Hidráulica: utiliza um líquido confinado (óleo/água) para transmitir movimento
multiplicando forças. Para ganhar em força, perde-se em deslocamento. Pelo fato de
usar líquido praticamente incompressível, a transmissão de movimentos é instantânea.
As diferenças básicas entre os fluidos hidráulicos e o ar comprimido é que, os fluidos
hidráulicos são praticamente incompressíveis e diminuem a sua viscosidade com o
aumento de temperatura. O ar comprimido é compressível, ou seja, diminuem seu
volume com o aumento da pressão e seu volume se expande com o aumento da
temperatura.
é o estudo das características e
uso dos fluidos sob pressão
Os circuitos óleo-hidráulicos são um meio de transmitir energia. Neste caso, a energia
mecânica inicial gerada pelo motor elétrico é convertida pela bomba hidráulica em
energia hidráulica, propagando-se pelo fluido e direcionado e controlado pelas
válvulas, até ser convertida novamente em energia mecânica em um atuador ou em um
motor hidráulico.
A transmissão de energia através da utilização de um fluido como meio é bastante
utilizada. A tecnologia atual teve seu início em 1650 com a descoberta da lei de Pascal
que diz que a pressão é transmitida em uma quantidade confinada de fluido.
Hidráulica Móbil: é aquela utilizada por veículos. Ex: tratores, automóveis, ônibus,
empilhadeiras, etc.
Hidráulica Estacionária: é aquela utilizada em máquinas ou equipamentos
estacionários utilizados nas indústrias. Ex: prensa hidráulica, etc.
Classificação dos sistemas hidráulicos de acordo com a
pressão:
Lei de Pascal
Pascal descobriu que pressionando a rolha em um recipiente cheio de vinho, o fundo
deste recipiente se rompia. A lei formulada por Pascal indicava que a pressão atuante
tanto na rolha como no fundo eram iguais porém, devido às diferenças de área, a força
atuante sobre o fundo era muito maior o que causava o rompimento do mesmo.
A pressão exercida
em
um
ponto
qualquer de um
líquido estático é a
mesma em todas as
direções e exerce
forças iguais em
áreas iguais.
Força Transmitida através de um Líquido
Princípio enunciado por
Lavoisier
"Na natureza nada se cria e nada
se perde, tudo se
transforma."
Vantagens:
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•
•
•
•
•
Maior flexibilidade sobre os sistemas elétricos e mecânicos
equivalentes, para uma certa gama de aplicações, dentre elas:
Velocidade variável – através da válvula reguladora de fluxo
Reversibilidade – através da válvula direcional
Parada instantânea - através da válvula direcional
Proteção contra sobrecarga – através da válvula de segurança
ou limitadora de pressão
Dimensões reduzidas e fácil instalação
Autolubrificação
Relação peso, tamanho, potência e consumida muito menor
Permite aplicar grandes esforços em uma área de trabalho
pequena
Desvantagens:
• Elevado custo inicial quando comparado aos sistemas
mecânicos e elétricos.
• Transformação da energia elétrica em mecânica e em
hidráulica e depois em mecânica, fato que ocasiona em muitas
perdas e conseqüentemente um baixo rendimento.
• Perdas por vazamentos e por atrito.
• Perigo de incêndio quando se utiliza óleo mineral como fluido
de trabalho.**
** Principais fluidos hidráulicos: Água com aditivo, óleos
minerais, fluidos sintéticos, fluidos resistentes ao fogo com as
emulsões de glicol em água.
•
Um sistema com transmissão de potência através de um fluido pode ser dividido em
blocos básicos, esquematicamente representados abaixo.
CIRCUITO HIDRÁULICO – conceito básico
POTÊNCIA
MECÂNICA
ATUADORES
pressão
COMANDO e
CONTROLE
POTÊNCIA
ELÉTRICA
M
~
retorno
UNIDADE
DE FORÇA
Fluido Hidráulico: O fluido hidráulico é o elemento vital de um sistema
hidráulico industrial. Ele é um meio de transmissão de energia, um lubrificante,
um vedador e um veículo de transferência de calor. O fluido hidráulico à base de
petróleo é o mais comum.
Principais fluidos hidráulicos:
- Água (com aditivo);
- Óleos minerais;
- Fluidos sintéticos;
- Fluidos resistentes ao fogo (emulsões de glicol em água, soluções de glicol em água
e fluidos sintéticos não aquosos).
Funções do óleo hidráulico:
•Transmissão de pressão.
•Lubrificação dos órgãos moveis.
•Arrefecimento do calor gerado na transformação de energia.
•Amortecimento de oscilações.
•Proteção contra corrosão.
•Remoção de impurezas.
Propriedades e características dos fluidos hidráulicos:
Viscosidade: de 15 a 100 mm2/s.(cSt)
Densidade: em torno de 0,9 kg/dm3
Condutividade térmica: boa
Calor especifico: elevado
Ponto de inflamação: 180o a 200oC
Ponto de combustão: aprox. 40o maior que o anterior
Ponto de solidificação: -10o a -15oC
Compressibilidade: redução de aprox. 0.7% do volume para 100 bar
Resistência ao envelhecimento: (oxidação , polimerização, formação de espumas,etc).
Aditivos protetores do óleo prolongam a vida útil do óleo
Inibidores de Oxidação - A oxidação do óleo ocorre por causa de uma reação entre o
óleo e o oxigênio do ar. A oxidação resulta em baixa capacidade de lubrificação na
formação de ácido e na geração de partículas de carbono e aumento da viscosidade do
fluido.
A oxidação do óleo é aumentada por três fatores:
1. Alta temperatura do óleo.
2. Catalisadores metálicos, tais como cobre, ferro ou chumbo.
3. O aumento no fornecimento de oxigênio.
Inibidores de Corrosão - Os inibidores de corrosão protegem as superfícies de
metal do ataque por ácidos e material oxidante. Este inibidor forma um filme
protetor sobre as superfícies do metal e neutraliza o material corrosivo ácido à
medida que ele se forma.
Aditivos de Extrema Pressão ou Antidesgaste - Estes aditivos são usados em
aplicações de alta temperatura e alta pressão. Em pontos localizados onde
ocorrem temperaturas ou pressões altas (por exemplo, as extremidades das
palhetas numa bomba ou motor de palheta).
Fluidos Resistentes ao Fogo - Uma característica inconveniente do fluido
proveniente do petróleo é que ele é inflamável. Não é seguro usá-lo perto de
superfícies quentes ou de chama. Por esta razão, foram desenvolvidos vários tipos
de fluidos resistentes ao fogo.
Classificação: HFA, HFB, HFC, HFD
HFA: emulsão em água, com no maximo 20% de óleo.
HFB: emulsão em água, com no maximo 60% de óleo.
HFC: solução de água e poliglicol.
HFD: líquido sintéticos sem água- Ester de fosfato.- Hidrocarbonetos clorados.
Emulsão de Óleo em Água - A emulsão de óleo em água resulta em um fluido
resistente ao fogo que consiste de uma mistura de óleo numa quantidade de água. A
mistura pode variar em torno de 1% de óleo e 99% de água a 40% de óleo e 60% de
água. A água é sempre o elemento dominante.
Emulsão de Água em Óleo - A emulsão de água em óleo é um fluido resistente ao
fogo, que é também conhecido como emulsão invertida. A mistura é geralmente de
40% de água e 60% de óleo. O óleo é dominante. Este tipo de fluido tem
características de lubrificação melhores do que as emulsões de óleo em água
Fluido de Água-Glicol - O fluido de água-glicol resistente ao fogo é uma solução de
glicol (anticongelante) e água. A mistura é geralmente de 60% de glicol e 40% de água.
Sintético - Os fluidos sintéticos, resistentes ao fogo, consistem geralmente de ésteres de
fosfato, hidrocarbonos clorados, ou uma mistura dos dois com frações de petróleo. Este
é o tipo mais caro de fluido resistente ao fogo. Os componentes que operam com fluidos
sintéticos resistentes ao fogo necessitam de guarnições de material especial.
Classificação ISO:
Analogamente a SAE, a ISO (International Standards Organization) fez uma
classificação levando apenas em conta a viscosidade do oleo lubrificante,
desconsiderando o seu uso. O grau ISO indica que a viscosidade do óleo pode variar ate
10% acima ou abaixo daquele valor. Como exemplo o óleo ISO VG 68, a sua
viscosidade pode variar de 61,2 a 74,8 centistokes.
Classificação DIN:
A norma DIN baseia-se na qualidade do óleo mineral, de maneira que as duas se
completam, ela classifica os óleos lubrificantes como a seguir:
C - óleo lubrificante para circulação
CL - Idem, com maior poder anticorrosivos
H-L - óleos hidráulicos sem aditivos antidesgaste
H-LP - Idem, com aditivos antidesgaste
O óleo hidráulico contem, em condições normais de pressão, aproximadamente 9% do
volume de ar dissolvido (saturado).
Letras de identificação:
H- óleo mineral resistente ao envelhecimento, sem aditivos.
L- aditivos contra corrosão ou envelhecimento.
P- aditivos para aumentar a capacidade de carga (pressão)
D- aditivos de detergentes ou dispersiveis.
Reservatório Hidráulico - Os reservatórios hidráulicos consistem de quatro paredes
(geralmente de aço); uma base abaulada; um topo plano com uma placa de apoio,
quatro pés; linhas de sucção, retorno e drenos; plugue do dreno; indicador de nível de
óleo; tampa para respiradouro e enchimento; tampa para limpeza e placa defletora
(Chicana).
Filtros hidráulicos
Todos os fluidos hidráulicos contêm certa quantidade de contaminantes. A
necessidade do filtro, no entanto, não é reconhecida na maioria das vezes, pois o
acréscimo deste componente particular não aumenta, de forma aparente, a ação da
máquina. Mas o pessoal experiente de manutenção concorda que a grande maioria
dos casos de mau funcionamento de componentes e sistemas é causada por
contaminação. As partículas de sujeira podem fazer com que máquinas caras e
grandes falhem.
Tipo de Filtragem pela Posição no Sistema - O filtro é a proteção para o
componente hidráulico. Seria ideal que cada componente do sistema fosse equipado
com o seu próprio filtro, mas isso não é economicamente prático na maioria dos
casos. Para se obterem melhores resultados, a prática usual é colocar filtros em
pontos estratégicos do sistema.
Filtros de Sucção: Existem 2 tipos de filtro de sucção
Filtro de Sucção Interno: São os mais simples e mais utilizados. Têm a forma cilíndrica
com tela metálica com malha de 74 a 150 mícrons, não possuem carcaça e são instalados
dentro do reservatório, abaixo, no nível do fluido. Apesar de serem chamados de filtro,
impedem apenas a passagem de grandes partículas (na língua inglesa são chamados de
“strainer”, que significa peneira).
Filtro de Sucção Externo - Pelo fato de possuírem carcaça estes filtros são instalados
diretamente na linha de sucção fora do reservatório. Existem modelos que são instalados
no topo ou na lateral dos reservatórios. Estes filtros possuem malha de filtragem de 3 a
238 mícrons.
Filtro de Pressão - Um filtro de pressão é posicionado no circuito, entre a bomba e um
componente do sistema. A malha de filtragem dos filtros de pressão é de 3 a 40
mícrons. Um filtro de pressão pode também ser posicionado entre os componentes do
sistema.
Filtro de Linha de Retorno - Está posicionado no circuito próximo do reservatório.
A dimensão habitualmente encontrada nos filtros de retorno é de 5 a 40 mícrons.
Bombas de deslocamento positivo
Potência x Eficiência em sistemas hidráulicos
Em sistemas hidráulicos, devido às perdas de cargas geradas pelos próprios elementos do
circuito, como por exemplo: bombas, válvulas, curvas, cilindros, instrumentos de medida
e, a própria tubulação, o aproveitamento final da energia fornecida ao circuito é cerca de
75%, conforme ilustrado na figura a seguir.
Cavitação
A cavitação é provocada quando, por algum motivo, gera-se uma zona de depressão, ou
pressão negativa. Quando isso ocorre, o fluido tende a vaporizar formando bolhas de ar.
Ao passar da zona de depressão, o fluido volta a ficar submetido à pressão de trabalho e,
as bolhas de ar implodem provocando ondas de choque, que provocam desgaste, corrosão
e até mesmo destroem pedaços dos rotores, carcaças e tubulações.
Causas da cavitação
Filtro da linha de sucção saturado
Respiro do reservatório fechado ou entupido
Linha de sucção muito longa
Muitas curvas na linha de sucção (perdas de cargas)
Estrangulamento na linha de sucção
Linha de sucção congelada
Dimensionamento incorreto da tubulação de sucção
Reservatórios "despressurizados"
Óleo hidráulico de baixa qualidade
Óleo de alta viscosidade
Excessiva rotação da bomba
Conexão de entrada da bomba muito alta em
relação ao nível de óleo no reservatório.
Ar em suspensão
O fluido hidráulico, ao nível do mar é constituído de 10% de ar.
A capacidade de qualquer fluido hidráulico ou líquido de conter ar dissolvido
diminui quando a pressão agindo sobre o mesmo decresce.
Por exemplo: Se um recipiente com fluido hidráulico que tenha sido exposto à
atmosfera fosse colocado numa câmara de vácuo, o ar dissolvido borbulharia
para fora da solução.
Aeração
Aeração é a entrada de ar no sistema através da sucção da bomba. O ar retido é aquele
que está presente no líquido, sem estar dissolvido no mesmo.
O ar está em forma de bolhas. Se ocorrer de a bomba arrastar fluido com ar retido, as
bolhas de ar terão, mais ou menos, o mesmo efeito da cavitação sobre a bomba.
Causas:
• Reservatório com nível do óleo abaixo
do recomendado;
• Filtro de sucção instalado próximo do
nível do óleo, gerando a criação de
vórtice, permitindo assim a entrada do ar;
• Linha de sucção permitindo a entrada de
ar com uso de braçadeira inadequada ou
rachaduras na tubulação;
• Posicionamento incorreto da linha de
retorno no reservatório, próximo à linha
de sucção, gerando turbulência (agitação
no reservatório).