motor e bomba dimensionamento

8/10/2019 Motor e Bomba Dimensionamento

http://slidepdf.com/reader/full/motor-e-bomba-dimensionamento 1/16

UNIVERSIDADE PAULISTA - UNIPCIRCUITOS FLUIDOS MECÂNICOS – HIDRÁULICA

Prof. Msc. Marcos Dorigão Manfrinato

DIMENSIONANDO BOMBA E MOTOR HIDRÁULICO



[email protected]

2

DIMENSIONAMENTO DA BOMBAApós o término do dimensionamento dos atuadores e verificação da vazão induzida, devemos então,conforme observação nas aulas anteriores, vamos tomar como referência para a vazão da bomba, amaior vazão induzida calculada, que normalmente será a vazão induzida de retorno (Qir). Nesse caso,assume-se que:

Qir > QB > Qia

Portanto, para o referido exercício resolvido em sala de aula, a vazão da bomba que deve ser utilizada,

ao buscarmos no catálogo do fornecedor, no máximo deve ser 41 l/min, e seguramente terá que sermaior que 26 l/min.Sintetizando então, para dimensionar a bomba de um sistema hidráulico, deveremos calcular os limitesmáximo e mínimo de vazão e buscar no catálogo do fornecedor a bomba que satisfaça nossasnecessidades, tendo uma vazão que seja no máximo igual ou menor que a maior vazão induzidacalculada.Se no projeto houver a necessidade de utilização de atuadores sincronizados, ou seja, dois ou maisatuadores sendo acionados simultaneamente no avanço e/ou retorno, as suas vazões induzidas deretorno devem ser somadas, bem como as de avanço. A vazão da bomba será então no máximo igualou menor que a soma das vazões induzidas no retorno e maior que a soma das vazões induzidas noavanço.

Havendo a necessidade de utilização de um ou mais motores hidráulicos no projeto, nesse caso, sendoa vazão requisitada por eles maior que a dos atua-dores, deve a bomba ser dimensionada pela vazãodos motores.Entretanto, não podemos esquecer a questão da pressão da bomba. Ao selecionarmos uma bombapara nosso projeto, devemos considerar que ela forneça e suporte no mínimo a pressão de trabalhonecessária ao atuador de maior solicitação quanto à pressão (cilindro hidráulico ou motor), mais a perdade carga da linha de pressão do sistema. Assim:

PB > PTb + Perda de Carga na Linha de Pressão

Concluímos então, que a escolha da bomba é a última etapa a ser feita no dimensionamento de nossoprojeto, uma vez que necessitamos conhecer ainda a perda de carga gerada na linha de pressão.

Escolha da Bomba Outros dados ainda podem auxiliar quando da escolha da bomba nos catálogos dos fabricantes, eesses dados são obtidos pelo cálculo do tamanho nominal.

Cálculo do Tamanho Nominal Volume de absorção (cilindrada)

Momento de torção absorvido

Potência absorvida



[email protected]

3

Em que:Vg = Volume de absorção [cm3/rotação]Mt = Torque absorvido [N.m]n = Rotação [900 a 1800 RPM]ηv = Rendimento volumétrico [0,91 - 0,93]ηmh =Rendimento mecânico - hidráulico [0,82 - 0,97]ηt = Rendimento total [0,75 - 0,90] = (ηv x ηmh)QB = Vazão da Bomba [l/min]N = Potência absorvida [kW]

Tabela para seleção de bomba hidráulica (REXROTH).

Após o cálculo dos valores faz-se necessário utilizar as inúmeras tabelas de seleções de bombascomerciais. Desta forma abaixo esta uma dessas tabelas, a qual usaremos para resolver o problemaexemplo de dimensionamento de uma bomba.

Exercício Exemplo Para a bomba de QB = 32,6 l/min e supondo que ela esteja acoplada a um motor elétrico com n = 1750RPM, calcule o deslocamento (Vg), a potência (N) e o momento de torção (Mt). Considere AP = 100 bar,ηv = 0,92 e ηmh = 0,87.Cálculo do volume de absorção da bomba:

Cálculo do momento de torção absorvido:

Cálculo da potência absorvida:

Concluindo, de acordo com a acima do fabricante, a bomba a ser utilizada no exercício exemplo poderia

ser do tipo G2 - Tamanho Nominal 022, cujas características são as seguintes:Vg = 22,4 cm3/rotaçãoQef = 38,4 l/minP = 100 bar



[email protected]

4

N = 8,16kW

Tipos de Bomba A bomba é sem dúvida o componente mais importante e menos compreendido no sistema hidráulico.Sua função é converter a energia mecânica em energia hidráulica, empurrando o fluido hidráulico nosistema. As bombas são fabricadas em vários tamanhos e formas, mecânicas e manuais, com diversose complexos mecanismos de bombeamento e para várias aplicações. Todas as bombas, entretanto, sãoclassificadas em uma de duas categorias básicas: hidrodinâmica e hidrostática.

Bomba Hidrodinâmica Na bomba hidrodinâmica o fluido, absorvido de um depósito em que se achava em estado de repouso,é posto inicialmente em movimento dentro da bomba, a uma notável velocidade, e submetido logo auma diminuição desse velocidade, o que lhe permite adquirir pressão e, portanto, vencer asresistências. É característica da bomba hidrodinâmica a dependência funcional entre o volume de fluidoadministrado e a pressão. Exemplos típicos e conhecidos de bomba hidrodinâmica são as centrífugas eas axiais (também denominadas de bombas de hélice).

Bomba Hidrostática Na bomba hidrostática ou "bomba volumétrica" o fluido adquire o movimento, bem como a pressão, semexperimentar dentro da bomba nenhum aumento substancial de velocidade, visto que é simplesmenteaspirado e transportado; além de que, o fluido administrado não depende da pressão. Fato esse que as

torna adequadas para a transmissão de força.Em síntese, no projeto e dimensionamento de circuitos hidráulicos, sempre serão usadas bombashidrostáticas, também chamadas de "bombas de deslocamento positivo". As bombas de deslocamentopositivo subdividem-se basicamente em três tipos:♦♦♦♦Bombas de Engrenagens: ♦Bombas de Palhetas: Engrenagens externas; Balanceadas;Engrenagens internas; Deslocamento variável.De lóbulos; ♦Bombas de Pistões: Do tipo gerotor. Radiais;

Axiais.

Bomba de EngrenagensE constituída por um par de engrenagens acopladas, como mostra a Figura abaixo, que desenvolve ofluxo transportando o fluido entre seus dentes. Na bomba, uma das engrenagens é a motriz acionadapelo eixo a qual gira a outra, montadas numa carcaça com placas laterais (chamadas placas dedesgaste ou pressão).

As engrenagens giram em sentidos opostos, criando um vácuo parcial na câmara de entrada da bomba.O fluido é introduzido no vão dos dentes e é transportado junto à carcaça até a câmara de saída. Ao se



[email protected]

6

Bomba do Tipo GerotorA bomba do tipo "gerotor" opera da mesma forma que a bomba de engrenagens internas. O rotorinterno (motriz) é rotacionado por meio de uma fonte externa (motor elétrico) e transporta durante seumovimento um rotor externo numa estrutura engrenada. Formam-se então câmaras de bombeamentoentre os lóbulos do rotor. Nesse caso não é utilizada a vedação em forma de meia lua, característico dabomba de engrenagens internas, pois as pontas do rotor interno fazem contato com o rotor externo paravedar a câmara.

Bomba de PalhetasUma bomba de palhetas é constituída por um rotor provido de ranhuras, nas quais deslizam palhetasque durante o movimento de rotação desse rotor entram em contato com um anel excêntrico devido aoefeito da força centrífuga.O espaço compreendido entre o rotor, o anel e as palhetas enchem-se de óleo vindo da tubulação deaspiração. Esse óleo é pulsado para a tubulação de descarga. Então, pela passagem do conjunto rotor-palhetas pela vizinhança da câmara de aspiração, o volume do espaço compreendido entre duaspalhetas aumenta, provocando uma depressão que aspira o óleo; mas quando está na vizinhança dacâmara de descarga, o volume compreendido entre as duas pás diminui, obrigando assim o óleo a fluirpara a descarga.A variação da vazão neste tipo de bomba é possível com a alteração da excentricidade. Quando (e=o),isto é, excentricidade nula (rotor e estator no mesmo eixo de giro), a vazão será nula. A vazão será

máxima para a máxima excentricidade, isto é, quando o rotor é posicionado tangente ao estator.A regulagem da vazão é feita por um sistema de parafusos.As bombas de palhetas cobrem uma faixa de pequena a grande vazão (16 a 129 l/min), com pressõesde trabalho de até 200 bar. São seguras, eficientes, de fácil manutenção.A superfície do anel e as pontas das palhetas são os pontos de maior desgaste, os quais sãocompensados pelas palhetas que podem se mover mais nas ranhuras do rotor.



[email protected]

7

A limpeza e o fluido apropriado (óleo de petróleo com boas características antidesgastes) sãoessenciais para uma vida longa em serviço.

Bomba de Pistões Todas as bombas de pistões funcionam com base no princípio do movimento alternativo executadopelos pistões, ou seja, sucção do fluido num sentido e expulsão no sentido contrário.Ambos os tipos, radial e axial, apresentam modelos com deslocamento fixo ou variável. Uma bomba dotipo radial tem os pistões dispostos radialmente num conjunto, ao passo que nas unidades do tipo axial,os pistões estão em paralelo entre si, bem como ao eixo do conjunto rotativo.

Bomba de Pistões Radiais É constituída de cinco a nove pistões com os respectivos êmbolos, os quais são ajustados dentro dotambor.Os êmbolos se deslocam com atrito leve dentro do rotor e sob a ação de molas deslizam sobre a

superfície interna do anel excêntrico em relação ao rotor.A rotação do rotor provoca um movimento retilíneo alternativo dos êmbolos dentro dos cilindros.Admitindo que a rotação seja no sentido horário e considerando que um êmbolo ocupa a posiçãoinferior, nessa posição acha-se o ponto inferior do curso.Se o par cilindro-êmbolo passar da posição inferior para a sua posição inversa, o êmbolo passa da suaposição de ponto morto inferior para a posição de ponto morto superior, aspirando o óleo feito dentro dotambor que fica fixo.Quando passa do ponto morto inferior para o superior, o mesmo êmbolo comprime o fluido aspirado e oenvia para dentro da câmara de descarga, localizada igualmente dentro do eixo do tambor.

Bomba de Pistões Axiais Seu funcionamento é semelhante ao da bomba de pistões radiais. Diferem basicamente na posição de



[email protected]

8

trabalho dos pistões. Como o próprio nome indica, a bomba de pistões axiais trabalha com os pistõesparalelamente ao eixo. Tudo gira internamente à carcaça, menos o prato-guia.O giro do eixo provoca a rotação do bloco que arrasta os pistões consigo. A partir desse movimento derotação é transmitido um movimento retilíneo recíproco aos pistões por meio do prato-guia, sugando ofluido na ascendente e descarregando-o na descendente.Pode-se observar ainda nesse tipo de bomba que é possível a variação da vazão apenas controlando ainclinação do prato-guia, variando assim o curso dos pistões.



[email protected]

9

As bombas de pistões - radiais ou axiais - apresentam como grande vantagem à elevada resistência àpressão (cerca de 700 bar), bem como um alto rendimento volumétrico (cerca de 95%).

Cuidados na Instalação de Bombas Da mesma forma que qualquer equipamento elétrico ou mecânico, o equipamento hidráulico requeruma série de cuidados para ser instalado ou mantido, a fim de preservar sua vida útil, não a abreviandoem função da não-observância de alguns pontos importantes.

Alinhamento entre os Eixos da Bomba e o Motor Duas são as possibilidades de desalinhamento entre os eixos da bomba hidráulica e o motor elétrico:desalinhamento axial e desalinhamento angular.

Quando a bomba está inclinada ou em desnível com o motor, haverá um esforço sobre o eixo, que serátransmitido às partes girantes internas da bomba, ocasionando o desgaste prematuro e quando não, aquebra instantânea do bomba logo no princípio do funcionamento.

Admitimos, porém, que por mais perfeitos que sejam os processos de medição, sempre podemosincorrer em um dos dois tipos de erro expostos anteriormente. Assim, a fim de evitar essa possibilidade,devemos utilizar acoplamentos flexíveis (acoplamentos elásticos), pois em caso de ter ocorrido algumpequeno desalinhamento entre os eixos, ao entrar em funcionamento, eles se rompem, evitando comisso o dano permanente.



[email protected]

10

DIMENSIONAMENTO DE MOTEORES HIDRÁULICOS

Sentido de RotaçãoEventualmente ocorre, por um descuido de não-observância do sentido de rotação, que uma bomba derotação à direita seja instalada para girar no outro sentido (rotação à esquerda). Como resultado, abomba não irá sugar o fluido, girando então a seco. Isso fará com que o atrito entre as partes móveis eas fixas da bomba, que iriam sofrer lubrificação automática pelo fluido sugado, origine geração de calorexcessiva que pode ocasionar, inclusive, soldagem entre as partes, rompendo o eixo da bomba.

Características dos Motores O motor é um atuador rotativo, o qual tem por função básica converter a energia hidráulica em energiamecânica rotativa.A energia hidráulica fornecida para um motor hidráulico é convertida em mecânica sob a forma detorque e rotação.

Construtivamente, o motor assemelha-se a uma bomba, excetuando, evidentemente, a aplicação que éinversa uma da outra. Existem casos, inclusive, em que o equipamento pode trabalhar ora como bomba,ora como motor hidráulico.

Tipos de Motor Hidráulico Assim como as bombas, os motores podem ser unidirecionais (um único sentido de rotação) oubidirecionais (rotações em ambos os sentidos). Podem ser, também, de vazão fixa ou variável.

Motores de vazão fixa• Engrenagens;• Palhetas;• Pistões (Radiais e Axiais).

Motores de vazão variável• Palhetas;• Pistões (Radiais e Axiais).

Definições Deslocamento - é a quantidade de fluido que o motor recebe para uma rotação, ou então a capacidadede uma câmara multiplicada pelo número de câmaras que o mecanismo contém. Esse deslocamento érepresentado normalmente em litros por rotação (L/rot). Torque - em um motor hidráulico é possível ter torque sem movimento, pois ele só se realizará quandoo torque gerado for suficiente para vencer o atrito e a resistência à carga.

A pressão necessária num motor hidráulico depende do torque e do deslocamento. Um motor com umgrande deslocamento desenvolve um certo torque com menos pressão que com um pequenodeslocamento.A tabela abaixo mostra os efeitos no número de rotações, pressão de operação e torque de acordo coma elevação ou redução das variáveis, pressão de trabalho, vazão e deslocamento. Note que osprincípios básicos são idênticos aos dos cilindros.



[email protected]

11

Dimensionamento e SeleçãoAo iniciarmos o dimensionamento de um motor hidráulico, a primeira variável a ser buscada é o torque(momento de torção), necessário para efetuar a operação desejada.Normalmente aplicamos motores hidráulicos onde há necessidade de elevado torque e potência comrotações relativamente baixas, ou ainda, necessidade de reversões rápidas no sentido de rotação, oucontrole apurado de velocidade. Essas situações não seriam convenientes em um motor elétrico, poistorques e potências muito elevado implicam em grandes dimensões do motor e, conseqüentemente,peso. Além de ser necessário o uso de redutores de velocidade, portanto realmente inviável.

A relação peso/potência do motor hidráulico é bem menor que a de um motor elétrico, isto é, o motorhidráulico fornece uma potência por quilo maior que o elétrico. Naturalmente, se para uma mesmapotência o motor elétrico é mais pesado, seu tamanho também será maior que o do motor hidráulico.Sabe-se, da prática, que para cada H.P. de potência o motor elétrico pesa em torno de 13,6 kg e ohidráulico 5,4 kg.Com relação ao rendimento, os motores elétricos apresentam maior rendimento que os hidráulicos (90 a95% contra 70 a 85% dos hidráulicos). Alguns motores hidráulicos de pistões especiais (precisão maisapurada na construção) podem atingir valores um pouco acima de 90%.Retornando à questão do momento de torção necessário a um motor hidráulico, há basicamente duassituações quanto à sua utilização; portanto, o equacionamento para a determinação do momento detorção depende da situação em questão.

A figura abaixo ilustra a aplicação de um motor hidráulico para o levantamento de cargas e suasrespectivas equações.

Momento de torção aplicado

Número de RPM

Potência de saída

A potência ainda pode ser determinada como o trabalho realizado por unidade de tempo. Lembrandoque trabalho é o produto entre força, ou projeção da força aplicada paralelamente ao plano em queocorre o deslocamento. Assim:



[email protected]

12

Vazão absorvida

Pressão

Em que:W - trabalho [N.m]F - força necessária para mover a massa [N]N - potência [kW]Vg - volume de absorção [cm3/rotação]S - deslocamento [m]t - tempo [s]θ - ângulo entre a força F e o plano em que ocorre o deslocamento SMt - momento de torção aplicado [N.m]v - velocidade de deslocamento linear da carga [m/min]ηv = Rendimento volumétrico [0,82 - 0,90]ηmh =Rendimento mecânico - hidráulico [0,85 - 0,95]ηt = Rendimento total [0,70-0,85] = (ηv x ηmh)QB - vazão da bomba [l/min]R - raio da polia [m]∆P - diferencial de pressão entre a entrada e a saída [bar]n - rotação [RPM]

Após os cálculos devemos consultar os catálogo de algum fabricante e fazer a escolha de um motorhidráulico apropriado. A tabela abaixo apresenta uma tabela típica de motor de pistões axiais daREXROTH. Esta tabela será útil para resolvermos o exemplo resolvido a seguir.



[email protected]

14

3. Potência

4. VazãoPara o cálculo da vazão necessária, devemos consultar o catálogo do fabricante, ela pode ser calculadaem função do deslocamento que o motor pode oferecer, da RPM requerida e do diferencial de pressão

do óleo que entra e sai do motor. Assim, recorrendo à tabela do fabricante a seguir, devemos procurarum motor que possibilite o torque calculado. Encontraremos lá o motor tamanho nominal 90 que apressão de 350 bar oferece um torque de 501 N.m, já a pressão de 400 bar, um torque de 572 N.m. Ovolume de absorção será Vg = 90 cm3/rot.

A tabela do fabricante, retirada do catálogo de um renomado fabricante, exemplifica uma tabela devalores técnicos máximos referentes a alguns motores hidráulicos.

5. PressãoA pressão necessária a ser ajustada para a obtenção do momento de torção requerido será:

A figura abaixo exemplifica uma possibilidade de circuito para essa aplicação com um motor rotativo.



[email protected]

15

EXERCICÍOS1. Dimensionar a bomba de um sistema hidráulico a fim de suprir dois atuadores lineares com asseguintes características:• Avanço e retorno simultâneos.• Dp = 63 mm• dh = 45 mm• velocidade de avanço = 5 cm/s• velocidade de retorno = 8 cm/s

2. Para a bomba do exercício anterior e supondo que ela seja acoplada a um motor elétrico comn=1750 RPM, calcule o deslocamento (Vg), a potência (N) e o momento de torção (Mt). Considere∆P=120 bar, um rendimento volumétrico de 0,92 e um rendimento total de 0,82.

3. Calcular o momento torçor entregue por um motor hidráulico cuja ∆P = 210 bar,rendimento mecânico-hidráulico de 90% e Vg=35 cm3/rot.

4. Determine o número de rotações necessário para que o motor do exercício anterior possa entregaruma potência de 5 HP.

5. Para esse mesmo motor determine a vazão necessária para que funcione dentro das condiçõesesperadas. Considere um rendimento volumétrico de 85%.

6. Identifique a afirmativa incorreta: a) Motores hidráulicos possibilitam elevado torque e baixas rotações. b) Em termos de rendimento mecânico, os motores hidráulicos apresentam melhor performance que oselétricos.c) Na relação peso potência, os motores hidráulicos apresentam por cada hp, duas vezes e meia,menos peso que os elétricos.d) Os motores hidráulicos apresentam controle apurado de velocidade, bastando que para isso se façaa introdução de uma válvula controladora de fluxo, ou a utilização de um motor de cilindrada variável.

7. Assinale a afirmativa incorreta: a) Nas bombas de engrenagens de dentes externos, a pressão de saída atuando contra os dentescausa uma carga radial nos eixos e nos rolamentos. b) A variação da vazão nas bombas de palhetas é possível com a alteração da excentricidade entre o



[email protected]

16

rotor e o estator.c) Nas bombas do tipo gerotor, o rotor externo é rotacionado por meio de uma fonte externa (motorelétrico) e transporta durante seu movimento um rotor interno numa estrutura engrenada.d) Nas bombas de pistões axiais, a partir do movimento de rotação é transmitido um movimentoretilíneo recíproco aos pistões por meio do prato-guia, sugando o fluido na descendente edescarregando-o na ascendente.

8. Que cuidados devem ser observados quando da instalação de uma bomba hidráulica?

9. Com relação aos motores hidráulicos, quais são os efeitos nas demais variáveis quando variamos odeslocamento?

10. Admitindo um motor hidráulico, em cujo eixo há uma polia de raio 70 mm acoplada, puxando umacarga de massa igual a 1200 kg, pede-se calcular o volume de absorção, o momento de torção, apotência, a pressão e a vazão necessária a esse motor. Considere um deslocamento total de30 m em 15 segundos e coeficiente de atrito de 0,3. Utilize a tabela de fabricante de motor hidráulico dotexto.

motor e bomba dimensionamento

Documents