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COLÉGIO TÉCNICO INDUSTRIAL DE GUARATINGUETÁ<br />
APOSTILA DE HIDRÁULICA- 2º BIMESTRE 2003<br />
HIDRÁULICA: é uma ciência baseada nas características físicas dos líquidos em repouso e em<br />
movimento. Potência hidráulica é aquela fase da hidráulica que se refere ao uso dos líquidos para<br />
transferir potência de um local para outro. Portanto, é essencial para o estudo dos princípios de<br />
potência hidráulica, compreender o conceito de potência e fatores relacionados.<br />
POTÊNCIA: é a medida de uma força que se move <strong>por</strong> uma determinada distância a uma dada<br />
velocidade. Para compreender esta afirmação, precisamos definir força.<br />
FORÇA: qualquer causa que tende a produzir ou modificar movimentos. Devido à inércia, um<br />
corpo em repouso tende a permanecer em repouso, e um corpo em movimento tende a<br />
permanecer em movimento, até ser atuado <strong>por</strong> uma força externa. A resistência à mudança de<br />
velocidade depende do peso do objeto e da fricção entre as superfícies de contato. Se quisermos<br />
movimentar um objeto, como a cabeça de uma máquina-ferramenta (torno), devemos aplicar-lhe<br />
uma força. A quantidade de força dependerá da inércia do objeto. A força pode ser expressa em<br />
qualquer das unidades de medida de peso (comumente expressa em quilos ou libras).<br />
PRESSÃO: é uma quantidade de força aplicada numa unidade de área. P=F/A. Os sistemas<br />
hidráulicos e pneumáticos têm como medida de pressão o quilograma-força <strong>por</strong> centímetro<br />
quadrado (kgf/cm 2 ), a libra-força <strong>por</strong> polegada quadrada (PSI, do inglês Pounds per Square<br />
Inch) e também bar (N/m 2 x 1000) do sistema francês ou ainda pascal (Pa) que é igual a força<br />
de 1 Newton <strong>por</strong> metro quadrado.<br />
Conversão de unidades: 1 Kgf/cm 2 = 14,223 PSI = 98,066 Kpa = 0,981 bar = 0,968 atm.<br />
I polegada = 2,54 centímetros e 1 libra = 0,453 quilogramas<br />
BLAISE PASCAL: físico e matemático Francês, viveu no século XVII, estudou as propriedades<br />
físicas dos líquidos e formulou a lei básica da hidráulica. A lei de Pascal estabelece que : a<br />
pressão exercida em um ponto qualquer de um fluido (líquido ou gás) estático, é a mesma em<br />
todas as direções e é perpendicular às paredes do recipiente onde ela está encerrada.<br />
DANIEL BERNOULLI: cientista Holandês do século XVIII, estudando a relação da velocidade<br />
de um fluido e a pressão exercida neste, descobriu um fenômeno interessante no qual hoje leva<br />
seu nome, ou seja, o princípio de Bernoulli que diz: Quando a velocidade de um fluido aumenta,<br />
a pressão deste fluido diminui. Ou seja, para qualquer fluido em movimento a pressão é menor<br />
onde a velocidade é maior.<br />
OBS: Quando não há movimento de fluido, aplicamos o princípio de Pascal (pressão é a mesma<br />
em todos os sentidos) e quando há movimento de fluido aplicamos o princípio de Bernoulli (o<br />
aumento da velocidade do fluido acarreta numa queda de pressão).<br />
TRANSMISSÃO HIDRÁULICA<br />
MULTIPLICADOR DE FORÇA<br />
Temos dois cilindros hidráulicos interligados, com áreas de 5 cm 2 e de 20 cm 2 .<br />
Aplicando-se uma força de 10 Kgf no cilindro menor, uma pressão gerada de 2 Kg/cm 2 será<br />
transmitida (lei de Pascal) ao cilindro maior. A pressão de 2 Kgf/cm 2 atuando numa área de 20<br />
cm 2 , exercerá uma força de 40 Kgf no pistão do cilindro maior. Temos, <strong>por</strong>tanto, um ganho de<br />
força na ordem de 4 vezes a força aplicada inicialmente. Neste caso obteremos nesta transmissão<br />
hidráulica uma vantagem mecânica de 4, cuja maneira de calculá-la basta fracionar as áreas dos<br />
pistões ou dividir a força obtida pela força introduzida.<br />
MULTIPLICADOR DE PRESSÃO: temos um cilindro hidráulico especial, pistão de atuação<br />
dupla, com diferentes áreas e interligados <strong>por</strong> uma haste interna, para transmitir a força gerada<br />
pela pressão. Inicialmente aplica-se 10 PSI no pistão de área 20 polegadas quadradas, que vai<br />
fazer uma força de 200 libras na haste interna. A força gerada vai atuar no pistão de área 5<br />
polegadas quadradas e gerar uma pressão de 40 PSI no conjunto menor. Temos então um<br />
aumento de pressão de 10 para 40 PSI no sistema. Nota: quanto maior for a diferença entre as<br />
áreas dos pistões, maior será a multiplicação da pressão.<br />
GAXETAS DE VEDAÇÃO: são os elementos que guarnecem as unidades hidráulicas,<br />
impedindo vazamentos internos (não há perda de líquido) ou vazamentos externos (há perda de<br />
líquido). As gaxetas são fabricadas de borracha sintética (petróleo) para uso com óleo mineral ou<br />
de borracha natural (seringueira) para uso com óleo vegetal. A troca das borrachas acarretará, a<br />
curto prazo, a destruição das mesmas e o completo vazamento em todo sistema. Existem vários<br />
tipos e modelos em uso nos componentes hidráulicos, a mais comum é a tipo anel conhecida<br />
como O´ring.<br />
FLUIDOS USADOS NOS SISTEMAS HIDRÁULICOS: função: transmitir energia,<br />
lubrificar e refrigerar. O óleo a ser usado nos sistemas hidráulicos deve ser especialmente<br />
fabricado para tal fim. Além dos poderes normalmente encontrados nos demais óleos<br />
(incompressibilidade, lubrificante, antioxidante), ele deverá conter o poder antiespumante e<br />
principalmente a viscosidade apropriada para transmissão de força num circuito fechado. Nos<br />
circuitos mais modernos encontramos também a proteção contra o fogo, quando o óleo poderá<br />
ser submetido a altas temperaturas até se volatilizar e nunca provocará a chama. Nota: Óleo<br />
limpo é um fator de grande im<strong>por</strong>tância para a operacionalidade dos equipamentos hidráulicos.<br />
Requisitos básicos para o óleo hidráulico:<br />
Prevenir a formação de goma e verniz<br />
Lubrificante<br />
Baixo custo<br />
Alto índice de viscosidade<br />
Liberar o ar instantaneamente<br />
Não ser inflamável<br />
Diminuir a formação de espuma<br />
Incompressibilidade<br />
Anticorrosivo<br />
Refrigerante<br />
Separar-se da água<br />
Não ser tóxico e nem ter acidez<br />
Ser compatível com retentores e gaxetas<br />
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 1<br />
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 2
Principais fluidos hidráulicos utilizados: água, óleo mineral (derivado do petróleo), óleo<br />
vegetal (mamona), óleo sintético (mais moderno, alto poder lubrificante e resistente ao fogo),<br />
óleo glicol (água + etileno ou propileno de glicol) e óleo solúvel (emulsificador, que se mistura<br />
com água).<br />
TUBULAÇÕES E MANGUEIRAS: a seleção e instalação apropriada das tubulações e<br />
mangueiras é de im<strong>por</strong>tância primordial em um circuito hidráulico. O encanamento é<br />
classificado de acordo com a espessura da parede e a bitola nominal. Normalmente as tubulações<br />
são medidas pelo diâmetro externo, enquanto que as mangueiras pelo diâmetro interno devido às<br />
malhas de aço (alma)que lhe são envolvidas para que possam su<strong>por</strong>tar alta pressão. Basicamente<br />
as tubulações e mangueiras iniciam com bitola de 1/8 da polegada e vão aumentando de tamanho<br />
de 1/16 e 1/16, sucessivamente. Os encanamentos de menor diâmetro são os que su<strong>por</strong>tam<br />
maiores pressões, devido a força resultante da pressão em suas paredes de contato. As<br />
mangueiras são comumente usadas onde há movimento do mecanismo ou lugar de constante<br />
manutenção.<br />
As tubulações são fabricadas de alumínio (baixa pressão), aço, ferro, cobre (alta pressão)<br />
e de titânio (alta pressão, alta temperatura e baixo peso, atualmente usadas nas aeronaves mais<br />
modernas).<br />
As mangueiras não devem ser instaladas retorcidas senão provocarão afrouxamento de<br />
suas <strong>por</strong>cas quando receberem a pressão nominal do sistema. Seu tempo de vida é limitado ao<br />
prazo estipulado pelo fabricante (normalmente 05 anos) e devem ser substituídas quando<br />
apresentarem rachaduras na superfície ou quando apresentarem vazamentos. As mangueiras são<br />
montadas (colocados terminais em suas extremidades) no tamanho ideal para encaixe nas<br />
válvulas hidráulicas e sempre deverão ser testadas quanto a vazamentos e resistência à ruptura,<br />
antes da instalação.<br />
CAPÍTULO II - UNIDADES HIDRÁULICAS BÁSICAS<br />
RESERVATÓRIO: é a unidade hidráulica que armazena, filtra e dissipa o calor oriundo do<br />
sistema hidráulico. Externamente possui bocal de abastecimento, linha de saída para a bomba de<br />
força e bomba manual, tubo suspiro, bujão dreno, visor e conexão para a linha de retorno geral.<br />
Internamente possui filtro, válvula de alívio e chicana quebra-redemoinho. Tratando-se de um<br />
supridouro de óleo, elemento vital dos SH, torna-se ele um elemento indispensável ao sistema. O<br />
reservatório deve ter uma capacidade de armazenamento de fluido duas a três vezes a capacidade<br />
da bomba e ser suficientemente grande para conter mais do que o volume de líquido requerido<br />
pelo sistema.<br />
Componentes Externos do RESERVATÓRIO<br />
a) Bocal de abastecimento: é um orifício com uma tampa presa <strong>por</strong> uma corrente. No<br />
interior deste orifício, encontramos uma tela substituível de arame, de malha fina,<br />
com a finalidade de impedir que substâncias estranhas entrem no reservatório, quando<br />
este for reabastecido.<br />
b) Linha de sucção da bomba hidráulica: são linhas que permitem a passagem do óleo<br />
do reservatório para a entrada das bombas.<br />
c) Tubo suspiro: comunica o interior do reservatório com a atmosfera, possuindo<br />
normalmente na sua linha, um filtro. Tem <strong>por</strong> finalidade equilibrar a pressão<br />
atmosférica no interior do tanque e, em caso de obstrução, pode fazer parar o SH,<br />
pois as bombas não mais terão capacidade de puxar o óleo do tanque devido ao vácuo<br />
ocasionado na superfície do líquido.<br />
d) Bujão dreno: é um tampão localizado na parte mais baixa do tanque que tem <strong>por</strong><br />
finalidade permitir a drenagem do óleo durante a manutenção.<br />
e) Visor: é o indicador de nível de óleo do sistema. Deve ser verificado antes de cada<br />
operação do SH.<br />
f) Linha de retorno geral: colocadas em ângulo de 45º em relação ao fundo do tanque<br />
para que a vazão de retorno não seja de imediato succionada pela bomba e permita<br />
com isso a máxima dissipação de calor do óleo. Esta linha deve estar abaixo do nível<br />
de fluido, para impedir a aeração e a formação de espuma no óleo.<br />
Componentes Internos do RESERVATÓRIO<br />
a) Filtro: tem <strong>por</strong> finalidade reter as impurezas que podem contaminar o óleo.<br />
b) Válvula de alívio: desvia o fluido que retorna ao filtro, em caso de entupimento do<br />
mesmo. É denominada válvula by-pass do filtro. Obs.: O óleo by-passado não é<br />
filtrado.<br />
c) Chicana: é uma chapa estendida em pé, no sentido longitudinal do reservatório,<br />
assentada no seu fundo. Evita a turbulência do óleo de retorno, provocando o efeito<br />
quebra-redemoinho no interior do tanque.<br />
linha de sucção<br />
nív el do f luido<br />
linha de retorno<br />
bocal de<br />
enchimento<br />
c/ suspiro<br />
v isor<br />
chicana<br />
filtro<br />
bujão dreno<br />
RESERVATÓRIO HIDRÁULICO<br />
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 3<br />
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 4
BOMBAS HIDRÁULICAS: são dispositivos utilizados para converter energia mecânica<br />
em energia hidráulica. Quando em operação, criam um vácuo parcial na linha de entrada e<br />
provocam a sucção do líquido para dentro de seu corpo. Segundo sua ação mecânica, encaminha<br />
este mesmo líquido à linha de saída (pressão) e força-o para dentro do sistema hidráulico. As<br />
bombas hidráulicas produzem vazão de líquido para o SH, sendo que a resistência à esta vazão<br />
ocasiona a formação da pressão. Quanto maior for a resistência à vazão, maior será a pressão<br />
fornecida pela bomba. Na linha de sucção da bomba, o vácuo parcial permite a admissão de óleo<br />
em sua entrada, entretanto podemos observar que na falta de óleo poderá ocorrer duas situações<br />
distintas:<br />
Aeração: faltando óleo na entrada da bomba, ela não poderá fornecer vazão e ficará girando livre<br />
apenas com ar no seu interior.<br />
Cavitação: A falta de óleo na entrada da bomba faz com que o ar succionado provoque o<br />
efeito vácuo na sua entrada, denominado cavitação. Este efeito é prejudicial às bombas de força<br />
<strong>por</strong>que provoca danos ao corpo do elemento gerador de força das mesmas, chegando até mesmo<br />
à quebra do mecanismo.<br />
Eixo de Cizalhamento: é o enfraquecimento de um certo local do eixo da bomba que<br />
provoca a sua quebra quando a bomba estiver travada .<br />
Desempenho das Bombas Hidráulicas: as bombas são geralmente avaliadas em termos<br />
de descarga volumétrica, designada “volume de descarga” ou “capacidade”, que é a quantidade<br />
de líquido que a bomba pode descarregar em sua abertura de saída, <strong>por</strong> unidade de tempo. A<br />
descarga volumétrica é geralmente expressa em termos de litros <strong>por</strong> minuto (lpm) ou galões <strong>por</strong><br />
minuto (gpm).<br />
Uma bomba não pode <strong>por</strong> si própria produzir pressão, pois não pode pro<strong>por</strong>cionar<br />
resistência à própria vazão. A pressão <strong>por</strong> ela produzida será pro<strong>por</strong>cional à resistência à vazão<br />
do líquido que ela fornece ao sistema. Caso não haja resistência à vazão, não haverá pressão e a<br />
bomba trabalhará livre. Havendo resistência à vazão, haverá pressão que será pro<strong>por</strong>cional à<br />
resistência oferecida ao fluxo de saída da bomba. A pro<strong>por</strong>ção que aumenta a pressão, a descarga<br />
volumétrica da bomba diminui. Esta queda de descarga volumétrica é causada pelo vazamento<br />
interno do óleo do lado de saída para o lado de entrada da bomba, vazamento este denominado<br />
“deslizamento”, que é uma característica comum em todas as bombas. Alguns tipos de bombas<br />
possuem maior deslizamento interno que outras. Esta é a medida de eficiência das bombas e é<br />
geralmente expressa em <strong>por</strong>centagem.<br />
Classificação das Bombas Hidráulicas: embora muitos métodos diferentes sejam usados para<br />
classificar bombas, uma divisão fundamental pode ser feita quanto ao tipo de deslocamento. As<br />
bombas são designadas de deslocamento positivo ou deslocamento não-positivo.<br />
na parte onde as câmaras aumentam de tamanho e o movimento das palhetas conduzem o óleo<br />
para a saída da bomba, onde as câmaras diminuem de tamanho, empurrando-o para o sistema<br />
hidráulico.<br />
Bomba tipo Engrenagem: consiste de uma engrenagem de acionamento e uma engrenagem<br />
acionada, contidas numa caixa bem justa. As engrenagens giram em direções opostas e<br />
encaminham o óleo lateralmente, no espaço entre os dentes, empurrando-o para o sistema<br />
hidráulico. A eficiência da bomba é medida pela folga entre a engrenagem e a carcaça da bomba.<br />
Bomba tipo Pistão: consiste de 7 ou 9 pistões em ângulo de 45 o , cujo movimento do eixo<br />
acionador provoca o ir e vir dos pistões, succionando o óleo na metade do ciclo da bomba e<br />
pressionando no ciclo oposto. Obs.: As bombas de deslocamento positivo geralmente são<br />
utilizadas em sistemas hidráulicos de média e alta pressão (1.000 a 3.000 PSI).<br />
Deslocamento<br />
Positivo<br />
Não-positivo<br />
Palheta Pistão Engrenagem Centrífuga Hélice Vazão Mista<br />
O deslizamento é negligível O deslizamento pode ser a vazão total<br />
PRINCÍPIOS DE OPERAÇÃO DAS BOMBAS HIDRÁULICAS<br />
Bomba tipo Palheta: consiste de um rotor provido de ranhuras que é girado <strong>por</strong> um eixo de<br />
acionamento. Cada ranhura do rotor retém uma palheta retangular chata, que pode mover-se<br />
radialmente na ranhura. Quando o rotor gira, a força centrífuga aciona as palhetas para fora.<br />
Devido à excentricidade do rotor em relação à carcaça da bomba, a entrada de óleo está situada<br />
As bombas hidráulicas a seguir, são usadas apenas com água, normalmente irrigação:<br />
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 5<br />
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 6
Bomba tipo Voluta: consta de uma câmara circular de bombeamento com uma abertura de<br />
entrada central e uma abertura de saída periférica. Um impulsor (em forma de espiral = voluta)<br />
giratório, composto de várias pás curvas está na câmara de bombeamento e quando em<br />
movimento envia o líquido para a saída da bomba.<br />
Bomba tipo Difusor: semelhante à voluta, incor<strong>por</strong>a uma série de pás denominadas difusor, que<br />
em movimento envia o líquido para a saída da bomba.<br />
VÁLVULAS UNIDIRECIONAIS ou VÁLVULAS DE RETENÇÃO: válvulas unidirecionais<br />
ou válvulas de retenção são válvulas simples que permitem a vazão livre do fluido em apenas<br />
uma direção, fechando sua passagem em sentido contrário. Encontramos duas modificações<br />
neste tipo de válvula: unidirecional com restrição (fluxo livre num sentido, restrito em sentido<br />
contrário) e unidirecional comandada ( fluxo livre num sentido, sentido contrário fechado até que<br />
seja comandado para abrir).<br />
Bomba tipo Hélice: semelhante às centrífugas, com exceção de que as pás de hélice impelem o<br />
líquido axialmente através da bomba, em vez de radialmente como as outras. Sua ação pode ser<br />
comparada com a de um ventilador contido em um tubo. Obs.: As bombas de deslocamento não<br />
positivo geralmente são usadas em sistemas que requerem grande vazão e pressão relativamente<br />
baixa. Podem ser ligadas em série para desenvolver maior pressão.<br />
FILTROS HIDRÁULICOS: quando os sistemas hidráulicos trabalham em altas velocidades e<br />
pressões, substâncias contaminadoras causam o gasto excessivo e a perda de potência, e podem<br />
causar o mau funcionamento dos componentes. A filtragem adequada compensa muitas vezes o<br />
seu custo <strong>por</strong> meio da redução da manutenção e despesas com a substituição de peças.<br />
Filtros de tela (encontrados no bocal dos tanques), filtros (encontrados nas linhas do SH)<br />
e os plugues magnéticos, podem ser usados para remover partículas estranhas do fluido<br />
hidráulico e são eficientes como salvaguarda contra contaminação.<br />
A localização e o tipo de filtro usado são determinados pelas necessidades do circuito.<br />
Um filtro de alta pressão é usado no lado da descarga (pressão) da bomba. Filtros de baixa<br />
pressão são freqüentemente usados nas linhas de retorno do tanque.<br />
A maioria dos filtros usados nos SH é do tipo cartucho, cujo elemento filtrante é um<br />
cartucho de papel ou mesmo de metal, micrométricos, que possuem normalmente duas camadas<br />
de material filtrante, uma das quais absorve as substâncias contaminadoras, enquanto que a outra<br />
pro<strong>por</strong>ciona o peneiramento fino.<br />
Incor<strong>por</strong>ado ao corpo dos filtros hidráulicos encontramos uma válvula de alívio,<br />
denominada by-pass, que tem <strong>por</strong> finalidade desviar o fluxo de fluido em caso de obstrução do<br />
elemento filtrador, garantindo a passagem do óleo, <strong>por</strong>ém, sem a devida filtragem. Alguns tipos<br />
de filtros possuem também um indicador de obstrução que alerta o operador , seu entupimento.<br />
A manutenção do filtro consiste em trocar o elemento periodicamente. Seu tempo de uso<br />
depende das condições de operação. Normalmente o elemento de filtragem deve ser trocado pela<br />
primeira vez depois de 50 horas de funcionamento, e depois, a cada 500 horas, ou conforme o<br />
manual específico do equipamento.<br />
RESTRITORES: restritores fixos ou varáveis são usados para controlar a vazão de<br />
fluxo de líquido em circuitos hidráulicos, permitindo o controle da velocidade e suavizando o<br />
movimento dos mecanismos acionadores através da restrição da velocidade do fluxo do líquido.<br />
Restritor fixo: possui um orifício calibrado, <strong>por</strong> onde o fluxo é restrito de acordo com a<br />
necessidade do atuador hidráulico. Comumente encontramos incor<strong>por</strong>ado à ele, dois filtros de<br />
tela que impedem a passagem de partículas sólidas que poderiam obstruir o orifício.<br />
Restritor variável: possui internamente uma agulha cônica de restrição que pode ser<br />
ajustada manualmente de acordo com a necessidade do atuador hidráulico. Nota: maior fluxo de<br />
líquido pro<strong>por</strong>ciona maior velocidade de acionamento dos mecanismos.<br />
MANÔMETROS: a energia de um SH é a pressão criada pela resistência à vazão da<br />
bomba de força. Os manômetros são os instrumentos responsáveis pela leitura correta de pressão<br />
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 7<br />
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 8
em um sistema hidráulico, sendo, <strong>por</strong>tanto, o medidor de quantidade de energia possuída num<br />
sistema.<br />
Encontramos nos manômetros hidráulicos, duas marcas coloridas: a de cor verde indica a<br />
pressão operacional do SH, enquanto que a de cor vermelha indica pressão excessiva nas linhas.<br />
O princípio de funcionamento dos manômetros é a atuação de um tubo de Bourdon, tubo<br />
este de forma espiral que distende-se quando recebe pressão hidráulica e movimenta com isso,<br />
mecanicamente, um ponteiro indicador. Ao cessar a pressão existente nas linhas, o tubo de<br />
Bourdon retrai-se para a forma inicial de repouso, puxando com si o ponteiro indicador para a<br />
posição zero do mostrador.<br />
É muito comum encontrarmos hoje em dia manômetros elétricos no painel de comando,<br />
instrumentos estes que recebem sinal elétrico de um tubo de bourdon localizado internamente<br />
num transmissor de pressão, que está acoplado às linhas de pressão hidráulica. Seu princípio de<br />
operação baseia-se num tubo de bourdon que recebe pressão hidráulica, aciona um rotor elétrico<br />
que transmite à um indicador no painel, o movimento de distenção do bourdon e a conseqüente<br />
indicação no mostrador<br />
para o interior do cilindro do acumulador. Quanto maior for a pressão, mais ele empurra o<br />
êmbolo, acumulando maior pressão e absorvendo a carga hidráulica da bomba, protegendo-a<br />
contra vibrações e choques hidráulicos.<br />
Acumuladores de pressão não precisam de indicadores de pressão em suas linhas de ar e,<br />
quando se faz necessário verificar a sua pré-carga (pressão de ar) , basta aliviar a pressão do SH<br />
e observar o movimento do ponteiro do manômetro. Quando houver uma queda súbita da pressão<br />
para zero, a última leitura é a medida da pré-carga.<br />
BOMBAS MANUAIS : utilizadas em situações emergenciais para substituir as bombas<br />
de força, podem ser usadas também em pequenos circuitos hidráulicos de teste e até mesmo em<br />
macacos ou prensas hidráulicas. A bomba manual transforma força manual em pressão<br />
hidráulica.<br />
O movimento de vaivém do seu cabo de comando provoca o movimento de um pistão<br />
que flutua dentro do cilindro da bomba. A cada retrocesso do pistão, o óleo entra no cilindro<br />
passando através de uma válvula de uma direção. Quando o pistão é empurrado, ele empurra<br />
consigo o óleo anteriormente admitido que é enviado à linha de pressão da bomba, através de<br />
uma outra válvula de uma direção que impede sua volta para dentro da bomba. Tanto no<br />
movimento de avanço como de retrocesso do pistão, a bomba envia fluido para o SH, pois a<br />
diferença de área do pistão pro<strong>por</strong>ciona um excesso de óleo no seu interior. Assim, a cada<br />
impulso no seu cabo de comando haverá um impulso de líquido na saída da bomba.<br />
Todo reservatório hidráulico deve possuir na sua construção, uma reserva de óleo<br />
hidráulico que garanta o abastecimento da bomba manual. Nos aviões este artifício tem salvado<br />
muitas vidas <strong>por</strong>que com a falha da bomba hidráulica principal, a bomba manual tem garantido<br />
energia hidráulica necessária para acionar os comandos de vôo, os freios das rodas, baixar e<br />
travar os trens de pouso etc.<br />
REGULADOR DE PRESSÃO: é o componente hidráulico que controla o nível maior de<br />
pressão atuante no SH, ao mesmo tempo que alivia a carga da bomba de força, quando este nível<br />
é atingido. É fator primordial na vida útil de uma bomba de força, <strong>por</strong>que durante todo tempo de<br />
operação do SH, ela estará trabalhando livre e a sua durabilidade será muito maior.<br />
Sua operação consiste de receber a pressão produzida pela bomba e, permitir que esta<br />
pressão se encaminhe para o SH e vá se acumulando em todo circuito. Quando o nível máximo<br />
de pressão é atingido, 3.000 PSI, <strong>por</strong> exemplo, o regulador muda a posição de suas válvulas<br />
internas e passa a enviar a pressão da bomba direto para o reservatório, ao mesmo tempo em que<br />
mantém presa a pressão hidráulica anteriormente criada, desde o próprio regulador até os demais<br />
componentes do SH. Temos então, a partir daí, somente a parte central do SH com pressão,<br />
enquanto que a bomba estará trabalhando livre e enviando o óleo diretamente para o tanque. Dizse<br />
neste caso que o regulador está aberto para o retorno.<br />
Quando algum componente hidráulico é comandado, a pressão cairá para um nível<br />
mínimo de pressão do regulador, 2.600 PSI, <strong>por</strong> exemplo , então suas válvulas internas mudam<br />
novamente de posição e abrem a entrada de pressão da bomba para o SH que vai aumentar até o<br />
seu nível máximo (3.000 PSI). Diz se neste caso que o regulador está fechado para o retorno (ou<br />
aberto para o sistema).<br />
ACUMULADOR DE PRESSÃO: componente necessário em todo circuito hidráulico<br />
dinâmico, o acumulador tem <strong>por</strong> finalidade amortecer o aumento súbito de pressão no sistema,<br />
ao mesmo tempo em que acumula a pressão produzida pela bomba. Consiste de uma peça<br />
cilíndrica com duas câmaras separadas <strong>por</strong> um êmbolo flutuante. Num dos lados do êmbolo é<br />
colocado nitrogênio pressurizado (efeito mola) que empurra o êmbolo para o batente oposto. A<br />
medida que a bomba hidráulica vai pressurizando o fluido no sistema hidráulico, a pressão vai<br />
forçando o êmbolo em sentido contrário, comprimindo o nitrogênio, movimentando o êmbolo<br />
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 9<br />
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 10
REDUTOR DE PRESSÃO: uma válvula de redução de pressão é usada para limitar a pressão<br />
em um circuito secundário a um valor abaixo que a pressão de operação do circuito principal.<br />
Isto ocorre em circuitos hidráulicos que trabalham com alta pressão (3.000 PSI), entretanto certo<br />
equipamento precisa de uma pressão bem abaixo deste limite, <strong>por</strong> medida de segurança. Assim, o<br />
redutor recebe os 3.000 PSI na sua entrada e através de um pistão com mola de regulagem,<br />
permite que somente passe <strong>por</strong> seu interior uma pressão bastante inferior (1.000 PSI, <strong>por</strong><br />
exemplo). Vale ressaltar aqui que o pistão atuador e sua respectiva mola não permitem a<br />
passagem de uma pressão além do limite preestabelecida na sua regulagem (o que exceder a<br />
1.000 PSI não poderá passar pelo redutor, pois o pistão fecha a passagem do fluido).<br />
Cilindro de Duplo Efeito: o cilindro de dupla ação permite a aplicação da pressão hidráulica em<br />
ambas as extremidades do pistão, para controlar o movimento linear nas duas direções opostas.<br />
Este cilindro de ação dupla é também chamado de diferencial <strong>por</strong> ter uma área maior (lado sem<br />
haste) e uma área menor (lado com haste). Quando a pressão é aplicada na área maior, seu<br />
movimento é mais lento <strong>por</strong> consumir maior volume de óleo, <strong>por</strong>ém desenvolve maior força. A<br />
pressão em sentido contrário movimenta-o com maior velocidade, devido à área menor de<br />
atuação do óleo no pistão, entretanto desenvolve menor força.<br />
VÁLVULA DE ALÍVIO: limitar a pressão do SH é a principal função da válvula de alívio.<br />
Quando a pressão hidráulica na entrada da válvula for suficiente para sobrepujar a força de sua<br />
mola, a esfera é afastada de seu assento e a válvula é aberta, aliviando o excesso de pressão,<br />
mantendo o SH com a pressão de regulagem da mola.<br />
É preciso ficar bem claro que a válvula de alívio limita a pressão do SH a um valor<br />
máximo (3.500 PSI, <strong>por</strong> exemplo), que sempre é maior do que a pressão do regulador (3.000<br />
PSI), entretanto diferentemente do regulador, na operação da válvula de alívio a bomba de força<br />
produz ininterruptamente a pressão, estando a bomba sempre com carga total. NOTA: a válvula<br />
de alívio somente entrará em operação em caso de falha do regulador de pressão e a pressão do<br />
SH ultrapassar seu nível máximo (3.000 PSI) e atingir 3.500 PSI.<br />
ATUADOR HIDRÁULICO: os atuadores hidráulicos executam função oposta à das bombas<br />
hidráulicas e convertem energia hidráulica em energia mecânica para efetuar trabalho útil. Num<br />
circuito típico, o atuador é mecanicamente ligado à carga de trabalho e é atuado pelo fluido da<br />
bomba; assim sendo, força ou torque é transformado em trabalho. Os atuadores podem ser<br />
classificados, de modo geral, como dos tipos linear (cilindro atuador) ou rotativo (motor<br />
hidráulico).<br />
O atuador linear, como um cilindro acionador, é usado para operações de prender e<br />
prensar ou para movimento de avanço rápido e fino. As aplicações de um atuador rotativo ou<br />
motor hidráulico incluem operações de mandrilar, tornear, posicionar etc.<br />
Cilindro de Simples Efeito: o atuador linear mais simples é o cilindro de simples ação, que<br />
aplica força em apenas uma direção. O fluido penetra no cilindro através de um orifício apenas e<br />
desloca o pistão atuador, forçando-o para fora, desenvolvendo a força necessária para<br />
movimentar o mecanismo acionador. Ainda que não haja previsão para retração <strong>por</strong> força<br />
hidráulica da haste, a força da gravidade ou até mesmo uma mola podem exercer o artifício do<br />
retorno.<br />
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 11<br />
Cilindro de Haste Dupla: encontramos ainda o cilindro de duplo efeito, de haste dupla, que<br />
exerce forças iguais nos dois sentidos, pois as duas áreas de atuação são também iguais (áreas<br />
menores).<br />
Motor Hidráulico: tais como as bombas rotativas, podem ser de pistão, engrenagem ou palheta.<br />
Algumas vezes, muitas bombas hidráulicas podem ser usadas como motores com pequenas ou<br />
nenhuma modificação. No motor tipo engrenagem ambas as engrenagens são acionadas, mas<br />
somente uma é ligada ao eixo de saída. No motor tipo palheta, todas as palhetas são acionadas<br />
pela pressão hidráulica, entretanto como não há força centrífuga no início de sua operação, molas<br />
ou balancins são freqüentemente usados atrás de cada palheta, para este fim. No motor tipo<br />
pistão, o fluido entra na metade dos furos dos pistões, força-os para fora, causando a rotação do<br />
bloco de cilindro e do eixo de acionamento. O motor tipo pistão é o mais utilizado de todos pois<br />
possui uma inércia relativamente baixa, sua aceleração é rápida e pode adaptar-se facilmente nas<br />
aplicações onde reversões imediatas são desejadas.<br />
MOTOR HIDRÁULICO TIPO PALHETA MOTOR HIDRÁULICO TIPO ENGRENAGEM<br />
MOTOR HIDRÁULICO TIPO PISTÃO<br />
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 12
VÁLVULA SELETORA (DIRECIONAL): como o próprio nome indica, a válvula seletora ou<br />
válvula direcional tem <strong>por</strong> finalidade selecionar a pressão hidráulica para as diferentes áreas dos<br />
cilindros atuadores. Ela tem como função permitir a seleção do movimento desejado nos<br />
mecanismos acionadores. Encontramos válvulas seletoras com comando manual no próprio<br />
corpo da válvula ou com comando elétrico a distância.<br />
Sua operação consiste basicamente em quatro posições de atuação do óleo hidráulico:<br />
pressão da bomba, retorno para o tanque, cilindro 1 (pressão selecionada para a área maior do<br />
cilindro) e cilindro 2 (pressão selecionada para a área menor do cilindro ).<br />
O comando elétrico ou manual da válvula permite a alternância da pressão para o cilindro<br />
1 ou para o cilindro 2 e com isto o movimento de distensão ou de recolhimento da haste do<br />
atuador hidráulico. Quando o comando for para um motor hidráulico, a alternância no comando<br />
da seletora inverte o sentido de rotação do motor.<br />
entrada zero no motor de torque, não há corrente elétrica nas bobinas e a armação permanece na<br />
posição neutra. Quando a corrente é aplicada numa das bobinas, ela movimenta uma haste que<br />
seleciona o sentido da pressão hidráulica. Quando aplicada na outra bobina, ela executa o<br />
movimento em sentido contrário. O movimento da haste seletora é pro<strong>por</strong>cional ao sinal elétrico<br />
aplicado no motor de torque e o movimento do atuador hidráulico <strong>por</strong> conseqüência obedece ao<br />
ritmo imposto pelo motor de torque.<br />
OBS: o motor de torque apesar de levar este nome, não se com<strong>por</strong>ta como um motor<br />
rotativo como estamos comumente acostumados. Ele se limita a provocar um movimento<br />
vibratório numa haste seletora que direciona a passagem do fluido na direção desejada. Sua<br />
vantagem em relação à válvula seletora operada <strong>por</strong> solenóide, é a baixa corrente elétrica<br />
necessária para sua operação que atinge no máximo 200 miliamperes.<br />
Este tipo de válvula é muito usada nos equipamentos hidráulicos mais modernos, e já<br />
vem incor<strong>por</strong>ada à um cilindro atuador, entretanto seu alto preço inibe muitas vezes o<br />
comprador. Na Feira de Mecânica de 1998, ela estava sendo vendida pela BRASVÁLVULAS de<br />
Santo Amaro - SP, <strong>por</strong> R$ 7.000,00 a unidade.<br />
VÁLVULA REGULADORA DE FLUXO: semelhante ao restritor variável, é usada<br />
normalmente para restringir o fluxo, controlando a velocidade do atuador linaer (cilindro<br />
hidráulico) ou rotativo (motor hidráulico). O ajuste de velocidade de vazão é feito virando-se<br />
manualmente um dial na face externa da válvula.<br />
VÁLVULA DE SEQÜÊNCIA: sua função, normalmente, é a de retardar um movimento<br />
secundário, até que o principal se haja completado. É usada, <strong>por</strong> exemplo, para permitir que um<br />
atuador hidráulico funcione e, somente após sua operação final um outro atuador ligado em<br />
paralelo, entre em operação. Normalmente deve ser instalada nas linhas alternadas de dois<br />
cilindros hidráulicos, permitindo que apenas um deles receba a pressão hidráulica inicial e,<br />
somente após o seu fim de curso quando a pressão ultrapassar a regulagem de seqüência (150<br />
PSI), a pressão passará para o outro cilindro e o comandará. Na prática, um cilindro prenderia<br />
primeiramente uma peça e o outro iniciaria posteriormente o trabalho de furar a mesma peça.<br />
SERVO-VÁLVULAS: o controle automático das funções da máquina com grande precisão de<br />
velocidade, aceleração e colocação em posição, é possibilitado convertendo-se um sinal elétrico<br />
em saída hidráulica. O instrumento desta conversão é a válvula servo eletro-hidráulica.<br />
O componente básico deste tipo de válvula é o motor de torque. O motor de torque tem<br />
como partes principais o ímã permanente, duas bobinas e uma armação. Com sinal elétrico de<br />
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 13<br />
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 14
VÁLVULA DESACELERADORA: é uma válvula operada <strong>por</strong> came (haste), normalmente<br />
usada em derivação com uma válvula reguladora de fluxo para o trecho de translação rápida de<br />
um ciclo do atuador. Sua operação consiste em permitir a passagem livre do fluido hidráulico,<br />
até que seja comandada <strong>por</strong> um came (haste), feche a passagem do fluido e o force a passar pela<br />
válvula reguladora de fluxo. É como se fosse uma unidirecional comandada para fechar a<br />
passagem do fluido no momento desejado. Normalmente instalada na linha alternada de pressão<br />
do cilindro hidráulico, permite seu movimento rápido até que seja atuada e feche a passagem do<br />
fluido, obrigando-o a desviar-se <strong>por</strong> uma válvula reguladora de fluxo, desacelerando seu<br />
movimento.<br />
EXEMPLOS DE CIRCUITOS HIDRÁULICOS<br />
CIRCUITO HIDRÁULICO EM FORMA DE SÍMBOLOS<br />
VÁLVULA REGULADORA DE FLUXO<br />
0<br />
VÁLVULA DE SEQUÊNCIA<br />
INTERRUPTOR DE PRESSÃO: ou contactor manométrico, é o componente hidráulico que<br />
tem <strong>por</strong> finalidade ligar ou desligar algum outro componente elétrico, de acordo com uma<br />
pressão hidráulica pré-estabelecida. Ë muito utilizado, <strong>por</strong> exemplo, para ligar ou desligar um<br />
motor elétrico que aciona a bomba hidráulica. Neste caso, quando ligamos o motor elétrico que<br />
está acoplado à bomba , o motor começa a girar e com isso faz seu acionamento. Quando a<br />
pressão produzida pela bomba atinge o limite pré-estabelecido, o interruptor de pressão desliga o<br />
motor elétrico, fazendo a bomba parar. Por ocasião do consumo da pressão hidráulica <strong>por</strong> algum<br />
mecanismo do sistema, o interruptor de pressão liga novamente a bomba para que produza a<br />
pressão necessária para o acionamento do mecanismo.<br />
O mesmo circuito anterior, em forma de ESQUEMA:<br />
UNIDIRECIONAL COM RESTRIÇÃO<br />
VÁLVULA LANÇADEIRA OU VÁLVULA ALTERNADORA: é a válvula hidráulica que<br />
separa o sistema hidráulico normal, do sistema hidráulico de emergência. Ë utilizada sempre na<br />
linha de junção dos dois sistemas, permitindo que a pressão hidráulica necessária para o<br />
comando de algum mecanismo seja sempre garantida em situação normal ou em situação de<br />
emergência.<br />
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 15<br />
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 16
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS<br />
www.Automationstudio.com<br />
Software Automation Studio<br />
www.parker.com.br<br />
www.rexroth.com.br<br />
Manual do Oleodinâmico Industrial 935100 - Vickers<br />
Fonte: www.geocities.com/chp_online/apostilas/apostilahidraulica.doc 17