longas. Entretanto, essa dificuldade superada pelo uso de teflon ou outros

compostos para vedar novamente as juntas dos tubos defeituosas.

necessrio o uso de machos e de tarraxas especiais para abertura de roscas do

sistema hidrulico. As roscas so do tipo de "vedao seca". Estas so diferentes das roscas

"standard", pois os fundos e os topos das roscas se tocam antes dos flancos, evitando-se

assim a folga espiral.

Figura 16 - Vedaes para canos.

12.21.2.2- Conexes:

Como os tubos rgidos s podem ter roscas machos, e no podem ser dobrados, vrios

tipos de conexes so usadas para uni-los e modificar-lhes a direo.

Figura 17 - Tipos de conexes.

Normalmente as conexes tm rosca fmea para acoplamento com os tubos, embora

existam tambm conexes com rosca macho para alguns tipos de montagem em

vlvulas e bombas, e tambm para certas interligaes entre conexes.

As conexes num circuito representam vrios pontos para ocorrncia de vazamento,

especialmente para altas presses. As conexes rosqueadas so usadas at 11/4", para bitolas

maiores, as conexes so substitudas por flanges soldados aos canos.

Usam-se gaxetas ou anis "O" para ved-los.

Figura 18 - Conexes flangeadas para tubos rgidos de grande dimetro.

12.21.3- Tubulao semi-rgida

Uma instalao feita com tubos de ao sem costura oferece vantagens bem visveis

sobre uma instalao feita com tubos rgidos.

Os tubos de ao sem costura podem ser dobrados, so mais fceis de trabalhar e

podem ser montados e desmontados freqentemente sem problemas de vedao.

Normalmente, a quantidade de conexes reduzida.

Nos sistemas de baixa vazo, suportam presses mais elevadas bem como conduzem

o fluxo ocupando menos espao com peso menor.

Entretanto, so mais caras, assim como so, as conexes que os acompanham.

12.21.3.1- Especificao de tubulao:

A especificao para tubos semi-rgidos se refere ao dimetro externo. As medidas

disponveis so encontradas em incrementos de 1/16", de 1/8" at 1" de dimetro externo e

em incrementos de 1/4", para dimetros maiores que 1", em vrias espessuras de parede para

cada tamanho. O dimetro interno igual ao dimetro externo menos duas vezes a espessura

da parede.

tdd ei = 2

12.21.3.2 - Conexes para tubos semi-rgidos:

A vedao no ocorre por roscas e sim por conexes de diversos tipos. Algumas

destas conexes vedam pelo contato de metal com metal e so conhecidas como conexes de

compresso.

Podem utilizar tubos com ponta biselada ou no. Outras usam anis tipo "O" ou ento

retentores. Alm das conexes rosqueadas, os flanges tambm so usados para serem

soldados aos tubos de dimenses maiores.

- Conexes biseladas

A conexo Biselada de 37 a mais comum para tubos que possam ter a

extremidade moldada para esse ngulo.

As conexes mostradas na figura A-B so vedadas pela compresso da extremidade

do tubo previamente aberto em forma de funil e apertado por meio de uma porca sobre a

superfcie cnica existente na extremidade do corpo da conexo.

Uma luva ou extenso da porca tem por finalidade suportar o tubo a fim de diminuir a

vibrao. A conexo biselada padro 45 utilizada para presses muito altas.

Esta tambm feita num desenho invertido com roscas macho na porca de

compresso.

- Conexes de compresso de luva ou com anel de borracha tipo "O"

Para tubos que no possam ser biselados ou simplesmente para evitar a necessidade

de afunil-los j existem vrias conexes de compresso com anel de penetrao, (vistas D-

F), e juntas de compresso cuja vedao assegurada por anis tipo "O" (vista E).

A junta com anel tipo "O" permite uma ligeira variao no comprimento e na

perpendicularidade do corte na extremidade do tubo.

- Conector com anel "O" de rosca reta

Quando um componente hidrulico est equipado com prticos de rosca reta, pode-se

usar juntas conforme mostra a figura C. Isto ideal para a aplicao de alta presso, pois

comprimida com o aumento da presso.

Figura 19 - Conexes e adaptadores rosqueados usados com tubos semi-rgidos.

12.21.4- Mangueira flexvel

A mangueira flexvel recomendada quando as linhas hidrulicas so sujeitas ao

movimento, por exemplo, as linhas ligadas ao cabeote de uma furadeira. A mangueira

fabricada em camadas de borracha sinttica e tranados txteis ou em fios de ao. As com

tranados em fio de ao naturalmente permitem presses mais elevadas. A camada interna da

mangueira deve ser compatvel com o fluido usado. A camada externa normalmente de

borracha para proteger a camada tranada. A mangueira deve ter no mnimo 3 camadas

mltiplas, dependendo da presso do sistema. Quando existem vrias camadas de fio de ao

elas podem ser alternadas com camadas de borracha ou simplesmente montadas umas sobre

as outras.

Figura 20 - Construo das mangueiras (tub