1. Princípios físicos fundamentais

1.1 Fluidos hidráulicos e pneumáticos

Hidráulica e pneumática é a tecnologia associada com a geração, controle e transmissão de potência

empregando fluidos pressurizados. A diversidade de campos de aplicação da hidráulica e pneumática

incluindo direção e freio de automóveis, acionamento em máquinas ferramentas, controle de aeronaves,

alimentação de processos, lançamento de veículos espaciais, máquinas colheitadeiras, mineração,

equipamentos odontológicos e etc, demonstra que é quase impossível encontrar um produto manufaturado

que não tenha sido afetado por esta tecnologia em algum estágio de sua produção ou distribuição.

Um fluido é uma substância que se deforma continuamente sob a aplicação de uma tensão de

cisalhamento, não importando quão pequena possa ser esta tensão. Uma força de cisalhamento é a

componente tangencial da força que age sobre a superfície e, dividida pela área da superfície, dá origem à

tensão de cisalhamento média sobre a área.

De acordo com os estados físicos da matéria, os fluidos compreendem as fases líquida e gasosa. A

distinção entre um fluido e os demais estados da matéria torna-se claro quando comparamos o

comportamento de um fluido ao de um sólido: o sólido é uma sbstância que se deforma quando a tensão de

cisalhamento é aplicada, mas não continua a se deformar; já um fluido é incapaz de resistir a este tipo de

solicitação e se deforma continuamente, assumindo, muitas vezes, a forma do recipiente em que se encontra.

A figura 1.1 mostra esquematicamente a deformação continuada que ocorre em um fluido (a) em função da

força tangencial, mesmo que infinitamente pequena, e a deformação sofrida por um bloco sólido (b).

(a) (b)

Figura 1.1 - Deformação ocorrida em materiais fluidos (a) e sólidos (b) ao serem submetidos a esforços de

tipo cisalhante.

RESUMO:

A substância está no estado fluido quando submetida a uma tensão de cisalhamento experimenta

uma deformação contínua e irreversível durante todo o tempo de atuação da tensão de cisalhamento.

A substância está no estado sólido quando submetida à ação de uma tensão de cisalhamento

experimenta uma deformação reversível até que o seu limite de elasticidade seja atingido.

Outra característica importante dos fluidos é a compressibilidade. Um fluido que apresenta

resistência à redução de volume próprio, como os líquidos, é denominado fluido incompressível, enquanto o

fluido que responde com uma redução de seu volume próprio ao ser submetido a ação de uma força é

denominado fluido compressível, caso dos gases.

1.2 Princípio de Pascal

O funcionamento dos sistemas hidráulicos e pneumáticos é determinado pelas leis que regem o

comportamento dos fluidos confinados. O fundamento da transmissão de energia através de fluidos é o

princípio de Pascal, o qual estabelece que “se uma força externa for aplicada sobre uma parcela de área de

um fluido confinado, a pressão decorrente será transmitida integralmente a todo o fluido e à área do

recipiente que o contém”, ou seja, a alteração de pressão produzida num líquido em equilíbrio transmite-se

integralmente a todos os pontos do líquido e às paredes do recipiente. Este princípio pode ser entendido para

demonstrar a transmissão e multiplicação de forças, conforme mostrado na figura 1.2, onde a aplicação de

uma força F1 de baixa intensidade é capaz de fazer com que seja suportada uma força F2 muito maior que

f1.

Figura 1.2 - Aplicação do princípio de Pascal para transmissão e multiplicação de forças.

Sempre que este circuito estiver em equilíbrio, ou seja, ambos os êmbolos estiverem parados, a

pressão estará igualmente distribuída em todo o fluido de modo que:

Como os sistemas hidráulicos e pneumáticos têm o objetivo de gerar uma força ou torque através de

uma haste ou eixo, o circuito apresentado na figura 1.2 pode ser considerado a essência dos SHP reais, onde

uma bomba ou compressor transfere fluido, através de tubulações e válvulas de controle, para um atuador

(Atuador é um elemento que produz movimento), seja linear ou rotativo.

A figura anterior esquematiza uma das aplicações práticas da prensa hidráulica: o elevador de

automóveis usado nos postos de gasolina.

princípio de Pascal, se transmite integralmente para o tubo largo, onde se encontra o automóvel.

2. Fontes de ar comprimido e sistemas pneumáticos

A utilização das máquinas pelo homem sempre teve dois objetivos: reduzir, ao máximo, o emprego

da força muscular e obter bens em grandes quantidades. A pneumática contribui para que esses dois

objetivos venham a ser alcançados: A rapidez nos movimentos pneumáticos e a libertação do operário de

operações repetitivas possibilitam o aumento do ritmo de trabalho, aumentando assim a produtividade e

reduzindo os custos operacionais. De fato, com atuadores pneumáticos, certas máquinas e equipamentos

tornam-se mais velozes e mais seguros.

O termo Pneumática (derivado do termo grego: πνευματικός (pneumatikos que significa "fôlego",

"sopro")) segundo o estabelecido na ISO 5598, refere-se a ciência e tecnologia que trata do uso do ar ou

gases neutros como meio de transmissão de potência, e dentro deste contexto podemos identificar a

produção, o condicionamento e a distribuição do ar comprimido, bem como o dimensionamento dos

componentes para realizar essas funções.

Os circuitos pneumáticos são um conjunto de elementos físicos associados que, utilizando um gás

como meio de transferência de energia, permitem a transmissão e controle de forças e movimentos. Neles

observa-se a existência de válvulas e cilindros interligados através de tubulações.

2.1 O ar

O ar atmosférico é constituído por uma mistura de gases, tais como: oxigênio, nitrogênio, neônio,

argônio, gás carbônico etc. Junto com esses gases, encontramos no ar atmosférico outras impurezas devidas

à poluição (poeira, partículas de carbono provenientes de combustões incompletas, dióxido de enxofre etc.)

e também vapor d’água.

Sendo abundante na natureza e gratuito, o ar atmosférico comprimido é a alma dos equipamentos

pneumáticos, porém é recomendado para o trabalho na pneumática que seja isento de impurezas e de água e

apresente pressão e vazão constantes.

2.2 Sistemas pneumáticos

Os circuitos pneumáticos presentes em máquinas industriais, veículos, consultórios odontológicos e

etc., necessitam de uma fonte de ar comprimido que tenha pessão constante e atenda a vazão consumida

pelos componentes do circuito. Esta fonte inclui: unidade de produção, distribuição e condicionamento de ar

comprimido conforme mostra a figura 2.1.

Figura 2.1 - Fonte de ar comprimido incluindo: produção, distribuição e condicionamento.

A unidade de produção inclui tipicamente os seguintes elementos:

1- Compressor com filtro de admissão

2- Resfriador posterior

3- Separador de condensado

4- Reservatório

5- Secador

Resfriador posterior

A primeira e essencial etapa de um sistema de tratamento de ar comprimido consiste em reduzir a

temperatura do ar até os níveis mais próximos do ambiente, pois são comuns temperaturas de 120ºC (em

alguns casos, chega-se a 200ºC) após a compressão.

Separador de condensado

Destina-se a remoção com eficiência e economia de condensados provenientes das linhas de ar comprimido.

São aplicados após resfriadores e também como preparação do ar comprimido para posterior tratamento com

filtros / secadores.

Reservatório

Os reservatórios de ar comprimido linha se destinam a: Armazenar o ar comprimido para garantir o

fornecimento em momentos de pico de consumo no sistema; Permitir a otimização do funcionamento dos

compressores; Estabilizar a pressão de ar comprimido na rede, evitando grandes oscilações e pulsações;

Separar e remover os condensados formados.

Secador

O ar comprimido quente vindo do compressor contém vapor de água e vapor de óleo no ponto de

saturação. Os condensados de água e óleo são facilmente removidos por filtros específicos para cada caso,

mas o vapor de água não é removido pelo filtro e se condensa na tubulação na medida que a temperatura do

ar comprimido se aproxima da temperatura ambiente (figura 1). A água condensada na tubulação exige

frequente manutenção na mesma e nos equipamentos pneumáticos, além de emulsionar os lubrificantes e

descalibrar os instrumentos mais sensíveis. O vapor de água só poderá ser removido por um secador de ar,

que tem sua utilização facilmente justificada quando se compara o seu custo com os custos dos danos

produzidos pelo ar úmido.

2.3 Compressor

Compressores são máquinas que captam o ar, na pressão atmosférica local, comprimindo-o até

atingir a pressão adequada de trabalho. Ao nível do mar, a pressão atmosférica normal vale uma atmosfera

ou 1 atm. Em equipamentos pneumáticos, a pressão mais utilizada é aquela que se situa na faixa de 6 bar, ou

seja, 600 Kpa.

Equivalência entre atm e outras unidades de pressão:

1 atm = 1 bar = 14,5 psi (libra-força por polegada quadrada) = 100 000 Pa = 100 Kpa

Em diagramas pneumáticos, os compressores, segundo a ISO 1219, são representados pelo símbolo:

2.3.1 Classificação dos compressores

Os compressores são classificados em dois tipos: compressores de deslocamento positivo e

compressores dinâmicos.

Compressores de deslocamento positivo

Nesses compressores, sucessivos volumes de ar são confinados em câmaras fechadas e elevados a

pressões maiores. Dentro dessa categoria, os mais utilizados são os compressores de pistão e os

compressores de parafuso.

Compressores dinâmicos

Esses compressores aceleram o ar com a utilização de um elemento rotativo, transformando

velocidade em pressão no próprio elemento rotativo que empurra o ar em difusores e lâminas. São usados

para grandes massas de ar e apresentam um ou mais estágios. Dentro dessa categoria de compressores, os

mais utilizados são o compressor centrífugo radial e o compressor axial.

2.3.2 MONTAGEM

● A estação de compressores deve ser montada dentro de um ambiente fechado, com proteção acústica para

fora.

● O ambiente deve ter boa aeração.

● O ar sugado deve ser fresco, seco e livre de poeira.

2.4. Rede de ar comprimido

Depois de comprimido e de ter passado pelo reservatório principal e secadores, o ar segue pela rede.

A rede é um circuito fechado que mantém a pressão igual à pressão reinante no interior do reservatório

principal.

Para se construir uma rede de ar comprimido, os seguintes parâmetros deverão ser levados em

consideração:

· as conexões das tubulações deverão ter raios arredondados para evitar a presença de fluxos turbulentos;

· a linha principal, em regra, deverá ter uma inclinação de aproximadamente 1% em relação ao seu

comprimento;

. nos pontos mais baixos deverão ser montados drenos automáticos para drenagem do condensado água-

óleo;

· expansões futura da rede deverão ser previstas em projeto;

· as tomadas de ar deverão estar situadas sempre por cima da rede;

· as tubulações de ar comprimido deverão ser pintadas na cor azul;

· prever, em projeto, a construção de reservatórios auxiliares;

· as tubulações da rede deverão ser aéreas e nunca embutidas em paredes. Sendo aéreas, serão mais seguras e

de fácil manutenção;

· construir a rede de forma combinada, de modo que se algum ramo tiver de ser interrompido, os demais

continuem funcionando para garantir a produção. Daí a importância de válvulas ao longo do circuito.

Atuadores pneumáticos

Vamos pensar numa roda d’água. Você sabe como funciona? A água chega por uma calha e cai sobre

uma roda cheia de pás espalhadas por seu contorno fazendo-a girar. O eixo desta máquina está ligado a

alguma outra máquina, como por exemplo um moedor de trigo, que usa a energia mecânica para realizar o

seu trabalho.

Agora pense sobre o catavento: Uma folha de papel dobrada, formando três ou quatro aletas, as quais

estão presas a uma vareta por um alfinete. Quando você assopra, o catavento gira. Olha aí a energia

mecânica novamente.

Observe que estes dois exemplos tem uma similaridade: a utilização de um fluido; água no caso da

roda d’água e ar para o catavento. E observe também que foi o fluido que, exercendo certa pressão nas pás,

dos dois objetos, que provocou o movimento. Ou seja, a pressão, ou a força do fluido atuando sobre

determinada área, fez com que tanto a roda quanto o catavento girassem.

Dessa forma, podemos utilizar fluidos (líquidos ou gases) sobre pressão para produzir energia

mecânica. “Em outras palavras, podemos transformar a energia de pressão dos fluidos em energia

mecânica.”

Hoje em dia, utilizam-se o ar e o óleo como fluidos nos equipamentos responsáveis por fazer essa

transformação de energias. Esses mecanismos são chamados atuadores.

Receberam este nome pois ,sua função é aplicar, ou fazer atuar, a energia mecânica sobre uma

máquina levando-a a realizar certo trabalho.

Os atuadores podem ser classificados segundo dois critérios:

Quanto ao tipo de fluido empregado:

- Pneumáticos: quando usam ar comprimido;

- Hidráulicos: quando usam óleo sob pressão.

Quanto ao tipo de movimento que realizam:

- Lineares: convertem energia em movimento linear;

- Rotativos: convertem energia em movimento rotativo.

Os atuadores lineares, bem como os rotativos são ainda subdivididos conforme ilustra a figura 1, que mostra

esquematicamente a classificação dos atuadores pneumáticos segundo o movimento que realizam.

.

Figura 1 - Classificação dos atuadores pneumáticos, segundo o movimento que realizam.

Os cilindros, como são conhecidos os atuadores lineares, funcionam como uma seringa de injeção, só que de

maneira inversa. É o fluido quem faz pressão sobre o êmbolo provocando seu movimento, e não o contrário.

Atuadores lineares de simples ação

Acionados por ar comprimido de um só lado, exercem trabalho numa única direção; o retrocesso

efetua-se mediante uma mola, ou por forças externas. A força da mola é calculada para que possa efetuar o

retorno do pistão a sua posição inicial.

Neste tipo de atuador, o curso do pistão é limitado pelo comprimento da mola. São dispositivos

usados para fixar, expulsar, prensar, elevar, alimentar e etc.

Devido a mola, a força de avanço é reduzida em cerca de 10%.

Figura 2 - Atuador linear de simples ação.

Atuadores lineares de dupla ação

A força do ar comprimido movimenta o pistão deste tipo de atuador em duas direções, no avanço e

no retrocesso. O curso, em princípio é ilimitado, porém é importante considerar a deformação da haste por

flexão e flambagem.

Figura 3 - Atuador linear de dupla ação.

Osciladores pneumáticos

Neste tipo de atuador rotativo, o movimento tem campo angular limitado. Dentro deste grupo de

atuadores existem os: cilindros rotativos e cilindros de aleta giratória.

No primeiro, a haste do êmbolo tem perfil dentado (cremalheira) onde gira uma engrenagem,

transformando movimento linear em angular à direito ou à esquerda. Este tipo de acionamento emprega-se

para virar peças, curvar tubos, acionar válvulas e etc.

A figura 4 mostra o símbolo usado para representar osciladores pneumáticos.

Figura 4 - Símbolo do oscilador.

Motores pneumáticos

Estes têm campo angular ilimitado, sendo um dos elementos pneumáticos mais usados. Classificam-

se segundo sua construção em: motores de pistão, motores de palhetas, motores de engrenagem,

turbomotores (ou tubinas).

Figura 5 - Símbolo para motores pneumáticos.

Manutenção dos atuadores em geral

Para se fazer a manutenção dos atuadores, é necessário ter em mãos os catálogos dos fabricantes.

Nesses catálogos são encontrados os parâmetros de construção mais importantes para a manutenção, ou seja:

· o diâmetro interno do cilindro;

· o diâmetro da haste;

· a pressão máxima;

· a temperatura de trabalho;

· o curso mínimo e máximo;

· dados a respeito do amortecedor;

· o tipo de fluido lubrificante a ser utilizado;

· a força máxima no avanço;

· a força de retorno;

· tipos de montagem.

1. HIDRÁULICA

A hidráulica vem se destacando e ganhando espaço como um meio de transmissão de energia nos

mais variados segmentos do mercado. Áreas de automatização foram possíveis com a introdução da

hidráulica para controle de movimentos.

O termo Hidráulica derivou-se da raiz grega Hidro, que significa água, e por essa razão entende-se

por hidráulica todas as leis e comportamentos relativos à água ou outro fluido. Assim, hidráulica é o estudo

das características e uso dos fluidos sob pressão, e pode ser vista como hidroestática, quando estuda fluidos

em estado de repouso, ou hidrocinética, quando os fluidos estão em movimento.

1.1 Princípio fundamental da hidrostática

A lei de Pascal diz que o acréscimo de pressão produzido num líquido em equilíbrio transmite-se

integralmente a todos os pontos do líquido, em todas as direções e sentidos.

Todos os mecanismos hidráulicos são, em última análise, aplicações do princípio de Pascal. As

prensas hidráulicas em geral, sistemas multiplicadores de força, são construídos com base no Princípio de

Pascal. Uma aplicação importante é encontrada nos freios hidráulicos usados em automóveis, caminhões,

etc. Quando se exerce uma força no pedal, produz-se uma pressão que é transmitida integralmente para as

rodas através de um líquido, no caso, o óleo. A figura abaixo mostra esquematicamente o princípio da prensa

hidráulica.

Relembrando um princípio enunciado por Lavoisier: "Na natureza nada se cria e nada se

perde, tudo se transforma." Quando desejamos realizar uma multiplicação de forças significa que

teremos o pistão maior movido pelo fluido deslocado pelo pistão menor; sendo que a distância de cada

pistão será inversamente proporcional às suas áreas. Assim, o que se ganha em relação à força tem que

ser sacrificado em distância ou velocidade.

1.2 Princípio fundamental da hidrocinética

1.2.1 Lei da vazão (Q) ou fluxo constante

Se um fluxo escoa por um duto de vários diâmetros, o volume (V) que passa em um determinado

tempo (t) é o mesmo, o que varia é a velocidade (v). Assim, pode-se dizer que a vazão é a rapidez com a

qual um volume escoa.

Onde A é a área do conduto (em m2) e v a velocidade de escoamento por este (em m/s). Aplicando a

equação da continuidade, temos:

1.2.2 Tipos de fluxo

O tipo de fluxo é igualmente importante para a perda de energia em uma instalação hidráulica.

Através do cálculo do número de Reynold (Re) é possível classificar o fluxo conforme explicado

abaixo.

Fluxo Laminar: Re < 2000 Fluxo turbulento: Re > 3000

Num sistema hidráulico, o movimento do fluido na tubulação gera atrito e calor. Quanto maior for a

velocidade do fluido, mais calor será gerado, e portanto maiores serão as perdas do sistema. A mudança na

direção do fluido também gerará calor: em uma linha de fluxo de fluido há geração de calor sempre que o

fluido encontra uma curva. O fator gerador do calor é o atrito provocado pelo choque das moléculas que se

deparam com a curva e dependendo do diâmetro do cano, um cotovelo de 90° pode gerar tanto calor quanto

vários metros de cano.

Obs: para melhor dimensionamento do diâmetro dos dutos das linhas de circuitos hidráulicos, a fim

de ter um fluxo laminar, convém adotar as seguintes velocidades:

Para a linha de sucção, v = 60 a 120 cm/s

Para a linha de retorno, v = 200 a 400 cm/s

Para a linha de pressão, v = 300 a 600 cm/s

3. Generalidades dos sistemas hidráulicos

Sistemas hidráulicos são um conjunto de elementos físicos associados que, utilizando um fluido

como meio de transferência de energia, permitem a transmissão e controle de forças e movimentos.

3.1. Transmissão Hidráulica de Força e Energia

Líquido é uma substância constituída de moléculas e, ao contrário dos gases, nos líquidos as

moléculas são atraídas umas às outras de forma compacta. Por outro lado, ao contrário dos sólidos, as

moléculas não se atraem a ponto de adquirirem posições rígidas; elas continuam em movimento, deslizando

umas sob as outras, mesmo quando o líquido está em repouso. Este movimento das moléculas chama-se

energia molecular. É o deslizamento das moléculas umas sob as outras de maneira contínua que dá aos

líquidos a capacidade de tomar a forma do recipiente onde ele está: “Os Líquidos assumem qualquer

forma.”

“Os Líquidos são relativamente incompressíveis”: com as moléculas em contato umas às outras, os

líquidos exibem características de sólidos. Os líquidos são pouquíssimo compressíveis.

3.2. Vantagens e desvantagens dos sistemas hidráulicos

O sistema hidráulico é empregado quando se tenta evitar ou é impossível empregar-se sistemas

mecânicos ou elétricos. Abaixo são apresentadas as vantagens e limitações deste tipo de sistemas.

Vantagens

Fácil instalação dos diversos elementos, oferecendo grande flexibilidade, inclusive em espaços

reduzidos.

Devido à baixa inércia, os sistemas hidráulicos permitem uma rápida e suave inversão de movimento.

Obtém movimentos lineares e circulares.

Possibilidade de variações micrométricas de velocidades.

São sistemas auto-lubrificados.

Tem pequeno peso e tamanho com relação à possibilidade de alta potência.

São sistemas de fácil proteção contra sobrecarga.

Desvantagens

Seu custo inicial é mais alto em comparação a sistemas mecânicos e elétricos.

Baixo rendimento final, devido principalmente a três fatores:

- Transformação da energia elétrica em mecânica e mecânica em hidráulica, para posteriormente ser

transformada novamente em mecânica.

- Vazamentos internos em todos os componentes.

- Atritos internos e externos.

As vantagens descritas anteriormente para os fluidos hidráulicos levaram as indústrias, atualmente, a

empregar uma grande variedade de máquinas que utilizam o princípio de transmitir força através de um

meio fluido. A figura abaixo mostra alguns destes exemplos, tais como: macaco hidráulico, prensa

hidráulica, elevador hidráulico e sistema de freios hidráulico.

3.3. Esquema geral de instalações de sistemas hidráulicos

Em sistemas hidráulicos a energia mecânica é transformada em energia hidráulica, esta última é

transportada e comandada ou regulada e novamente convertida em energia mecânica.

3.4. Circuito Hidráulico

A forma mais comum para a representação de um sistema hidráulico é através da montagem de

símbolos gráficos que representam cada componente a ser instalado para formar o circuito hidráulico, como

mostra o exemplo abaixo.

Exemplo de circuito hidráulico.

Os símbolos gráficos representativos dos elementos hidráulicos e pneumáticos podem ser vistos no

anexo I - Sistemas e componentes hidráulicos e pneumático: símbolos gráficos e diagramas de circuitos.

4. Fluidos hidráulicos

O fluido hidráulico é o elemento vital de um sistema hidráulico industrial.

São um grande grupo de fluidos usados como meio de transmissão de energia em maqui-

nário hidráulico. Incluem compostos sintéticos, óleo mineral, água e misturas baseadas em

soluções e emulsões aquosas.

As características do fluido têm um efeito crucial sobre o desempenho e vida do equipamento. É

importante usar um fluido limpo e de alta qualidade, a fim de que o sistema hidráulico opere com eficiência.

Os modernos fluidos hidráulicos são compostos complexos que são cuidadosamente preparados para

atingir as exigências de suas tarefas. Além do que, para ter um fluido base, os fluidos hidráulicos contêm

aditivos especiais para fornecer as características desejadas.

Essencialmente, um fluido hidráulico tem quatro funções primárias:

1. Transmitir potência;

2. Lubrificar partes móveis;

3. Vedar folgas entre conjuntos;

4. Dissipar calor.

Para realizar de forma apropriada essas funções primárias e ser prático de um ponto de vista da

segurança e do custo, um fluido hidráulico deve ter as seguintes propriedades:

1. Boa capacidade de lubrificar

2. Viscosidade ideal

3. Estabilidade química e ambiental

4. Compabilidade com os materiais do sistema

5. Extenso módulo de compressibilidade

6. Resistência ao fogo

7. Boa capacidade de transferir calor

8. Baixa densidade

9. Resistência à espuma

10. Não ser tóxico

11. Baixa volaticidade

12. Ser barato

13. Facilidade de utilização

Essa é uma lista desafiadora, pois em um único fluido hidráulico não é possível obter todas essas

características desejáveis; dessa forma, o projetista deve escolher aquele fluido que esteja mais próximo do

que seria ideal para sua aplicação particular.

Os fluidos hidráulicos também devem ser trocados com certa periodicidade; a freqüência não

depende apenas do fluido, mas também das condições de operação. Neste caso, análises em laboratório é o

melhor método para determinar quando um fluido deve ser trocado. Geralmente, um fluido deve ser trocado

quando sua viscosidade e acidez aumentam devido ao envelhecimento ou contaminação do fluido.

Preferivelmente, o fluido deveria ser trocado enquanto o sistema está em sua temperatura de operação.

Dessa forma a maioria das impurezas está em suspensão e serão drenadas.

Três qualidades chaves são avaliadas como indicadores de qualidade do fluido: viscosidade,

conteúdo de água e nível de contaminação por partículas estranhas.

4.1. Características físico-químicas dos fluidos

Viscosidade:

É a propriedade física mais importante a ser observada, sendo a medida da resistência que o fluido

oferece ao escoamento, e quando ela aumenta:

aumenta a resistência ao escoamento;

dificulta o poder de sucção da bomba;

aumenta a temperatura;

aumenta as perdas por atrito;

possibilidade de operação vagarosa;

dificuldade de separar o ar do óleo.

Ao passo que quando a viscosidade diminui:

aumenta o vazamento interno e externo;

diminui a eficiência, baixando o rendimento de todo o sistema;

diminui a lubrificação, podendo causar engripamento dos elementos móveis;

aumenta a temperatura devido às perdas por vazamento.

A viscosidade de um óleo varia com a temperatura, sendo inversamente proporcional à mesma. Isto

significa que à medida que a temperatura do óleo aumenta, ele se torna menos viscoso (mais “fino”). Com

o abaixamento da temperatura, ele se torna mais “grosso”, ou mais viscoso. Por isso, é importante que seja

considerada antecipadamente a faixa de temperatura de operação de um sistema hidráulico quando da

escolha da viscosidade adequada de um fluido hidráulico.

Demulsibilidade:

É a capacidade que um fluido tem de separa-se rapidamente da água. Um fluido hidráulico deve

possuir boa demulsibilidade, para que a água livre presente no sistema possa ser drenada. Água no sistema

hidráulico provoca ferrugem e corrosão dos componentes, além de causar a separação dos aditivos,

diminuindo a vida útil do fluido. Os fluidos hidráulicos integrais (de base não aquosa, como as emulsões)

são contaminados pela água através da condensação, vazamentos nos trocadores de calor ou pelo ar

umedecido proveniente do respiro do reservatório.

Proteção anti-desgaste:

O fluido hidráulico deve lubrificar as partes em movimento dos componentes do sistema e reduzir o

seu desgaste, particularmente nas bombas hidráulicas. Os fluidos aditivados com agentes anti-desgaste

(tricresil fosfato, dialquil ditiofosfato de zinco, compostos inativos de cloro, enxofre e fósforo, etc.) são

indicados para o uso em unidades compactas, que funcionam com altas pressões e grandes velocidades nas

bombas e nos sistemas que operam em condições adversas e de sobrecarga. Um óleo com aditivo anti-

desgaste pode reduzir em até 95% o desgaste das bombas de palhetas, em comparação com um óleo

convencional sem esse aditivo.

Proteção anti-corrosiva:

É muito difícil manter um sistema hidráulico convencional livre da água e de outros contaminantes.

A maioria dos sistemas possuem componentes feitos de materiais ferrosos, que têm tendência à oxidação e

aos ataques corrosivos sob certas condições, ocasionando muitos problemas ao funcionamento do sistema.

Além de poderem causar o travamento das superfícies em movimento, a ferrugem e a corrosão podem

obstruir as tubulações e danificar as passagens das válvulas e dos componentes de trabalho.

Os óleos minerais, entre todos os fluidos, são os que possuem as melhores características de

prevenção da corrosão e ferrugem. Estes e outros fluidos podem ter realçadas estas características, com a

utilização de aditivos inibidores de corrosão e ferrugem.

Outras propriedades podem ser citadas, tais como:

proteção anti-oxidante (reação com oxigênio);

compatibilidade com os demais materiais em contato;

propriedades de separação de ar;

propriedades anti-espumante (formação de espuma).

4.2. Tipos de fluidos hidráulicos e suas propriedades

A maior parte dos óleos hidráulicos é produzida com óleos minerais devido ao custo. Para atender as

exigências, estes produtos têm de ser melhorados com uma variedade de aditivos, tais como: inibidores de

corrosão, antioxidantes, detergentes, aditivos EP (extreme pressão), anti-espumantes, emulgadores,

abaixador do ponto de congelamento (pour-point), etc. Também é importante que o óleo hidráulico não

ataque as vedações do sistema hidráulico.

Existem diversos tipos de fluidos utilizados em sistemas hidráulicos. As principais características,

aplicações e efeitos na operação hidráulica dos sistemas, são dadas a seguir:

Água:

A água é o mais barato e disponível dos fluidos hidráulicos. É um excelente fluido quanto à

transmissão de energia (elevado coeficiente volumétrico), com um alto poder refrigerante. É inerte,

quimicamente compatível com quase todos os materiais dos retentores, além se ser absolutamente não

inflável.

-Principais inconvenientes da água:

1) Não possui características lubrificantes;

2) Provoca a corrosão dos componentes e das tubulações;

3) Tem uma viscosidade muito baixa, dificultando a estanqueidade e reduzindo o rendimento do sistema;

4) Possui um ponto de congelamento elevado (0ºC), podendo causar danos consideráveis no caso de

congelamento, devido a dilatação do fluido no sistema;

5) Possui baixo ponto de ebulição, limitando a faixa de operação.

Os inconvenientes citados nos itens 1,2 e 3 podem ser compensados através de aditivos, embora não se deva

considerar a água um fluido adequado para os sistemas hidráulicos atuais, salvo para os casos excepcionais

citados e para os especialmente projetados e construídos para seu uso, tanto pelos seus inconvenientes

próprios como pelo menor rendimento obtido em comparação com outros tipos de fluidos hidráulicos.

Emulsões de óleo em água:

São usados em sistemas que normalmente são projetados para usar água como fluido hidráulico. A

adição de óleo solúvel na água, normalmente na proporção de 1 a 5% de óleo em volume, serve para

melhorar as propriedades lubrificantes e proteger os componentes do sistema contra a corrosã.

Os sistemas que utilizam emulsões de óleo em água requerem bombas, válvulas e outros

componentes especiais, estando sua faixa de temperatura de operação limitada até 65ºC. As considerações

deste tipo de fluido, no que diz respeito às aplicações e restrições, são as mesmas comentadas anteriormente

para as água.

Óleos Minerais:

Os óleos minerais à base de petróleo são os mais utilizados em circuitos hidráulicos. Normalmente

são óleos fabricados a partir de básicos selecionados, que passam por processos de refinação e tratamento,

podendo ser utilizados nos mais diversos tipos de sistemas e nas mais exigentes condições operacionais.

Suas principais características são:

- São compatíveis com a maioria dos materiais comumente utilizados nos sistemas;

- Possuem características de viscosidade que satisfazem os requisitos exigidos pela bomba hidráulica e

outros componentes do sistema;

- São utilizados em amplas faixas de temperatura;

- Têm boas características lubrificantes, suportando altas cargas e evitando o desgaste das partes móveis;

- Protegem as superfícies metálicas contra a corrosão;

- São resistentes à formação de espuma e à absorção do ar, separando-se facilmente da água;

- Possuem boas características de fluidez em baixas temperaturas;

- Possuem boa estabilidade química em altas temperaturas, trabalhando por longos períodos no sistema,

sem deterioração ou formação de borras e depósitos prejudiciais;

- São de baixo custo relativo.

Além disso, aos óleos minerais devem ser adicionados aditivos químicos que permitem adaptá-los

para utilização em condições especiais de serviço, assegurando um melhor desempenho ao sistema

hidráulico. Alguns tipos de óleos hidráulicos minerais são:

- Óleos não Aditivados: devido a seu menor custo, são normalmente usados em sistemas onde existem

grandes perdas de óleo, em serviços a baixas pressões e onde não exista severidade ou responsabilidade na

operação.

Suas características indesejáveis são um maior índice de desgaste em comparação com os óleos

aditivados e uma maior oxidação quando sujeitos às altas temperaturas. A qualidade destes óleos pode variar

conforme o tipo de óleo básico utilizado e o processo de refinação e tratamento utilizados.

- Óleos aditivados: são os tipos de fluidos hidráulicos mais utilizados. Apresentam um custo maior que os

óleos não aditivados, pois são produzidos a partir de óleos básicos selecionados e altamente refinados,

além de possuírem aditivos anti-oxidante, anti-espumante, anti-desgaste e demulsificante. Em alguns tipos,

utilizam-se aditivos abaixadores de pontos de fluidez, melhorador do índice de viscosidade,

detergente/dispersante, atigotejante, etc.

A qualidade e performance desses óleos podem variar conforme o óleo básico, os tipos e a

quantidade dos aditivos utilizados.

- Óleos Tipo Automotivo: este tipo de óleo é normalmente usado em equipamento tipo Móbile (tratores,

caminhões, etc.) onde, por conveniência e condições operacionais, utiliza-se o mesmo tipo de óleo

lubrificante do motor ou da transmissão, na viscosidade adequada.

Também são utilizados como fluido hidráulico industrial, como alternativa, na falta do óleo industrial

regular.

Os óleos da linha automotiva tem um alto poder lubrificante em comparação com outros fluidos,

possuindo ótimas características anti-espumante, anti-oxidante e, anti-desgaste, além de um alto índice de

viscosidade e grande estabilidade, tanto em baixas como em altas temperaturas. São também indicados em

equipamentos que operam em regime de sobrecarga e altas pressões. A principal desvantagem destes tipos

de óleo é a sua baixa demulsibilidade e a separação dos aditivos provocada pela contaminação com a água.

Precauções especiais devem ser tomadas contra a mistura de óleos automotivos do tipo detergente

com óleos hidráulicos industriais aditivados, devido a provável separação dos aditivos. Nos casos de

necessidade de óleos automotivos como emergência nos sistemas que não o utilizam normalmente,

recomenda-se antes da troca, o esgotamento completo do óleo anterior e uma lavagem com óleo mineral

puro ou com próprio óleo automotivo.

Fluidos sintéticos:

Os fluidos sintéticos, normalmente à base de ésteres de fosfato, ésteres complexos, aromáticos de

alto peso molecular, cloridratos de hidrocarbonos, etc., possuem estruturas químicas que oferecem

resistência à propagação do fogo. Possuem boas propriedades de lubrificação, sendo comparáveis aos

óleos minerais quanto às características de desempenho hidráulico.

Podem ser obtidos em várias viscosidades, possuindo um índice de viscosidade inferior aos óleos

minerias, o que é corrigido com o aditivo melhorador de I.V. Com o tempo de uso, estes fluidos apresentam

um decréscimo considerável da sua viscosidade, pela quebra por cisalhamento das moléculas; utilizam

aditivos que diminuem, porém não eliminam o problema.

Os fluidos sintéticos tem um coeficiente volumétrico mais elevado que os outros fluidos, sendo mais

resistentes quanto aos efeitos da compressibilidade em altas pressões. Geralmente não são corrosivos, mas

sob certas condições atacam o alumínio e suas ligas; não protegem contra a oxidação as superfícies de

metais ferrosos tanto quanto os óleos minerais.

São indicados para sistemas que operam altas temperaturas, podendo trabalhar até 150ºC sem

degradação. Possuem grande vida útil, com baixo custo de manutenção. Os principais inconvenientes dos

fluidos sintéticos são o seu elevado custo de aquisição e a sua incompatibilidade com a maioria dos tipos de

alastômeros utilizados em vedações e juntas, pinturas e materiais isolantes do sistema elétrico. Os fluidos

sintéticos de ésteres e cloridratos de hidrocarbono requerem elementos especiais de vedação, tais como a

“Viton A”, etilenopropileno ou silicones. As pinturas dos equipamentos devem ser à base de epóxi ou

poliuretano, sendo esta última de aplicação limitada; as pinturas convencionais dissolvem-se facilmente em

contato com estes fluidos.

Os fluidos sintéticos são empregados principalmente em sistemas hidráulicos de aviação, onde o

custo adicional do produto é secundário frente à resistência ao fogo no caso de vazamentos ou avarias do

sistema. Normalmente são indicados para sistemas hidráulicos que trabalham em condições severas ou de

grande precisão, pois o custo elevado do fluido requer um sistema absolutamente livre de vazamentos em

condições normais de funcionamento.

4.3. Seleção de Fluidos Hidráulicos

A seleção correta de um fluido hidráulico para um determinado sistema deve-se basear no

conhecimento prévio do tipo da bomba, nas condições de funcionamento, características operacionais e de

projeto e aplicações do sistema.

Normalmente, os fabricantes dos sistemas hidráulicos já determinam em projeto o tipo e as

características que o fluido deverá possuir para fazer o sistema funcionar em condições ideais. Na prática,

devido às condições ambientais, operacionais e de manutenção, torna-se necessário adequar o fluido para se

obter um melhor rendimento.

As características dos fluidos têm um importante efeito sobre a seleção do fluido adequado, sendo

que cada característica particular de um determinado fluido pode alterar ou influenciar as condições de

projeto, operação, manutenção e rendimento global dos sistemas. Os principais requisitos que um fluido

hidráulico deve possuir foram citados anteriormente (seção 4.1).

.4.4 Considerações importantes sobre fluidos hidráulicos

Uma avaliação realizada por um fabricante de elementos para sistemas hidráulicos mostra que 70%

dos problemas operacionais dos sistemas hidráulicos afetam a vida útil dos elementos. Podem-se citar:

Tipo e condições do fluido hidráulico (viscosidade, grau de pureza, etc.).

Temperatura de operação do sistema.

Condições dos selos (vedações, gaxetas, anéis raspadores).

Carga do sistema.

Aeração e cavitação.

A seleção do tipo adequado de fluido hidráulico deve-se basear-se, em primeiro plano, nas

recomendações do fabricante de elementos hidráulicos. Os períodos de troca podem ser estabelecidos com

mais precisão através de uma análise laboratorial periódica, que pode constatar desde o grau de pureza até a

verificação da necessidade de correção dos aditivos (anti-espumante, antioxidante, anti-corrosivo,etc.),

evitando uma troca prematura de fluido.

V - TECNOLOGIA DE FILTRAÇÃO

Como vimos anteriormente, 70% dos problemas com sistemas hidráulicos surgem por condição inadequada

do fluido hidráulico, e um dos principais causadores é o grau de contaminação de partículas no fluido.

5.1 Fontes de contaminação

A figura 5.1 mostra as possíveis fontes de contaminação de equipamentos hidráulicos.

5.2 Nível da contaminação do fluido hidráulico

O gráfico a seguir (figura 5.2) mostra de uma forma geral o grau de contaminação de um fluido novo,

o nível de contaminação em operação deste ao longo do tempo e ainda o nível de contaminação ideal para

trabalho.

Podemos perceber que o nível de contaminante num fluido novo está acima do nível de

contaminação ideal para trabalho. Com isso, comprovamos a necessidade de filtrar um fluido novo antes de

colocá-lo no sistema hidráulico.

Outra observação importante e que o nível de contaminação aumenta durante as primeiras horas de

trabalho e depois diminui; isto acontece se for correta a escolha do grau de filtragem e a troca antes da

saturação dos elementos filtrantes.

5.3 Tipos de filtro

Os filtros para sistema hidráulicos são classificados de acordo com sua localização no circuito, e

classificados em:

- Filtro de sucção;

- Filtro de retorno;

- Filtro de pressão;

- Filtro de ar (respiro);

5.3.1 Filtro de Sucção

É instalado na linha de sucção. Portanto, sua principal função é proteger a bomba contra partículas

grossas. Geralmente o grau de filtragem está acima de 100 μm para evitar problemas de cavitação na sucção

da bomba.

5.3.2 Filtro de retorno

Este filtro é responsável pela filtragem do óleo que volta ao reservatório. É utilizado na maioria dos

circuitos hidráulicos, pois possui um grande poder de filtragem (3 ate 100 μm) e é de fácil manutenção.

A maioria destes apresenta uma válvula “by-pass” (figura 5.6), que abre uma passagem livre para o

fluido no caso de entupimento do elemento filtrante e ainda, pode ser adaptado com um indicador de

contaminante.

5.3.3 Filtro de pressão

Utilizado quando se necessita uma filtragem mais apurada antes de um componente hidráulico (para

a proteção do componente).

5.3.4 Filtro de ar (respiro)

Montado no reservatório, serve para a entrada/saída de ar causada pela variação de volume de óleo

durante a operação, por isso, é chamado de filtro de respiro (figura 5.8).

Grande parte da contaminação do sistema vem do ar atmosférico que entra e sai no reservatório, por

isso, é de extrema importância a instalação e manutenção periódica deste tipo de filtro.

5.4 Considerações finais sobre filtro

5.4.1 Escolha do grau de filtração

De acordo com os elementos que irão compor o sistema hidráulico, iremos escolher o grau de

filtração absoluta recomendada para cada componente.

5.4.3 A hora da troca

Em um sistema hidráulico novo, o nível de contaminação inicial (que surgem da montagem, da

usinagem dos elementos hidráulicos, etc.) é bastante elevado. Por isso é indicado a troca dos elementos

filtrantes após as 50 horas de trabalho iniciais. Em seguida apos 500 horas e depois a cada 1000 horas para

serviços leves e a cada 500 horas ou 90 dias para serviços pesados.

Porém, para determinar de forma mais precisa a hora da troca dos elementos filtrantes é importante

que os filtros hidráulicos sejam adaptados com indicadores de contaminação, (figura 5.9) óticos e

elétricos. Estes elementos captam a alteração de pressão provocada pelo aumento da contaminação do

elemento filtrante.

Vedações em sistemas hidráulicos

Vedações hidráulicas, ou selos mecânicos, são componentes em forma de anel concebidos com

intuito de impedir ou limitar o vazamento do fluido de um dispositivo em um sistema pneumático ou

hidráulico; além disso, esses componentes ajudam a manter os líquidos sob pressão constante no interior do

cilindro e livre de contaminantes do ar e no interior dos cilindros.

A maioria dos selos de vedação ou vedantes são feitos de elastômeros macios, flexíveis e que

possuem habilidades à prova de água. As vedações de borracha e vedações de Teflon são os mais

amplamente utilizados devido suas características de durabilidade e resistência a produtos químicos, óleo,

à umidade e a altas temperaturas.

Dispositivos que utilizam selos incluem bombas hidráulicas, prensas e misturadores, equipamentos

de freio, válvulas, transportadores e equipamentos de ensaio. O dispositivo mais comum para se encontrar

estes selos, no entanto, é um cilindro hidráulico. Ele usa água ou óleo como fluido hidráulico pressurizado

a fim de produzir energia para máquinas que têm vários elementos móveis operando ao mesmo tempo. Os

selos ficam localizados no pistão, no cabeçote ou no eixo da haste. Eles são usados para evitar que o líquido

flua através do pistão e também fornecem um grau de lubrificação e diminuição de contato e atritos entre

partes de metal. Os anéis de vedação são outro tipo de dispositivo de selagem, sendo aproveitados para

impedir a entrada de contaminantes no cilindro quando a haste estendida se retrai para trás.

RESERVATÓRIOS

6.1 Funções

- Armazenamento de óleo;

- Resfriamento do fluido;

- Precipitação das impurezas;

- Circulação interna de ar.

6.2 Construção do Reservatório

6.2.1 O volume de armazenamento do reservatório é igual ou maior a três vezes a vazão da bomba que

alimenta o sistema;

6.2.2 O filtro de sucção deve estar mergulhado no óleo a uma altura mínima de 76 mm, e ainda a um

distância de 50 mm do fundo;

6.2.3 O fundo do reservatório deve estar a uma distância mínima de 150 mm do chão, ter um formato em

“V” para facilitar o depósito de impurezas, e ainda possuir um dreno para retirada do fluido;

6.2.4 O interior do reservatório deve ser pintado com tinta especial (compatível com o fluido) para evitar

oxidação;

6.2.5 Possuir tampas de inspeção e limpeza;

6.2.6 Todos os dutos que entram e saem do reservatório devem possuir vedação;

6.2.7 Possuir um indicador de nível e dependendo da necessidade, um indicador de temperatura;

6.2.8 O duto de sucção deve estar a uma altura mínima de 50 mm do fundo e o de retorno a 75 mm;

6.2.9 Há necessidade também de um bocal de enchimento, coberto por uma tampa que é um respiro de ar

com filtro interno;

TROCADORES DE CALOR

Existem aplicações em sistemas hidráulicos onde a temperatura de trabalho do fluido poderá ser

muito elevada ou muito baixa. Assim, ocorrerá uma mudança de viscosidade do fluido, que poderá

compreender todo o controle. Faz-se necessário então, a utilização de trocadores de calor, cuja função é

aquecer ou resfriar o fluido e assim conseguir uma faixa de viscosidade adequada.

Simbologia:

1. ATUADORES HIDRÁULICOS

São considerados como atuadores hidráulicos os elementos que transformam a energia de pressão e de vazão

do fluido em movimento, representando, portanto, o elo entre o circuito hidráulico e a máquina que executa

o trabalho.

Podem ser encontrados:

- Atuadores hidráulicos lineares.

- Atuadores hidráulicos rotativos.

1.1 Atuadores hidráulicos lineares

Popularmente conhecidos como cilindros hidráulicos, são responsáveis por executar movimentos lineares,

como elevação, descida, travamento e deslocamento de cargas.

Geralmente, encontramos os cilindros padronizados com diâmetros nominais de: 25 – 32 – 40 – 50 – 63 – 80

– 100 – 125 – 150 – 180 – 200 mm.

1.1.1 Formas construtivas

1.1.1.1 Cilindros de simples ação

Observa-se que um cilindro de simples ação somente dispõe de energia hidráulica para o avanço ou para o

retorno, decorrente da pressão existente no suprimento da válvula direcional, e da capacidade de vazão da

fonte de ar comprimido. Para a ação no sentido contrário, dispõe-se somente da força de compressão da

mola ou pela própria carga.

A figura abaixo apresenta a forma mais comum de cilindros de simples ação, com o corpo construído em

alumínio e o êmbolo em aço.

Cilindro de simples ação

Deste modo, os cilindros de simples ação são bastante empregados para a fixação e expulsão de peças,

elevação de cargas, movimentação de peças e etc, onde pouquíssimo ou nenhum esforço é requerido no

movimento contrário.

O princípio mais comum para a atuação hidráulica e pneumática constitui-se de um cilindro de simples ação

com retorno por mola, comandado por uma válvula de controle direcional de três vias e duas posições (3/2)

acionada mecanicamente e também com retorno por mola.

As válvulas com retorno por mola têm como vantagem não necessitar de um novo sinal para mudar de

posição, bastando eliminar o sinal de acionamento existente. A figura abaixo apresenta opções de diagramas

de circuitos em diferentes configurações do cilindro e válvula.

Cilindros de simples ação comandado por válvula direcional 3/2 com retorno por mola.

Uma típica aplicação de cilindro de simples ação é mostrada na figura abaixo, onde é executado esforço

somente no avanço do cilindro que expulsa o frasco que estiver sem tampa.

Exemplo de aplicação de cilindro de simples ação.

O número de vias mencionado acima corresponde ao número de conexões principais em uma válvula nas

quais são conectadas as tubulações hidráulicas (ou pneumáticas). Por sua vez, o número de posições

corresponde à quantidade de posições específicas que o elemento móvel é capaz de assumir.

Como exemplo construtivo para a válvula empregada nos circuitos tem-se a válvula direcional 3/2 tipo

carretel deslizante (normalmente fechada), conforme mostra a figura abaixo.

Válvula direcional 3/2 com acionamento mecânico e retorno por mola.

1.1.1.2 Cilindros de dupla ação

Para haver um efetivo controle de avanço e retorno de um cilindro, as duas portas precisam ser conectadas à

linha de pressão de escape em diferentes momentos. Para tal, comumente emprega-se um cilindro de dupla

ação, onde o movimento é realizado através da entrada de fluido em qualquer uma das tomadas, a uma

determinada vazão e pressão.

Um exemplo de acionamento de um cilindro de dupla ação é conectá-lo a uma válvula de direcional de

quatro vias e duas posições (4/2) ou cinco vias e duas posições (5/2). A forma de acionamento da válvula é

bastante variada, como vista na figura abaixo de 3/2 vias sendo a) com retorno por mola e b) com duplo

solenóide. Funcionalmente as válvulas de quatro ou cinco vias são iguais, sendo a última configuração

efetivamente necessária quando se deseja regular a velocidade do cilindro através de válvulas reguladoras de

vazão instaladas na porta de retorno.

Cilindro de dupla ação comandado por: a) Válvula direcional 4/2 com acionamento por alavanca e retorno

por mola e; b) Válvula direcional 5/2 com duplo solenóide.

A figura abaixo ilustra uma aplicação própria de cilindros de duplo efeito onde há esforços em ambos os

sentidos.

Aplicações de cilindros de dupla ação

1.2 Atuadores hidráulicos rotativos

São os atuadores capazes de transformar a energia hidráulica de pressão e vazão em movimentos rotativos.

Podem ser separados em duas categorias:

- Osciladores hidráulicos (movimento de giro limitado)

- Motores hidráulicos (movimento de giro ilimitado)

1.2.1 Osciladores hidráulicos

A energia mecânica fornecida por um oscilador se traduz sob a forma de torque em um giro de determinado

número de graus, caracterizando um giro limitado.

Entre os tipos construtivos existentes, os mais utilizados são os osciladores de palheta e os osciladores de

pinhão-cremalheira, e são utilizados para virar peças, curvar tubos, acionar válvulas e etc.

Oscilador de palheta Oscilador de pinhão-cremalheira

O cilindro rotativo do tipo pinhão-cremalheira possui haste de êmbolo com perfil dentado (cremalheira), a

qual aciona uma engrenagem, transformando o movimento linear em um movimento rotativo à esquerda ou

à direita, sempre segundo a direção do curso. Já para o oscilador de palheta, a pressão do fluido aciona o

giro da palheta, que por sua vez, inicia o giro do eixo, que movimenta-se até 300º.

1.2.2 Motores Hidráulicos

São os atuadores capazes de transformar a energia hidráulica em movimentos rotativos de giro ilimitado.

A utilização de motores hidráulicos veio suprir algumas deficiências dos motores elétricos que não

respondem bem a certas aplicações, principalmente quando se têm paradas e partidas constantes com carga

ou ainda necessidade de reversão rápida no sentido de rotação.

Características dos motores hidráulicos gerais:

- Relação peso/potência reduzida em relação aos motores elétricos;

- Bom rendimento: entre 70 e 92% ;

- Trabalho em condições adversas (ambientes com gases inflamáveis, corrosivos, e etc);

- Controle de velocidade facilitado (rotações entre 0,5 e 10.000 rpm);

- Reversibilidade instantânea.

1.2.2.1 Formas construtivas

- Motor de engrenagem:

Pressão máxima de trabalho: até 300 bar

Faixa de rotação: 500 até 10.000 rpm

Motor de engrenagens

- Motor de palhetas;

Pressão máxima de trabalho: até 175 bar

Faixa de rotação: 100 até 3600 rpm.

Motor de palhetas

- Motor de Pistões radiais com eixo excêntrico;

Pressão máxima de trabalho: até 500 bar

Faixa de rotação: 0,5 até 2000 rpm.

Motor de pistões radiais com eixo excêntrico

- Motor de Pistõs radiais de curso múltiplo;

Pressão máxima de trabalho: até 450 bar

Faixa de rotação: 1 até 300 rpm.

Motor de pistões radiais de curso múltiplo

2 Acumuladores hidráulicos

São dispositivos auxiliares que armazenam energia para desempenhar funções suplementares aos

equipamentos e sistemas automatizados quando necessário. A energia acumulada em forma de pressão

(energia potencial) é retornada ao sistema para atender as seguintes aplicações:

• Manter estável o nível de pressao do sistema

• Servir de fonte de suprimento emergencial

• Absorver choques provocados por equipamentos do sistema.

Mantém a pressão em uma parte do sistema enquanto a bomba estiver suprindo o fluxo pressurizado na

outra parte.

Mantém a pressão do sistema, compensando a perda de pressão ocorrida por vazamento ou aumento de

pressão causada pela expansão térmica.

Quando a demanda do sistema é maior do que a bomba pode suprir, a energia potencial acumulada no

acumulador pode ser usada para prover o fluxo.

Existem três formas construtivas, conforme segue abaixo a explicação.

Simbologia usada para acumuladores

2.1 Acumulador de peso

O armazenamento de energia se dá por meio de elevação de um peso, caracterizando uma resposta de

pressão e vazão constantes durante todo o curso do pistão.

Os pesos utilizados nos acumuladores podem ser feitos de ferro, concreto, ou mesmo água (acondicionada);

são, geralmente, muito grandes, devem ser montados na vertical e podem atender a muitas maquinas ao

mesmo tempo.

Esquema de um acumulador de peso

2.2 Acumuladores de mola

O armazenamento de energia se dá por meio da compressão de uma mola, porém há uma queda de pressão

com a redução do volume de fluido em contato com o cilindro. Eles são menores e podem ser montados em

qualquer posição.

Obs.: em alguns acumuladores deste tipo, a pressao da mola pode ser ajustada por meio de um parafuso de

regulagem.

Esquema de um acumulador de mola

Acumuladores de peso e mola, somente são utilizados para aplicações especiais, não sendo muito

difundidos. Na maioria das instalações hidráulicas, são utilizados acumuladores hidropneumáticos.

2.3 Acumulador hidropneumático

O armazenamento de energia se dá por meio da compressão do gás (nitrogênio) que é isolado do fluido

hidráulico por meio de um elemento separador.

Funções dos acumuladores hidropneumáticos

- Armazenamento de energia;

- Operação de emergência;

- Reserva de fluido;

- Compensação de força;

- Atenuação de golpes mecânicos;

- Compensação de perdas;

- Atenuação de pulsações;

- Suspensão de veículos;

- Recuperação de energia de frenagem;

- Manter a pressão constante.

Tipos construtivos dos acumuladores hidropneumáticos

São classificados de acordo com o tipo de elemento separador em:

- Acumulador de bexiga;

- Acumulador de membrana;

- Acumulador de pistão.

2.3.1 Acumulador de bexiga

Composto de um reservatório soldado ou forjado (1), da bexiga acumuladora (2), como também das

conexões para a entrada de gás (3) e para entrada de óleo (4). A separação entre preenchimento de gás e

líquido ocorre por meio da bexiga (2).

Acumulador de bexiga

2.3.2 Acumulador de membrana

Composto de um reservatório roscado ou soldado, onde é alojado a membrana, preenchida com gás através

da conexão. O fluido hidráulico tem entrada no acumulador por meio da conexão sendo que a válvula

impede a extrusão da membrana elástica no esvaziamento do fluido hidráulico.

Acumulador de membrana

2.3.3 Acumulador de pistão

Composto de um tubo cilíndrico (1), de um pistão (êmbolo) (2) dotado de um sistema de vedação que separa

o gás e o líquido; da tampa (3) que serve de batente superior para o pistão, e da tampa (4) que aloja o batente

(5) por onde entra o fluido hidráulico; a válvula (6) serve para o preenchimento de gás.

Acumulador de pistão

Circuitos hidráulicos (e pneumáticos)

Quando unimos várias válvulas e pistões por meio de tubulações, a fim de realizar determinada tarefa,

damos ao conjunto o nome de circuito – circuito pneumático ou circuito hidráulico, conforme o caso.

O desenho do circuito é chamado diagrama ou esquema. É um desenho simplificado, feito com a utilização

de símbolos, onde cada componente do circuito é representado por um símbolo. Examinando o diagrama, é

possível compreender como funciona um circuito.

Um dos símbolos mais importantes é aquele usado para representar válvulas. Uma válvula pode assumir

várias posições, dependendo do estado em que se encontra: não acionada, acionada para a direita,

acionada para a esquerda etc.Assim, precisamos de símbolos capazes de representar esses vários estados

da válvula. Vamos estudar esses símbolos:

1- Cada posição ou estado da válvula é representado por um quadrado.

2- No interior do quadrado, representam-se as passagens que estão abertas, permitindo o fluxo de fluido, e

as que estão fechadas.

Na figura está representado um orifício da válvula fechado: é o orifício R (de Retorno de ar comprimido)

fechado.

Quando um orifício da válvula se comunica com outro, permitindo a passagem de fluido, essa passagem é

representada por uma seta. Essa passagem denomina-se via.

O orifício P (de Pressão, entrada de ar comprimido) comunica-se com o orifício C (que será ligado a um

Cilindro pneumático), permitindo, devido à diferença de pressão, que o ar escoe de P para C.

3- Além disso, é preciso representar como a válvula chegou a esse estado, ou seja, se foi acionada e como

foi acionada. Os vários tipos de acionamento são representados pelos símbolos abaixo.

Assim, se fôssemos traduzir o símbolo abaixo, escreveríamos dessa forma:

quando a válvula for acionada, o orifício P se comunicará com o orifício C, permitindo a passagem de ar de

P para C, e o orifício R será fechado.

Quando a válvula não está acionada, ela se encontra em outra posição. Vamos então considerar uma válvula

de duas posições. Enquanto ela não for acionada, seu carretel é mantido numa posição por meio de uma

mola. Esta nova posição é representada pelo símbolo mostrado abaixo, em que o orifício P está fechado e o

orifício C se comunica com o orifício R.

O símbolo de uma válvula deve representá-la em suas várias posições possíveis. Assim, temos a

representação abaixo, bem como sua descrição.

A válvula representada é classificada como de três vias ( P, C e R) e duas posições (acionada ou não).

Outros símbolos podem ser usados nos diagramas pneumáticos e hidráulicos, conforme segue abaixo de

maneira simplificada (o anexo I contém mais símbolos e suas descrições normatizadas).

Vamos treinar?

Caso de automação nº 1

Ao acionar uma válvula de acionamento por alavanca, o êmbolo de um cilindro de simples ação avança. Ao

ser desacionada, este êmbolo recua (acionamento direto). Realizar o circuito pneumático.

Caso de automação nº 2

Uma esteira é usada para transportar caixas de papelão. Num determinado local sobre a esteira, existe um

pistão pneumático montado verticalmente. Na extremidade do pistão há um carimbo. Cada caixa deve parar

debaixo do pistão, ser carimbada e, logo depois, seguir viagem pela esteira, conforme o esquema.

Assim, podemos dividir a operação do sistema em 4 fases:

1. ligar a esteira e levar a caixa até a posição (sob o pistão);

2. desligar a esteira;

3. descer o pistão;

4. subir o pistão.

Concluída a fase 4, voltamos à fase 1, repetindo o ciclo.

Uma máquina automática possui atuadores e sensores. Os atuadores são os componentes da máquina

responsáveis pelo trabalho mecânico. Podemos dizer que os atuadores são os “braços” da máquina. Por

outro lado, os sensores são os componentes que indicam em que situação a máquina se encontra num

determinado momento. Podemos dizer que os sensores são os “olhos” da máquina.

No nosso sistema, temos dois atuadores: o pistão pneumático que carimba as caixas de papelão e o motor

elétrico que faz a esteira se movimentar.

Como sensores, vamos usar três chaves fim-de-curso. Cada chave (CH1, CH2 ou CH3) indica a seguinte

situação:

CH1: caixa embaixo do pistão;

CH2: pistão na posição superior;

CH3: pistão na posição inferior.

Uma chave fim-de-curso é um interruptor elétrico, como aquele que você usa em sua casa para acender ou

apagar a luz. Só que ele é acionado não pelo dedo, mas por meio de uma peça qualquer da máquina que

entra em contato com a haste de acionamento da chave fim-de-curso. Uma chave fim-de-curso pode estar na

posição aberta (impede a passagem de corrente elétrica) ou fechada (permite a passagem de corrente

elétrica). Verificando essa posição, é possível saber o que ocorre na máquina que estamos automatizando.

Assim saberemos se a caixa está na posição correta, se o pistão está na posição superior e assim por diante.

Dependendo do estado da máquina, teremos de ligar ou desligar a esteira, subir ou descer o pistão

pneumático etc. Quem vai tomar essas decisões é o controlador.

O controlador geralmente é um circuito elétrico ou eletrônico construído segundo uma determinada lógica

de funcionamento. É no controlador que são ligados os fios das chaves fim-de-curso. Além disso, ele

também é capaz de enviar sinais elétricos para as válvulas solenóide e para os motores elétricos. Podemos

dizer, de maneira simples, que no controlador está a “inteligência” da máquina.

No entanto, não vamos nos preocupar agora com o controlador, uma vez que nosso objetivo principal é

estudar o circuito pneumático. Assim, vamos analisar como o sistema funciona, examinando o circuito.

Quando a caixa que está sendo transportada encontra a chave CH1, o motor da esteira é desligado e a caixa

pára sob o pistão.

Em seguida, o solenóide S1 é acionado. A válvula passa para a posição da esquerda. O ar comprimido flui

de P para C2 e chega à câmara superior do cilindro. Ao mesmo tempo, o orifício C1 comunica-se com o R e

o ar da câmara inferior do cilindro escoa para a atmosfera. O pistão desce desacionando a chave fim-de-

curso CH2.

O pistão continua descendo até atingir sua posição inferior, quando, então, a chave CH3 é acionada e a caixa

é carimbada. O pistão pode permanecer um determinado tempo (definido pelo controlador) nesta posição.

O solenóide S1 é desacionado e se aciona então o solenóide S2. A válvula passa para a posição da direita. O

ar comprimido flui de P para C1 e chega à câmara inferior do cilindro. Ao mesmo tempo, a via C2

comunica-se com R e o ar da câmara superior do cilindro escoa para a atmosfera. O pistão sobe.

Quando se chega à posição superior e se aciona a chave CH2, o motor da esteira é novamente ligado, até que

uma nova caixa seja posicionada sob o pistão, repetindo o ciclo.

Caso de automação nº 3

Ao acionar uma válvula de acionamento por botão (V1), o êmbolo de um cilindro de dupla ação avança. Ao

soltar o botão, a haste retorna sem auxílio de fim de curso. Realizar o circuito pneumático com acionamento

indireto.

VIII - VÁLVULAS

Válvulas hidráulicas são suprimentos industriais que controlam e monitoram o fluxo e sua pressão

dentro de um sistema.

Basicamente, as válvulas hidráulicas possuem duas fases: a de abertura e de fechamento. Quando fechado,

o fluido não pode passar por tubulações, mas quando a válvula está aberta, o fluxo flui sem problemas.

Válvulas hidráulicas são usadas dentro de um sistema de controle de fluido, como uma maneira simples de

regular os níveis de pressão e fluidos dentro dos compartimentos. São usadas com ferramentas hidráulicas e

máquinas como as retroescavadeiras; predominantemente utilizados em equipamentos e ferramentas, as

válvulas hidráulicas são encontradas em aplicações industriais, de produção ou de construção e também nas

indústrias automobilística, militar, de processamento de alimentos, no controle de processos, no controle de

gás ou ar, em sistemas de refrigeração, em indústrias de produtos químicos e em laboratório ou indústrias

farmacêuticas.

As válvulas hidráulicas contam com diferentes modelos, características, funcionamento e utilidade.

As vávulas são classificadas segundo suas funções em quatro grupos:

1- Válvulas de controle de pressão

2- Válvulas de controle direcionais

3- Válvulas de bloqueio

4- Válvulas de controle de fluxo

VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESSÃO

As válvulas reguladoras de pressão têm por função básica, porém muito importante, limitar e determinar a

pressão do sistema hidráulico.

Destacam-se como as principais:

válvula limitadora (alívio)

válvula de descarga

válvula de contrabalanço

válvula de sequência

válvula redutora de pressão

8.1 Válvula Limitadora de Pressão

Sua instalação em circuitos hidráulicos é imprescindível, pois é o elemento que irá determinar a pressão

máxima do sistema bem como servir de segurança, aliviando a potência em excesso. Algumas formas

construtivas:

8.1.1 Válvula limitadora de pressão diretamente operada (um estágio)

A pressao de trabalho age na área “A” de assento do elemento de vedação, mantido pressionado a sede pela

força da mola, encontrando-se fechada. (Figura 8.1)

A válvula irá se abrir no momento em que a pressão de trabalho exercida na área “A” do assento do

elemento de vedação for maior que a força da mola.

Limitações: Como a mola é projetada em função da pressão exercida na área de assento (A), esta válvula

não é utilizada para pressões e vazões elevadas, pois desta forma a mola teria de ser muito robusta.

8.5 Válvula redutora de pressão

Existem situações em que é preciso reduzir a pressão em um determinado ponto do circuito hidráulico; por

exemplo, todo um sistema trabalha com uma pressão máxima de 100 bar, mas, para o avanço de um atuador

linear (cilindro) e necessário uma pressão de 75 bar. Necessita-se, portanto, reduzir a pressão de 100 bar

para 75 bar, e para isto, usa-se uma válvula redutora de pressão, como mostra o circuito da figura 8.11.

IX - VÁLVULAS DIRECIONAIS

As válvulas direcionais têm como função controlar a direção e o sentido que um fluido deve seguir em

sistemas hidráulicos, a fim de realizar um trabalho proposto. Podemos assim, fazer, por exemplo, um

cilindro avançar, recuar ou parar em curso intermediário.

9.1 Classificação

Estas válvulas variam consideravelmente tanto em construção como em operação, sendo classificadas de

acordo com suas características principais.

9.1.1 Tipo de elemento interno

Esfera, cone, prato, êmbolo deslizante;

9.1.2 Métodos de operação

Alavancas mecânicas, solenóides, piloto hidráulico e muitas vezes combinados.

9.1.3 Número de vias de fluxo e de posições de comando

9.1.4 Tamanho

Bitola nominal de conexões da válvula ou de sua placa, ou então, sua capacidade de vazão em litros por

minuto.

Em esquemas pneumáticos/hidráulicos, usam-se símbolos gráficos para a descrição de válvulas. Estes

símbolos não caracterizam os diferentes tipos de construção, mas somente a função das válvulas. Sedo

assim, eles caracterizam: número de posições, número de vias, posição de repouso, tipo de acionamento e

tipo de retorno (para a posição de descanso).

Posição de repouso

É aquela em que a válvula se encontra quando não está acionada. Neste caso para as válvulas de

posições, a posição de repouso é aquela situada a direita da válvula e para a de 3 posições a posição de

repouso será a posição central.

9.2 Tipos construtivos de válvulas direcionais

As válvulas direcionais corrediças são aquelas em cuja carcaça está alojado um carretel deslizante, que

através de seu deslocamento, direciona ou bloqueia o fluido. Apresentam uma multiplicidade de funções de

comando (ver símbolos abaixo) por apresentar diversas opções de carretel, tornando este tipo o mais

utilizado.

As válvulas de assento são isentas de vazamento, assim não necessitam de válvulas de retenção adicionais,

podendo ser utilizadas para circuitos de alta pressão (aproximadamente 630 bar) e baixa vazão (ate 36

L/min), apresentam alta durabilidade e pequena perda de carga.

XI -VÁLVULAS DE VAZÃO

Válvulas de vazão influem na velocidade de movimento dos cilindros através de alteração na seção de

passagem de fluido no ponto de estrangulamento (aumento e diminuição), causando assim uma redução de

pressão. A diferença entre a pressão de entrada e a pressão de saída é chamada de Diferencial de pressão

(ΔP), e influencia sumariamente no controle da vazão do fluido, pois quanto maior for o ΔP, maior será a

vazão para um mesmo estrangulamento.

Outro fator que influencia no controle de vazão é a viscosidade: o fluxo é inversamente proporcional a

viscosidade do fluido, isto é, quanto menos viscoso for o fluido maior será a vazão para um mesmo orifíco e

um mesmo diferencial de pressao. Sabemos que a variação de temperatura influi na mudança de viscosidade

de um fluido, assim, variando a temperatura podemos variar a vazão.

Tipos construtivos de válvulas de vazão

11.1.1 Válvulas redutoras de vazão

Pode ser comparada a uma torneira comum, que faz a regulagem da vazão restringindo ou aumentando a

passagem de fluido pelo seu interior.

11.1.2 Válvulas reguladoras de vazão (com compensação de pressão)

Em serviços em que a velocidade do atuador, por exemplo, deve ser rigorosamente controlada, deve-se

utilizar este tipo de válvula, que mantém constante o diferencial de pressao (ΔP) devido ao compensador de

pressão embutido.

11.2 Métodos de controle Pode-se controlar a vazão de entrada ou de saída do fluido no atuador, onde uma parte do fluido passa pela

válvula de vazão ao atuador e o excesso é escoado por uma válvula limitadora de pressão.

X -VÁLVULAS DE RETENÇÃO

XIV ACESSÓRIOS

14.1 Manômetro

Elemento indicador da sobre pressão de operação em relação a pressao atmosférica.

Para o amortecimento do ponteiro indicador em situações onde ocorrem grandes cargas dinâmicas, picos de

pressão, vibrações e pulsações, os manômetros são preenchidos com glicerina.