ndice

Agradecimentos.................................................................................................................4 Objetivo.............................................................................................................................5 Introduo..........................................................................................................................6 Histrico............................................................................................................................7 Definio de Hidrulica.....................................................................................................8 Transmisso Hidrulica.................................................................................................9 Conservao de energia...............................................................................................11 Sistemas Hidrulicos...................................................................................................12 Componentes Hidrulicos................................................................................................13 Fludos Hidrulicos......................................................................................................13 Reservatrios Hidrulicos............................................................................................14 Contaminao dos Fluidos Hidrulicos (Filtros).........................................................14 Bombas Hidrulicas (Geradores Hidrulicos)............................................................16 Bombas de Engrenagem..........................................................................................17 Bombas de Palheta...................................................................................................18 Bombas de Pisto.....................................................................................................18 Acumuladores Hidrulicos..........................................................................................19 Atuadores Hidrulicos.................................................................................................20 Atuadores Lineares (Cilindros Hidrulicos)............................................................20 Atuadores Rotativos (Motores Hidrulicos)............................................................22 Manmetro Hidrulico................................................................................................23 Termmetro Hidrulico...............................................................................................24 Vlvulas.......................................................................................................................24

2 Vlvulas controladoras de presso..........................................................................25 Vlvulas Direcionais ou Vlvulas de Controle Direcional......................................30 Vlvulas de Reteno..............................................................................................33 Vlvulas controladoras de vazo.............................................................................34 Outras Denominaes para Vlvulas.......................................................................37 Elemento Lgico (Vlvula de Cartucho).....................................................................37 Placas de Orifcio.........................................................................................................39 Resfriadores Hidrulicos.............................................................................................40 Exemplos de Aplicao da Hidrulica.............................................................................42 Comparao com outros meios e formas de energia variadas.........................................50 Preos dos Componentes.................................................................................................52 Softwares de Simulao Hidrulica.................................................................................52 Normalizao...................................................................................................................53 Simbologia...................................................................................................................54 Normas ........................................................................................................................55 Eletro-hidrulica.............................................................................................................55 Circuitos Hidrulicos Conceituais..................................................................................56 Circuitos Intuitivos.....................................................................................................56 Circuito de Seqncia Mnima ou Cascata..................................................................58 Circuitos Passo a Passo ou Seqncia Mxima de Contatos.......................................59 Componentes Emprestados para Visualizao em Apresentao..................................61 Circuito para Apresentao.............................................................................................62 Lista de Material Utilizado na Montagem...................................................................62 Funcionamento do Circuito Hidrulico.......................................................................63 Concluso.......................................................................................................................64 Bibliografia......................................................................................................................65 Sites.............................................................................................................................65

3 Livros On-line e Apostilas...........................................................................................66 Livros...........................................................................................................................66 Textos em PDF............................................................................................................66 Anexos............................................................................................................................68 Circuitos Hidrulicos da Parker...................................................................................68 Circuito de Descarga Presso Mxima.................................................................68 .....................................................................................................................................68 Circuito de Descarga - Presso Intermediria ............................................................69 .....................................................................................................................................69 Circuito de Descarga - Recirculando ......................................................................70 .................................................................................................................................70

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AgradecimentosPrimeiramente gostaramos de agradecer ao professor Odilon por nos ter dado a oportunidade de trabalhar com o estudo de caso a respeito de automao hidrulica, pois isso nos rendeu uma enorme aprendizagem. Tambm gostaramos de agradecer ao Luis, responsvel pelo laboratrio do Colgio Salesiano, que nos auxiliou na montagem do circuito, bem como ao nosso colega de sala do 5 termo de Engenharia Mecatrnica, o Danilo. Agradecemos tambm ao Evaristo Luiz Momesso Jnior, responsvel pela Momesso Ind. Maq. Ltda que nos auxiliou com partes do trabalho, nos forneceu equipamentos hidrulicos para demonstrao prtica destes e permitiu fotografar uma mquina que faz uso de tais equipamentos. Alm de todos os outros que participaram direta e indiretamente do nosso trabalho e no esto sendo citados aqui.

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ObjetivoEste trabalho teve como objetivo analisar, junto ao contexto histrico, a evoluo da hidrulica, desde a criao da primeira prensa hidrulica at os dias atuais com os mais sofisticados tipos de equipamentos que compem uma planta hidrulica. Com a realizao deste trabalho, foi possvel se chegar a uma compreenso conceitual de automao hidrulica, pois tal assunto ainda mais complexo. Este trabalho teve ainda o objetivo de aproximar a teoria com a prtica atravs da montagem simples de um circuito hidrulico.

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IntroduoEste trabalho visa apresentar a automao hidrulica e seus componentes de uma forma bsica para que se possa ter conhecimentos suficientes para se aprofundar no assunto se desejado. A automao hidrulica utilizada em larga escala em diversos dispositivos e sistemas. A hidrulica um processo que faz uso de fluido leo, gua ou outro lquido que permite alta preciso a baixa velocidade e na realizao de trabalhos que exijam aplicao de foras de grande intensidade. Aqui est sendo apresentado o histrico e a definio de hidrulica, assim como seus componentes, dos quais se explica desde os fludos usados na automao hidrulica at as bombas, atuadores, manmetros, termmetros e vlvulas e apresenta-se circuitos hidrulicos.

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Histrico

Os estudos da hidrulica tiveram grande apoio do matemtico e fsico francs Blaise Pascal, nascido em 19 de junho de 1623, em Clermont-Ferrand, na Frana.

Figura 1 - Blaise Pascal (1523 - 1662)

Em 1648, Blaise Pascal publicou sua obra "Rcit de la grande exprience de l'quilibre des liqueurs... ( Relato da grande experincia sobre o equilbrio dos lquidos... ) relacionada com a presso dos fluidos e hidrulica. Nela, Pascal expressa o que hoje conhecido como o Princpio de Pascal: A presso aplicada a um fluido contido em um recipiente transmitida integralmente a todos os pontos do fluido e s paredes do recipiente que o contm. A explicao para o princpio de Pascal simples. Caso houvesse uma diferena de presso, haveria foras resultantes no fluido, e como j foi dito acima, o fluido no estaria em repouso. Este o princpio que fundamenta o funcionamento do macaco hidrulico, da prensa hidrulica e das transmisses hidrulicas de um modo geral. Uma contribuio aos estudos de fluidos foi dada por Daniel Bernoulli (Figura 2) cientista Holands do sculo XVIII, que estudou a relao da velocidade de um fluido e a presso exercida neste, descobriu um fenmeno interessante, qual hoje leva seu nome, ou seja, o princpio de Bernoulli que diz: Quando a velocidade de um fluido aumenta, a presso deste fluido diminui.

Figura 2 - Daniel Bernoulli.

8 Ou seja, para qualquer fluido em movimento a presso menor onde a velocidade maior.

Definio de HidrulicaHidrulica uma palavra que vem do grego e a unio de hydor = gua, e aulos = conduo/aula/tubo , portanto, uma parte da fsica que se dedica a estudar o comportamento dos lquidos em movimento e em repouso. responsvel pelo conhecimento das leis que regem o transporte, a converso de energia, a regulagem e o controle do fluido agindo sobre suas variveis (presso, vazo, temperatura, viscosidade, etc). A hidrulica pode ser dividida em trs captulos, para efeito de estudo apenas: a hidrosttica que trata dos fluidos parados; a hidrocintica, que estuda os fluidos em movimento, levando em considerao os efeitos da velocidade; e a hidrodinmica que leva em considerao as foras envolvidas no escoamento dos fluidos (foras da gravidade, da presso, da tenso tangencial, da viscosidade, da compressibilidade e outras ). A hidrulica pode ser tambm dividida em: terica e prtica. A hidrulica terica tambm conhecida na fsica como Mecnica dos Fluidos e a hidrulica prtica ou hidrulica aplicada , normalmente, intitulada Hidrotcnica. Dentre as aplicaes da hidrulica destacam-se as mquinas hidrulicas (bombas e turbinas), as grandes obras de saneamento, fluviais ou martimas, como as de usinas hidreltricas, diques, polderes, molhes, quebra-mares, portos, vias navegveis, emissrios submarinos, estaes de tratamento de gua e de esgotos, etc. Para estudos hidrulicos complexos de grandes obras e estruturas utilizam-se os chamados modelos fsicos e/ou matemticos em laboratrios. Para compreendermos a hidrulica e suas aplicaes, se faz necessrio o conhecimento bsico de alguns conceitos fsicos: Fora: definida como qualquer causa que tende a produzir ou modificar movimentos. Devido inrcia, um corpo em repouso tende a permanecer em repouso, e um corpo em movimento tende a permanecer em movimento, at ser atuado por uma fora externa. A resistncia mudana de velocidade

9 depende do peso do objeto e da frico entre as superfcies de contato. Se desejar mover um objeto, como a cabea de uma mquina-ferramenta (torno), deve-se aplicar-lhe uma fora. A quantidade de fora necessria depender da inrcia do objeto. A fora pode ser expressa em qualquer das unidades de medida de peso, mas comumente expressa em Newton ou libras; Presso: uma quantidade de fora aplicada numa unidade de rea. P=F/A. Os sistemas hidrulicos e pneumticos tm como medida de presso o quilograma-fora por centmetro quadrado (kgf/ cm 2 ), a libra-fora por polegada quadrada (PSI = do ingls Pounds per Square Inch) e tambm bar (N/ m 2 x 1000) do sistema francs ou ainda Pascal (Pa) que igual a fora de 1 Newton por metro quadrado.; Trabalho: o movimento de um objeto atravs de uma determinada distncia; Energia Potencial: quando no estado potencial a energia est acumulada,ela est pronta e esperando para entrar em ao, para transformar-se em energia cintica to logo surja a oportunidade; Energia Cintica: a energia no estado cintico est em movimento. Ela causa o movimento quando toca a superfcie do objeto; Vazo: o volume do fluido passando pela tubulao em um determinado perodo de tempo denominado vazo, que dado em m/s ou l/s.

Transmisso Hidrulica As descobertas enunciadas por Pascal levou construo da primeira prensa hidrulica (Figura 4) no princpio da Revoluo Industrial. Quem desenvolveu a descoberta de Pascal foi o mecnico Joseph Bramah (Figura 3).

Figura 3 - Joseph Bramah.

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Figura 4 - Prensa hidrulica.

Sabe-se que :P= F A

Portanto:P1 = F1 10kgf 10kgf / cm 2 2 A1 1cm

Tem-se que a presso, agindo em todos os sentidos internamente na cmara da prensa, de 10 Kgf/ cm 2 . Esta presso suportar um peso de 100 Kgf se tivermos uma rea A2 de 10 cm 2 , sendo:F = PxA

Portanto:F2 = P xA2 1 F2 = 10 kgf / cm 2 x10 cm 2 F2 = 100 kgf

Pode-se considerar que as foras so proporcionais s reas dos pistes.

11 Conservao de energia Relembrando um princpio enunciado por Lavoisier: "Na natureza nada se cria e nada se perde tudo se transforma." Realmente no se pode criar uma nova energia e nem to pouco destru-la e sim transform-la em novas formas de energia. Quando se deseja realizar uma multiplicao de foras significa que se tm o pisto maior, movido pelo fluido deslocado pelo pisto menor, sendo que a distncia de cada pisto ser inversamente proporcional s suas reas. O que se ganha em relao fora tem que ser sacrificado em distncia ou velocidade, conforme visto na Figura 5.

Figura 5 - Funcionamento de uma prensa hidrulica.

Tm-se dois cilindros hidrulicos interligados, com reas de 1 cm 2 e de 10 cm 2 . Aplicando-se uma fora de 10 kgf no cilindro menor, uma presso gerada de 10 kg/cm 2 ser transmitida (lei de Pascal) ao cilindro maior. A presso de 10 kgf/ cm 2

atuando numa rea de 10 , exercer uma fora de 100 kgf no pisto do cilindro maior.

12 Tem-se, portanto, um ganho de fora na ordem de 10 vezes a fora aplicada inicialmente. Neste caso obter-se nesta transmisso hidrulica uma vantagem mecnica de 10, cuja maneira de calcul-la apenas fracionar as reas dos pistes ou dividir a fora obtida pela fora introduzida. Observa-se que enquanto o pisto de rea = 1 cm 2 se move 10 cm desloca um volume de 10 cm 3 para o pisto de rea = 10 cm 2 . Conseqentemente, o mesmo movimentar apenas 1 cm de curso.

Sistemas Hidrulicos De um modo geral, vrios fluidos podem ser usados em dispositivos e sistemas hidrulicos como leo, gua ou outro lquido. Um sistema a fluido que utiliza leo chamado sistema hidrulico. Os sistemas hidrulicos so utilizados nas instalaes de produo modernas, na agricultura, na indstria automotiva, na aviao, na construo na defesa, no processamento de alimentos, na marinha, na minerao, etc. Os sistemas hidrulicos podem ser basicamente diferenciados entre: Hidrulica estacionria: quando os equipamentos que constituem o sistema hidrulico se encontram fixos em um local. Pode se citar como exemplo prensa hidrulica, robs hidrulicos, mquinas operatrizes; Hidrulica mvel: quando os equipamentos que constituem o sistema hidrulico so mveis. A hidrulica mvel se aplica em vrios segmentos de mercado, como por exemplo: Construo civil: ps-carregadeiras, escavadeiras, rolos compactadores, betoneiras, tratores de esteira; Movimentao de carga: empilhadeiras, guindastes, plataformas; Mquinas/equipamentos agrcolas-florestais: tratores, colheitadeiras, implementos, carregadeiras; Mquinas rodovirias: nibus, caminhes.

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Componentes Hidrulicos

Fludos Hidrulicos O fluido hidrulico o elemento vital de um sistema hidrulico industrial. Ele um meio de transmisso de energia, um lubrificante, um vedador e um veculo de transferncia de calor. O fluido hidrulico base de petrleo o mais comum.Ele mais do que um leo comum. Os aditivos so ingredientes importantes na sua composio, eles do ao leo caractersticas que o tornam apropriado para uso em sistemas hidrulicos. Uma caracterstica inconveniente do fluido proveniente do petrleo que ele inflamvel. No seguro us-lo perto de superfcies quentes ou de chama. Por esta razo, foram desenvolvidos vrios tipos de fluidos resistentes ao fogo: Emulso de leo em gua : a emulso de leo em gua resulta em um fluido resistente ao fogo que consiste de uma mistura de leo numa quantidade de gua. A mistura pode variar em torno de 1% de leo e 99% de gua a 40% de leo e 60% de gua. A gua sempre o elemento dominante. Emulso de gua em leo: a emulso de gua em leo um fluido resistente ao fogo, que tambm conhecido como emulso invertida. A mistura geralmente de 40% de gua e 60% de leo. O leo dominante. Este tipo de fluido tem caractersticas de lubrificao melhores do que as emulses de leo em gua. Fluido de gua-Glicol :o fluido de gua-glicol resistente ao fogo uma soluo de glicol (anticongelante) e gua. A mistura geralmente de 60% de glicol e 40% de gua. Sinttico: os fluidos sintticos, resistentes ao fogo, consistem geralmente de steres de fosfato, hidrocarbonos clorados, ou uma mistura dos dois com fraes de petrleo. Este o tipo mais caro de fluido resistente ao fogo.Os componentes que operam com fluidos sintticos resistentes ao fogo necessitam de guarnies de material especial.

14 Reservatrios Hidrulicos A funo de um reservatrio hidrulico (Figura 6) conter ou armazenar o fluido hidrulico de um sistema. Quando o fluido retorna ao reservatrio, a placa defletora impede que este fluido v diretamente linha de suco. Isto cria uma zona de repouso onde as impurezas maiores sedimentam, o ar sobe superfcie do fluido e d condies para que o calor, no fluido, seja dissipado para as paredes do reservatrio.

Figura 6 - Reservatrio hidrulico.

De forma geral, a finalidade dos reservatrios est ligada capacidade de armazenamento dos fluidos, possibilidade de inspeo do fluido, separao dos contaminantes slidos, dissipao de calor do fluido, separao do ar e do fluido, absoro e expanso trmica do fluido e possibilidade de montar componentes.

Contaminao dos Fluidos Hidrulicos (Filtros) Todos os fluidos hidrulicos contm certa quantidade de contaminantes. A necessidade do filtro (Figura 8), no entanto, no reconhecida na maioria das vezes, pois o acrscimo deste componente particular no aumenta, de forma aparente, a ao da mquina. Mas o pessoal experiente de manuteno concorda que a grande maioria dos casos de mau funcionamento de componentes e sistemas causada por contaminao. As partculas de sujeira podem fazer com que mquinas caras e grandes falhem.

15 A contaminao causa problemas nos sistemas hidrulicos porque interfere no fluido, que tem quatro funes: Transmitir energia. Lubrificar peas internas que esto em movimento. Transferir calor. Vedar folgas entre peas em movimento.

A contaminao (Figura 7) interfere em trs destas funes. Ela interfere com a transmisso de energia vedando pequenos orifcios nos componentes hidrulicos. Nesta condio, a ao das vlvulas no apenas imprevisvel e improdutiva, mas tambm insegura. Devido viscosidade, atrito e mudanas de direo, o fluido hidrulico gera calor durante a operao do sistema. Quando o lquido retorna ao reservatrio, transfere calor s suas paredes. As partculas contaminantes interferem no esfriamento do lquido, por formar um sedimento que torna difcil a transferncia de calor para as paredes do reservatrio. Provavelmente, o maior problema com a contaminao num sistema hidrulico que ela interfere na lubrificao. A falta de lubrificao causa desgaste excessivo, resposta lenta, operaes noseqnciadas, queima da bobina do solenide e falha prematura do componente.

Figura 7 - Contaminao dos fluidos.

O menor limite de visibilidade para o olho de 40 micra. Em outras palavras, uma pessoa normal pode enxergar uma partcula que mede 40 micra, no mnimo. Isto

16 significa que, embora uma amostra de fluido hidrulico parea estar limpa, ela no est necessariamente limpa. Muito da contaminao prejudicial em um sistema hidrulico est abaixo de 40 mcron. Um filtro hidrulico tem a funo de remover impurezas do fluido hidrulico. Isto feito forando o fluxo do fluido a passar pelo elemento filtrante que retm a contaminao. Os elementos filtrantes so divididos em tipos de profundidade e de superfcie.

Figura 8 - Filtros hidrulicos.

Bombas Hidrulicas (Geradores Hidrulicos) Os geradores hidrulicos (Figura 9) so mquinas capazes de transformar energia mecnica em hidrulica de uma forma contnua. So designados correntemente por bombas j que a sua funo produzir energia hidrosttica, isto , fornecer caudal sob presso. Muitas das bombas podem ser usadas como motores para reconverso da energia hidrosttica em mecnica. A bomba hidrulica aspira o fluido hidrulico, em regra, de um reservatrio (lado de aspirao ou de entrada) e impele-o para a sada (lado da presso). Deste ponto o fluido conduzido a um rgo distribuidor (rgo de comando), de onde poder ser reconduzido ao reservatrio ou fornecido ao receptor.

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Figura 9 - Bombas hidrulicas.

Bombas de Engrenagem A bomba de engrenagem (Figura 10) consiste basicamente de uma carcaa com orifcios de entrada e de sada, e de um mecanismo de bombeamento composto de duas engrenagens. Uma das engrenagens, a engrenagem motora, ligada a um eixo que conectado a um elemento acionador principal. A outra engrenagem a engrenagem movida.

Figura 10 - Bomba de engrenagem.

18 Bombas de Palheta As bombas de palheta produzem uma ao de bombeamento fazendo com que as palhetas acompanhem o contorno de um anel ou carcaa. O mecanismo de bombeamento de uma bomba de palheta consiste de: rotor, palhetas, anel e uma placa de orifcio com aberturas de entrada e sada. Neste tipo de bombas, o rotor possui em todo o seu contorno exterior sedes radiais, onde so alojadas e guiadas as palhetas. Estas por efeito da fora centrifuga e da presso, so premidas contra a pista de deslizamento do estator. Esta pista de deslizamento apresenta uma excentricidade em relao ao rotor, fruto do desvio dos eixos do estator e do rotor. Em alguns tipos de bomba, esta excentricidade pode ser regulada conforme mostra a Figura 11.

Figura 11 - Bomba de palheta

Bombas de Pisto As bombas de pisto (Figura 12) geram uma ao de bombeamento, fazendo com que os pistes se alterem dentro de um tambor cilndrico. O mecanismo de bombeamento de uma bomba de pisto consiste basicamente de um tambor de cilindro, pistes com sapatas, placa de deslizamento, sapata, mola de sapata e placa de orifcio.

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Figura 12 - Bomba de pisto.

Acumuladores Hidrulicos Os acumuladores hidrulicos (Figura 13) podem desempenhar uma gama muito grande de funes no sistema hidrulico. Algumas dessas funes so: manter a presso do sistema; desenvolver o fluxo no sistema; absorver choques no sistema.

Figura 13 - Acumuladores hidrulicos.

Um acumulador, numa emergncia, poder manter a presso do sistema. Se a bomba num circuito de prensagem, laminao ou de fixao, falha, o acumulador pode ser usado para manter a presso do sistema, de modo que o material que est sendo trabalhado no seja danificado. Nesta aplicao, o volume do acumulador muitas vezes usado para completar o ciclo da mquina. Ele tambm pode manter a presso em uma parte do sistema enquanto a bomba estiver suprindo o fluxo pressurizado na outra parte ou, compensando a perda de presso ocorrida por vazamento ou aumento de presso causada pela expanso trmica.

20 Os acumuladores so uma fonte de energia hidrulica. Quando a demanda do sistema maior do que a bomba pode suprir, a energia potencial acumulada no acumulador pode ser usada para prover o fluxo. Por exemplo, se uma mquina for projetada para executar ciclos de modo aleatrio, uma bomba de pequeno volume pode ser usada para encher o acumulador. No momento de a mquina operar, uma vlvula direcional acionada e o acumulador supre a presso de fluxo requerida para o atuador. Usando-se um acumulador e uma bomba pequena combinados haver economia.

Atuadores Hidrulicos Os atuadores hidrulicos executam funo oposta das bombas hidrulicas e convertem energia hidrulica em energia mecnica para efetuar trabalho til. Num circuito tpico, o atuador mecanicamente ligado carga de trabalho e atuado pelo fluido da bomba; assim sendo, fora ou torque transformado em trabalho. Os atuadores podem ser classificados, de modo geral, como dos tipos linear (cilindro atuador) ou rotativo (motor hidrulico).

Atuadores Lineares (Cilindros Hidrulicos) Cilindros hidrulicos transformam trabalho hidrulico em energia mecnica linear, a qual aplicada a um objeto resistivo para realizar trabalho. Os cilindros foram citados brevemente h pouco. Um cilindro consiste de uma camisa de cilindro, de um pisto mvel e de uma haste ligada ao pisto. Os cabeotes so presos ao cilindro por meio de roscas, tirantes ou solda (a maioria dos cilindros industriais usa tirantes). Conforme a haste se move para dentro ou para fora, ela guiada por embuchamentos removveis chamados de guarnies. O lado para o qual a haste opera chamado de lado dianteiro ou "cabea do cilindro". O lado oposto sem haste o lado traseiro. Os orifcios de entrada e sada esto localizados nos lados dianteiro e traseiro. O atuador linear, como um cilindro acionador, usado para operaes de prender e prensar ou para movimento de avano rpido e fino, diferentemente das

21 aplicaes de um atuador rotativo ou motor hidrulico, que incluem operaes de mandrilar, tornear, posicionar etc. Cilindro de Simples Efeito: o atuador linear mais simples o cilindro de simples ao (Figura 14), que aplica fora em apenas uma direo. O fluido penetra no cilindro atravs de um orifcio apenas e desloca o pisto atuador, forando-o para fora, desenvolvendo a fora necessria para movimentar o mecanismo acionador. Ainda que no haja previso para retrao por fora hidrulica da haste, a fora da gravidade ou at mesmo uma mola podem exercer o artifcio do retorno.

Figura 14 - Cilindro simples de efeito

Cilindro de Duplo Efeito: o cilindro de dupla ao (Figura 15) permite a aplicao da presso hidrulica em ambas as extremidades do pisto, para controlar o movimento linear nas duas direes opostas. Este cilindro de ao dupla tambm chamado de diferencial por ter uma rea maior (lado sem haste) e uma rea menor (lado com haste). Quando a presso aplicada na rea maior, seu movimento mais lento por consumir maior volume de leo, porm desenvolve maior fora. A presso em sentido contrrio movimenta-o com maior velocidade, devido rea menor de atuao do leo no pisto, entretanto desenvolve menor fora.

Figura 15 - Cilindro de duplo efeito.

Cilindro de Haste Dupla: encontramos ainda o cilindro de duplo efeito de haste dupla (Figura 16), que exerce foras iguais nos dois sentidos pois as duas reas de atuao so tambm iguais (reas menores).

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Figura 16 - Cilindro de duplo efeito de haste dupla.

Atuadores Rotativos (Motores Hidrulicos) Os motores hidrulicos transformam a energia de trabalho hidrulico em energia mecnica rotativa, que aplicada ao objeto resistivo por meio de um eixo. Todos os motores consistem basicamente de uma carcaa com conexes de entrada e sada e de um conjunto rotativo ligado a um eixo. Algumas vezes, muitas bombas hidrulicas podem ser usadas como motores com pequenas ou nenhuma modificao. No motor tipo engrenagem, como visto na Figura 17, ambas as engrenagens so acionadas, mas somente uma ligada ao eixo de sada. No motor tipo palheta, todas as palhetas so acionadas pela presso hidrulica, entretanto como no h fora centrfuga no incio de sua operao, molas ou balancins so freqentemente usados atrs de cada palheta, para este fim. No motor tipo pisto, presente na Figura 18, o fluido entra na metade dos furos dos pistes, fora-os para fora, causando a rotao do bloco de cilindro e do eixo de acionamento. O motor tipo pisto o mais utilizado de todos, pois possui uma inrcia relativamente baixa, sua acelerao rpida e pode adaptar-se facilmente nas aplicaes onde reverses imediatas so desejadas.

Figura 17 - Motor hidrulico tipo engrenagem.

Os

motores

Figura 18 - Motor hidrulico tipo pisto.

23 hidrulicos tm certas vantagens sobre os motores eltricos. Algumas destas vantagens so: Reverso instantnea do eixo do motor. Ficar carregado por perodos muito grandes sem danos. Controle de torque em toda a sua faixa de velocidade. Frenagem dinmica conseguida facilmente. Uma relao peso-potncia de 0,22 kg/HP comparada a uma relao peso-potncia de 4,5 kg/ HP para motores eltricos.

Manmetro Hidrulico A energia de um sistema hidrulico a presso criada pela resistncia vazo da bomba de fora. Manmetro um instrumento usado para medir presso em um sistema hidrulico, ou seja, um medidor de quantidade de energia possuda num sistema. Nos manmetros hidrulicos (Figura 19) h duas marcas coloridas, a marca de cor verde indica a presso operacional do sistema hidrulico, j a de cor vermelha indica a presso excessiva nas linhas. O princpio de funcionamento dos manmetros a atuao de um tubo de Bourdon, que um tubo de forma espiral que se distende quando recebe presso hidrulica e movimenta com isso, mecanicamente, atravs de uma cremalheira1 e uma engrenagem, um ponteiro indicador. Ao cessar a presso existente nas linhas, o tubo de Bourdon retrai-se para a forma inicial de repouso, puxando com si o ponteiro indicador para a posio zero do mostrador. Algumas vezes o ponteiro movimenta-se muito rpido, ora quando a presso se eleva aceleradamente ou quando ela retirada de mpeto do sistema, para que no ocorra um choque mecnico entre a parte da cremalheira e a engrenagem h glicerina colocada no manmetro, esta glicerina o lquido visvel no visor de leitura do manmetro. Hoje em dia, comum encontrar manmetros eltricos no painel de comando, estes manmetros recebem um sinal eltrico de um tubo de Bourdon localizado internamente num transmissor de presso, que est acoplado s linhas de presso hidrulica. Seu princpio de operao baseia-se num tubo de Bourdon, que recebe uma1

Cremalheira: pea mecnica que consiste numa barra ou trilho dentado, que, em conjunto com uma engrenagem a ela ajustada, converte movimento retilneo em rotacional e vice-versa.

24 presso hidrulica, aciona um rotor eltrico que transmite a um indicador no painel, o movimento de disteno do Bourdon e a conseqente indicao no mostrador.

Figura 19 - Manmetro hidrulico.

Termmetro Hidrulico O termmetro hidrulico mede a temperatura do fluido hidrulico para evitar que esta ultrapasse seu ideal de trabalho, pois, quando isso acontece, modifica a viscosidade do fludo, fazendo com que o sistema perca seu rendimento. Alm disso, se essa temperatura se elevar muito, pode prejudicar vrios equipamentos, como raspador do embolo, retentor, graxeta interna do cilindro entre outros, bem como tambm pode afetar a segurana, pois se houver um vazamento de leo ou fludo hidrulico e este estiver acima de 50C ou 60C ocasionar queimaduras graves se entrar em contato com o operador do equipamento. A imagem do termmetro hidrulico pode ser vista na Figura 66, sendo ele a segunda imagem da primeira coluna.

Vlvulas As vlvulas, em geral, servem para controlar a presso, a direo ou o volume de um fludo nos circuitos hidrulicos, o que permite a elas serem divididas em vlvulas direcionais, controladoras de vazo (velocidade), controladoras de presso (fora). So as vlvulas quem define a classificao dos circuitos de atuao, que pode ser atuao discreta ou contnua.

25 Vlvulas controladoras de presso As vlvulas controladoras de presso so usadas na maioria dos sistemas industriais. Suas funes bsicas so: limitar a presso mxima do sistema, que por sua vez, protege os componentes; regular a presso reduzida em certas partes dos circuitos; descarregar a bomba; suprimir o choque eltrico; determinar o nvel de presso do trabalho; determinar dois diferentes nveis de pressa e, ao mesmo tempo, determinar dois nveis de presso distintos; outras atividades que envolvem mudanas na presso de operao. A classificao deste tipo de vlvula dada a partir do tipo de conexo, pelo tamanho e pela faixa de operao. E, o que funciona como base de operao dessas vlvulas um balano entre a presso e a fora da mola, so possveis diversas posies para a vlvula limitadora de presso (Figura 20) entre totalmente fechada e totalmente aberta (Figura 21).

Figura 20 - Vlvula limitadora de presso.

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Figura 21 - Vlvulas limitadoras de presso em posio "totalmente fechada" esquerda e "totalmente aberta" direita.

O nome dado s vlvulas controladoras de presso dado devido s funes primrias relacionadas a estas vlvulas: vlvula de segurana; vlvula de seqncia; vlvula de descarga; vlvula redutora de presso; vlvula de frenagem; a vlvula de contrabalano.

Uma das maneiras de se controlar a presso mxima do sistema (Figura 22) com o uso de uma vlvula de presso normalmente fechada, assim, com a via primaria da vlvula conectada ao tanque, o carretel no corpo da vlvula acionado por um nvel predeterminado de presso, e neste ponto as vias primrias e secundrias so conectadas e o fluxo desviado para o tanque. esse tipo de controle de presso normalmente fechado que conhecido como vlvula limitadora de presso, a qual tem a presso da mola usualmente variada pela regulagem de um parafuso que comprime e descomprime a mola. Sua funo principal de alvio do sistema, alm de diversas outras aplicaes, como que uma operao ocorra antes da outra e contrabalancear foras mecnicas externas que atuam no sistema.

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Figura 22 - Circuito montado com uma vlvula limitadora de presso.

As vlvulas de seqncias operacionais (Figura 23) asseguram que uma operao seja completa antes que outra funo seja desenvolvida, pois a vlvula de presso est fechada, por exemplo, direcionando o fluxo em uma seqncia prdeterminada.

Figura 23 - esquerda, uma vlvula de seqncia, direita um circuito no qual se usa tal vlvula.

As vlvulas controladoras de carga (Figura 24) controlam a presso induzida pela carga para manter em nveis admissveis o movimento desta e proporcionam o equilbrio de foras que evitam a acelerao da carga devido ao seu prprio peso ou inrcia. As vlvulas de contrabalano mantm uma contrapresso para evitar que uma carga caia, quando o peso est no mesmo sentido do movimento, ou seja, para

28 contrabalancear o peso, no caso, ela tambm ser, uma vlvula de controle de presso normalmente fechada.

Figura 24 - esquerda a imagem de uma vlvula de contrabalano, direita um circuito montado com uma vlvula do contrabalano, neste circuito.

As vlvulas de frenagem limitam a velocidade de um atuador hidrulico, quando uma carga negativa aplicada. Enquanto que uma vlvula de controle de presso normalmente fechada tem as vias primria e secundria separadas, e a pressa, na base do carretel, transmitida da via primria, uma vlvula de presso normalmente aberta tem as vias primrias e secundria interligadas, e a presso, na base do carretel, transmitida da via secundria. Tambm h vlvulas de segurana, pop action caracterizada pela abertura total e imediata, bem como tambm pode ser uma vlvula de alvio e segurana. As vlvulas redutoras de presso (Figura 25) so exemplos de vlvulas de controle de presso normalmente aberta. Elas determinam a presso em um ramal do sistema, pois opera sentindo a presso do fluido depois de sua via atravs da vlvula. A presso nestas condies igual presso ajustada da vlvula, e o carretel fica parcialmente fechado, restringindo o fluxo, tal restrio transforma todo o excesso de energia de presso, adiante da vlvula, em calor. Se cair a presso depois da vlvula, o carretel se abrir e permitir que a presso aumente novamente. Um exemplo de uma

29 vlvula redutora de presso pode ser quando ela limita a presso de sada, sendo controladoras de choque, elas reduzem o choque hidrulico atravs da reduo da taxa de acelerao do fluxo.

Figura 25 - esquerda, uma vlvula limitadora de presso, direita um circuito montado com uma vlvula limitadora de presso.

Uma vlvula de descarga (Figura 26) uma vlvula de controle de presso normalmente fechada operada remotamente, que dirige o fluxo para o tanque quando a presso, numa parte remota do sistema, atinge um nvel predeterminado, ela permite que a uma bomba opere com a carga mnima. Ela pode ser usada, por exemplo, num circuito de acumulador, assim, quando o acumulador for carregado, o fluxo da bomba retornar ao tanque a uma presso mnima quando o acumulador estiver pressurizado igual vlvula limitadora de presso, desse modo h economia de potncia e menor gerao de calor, pois o a bomba no precisa aplicar uma presso alta para operar a vlvula de descarga, j que esta recebe presso de outra parte do sistema.

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Figura 26 - esquerda, vlvula de descarga; direita, um circuito montado com uma vlvula de descarga.

Essas vlvulas limitadoras de presso podem ainda ser de alvio de ao direta, quando sua ao de abertura est diretamente relacionada com o acrscimo da presso aplicada ; ou de ao indireta, quando h incorporao de meios para atenuar os efeitos da sobrepresso.

Vlvulas Direcionais ou Vlvulas de Controle Direcional

Figura 27 - Vlvulas de controle direcional.

As vlvulas direcionais, Figura 27, consistem de um corpo com passagens internas que so conectadas e desconectadas por uma parte mvel, sendo as vlvulas de

31 carretel os tipos mais comuns de vlvulas de controle direcional usadas em hidrulica, a Figura 26 mostra um circuito hidrulico usando uma vlvula direcional. Tais vlvulas so vlvulas cuja funo primria impedir o escoamento atravs de passagens selecionadas. A Figura 29 mostra o esquema de um atuador de vlvulas direcionais.

Figura 28 Circuito hidrulico utilizando vlvula direcional.

Figura 29 - Atuador de vlvula direcional.

32 Uma vlvula de controle direcional deve ter seu nmero de posies e nmero de vias levados em considerao. O nmero de posies o nmero de manobras distintas que a vlvula realiza, para que ela seja uma vlvula direcional, deve possuir no mnimo duas posies. J o nmero de vias o nmero de conexes teis que uma vlvula pode possuir, elas podem ser de vias de passagem, vias de bloqueio ou a combinao de ambas, a de passagem significa duas vias, a de bloqueio significa uma via. A vlvula de controle direcional tambm depende do seu tipo de acionamento, o qual ir definir a aplicao da vlvula no circuito, o acionamento pode ser por fora muscular, mecnica, pneumtica, hidrulica ou eltrica. Uma vlvula de desacelerao, Figura 30, uma vlvula direcional de duas vias operadas por came com um carretel chanfrado. Est vlvula permite que uma carga ligada haste do cilindro seja retardada na metade do curso, onde os amortecedores do pisto ainda no entraram em ao.

Figura 30 - Vlvula de desacelerao e seu smbolo.

Tambm pertencendo ao conjunto de vlvulas direcionais, existe a vlvula seletora, cuja funo primria interconectar seletivamente duas ou mais conexes.

33 Vlvulas de Reteno A vlvula de reteno, Figura 31, uma vlvula aparentemente pequena quando comparada a outros componentes hidrulicos, suas funes so muito variadas e importantes. Na verdade, uma vlvula de reteno uma combinao de uma vlvula direcional sua parte mvel est sempre ligada a uma mola de baixa presso e uma vlvula de presso e, como ela permite o fluxo em uma s direo, uma vlvula unidirecional.

Figura 31 - Imagem de uma vlvula de reteno.

Ela consiste basicamente do corpo da vlvula, vias de entrada e sada e de um assento mvel que preso por uma mola de presso. O assento mvel pode ser um disco ou uma esfera, mas nos sistemas hidrulicos, na maioria das vezes, uma esfera. O fludo passa pela vlvula somente em uma direo. Quando a presso do sistema na entrada da vlvula muito alta, o suficiente para vencer a mola que segura o assento, este deslocado para trs. O fluxo passa atravs da vlvula. Isso conhecido como fluxo direcional livre da vlvula de reteno. Se o fludo for impelido a entrar pela via de sada, o assento empurrado contra a sua sede. O fluxo estanca. As aplicaes de uma vlvula de reteno em sistemas hidrulicos so vrias. Uma delas usar tal vlvula como uma vlvula by pass2, assim ela permitir que o fluxo contorne certos componentes, como as reguladoras de vazo que restringem o fluxo na direo contraria. Outra uso para a vlvula de reteno para isolar uma seo do sistema ou um componente, sendo que este pode ser um acumulador. Uma vlvula de reteno permite evitar que um reservatrio descarregue o fluxo de volta vlvula de descarga ou atravs da bomba, por exemplo.

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by pass: desvio

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Figura 32 - Esquema de um circuito hidrulico com vlvulas de reteno.

Vlvulas controladoras de vazo As vlvulas controladoras de vazo, conforme visvel na Figura 33, tem como funo reduzir o fluxo da bomba em uma linha do circuito, isso porque so uma restrio maior que a normal no sistema. Para vencer tal restrio, uma bomba de deslocamento positivo aplica uma presso maior ao lquido, o que provoca um desvio de parte deste fluxo para outro caminho, que , geralmente, uma vlvula controladora de presso, no entanto, pode ser outra parte do sistema tambm.

Figura 33 - Vlvula controladora de vazo.

35 Elas so aplicadas em sistemas hidrulicos quando se deseja obter um controle de velocidade em determinados atuadores, o que possvel atravs da diminuio do fluxo que passa por um orifcio. Uma vlvula controladora de vazo pode ser reguladora de vazo, quando possui um compensador de presso na entrada, ou na sada ou em desvio. Tambm pode ser redutora de vazo ou de desacelerao, esta reduz gradualmente a vazo para produzir uma desacelerao no atuador.

Figura 34 - Esquema de um circuito usando vlvula controladora de vazo.

A vlvula de controle de vazo varivel com reteno integrada, Figura 35, consiste em uma vlvula controladora de vazo como a j descrita, acrescida de uma vlvula de reteno simples em by pass, de modo que se torna possvel a obteno de um fluxo reverso livre, sendo de grande aplicao na hidrulica industrial.

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Figura 35 - Vlvula de controle de vazo varivel com reteno integrada.

Tambm h, s vezes, a necessidade de se fazer uma medio mais precisa, na qual no se pode ficar a merc de qualquer modificao na presso antes ou depois do orifcio, pois ela ir afetar a velocidade do atuador, para obter a preciso desejada, devese compensar tais modificaes de presso, ento se usa uma vlvula de fluxo compensada, podendo esta ser do tipo restritora ou by pass, Figura 36, que um controle de fluxo que permite a variao de presso antes ou depois do orifcio, j que as vlvulas controladoras de fluxo so vlvulas no compensadas e, portanto, so bons instrumentos de medio desde que o diferencial de presso atravs da vlvula permanea constante.

Figura 36 - Vlvula controladora de vazo com presso compensada.

37 Outras Denominaes para Vlvulas Existem outras denominaes para vlvulas alm das citadas acima, no entanto estas outras vlvulas, apesar de possurem nomes diferentes, so oriundas dos tipos de vlvula anteriormente citados. Algumas outras denominaes que as vlvulas podem receber so: vlvulas manomtricas; vlvulas fluxomtricas; vlvulas de aerao; vlvulas de cavitao3.

Elemento Lgico (Vlvula de Cartucho)

Figura 37 - Elemento lgico (vlvula de cartucho).

O elemento lgico, ou vlvula de cartucho, Figura 37, aplicado na hidrulica industrial sempre que se faz necessrio o comando com segurana de altas vazes e bloqueio de passagem verstil, podendo realizar vrias funes. Ele uma vlvula direcional de duas vias e que, dependendo do tipo de montagem, pode assumir uma infinidade de funes dentro de um circuito hidrulico, h muito tempo, na construo de vlvulas controladoras de presso compostas ou pr-operadas.

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Cavitao o nome dado ao fenmeno de vaporizao de um lquido pela reduo da presso, durante seu movimento.

38 A vlvula de cartucho consiste num mbolo que possui vrias reas diferenciais de ao do leo, uma mola e vrio tipo de tampas de fechamento do conjunto, como pode ser visto na Figura 38, as quais so responsveis pelas diferentes combinaes de pilotagem.

Figura 38 - esquerda, o elemento lgico em corte, de modo que se pode reconhecer suas partes, direita, diferenciais de reas de ao de gua e leo. Em ambos: A- conexo de entrada ou sada, B- conexo de entrada ou sada; X- conexo de pilotagem; A1- rea onde atua a presso da conexo A; A2- rea onde atua a presso da conexo B; A3- rea onde atua a presso da conexo X.

Algumas das funes do elemento lgico so citadas abaixo. Funo de reteno de B para A: entrando em A, o leo age na rea A1 levantando facilmente o mbolo contra a ao da mola e, com isso, o leo passa livre de A para B. Ao entrar em B, o leo entra tambm na cmara superior do elemento lgico atravs de pilotagem na tampa e, agindo na rea A3, auxilia a mola a manter o mbolo fechado, bloqueando a passagem do leo de B para A; Funo VCD 2/2 com reteno: com o solenide da vlvula direcional desligado, o leo flui livremente de B para A. Ligando-se o solenide da vlvula direcional, o oleio flui livremente nos dois sentidos; Funo de reteno pilotada: enquanto a vlvula direcional no for pilotada, o elemento lgico faz com que o leo flua livremente de A para B mas bloqueia a passagem de leo de B para A. pilotando-se a vlvula direcional, o elemento lgico libera nos dois sentidos.

39 Funo de reteno com estrangulamento: o elemento lgico controla a quantidade de leo que passa de A para B mas bloqueia totalmente a passagem de leo de B para A, o controle feito pela altura de elevao do mbolo do elemento lgico com um limitador (Figura 39), que pode ser ajustado manualmente com uma vlvula controladora de fluxo. Funo vlvula limitadora de presso: com o solenide da vlvula direcional desligado, o elemento lgico libera a passagem do leo de A para B, desde que a presso em A seja maior que a presso ajustada na vlvula de segurana incorporada no cartucho. Porm, se o fluxo de leo estiver vindo de B para A, o elemento lgico permite a passagem livre do leo, independentemente da presso com que este se encontre. Ligandose o solenide da vlvula direcional, o elemento lgico libera a passagem do leo nas duas direes, independentemente da presso do sistema.

Figura 39 - Limitador que ajusta a altura do mbolo do elemento lgico.

Placas de Orifcio As placas de orifcio (Figura 40) so elementos primrios, cuja finalidade a medio de vazo de fluidos. Quando apropriadamente dimensionadas, a sua instalao em uma tubulao cria um diferencial de presso entre a montante e a jusante, o qual proporcional ao quadrado da vazo. Uma vez que tal diferencial medido, possvel

40 indicar, totalizar, programar e controlar esta vazo, seja atravs de instrumentos convencionais analgicos ou sofisticados sistemas digitais. As placas de orifcio so indicadas para medir vazo de lquidos, gases e vapores. Elas podem ser do tipo concntricas, excntricas ou segmentais e podem ter dimetros nominais de 1 a 40. Quando so do tipo concntricas elas so usadas para fluidos limpos. Quando so excntricas e segmentais, seu uso para fluidos sujos com partculas slidas em suspenso. O canto arredondado serve para fluidos de alta viscosidade.

Figura 40 - Placas de orifcio.

Resfriadores Hidrulicos Todos os sistemas hidrulicos aquecem. Se o reservatrio no for suficiente para manter o fluido temperatura normal, h um superaquecimento. Para evitar isso so utilizados resfriadores ou trocadores de calor, os modelos mais comuns so gua-leo e ar-leo. Resfriadores a Ar : os resfriadores a ar (Figura 41), o fluido bombeado atravs de tubos aletados. Para dissipar o calor, o ar soprado sobre os tubos e aletas por um ventilador. Os resfriadores a ar so geralmente usados onde a gua no est disponvel facilmente.

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Figura 41 - Resfriador a ar.

Resfriadores gua: O resfriador a gua (Figura 42) consiste basicamente de um feixe de tubos encaixados num invlucro metlico. Neste resfriador, o fluido do sistema hidrulico geralmente bombeado atravs do invlucro e sobre os tubos que so refrigerados com gua fria.

Figura 42 - Resfriador gua.

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Exemplos de Aplicao da Hidrulica

Toda mquina industrial depende, de alguma forma, do uso de potncia fluda, ou seja, de energia transmitida a partir de fludos, o que se estende tanto a hidrulica quanto a pneumtica. O uso desta potncia vai desde prensas rotativas de alta velocidade que imprimem jornais, revistas e listas telefnicas at os grandes caminhes e carretas de reboque que trazem os alimentos aos supermercados. As aplicaes da automao hidrulica so vrias, como, por exemplo, para amortecer choques ou nos freios hidrulicos para parar o carro. E, muitas vezes a potncia hidrulica capaz de automatizar a mquina e faz-la funcionar a partir desta, como ser representado nas mquinas abaixo, movidas a energia hidrulica. Existem escavadeiras hidrulicas que possuem sistemas hidrulicos capazes de ajustar automaticamente a velocidade e a potncia da mquina sob todas as condies de escavao, isto conseguido atravs de uma vlvula de regulagem automtica que varia a sada da bomba, ou seja, alta velocidade em escavaes leves, alta potncia em escavaes pesadas (Figura 43). Outra escavadeira que pode ser citada a 312CL da Caterpillar (Figura 44), esta uma escavadeira totalmente movida por automao hidrulica, no possuindo parte mecnica, at mesmo a transmisso hidrosttica, a sua capacidade de 126 kN e sua velocidade de translao mxima, 5,1 km/h. O acionamento independe dos rastos atravs de motor de mbolos axiais de duas velocidades e engrenamento automtico das velocidades e transmisses finais de engrenagens planetrias, possui tambm transmisso da translao de servio severo, para uma maior fora de trao e melhor capacidade de viragem. Ela possui duas bombas de mbolos axiais, caudal varivel para alimentao dos circuitos da lana, brao, giratria balde, auxiliar e translao; a alimentao do circuito de pilotagem de vlvulas dada atravs de bomba de carretos de uma seco. O movimento do brao para frente e para trs, para a direita e para a esquerda tambm dado por automao hidrulica, atravs dos pistes acoplados ao brao.

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Figura 43 - Escavadeira da International Harvester Company.

Figura 44 - Escavadeira hidrulica 312CL da Caterpillar, acima imagens inteiras da escavadeira, abaixo, detalhes da escavadeira com nfase nos pistes de movimento da p.

Como foi dito anteriormente, fresadoras tambm fazem uso da hidrulica. A fresadora da Figura 45, da Sundstrand Machine Tool, utiliza um grande gabarito de fixao operando hidraulicamente para sujeitar carcaas de ventoinhas enquanto suas abas e lados esto sendo fresados. O gabarito possu dois cilindros hidrulicos, um em cada extremidade, e ajustvel, de modo a manter sete tamanhos diferentes de pea.

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Figura 45 - Fresadora da Sundstrand Machine Tool

A W. F & John Barnes, Babcock & Wilcox, Figura 46, possu uma mquina de transferncia de 22 estaes, projetada para furar, chafrar, escarear e rosquear cabeotes de cilindros diesel V-8 ou V-12. A potncia hidrulica utilizada em toda mquina para indexar peas de estao a estao, avanar e retornar localizadores nos gabaritos, para prender as peas a cada estao individual, e para avanar e retornar as unidades de avano. Podem ser vistas unidades isoladas de potncia hidrulica ao longo da periferia da mquina, completadas com bomba, motor e tanque. Estas unidades fornecem leo hidrulico a uma presso de 500 lb/pol2 para a realizao das funes acima.

Figura 46 - Mquina de transferncia de estaes da W.F & John Barnes, Babcock & Wilcox

possvel tambm que a potncia hidrulica seja usada como meio motor, como acontece no caso da prensa da Logansport Machine Co., Icn, Figura 47. Ela possui um grande cilindro montado no alto da plataforma superior, como possvel ver na figura. A prensa equipada com um cilindro amortecedor de matriz, pneumtico sob a plataforma inferior. O tanque de armazenagem de ar localiza-se na lateral da prensa.

45 H tambm a prensa hidrulica COP, da Figura 48, sua capacidade para 500 toneladas, e sua mesa mede 550mm X 1,080mm, o pisto tem dimetro de 500mm e abertura total de 960mm.

Figura 47 - Cilindro hidrulico sendo usado como meio motor da prensa da Logansport Machine Co., Icn.

Figura 48 - Prensa hidrulica da marca COP.

Existem ainda outras prensas que fazem o uso de automao hidrulica, como as da Figura 49 abaixo, nas quais possvel observar perfeitamente os pistes utilizados e ter uma idia do tamanho da dimenso deles.

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Figura 49 - esquerda a fotografia de uma prensa, e direita uma prensa de sucata.

A calandra hidrulica, que uma mquina para curvar ou desempenar chapas de metal, da marca Hausler mostrada na Figura 50 tem capacidade de 4 polegadas por 3 metros. Ela trabalha com 4 rolos sendo que o rolo superior abre-se por sistema hidrulico para remoo da pea calandrada.

Figura 50 - Calandra da marca Hausler.

Outra mquina que usa automao hidrulica a p carregadeira 938H, da Caterpillar. Ela possui bombas hidrulicas supridas com leo, que esquentado pelo motor, e ento pressurizado levando os pistes ao movimento de modo que as rodas dianteiras so locomovidas. Sua p mexe para cima e para baixo a partir de pistes, conforme possvel ver na Figura 51.

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Figura 51 - Carregadeira 938H da Caterpillar, acima imagem da mquina inteira, abaixo, esquerda e ao centro, detalhe das bombas e do pisto de movimento das rodas dianteiras, direita, pisto de movimento da p.

Na indstria alimentcia so usadas prensas viradeiras hidrulicas, Figura 52.

Figura 52 - Prensa viradeira hidrulica, utilizada na indstria alimentcia.

Ainda na indstria alimentcia, existem recravadeiras de latas, cuja operao automtica e funciona com lubrificao a leo. A imagem da mquina recravadeira vista na Figura 53.

Figura 53 - Recravadeira de latas de ao inoxidvel.

48 A automao hidrulica tambm faz parte da indstria siderrgica, conforme mostra a Figura 54.

Figura 54 - Mquina hidrulica utilizada na indstria siderrgica.

Bem como a automao hidrulica tambm pode ser parte de uma mquina ferramenta, como visto no copiador hidromecnico (torno revlver automtico) da Figura 55.

Figura 55 - Copiador hidromecnico (torno revlver automtico).

49 No obstante, possvel encontrar hidrulica at mesmo em equipamentos de resgate (Figura 56), eclusas (Figura 57), navios (Figura 58) e equipamentos porturios (Figura 59).

Figura 56 - Equipamentos de resgate com utilizao de hidrulica.

Figura 58 - Dentro do navio possvel encontrar a automao hidrulica nos lemes, guinchos, recolhimento de redes de pesca, etc.

Figura 57 - Eclusas.

Figura 59 - Equipamento porturio.

Atualmente, difcil existir um equipamento que no possua automao, o que inclua componentes hidrulicos. Entre todos os maquinrios hidrulicos mostrados foi possvel perceber que sua aplicao pode ser ampla, no entanto, a automao hidrulica mais direcionada a equipamentos em que, caso ocorra algum vazamento do leo utilizado para o funcionamento do mecanismo, no venha a prejudicar ou danificar os outros materiais. Por tal motivo, encontra-se pouco uso da a hidrulica dentro de indstrias alimentcias e farmacuticas, mas nem por isso ela deixa de estar presente nestas indstrias e em outras como txtil, petrolfera, de papel e celulose, qumica, aeronutica, petroqumica, de acar e lcool, bebidas e siderrgica.

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Comparao com outros meios e formas de energia variadas.Existem diversos meios de automao alm da automao hidrulica, como, por exemplo, as automaes mecnica, pneumtica e eletrnica industrial. Pode-se distingui-las umas das outras atravs de uma comparao bsica entre elas, os meios de automao comparados neste estudo de caso so: mecnica, hidrulica e pneumtica. A hidrulica e a pneumtica so sistemas que utilizam fludos, leo e ar, respectivamente, manuteno. de modo que possuem poucas partes mecnicas mveis, conseqentemente, possuem um alto grau de confiabilidade e um baixo custo de

Tabela 1 - Comparao entre meios automao.

Mecnica Boa fora timas velocidades tima preciso

Hidrulica tima fora Baixas velocidades Boa preciso

Pneumtica Fora limitada Boas velocidades Preciso limitada

Conforme pode ser analisado na Tabela 1, a automao mecnica possui uma boa fora com timas velocidades e tima preciso, j a automao hidrulica dotada de tima fora com baixas velocidades e boa preciso e, a automao pneumtica tem fora limitada com boas velocidades e preciso limitada, no entanto, a preciso desta automao pode ser alterada com elevao dos custos, o que, muitas vezes, inviabiliza o uso de tal e compensa o uso da automao hidrulica. A partir desta comparao, possvel perceber que a automao utilizada deve depender do fim desejado, ou seja, dependendo do valor que se deseja gastar, preciso e controle de processo e informaes a nvel grfico a automao hidrulica pode ser mais apropriada ou menos apropriada que as outras. Assim como foram comparados os meios de automao, tambm possvel comparar as formas de energia, que so pneumtica, hidrulica e eltrica, conforme Tabela 2.

51Tabela 2 - Comparao entre formas de energia.

Energia Transmisso

Pneumtica Hidrulica Limitada e muito Bem rpida longas distncias Prtic. s/ limites Aprox. 300.000km/s Boas Alto No to boa

Eltrica e Limitada e lenta At aprox. 1000m Aprox. 10 a 50m/s At Baixo Excelente V = 2m/s

cara Dist. econmica At aprox. 100m Vel. de Aprox. 2 a 6m/s transmisso Rotaes Limitado

500.000rpm Torque Bem alto Proteo contra Excelente sobrecarga Vel. De operao V = 0,5m/s

A partir da anlise desta tabela pode-se perceber que a melhor transmisso se d por energia hidrulica, alm de a distncia econmica praticamente no possuir limites e ter uma rpida velocidade de transmisso, no entanto o melhor torque da energia pneumtica, a proteo contra sobrecarga da energia hidrulica perde tanto para a energia pneumtica e eltrica. Outra comparao pode ser realizada a partir do tpico de aplicaes da automao hidrulica. Nele pode-se perceber que a automao hidrulica est ligada em sua maioria a maquinrios grandes onde mnimo o risco ou o prejuzo de vazamento do fludo hidrulico. Numa indstria farmacutica, por exemplo, no seria vantajoso o uso de uma mquina hidrulica para lacrar os frascos de remdio ou as cartelas, j que, caso houvesse um problema na mquina e vazasse leo haveria contaminao no remdio liquido e nos comprimidos, diferentemente da automao pneumtica, que seria indicada nesse caso, pois se o mesmo problema ocorresse com uma mquina pneumtica as chances de contaminao seriam quase nulas, j que a nica coisa que estaria em contato com as drogas seria o ar. Mais uma vez, pode-se perceber que a melhor forma de energia varia de acordo com a aplicao que ser feita e os fins desejados.

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Preos dos ComponentesA partir de alguns oramentos feitos pela empresa Martins & Mansano Ltda, revendedora autorizada da marca Parker, para a empresa Momesso Ind. Maq. Ltda foi possvel obter os valores de alguns componentes hidrulicos para se ter uma idia dos custos de uma automao hidrulica. Os preos so citados na Tabela 3 abaixo.Tabela 3 - Preos de componentes hidrulicos da Parker.

Descrio do Material

Preo

Unitrio Embolo magntico p/ cilindro 40mm 43,50 Kit hidrulico para retifica 2.954,00 Cilindro hidrulico 2x400mm curso, haste 1 fixao flange retangular 1.890,00 dianteira duplo amortecimento Acoplamento Parker flexvel p/ eixo Bocal Parker de enchimento grande Bomba Parker Hid.Prata 77,6mm CJ. Parker parafuso p/ vlvula Flange motor/bomba Manmetro 63mm vert 20 bar Sub Parker base Val. Parker agulha Val. Parker duplo sol. 240VAC Vlvula Parker reguladora Visor Parker de nvel grande com termmetro 91,67 52,78 1.319,34 14,20 304,89 170,32 664,02 221,73 1.230,61 380,32 69,17

Softwares de Simulao HidrulicaCom o aumento da tecnologia da idade moderna, uma rea da Engenharia vem ganhando espao cada vez maior nas empresas e indstrias, a SIMULAO. Feita de forma virtual (no computador) no exige um custo muito alto para sua aplicao e garante que o processo ser mais seguro tanto fsica quanto economicamente, pois possvel atravs da simulao verificar possveis pontos fracos da estrutura e do projeto em geral.

53 Na automao hidrulica no diferente, e atravs de softwares especializados possvel montar, e simular o funcionamento de um circuito hidrulico. Com uma interface amigvel com o usurio os programas de automao hidrulica possibilitam a quem esta operando a facilmente ligar os diversos componentes atravs da tcnica clique e arraste, em que os smbolos, especificaes tcnicas, dimenso; tudo j pr-determinado pelo fabricante. Todos estes fatores j so levados em conta no momento da simulao. O programa que foi tomado como exemplo, se chama: Automation Studio, distribudo por: Famic Technologies, a empresa certificada pela ISSO 9001:2002. O programa conta com uma interface de fcil acesso, permitindo que o usurio possa modificar variveis e medidas, conta ainda com o auxilio de um gerador de grficos que no momento da simulao mostra o que cada elemento esta executando e mostra se esta dentro dos padres. O Automation Studio permite ainda que os dados e grficos de uma simulao sejam gravados para que possam ser vistos posteriormente, facilitando a comparao de dados com outra simulao, uma vez que elimina a necessidade de outra vez montar e simular o circuito. Alm de simular o funcionamento da planta num todo, clicando-se sobre um dos elementos do circuito este mostrado em 3D, possibilitando a visualizao do que ocorre dentro do elemento no momento em que este atua na planta. Para facilitar ainda mais a visualizao a conveno de cores adotada na simulao, portanto extremamente visvel a direo de funcionamento do circuito.

NormalizaoAs normas existem para regulamentar e tornar possvel a leitura de desenhos e circuitos industriais internacionalmente. Duas so as regulamentadoras de normas conhecidas e amplamente obedecidas no Brasil: ISO ("International Organization for Standardization", ou seja, Organizao Internacional para Padronizao) e ABNT (Associao Brasileira de Normas Tcnicas). Aqui sero apresentadas algumas normas que regem a rea da hidrulica no Brasil, catalogadas e revisadas pela Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT).

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Simbologia Para tornar o uso de diagramas mais usual, simples e universal possvel usa-se smbolos para representar os elementos dentro de um circuito hidrulico. Baseados numa norma os smbolos no possuem a inteno de mostrar o componente de forma fsica e/ou parmetros de construo, eles apresentam a funo, modos de operaes e conexes externas, outras caractersticas dos smbolos esto todas contidas nas normas: ISO 1219-2, ISO 1219-1, ISO 5598. Alguns smbolos so colocados aqui para efeito de exemplificao:

Linha simples: linha de presso

Ponto: conector

Bomba simples, deslocamento fixo

Vlvula de controle direcional 4/3 operada por presso atravs de uma vlvula piloto, comandada por solenide com centragem por molas. Dentre muitos outros; estes exemplos servem para mostrar que os smbolos podem variar da mais simples linha para um sistema complexo diagrama, e isso reafirma a necessidade de uma normalizao impedindo que os sistemas se tornem incompreensveis entre instituies. Uma outra simbologia muito importante a conveno de cores adotadas na representao de um circuito hidrulico, conforme mostra a Tabela 4 e, regulamentada pela norma: NBR 13193 Emprego de cores para identificao de tubulaes de gases industriais. Ago/1994

55Tabela 4 - Tabela de conveno de cores para representao de circuito hidrulico.

Vermelho Amarelo Laranja Verde Azul Branco

Presso de alimentao ou operao Restrio no controle de passagem de fluxo Reduo de presso bsica do sistema Suco ou linha de drenagem Fluxo em descarga ou retor Fluido inativo

H ainda diversas outras normas que regem a hidrulica que por motivos de espao no conveniente assentar aqui.

Normas Algumas outras normas que regem a hidrulica industrial: NBR 6943 PB 110 Conexo de ferro fundido malevel com rosca NBR NM-ISO 7-1 para tubulaes. Jun./2000 NBR 6925 PB 156 Conexo de ferro fundido malevel, de classes 150 e 300 com rosca NPT para tubulao. Abr./1995 NM 121:97 Tubos de ao carbono soldados por resistncia eltrica para caldeiras e super-aquecedores para servios de alta presso. 01/09/1997 NBR 13225 Medio de vazo de fluidos em condutos forados, utilizando placas de orifcio e bocais em configuraes especiais (com furos de dreno, em tubulaes com dimetro inferiores a 50 mm, com o dispositivo de entrada e sada e outras configuraes). Dez/1994 NBR 5580 Tubos de ao carbono para rosca Witworth gs para usos comuns na conduo de fludos. Dez/1993

Eletro-hidrulicaEletro-hidrulica a parte da hidrulica que possibilita o interfaceamento com sinais eltricos vindos de botes ou CLPs (Controladores Lgicos Programveis).

56 Quando se faz necessrio movimentar grandes massas e/ou realizar grandes esforos, os sistemas eletros-hidrulicos combinam as vantagens prprias dos circuitos hidrulicos, quais sejam: compacidade, pequena inrcia e rpida resposta (com pequeno erro e versatilidade na medio), transmisso e processamento dos sinais eltricos. Apesar dos componentes hidrulicos serem mais lentos dentro de um sistema eletro-hidrulico de controle de posio, quando se trata de movimentar cargas elevadas, um sistema puramente eletro-eletrnico ou eletro-mecnico oferece respostas mais lentas que um sistema eletro-hidrulico. Na Figura 60 apresentado um posicionador eletro-hidrulico cuja finalidade deslocar a massa (M) a uma distncia proporcional a um sinal em tenso de referncia ( ).

Figura 60 - Sistema de controle de posio eletro-hidrulico.

Circuitos Hidrulicos ConceituaisExistem trs tcnicas de construo lgica de circuitos eletrohidrulicos: Circuitos intuitivos Circuitos de seqncia mnima ou cascata Circuito de seqncia mxima ou passo a passo

Circuitos Intuitivos

57 No mtodo de circuitos intuitivos (Figura 61) a soluo de comando flui atravs da lgica e do pensamento, podendo com isso apresentar resolues para a mesma problemtica.

Figura 61- Circuito intuitivo.

O procedimento de funcionamento de tal mtodo descrito a seguir: Aciona se o boto B1 que ativa o rel S1, o rel manda um sinal para o solenide S1 da vlvula fazendo com que a mesma avance dando passagem ao fluido, com a passagem do fluido o pisto se move para cima. Aciona- se o boto B2 que ativa o rel S2, o rel manda um sinal para o solenide S2 da vlvula fazendo com que a mesma retorne ao seu ponto inicial dando passagem paro o fluido que retorna para o reservatrio fazendo com que o pisto desa ao seu ponto inicial.

58 Circuito de Seqncia Mnima ou Cascata No mtodo de resoluo do circuito de seqncia mnima ou cascata (Figura 62) aplica-se rels auxiliares realizando a funo de memrias de grupos, sendo a seqncia algbrica dividida onde ocorrer sobreposies de sinais eltricos. Quando em uma seqncia algbrica encontra-se mudana de sinal algbrico de um passo para outro com o mesmo atuador, pode-se dizer que estar ocorrendo uma sobreposio de sinal. Exemplo: A+ B+ B+ ANo mtodo cascata a sobreposio de sinal eltrico totalmente eliminado, porque mesmo que a chave fim de curso permanea mecanicamente acionada a mudana de movimento pela qual ela responsvel ocorre atravs de um grupo de comandos. Exemplo: A+ B+ B- AGrupo1. Grupo2. Sendo a seqncia algbrica dividida somente onde ocorrer sobreposio de sinal eltrico, ter-se- com isso a formao de dois grupos de comandos:

Figura 62 - Mtodo de cascata.

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A+

B+

A-

B-

Figura 63 - Circuito de comando.

Grupo1. Grupo2. O Grupo 1 ser o responsvel pelo movimento (passo) A+ (avano do cilindro A) e pelo movimento de B+ (avano do cilindro B). O Grupo 2 ser responsvel pelo movimento de B- (retorno do cilindro B) e pelo movimento de A- (retorno do cilindro A).

Circuitos Passo a Passo ou Seqncia Mxima de Contatos

No mtodo de resoluo de circuitos de seqncia mxima de contatos (Figura 64) aplica-se tambm rels auxiliares, porm deve-se dividir a seqncia algbrica no somente onde ocorrer a sobreposio de sinal, mas sim em cada passo da seqncia. | A+ | B+ | A- | B- | Neste caso utiliza-se um rel auxiliar para cada passo ou movimento dentro de uma seqncia algbrica teremos um grupo de comandos para cada passo.

60 Exemplo: | A+ | B+ | A- | B- | | 1 | 2 | 3 | 4 | | d1 | d2 | d3 |d5 |

Figura 64 - Mtodo passo a passo.

Figura 65 - Circuito de Comando.

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Componentes Emprestados para Visualizao em ApresentaoDurante a apresentao, alguns componentes foram mostrados, sendo, dentre eles, uma vlvula solenide, um filtro, uma bomba hidrulica, um termmetro, um manmetro. Estes componentes so utilizados para confeco de uma mquina que faz uso de automao hidrulica, esta mquina um moinho adiabtico produzido pela Momesso Ind. Maq Ltda, que um moinho da rea de plsticos, cuja funo fazer masterbachs, ou seja, incorporar pigmentos dentro de resinas. possvel ver a unidade hidrulica desta mquina na Figura 66 abaixo, tal unidade dar movimento a quatro pistes.

Figura 66 - Fotos da unidade hidrulica de um moinho adiabtico.

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Circuito para ApresentaoO circuito montado para apresentao no dia 13 de maro de 2008 no laboratrio do Colgio Salesiano est representado abaixo, na Figura 67. um circuito eletrohidrulico.

Figura 67 - Circuito hidrulico montado na bancada de hidrulica da Parker do Colgio Salesiano.

Lista de Material Utilizado na Montagem

Bancanda de experincias Parker Vlvula 4 vias 2 posies com acionamento eltrico e retorno por mola Distribuidor de fluxo Mangueiras Boto de liga Botoeira de emergncia Rel contator Cilindro de Dupla Ao

63 Funcionamento do Circuito Hidrulico Inicialmente, aciona-se um boto de partida, que ir fazer com que o rel contator aja sob a vlvula. Ento, a vlvula ir se abrir, dando passagem ao fluido e fazendo com que o pisto avance. Ao atingir determinado ponto, o pisto pressionar um sensor fim de curso, que enviar um sinal de pulso, de modo que o rel desarme e desacione a vlvula, assim ela voltar posio inicial. Se algum inconveniente ocorrer durante o funcionamento do circuito, pode-se desarmar a parte eltrica, pressionando um boto de segurana. Abaixo, algumas fotos do circuito montado na bancada de hidrulica.

Figura 68 - Foto do circuito hidrulico montado para apresentao.

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ConclusoFoi possvel concluir que a automao hidrulica muito utilizada e, tambm se pode conhecer as qualidades e defeitos de tal automao durante o estudo. Houve um grande trabalho em grupo e diversas pesquisas durante um curto perodo de tempo, no entanto pode-se esboar um trabalho de conhecimento bsico a respeito do assunto. O fato do prazo ser curto no permitiu ao grupo se aprofundar mais no tema e fazer um trabalho mais concreto e significativo, mas mesmo assim, no deixou de ser proveitoso. Devido existncia de outros estudos de caso com temas diferentes, mas correlacionados ao tratado neste trabalho em especfico, tambm houve tpicos pouco explanados para no exceder e invadir tais temas. Em especial, todos os participantes do grupo aprenderam muito com o estudo de caso sobre automao hidrulica principalmente ao que diz respeito parte pratica, com a construo de um circuito hidrulico simulando o funcionamento de uma prensa hidrulica.

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BibliografiaSites http://www.algosobre.com.br/fisica/principio-de-pascal.html http://www.boschrexroth.com/country_units/south_america/brasil/pt/index.jsp http://www.brasilescola.com/fisica/principio-de-pascal.htm http://ciencia.hsw.uol.com.br/elevadores2.htm http://www.cinship.com/ http://www.boschrexroth.com/country_units/south_america/brasil/pt/new_produ cts/hidraulica_mobil/index.jsp http://office.microsoft.com/pt-br/templates/results.aspx?qu=agua&av=TPL000 http://64.233.169.104/search? q=cache:7w1RNOPhG94J:www.geocities.com/chp_onlin e/apostilas/apostilahidraulica.doc+multiplicadores+de+press%C3%A3o&hl=ptBR&ct=clnk&cd=5&gl=br&client=firefox-a http://pbelisqui.sites.uol.com.br/ http://www.boschrexroth.com/country_units/south_america/brasil/pt/index.jsp http://images.google.com.br/images?hl=pt-BR&resnum=0&q=Bombas+de+pist %C3%A3o&um=1&ie=UTF-8&sa=N&tab=wi http://www.clicklojas.com.br/lojas/produtos/seboportaldolivro/g_8486_Livroautomacao.jpg http://www.automationstudio.com/PRO/en/product/Lib_hyd.htm http://www.satc.edu.br/satc/conteudo/biblioteca/normas_abnt.pdf http://www.pipesystem.com.br/Normas_ABNT/body_normas_abnt.html http://images.google.com.br/imgres? imgurl=http://www.abcdaindustria.com.br/imagens/hauslerGde.jpg&imgrefurl= http://www.abcdaindustria.com.br/si/site/0626&h=455&w=650&sz=209&hl=ptBR&start=38&sig2=LN0I5hK5r7aVQQ0vIjsL4w&um=1&tbnid=4PRK9EKWz KclMM:&tbnh=96&tbnw=137&ei=H-PKR9OPCpOqevLisCA&prev=/images %3Fq%3Dcentro%2Bde%2Businagem%2Bhidraulico%26start%3D36%26ndsp %3D18%26um%3D1%26hl%3Dpt-BR%26sa%3DN

66 http://images.google.com.br/imgres? imgurl=http://www.abcdaindustria.com.br/imagens/Frame %2520Destaques/Maquinas%2520do %2520Destaque/Cope5%252004.jpg&imgrefurl=http://www.abcdaindustria.co m.br/si/site/0602&h=667&w=500&sz=109&hl=ptBR&start=39&sig2=6hdTuQUn-pcHnoa8AwHEQ&um=1&tbnid=b5FvJlyoKDN1LM:&tbnh=138&tbnw=103&ei=HPKR9OPCpOqevLisCA&prev=/images%3Fq%3Dcentro%2Bde%2Businagem %2Bhidraulico%26start%3D36%26ndsp%3D18%26um%3D1%26hl%3Dpt-BR %26sa%3DN http://paginas.terra.com.br/negocios/guiadeusados/prensaviradeira.htm

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AnexosCircuitos Hidrulicos da Parker

Circuito de Descarga Presso Mxima

69 Circuito de Descarga - Presso Intermediria

70 Circuito de Descarga - Recirculando