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Profº Engº Francisco Alves de Lima Júnior
ATUADORES E
ACUMULADORES
HIDRÁULICOS
Profº Engº Francisco Alves de Lima Júnior
SUMÁRIO
Conceitos sobre atuadores hidráulicos
Tipos de atuadores hidráulicos
Simbologia dos atuadores hidráulicos
Funcionamento dos atuadores hidráulicos
Aplicações dos atuadores hidráulicos
Forças nos atuadores hidráulicos
Flambagem da haste
Falhas nos cilindros
Manutenções
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GENERALIDADES
Basicamente, os atuadores hidráulicos são os conversores da energia hidráulica em
trabalho linear, sendo sua função básica de transformar força, potência ou energia
hidráulica em força, potência ou energia mecânica.
Os atuadores hidráulicos podem ser divididos basicamente em dois tipos: lineares e
rotativos.
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GENERALIDADES
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CONCEITOS
Curso do Cilindro: A distância através da qual a energia de trabalho é aplicada
determina quanto trabalho será realizado.
Quando se multiplica uma força, hidraulicamente tem-se a impressão de que se está
recebendo alguma coisa de graça.
Parece que uma pequena força pode gerar uma força grande sob as circunstâncias certas,
e que nada foi sacrificado.
Isto é relativamente válido em um sistema estático. Mas, se a força deve ser multiplicada
e deslocada ao mesmo tempo, alguma coisa deve ser sacrificada - a distância.
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CONCEITOS
Volume do Cilindro: Cada cilindro tem um volume (deslocamento), que é calculado
multiplicando-se o curso do pistão, em cm, pela área do pistão. O resultado dará o
volume em cm3.
Guarnições: Para uma operação apropriada, uma vedação positiva deve existir em toda
a extensão do pistão do cilindro, tanto quanto na haste.
Os pistões do cilindro são vedados com as guarnições elásticas ou anéis de vedação de
ferro fundido.
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CONCEITOS
As guarnições elásticas da haste são fornecidas em muitas variedades. Alguns cilindros
são equipados com guarnições com formato em "V" ou em "U", fabricadas de couro,
poliuretano, borracha nitrílica.
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FUNCIONAMENTO
Conforme o pistão do cilindro se aproxima do seu fim de curso, o batente bloqueia a
saída normal do líquido e obriga o fluido a passar pela válvula controle de vazão.
Nesta altura, algum fluxo escapa pela válvula de alívio de acordo com a sua regulagem.
O fluido restante adiante do pistão é expelido através da válvula controle de vazão e
retarda o movimento do pistão.
A abertura da válvula controle de vazão determina a taxa de desaceleração.
Na direção inversa, o fluxo passa pela linha de bypass da válvula de controle de vazão
onde está a válvula de retenção ligada ao cilindro.
Como regra geral, os amortecimentos são colocados em cilindros cuja velocidade da
haste exceda a 600 cm/min.
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CHOQUE HIDRÁULICO
Quando a energia de trabalho hidráulica que está movendo um
cilindro encontra um obstáculo (como o final de curso de um
pistão), a inércia do líquido do sistema é transformada em
choque ou batida, denominada de choque hidráulico.
Se uma quantidade substancial de energia é estancada, o
choque pode causar dano ao cilindro.
AMORTECIMENTOS
Para proteger os cilindros contra choques excessivos, os
mesmos podem ser protegidos por amortecimentos.
O amortecimento diminui o movimento do cilindro antes que
chegue ao fim do curso. Os amortecimentos podem ser
instalados em ambos os lados de um cilindro.
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ESTILO DE MONTAGEM DO CILINDRO
Os pistões podem ser montados de várias formas ou estilos, entre os quais estão as
montagens por flange, por munhão, por sapatas (orelhas) laterais, montagem por base,
etc.
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ESTILO DE MONTAGEM DO CILINDRO
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FIXAÇÃO ARTICULADA COM BUCHA PARALELA NO FUNDO E NA HASTE
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FIXAÇÃO ATRAVÉS DE OLHAL COM ARTICULAÇÃO ESFÉRICA NO FUNDO
E NA HASTE
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FIXAÇÃO ATRAVÉS DE FLANGE NO CABEÇOTE
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FIXAÇÃO ATRAVÉS DE FLANGE NO FUNDO DO CILINDRO
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FIXAÇÃO ATRAVÉS DE EIXO BASCULHANTE (MUNHÕES)
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LINEARES
Cilindros: Cilindros hidráulicos transformam trabalho hidráulico em energia mecânica
linear, a qual é aplicada a um objeto resistivo para realizar trabalho.
Um cilindro consiste de uma camisa de cilindro, de um pistão móvel e de uma haste
ligada ao pistão.
Os cabeçotes são presos ao cilindro por meio de roscas, prendedores, tirantes ou solda (a
maioria dos cilindros industriais usa tirantes).
Conforme a haste se move para dentro ou para fora, ela é guiada por embuchamentos
removíveis chamados de guarnições.
O lado para o qual a haste opera é chamado de lado dianteiro ou "cabeça do cilindro". O
lado oposto sem haste é o lado traseiro.
Os orifícios de entrada e saída estão localizados nos lados dianteiro e traseiro.
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CILINDRO DE SIMPLES AÇÃO – AS
O cilindro de simples ação é usado em circuitos hidráulicos, quando o esforço (trabalho)
for aplicado em apenas um sentido, retomado pela ação de uma força externa ou por uma
mala de reposição.
O fluido entra no tubo do atuador pelo lado do êmbolo (alimentação de fluido apenas de
um lado), a resistência do êmbolo estabelece no fluido uma pressão (pressão de
movimento), que ao vencer a resistência do êmbolo, desloca a haste para frente
(movimento de avanço).
Ao chegar no final de seu curso, a pressão aumenta até o valor predeterminado (pressão de
trabalho).
Para o êmbolo retomar (movimento de recuo), será necessária a comutação da válvula
direcional e, com a ajuda da força externa, o fluido retoma para o reservatório.
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CILINDRO DE SIMPLES AÇÃO – AS
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CILINDRO DE SIMPLES AÇÃO – AS
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CILINDRO MARTELO
Um cilindro no qual o elemento móvel tem a mesma área da haste do pistão.
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CILINDRO DE DUPLA AÇÃO
O cilindro de dupla ação é usado em sistemas hidráulicos, quando for necessário esforço
em ambos os sentidos. Isto significa podemos obter força em qualquer dos lados do
movimento (movimento de avanço e retomo).
Para o movimento de avanço, o fluido sob pressão entra pela tomada (1) no cilindro,
atuando no lado do êmbolo fazendo a haste sair. O fluido sob pressão, que se encontra no
lado da haste, é deslocado, fluindo pela tubulação ao reservatório. Ao chegar no final do
curso, a pressão de trabalho é atingida.
No movimento de retomo, o fluido sob pressão entra pela tomada (2) no cilindro. O
êmbolo é deslocado e a haste recua, fazendo com que o fluido que se encontra no lado do
êmbolo- seja deslocado para o reservatório.
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CILINDRO DE DUPLA AÇÃO
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CILINDRO DE HASTE DUPLA
Um cilindro com um pistão simples e uma haste ligada a cada lado.
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CILINDRO TELESCÓPICO
Usamos este cilindro quando o comprimento da camisa precisa ser menor do que se
poderia conseguir com um cilindro padrão.
Assim, quando o cilindro está retraído, ocupa menos espaço, e é próprio para locais de
difícil acesso, difíceis para o cilindro padrão.
Na maioria das vezes, este cilindro é de simples ação, porém também o encontramos de
dupla ação.
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CILINDRO TELESCÓPICO
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CILINDRO DUPLEX
Consiste de dois cilindros montados em linha e com hastes múltiplas (uma para cada
cilindro).
As guarnições são montadas entre os cilindros para permitir dupla ação de cada cilindro.
Os cilindros duplex dão uma capacidade de três posições.
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CILINDRO DUPLEX
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CILINDRO DUPLEX CONTÍNUO OU CILINDRO TANDEM
Consiste de dois ou mais cilindros montados em linha com pistões interligados por uma
haste comum.
Um cilindro Tandem fornece uma força resultante maior quando o diâmetro do pistão é
limitado, mas o seu curso não é.
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CILINDROS COM AMORTECIMENTO HIDRÁULICO
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FORÇA DO CILINDRO
Através do curso do cilindro, a energia de trabalho hidráulica é aplicada à área do seu
pistão.
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ATUADORES ROTATIVOS
Esses mecanismos são compactos, simples e eficientes. Eles produzem um torque alto e
requerem pouco espaço e montagem simples.
De um modo geral aplicam-se atuadores em indexação de ferramental de máquina,
operações de dobragem, levantamento ou rotação de objetos pesados, funções de
dobragem, posicionamento, dispositivos de usinagem, atuadores de leme, etc.
CAMPO DE APLICAÇÃO
Manuseio de Material, Máquina Ferramenta, Maquinaria de Borracha e Plástico,
Equipamento Móbil, Robótica, Empacotamento, Comutação de Válvula, Indústria
Múltiplo-Processo, Fabricação de Componentes Eletrônicos.
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OSCILADORES HIDRÁULICOS
Convertem energia hidráulica em movimento rotativo, sob um determinado número de
graus.
O oscilador hidráulico é um atuador rotativo com campo de giro limitado. Um tipo muito
comum de atuador rotativo é chamado de atuador de cremalheira e pinhão.
Esse tipo especial de atuador rotativo fornece um torque uniforme em ambas as direções e
através de todo o campo de rotação.
Nesse mecanismo, a pressão do fluido acionará um pistão que está ligado à cremalheira
que gira o pinhão.
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OSCILADORES HIDRÁULICOS
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OSCILADORES HIDRÁULICOS
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OSCILADORES HIDRÁULICOS
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OSCILADORES HIDRÁULICOS
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MOTORES HIDRÁULICOS
Os motores hidráulicos transformam a energia de trabalho hidráulico em energia
mecânica rotativa, que é aplicada ao objeto resistivo por meio de um eixo.
Todos os motores consistem basicamente de uma carcaça com conexões de entrada e saída
e de um conjunto rotativo ligado a um eixo.
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FUNCIONAMENTO
O rotor do motor é montado em um centro que
está deslocado do centro da carcaça. O eixo do
rotor está ligado a um objeto que oferece
resistência.
Conforme o fluido entra pela conexão de
entrada, a energia de trabalho hidráulica atua
em qualquer parte da palheta exposta no lado
da entrada. Uma vez que a palheta superior tem
maior área exposta à pressão, a força do rotor
fica desbalanceada e o rotor gira.
Conforme o líquido alcança a conexão de saída,
onde está ocorrendo diminuição do volume, o
líquido é recolocado.
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MOTORES DE ENGRENAGEM
Um motor de engrenagem é um motor de
deslocamento positivo que desenvolve um
torque de saída no seu eixo, através da
ação da pressão hidráulica nos dentes da
engrenagem.
Um motor de engrenagem consiste
basicamente de uma carcaça com aberturas
de entrada e de saída e um conjunto
rotativo composto de duas engrenagens.
Uma das engrenagens, a engrenagem
motora, é ligada a um eixo que está ligado
a uma carga. A outra é a engrenagem
movida.
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MOTORES HIDRÁULICOS X MOTORES ELÉTRICOS
Os motores hidráulicos têm certas vantagens sobre os motores elétricos. Algumas
destas vantagens são:
1 – Reversão instantânea do eixo do motor.
2 – Ficar carregado por períodos muito grandes sem danos.
3 – Controle de torque em toda a sua faixa de velocidade.
4 – Frenagem dinâmica conseguida facilmente.
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FALHAS NOS CILINDROS
SUJIDADE
A sujeira é o problema que causa mais falhas. Ela pode alojar-se entre o êmbolo e o tuba
(camisa) do cilindro, arranhando a tubo. Resulta o vazamento excessivo, pois a vedação
torna-se defeituosa.
CALOR
O calor excessivo causa a deterioração das vedações, provocando vazamentos. A
temperatura do cilindro não deve exceder a 60 oC. Para cilindros em que o trabalho estiver
sujeito a altas temperaturas, devemos providenciar que as vedações sejam resistentes ao
calor e a camisa receba um tratamento adequado.
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FALHAS NOS CILINDROS
MÁ APLICAÇÃO:
Urna grande porcentagem de falhas deve-se à má aplicação do cilindro. Cada trabalho
exige um determinado tipo construtivo de cilindro.
MAU ALINHAMENTO
Empuxo axial ou carregamento excêntrico suportados inadequadamente podem causar
falhas e danos graves ao cilindro.
MONTAGENS DEFEITUOSAS
Se o cilindro não estiver montado rigidamente ou se a montagem não, tiver resistência
suficiente para suportar a carga produzida pelo cilindro, este pode ficar frouxo e
danificar a si mesmo e a outros componentes a ele ligados.
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MANUTENÇÕES NOS ATUADORES
As manutenções eliminam impurezas, escoriações nas hastes e partes internas dos cilindros, não
permitindo vazamentos internos e externos.
As manutenções podem dividir-se em:
1 – Montagem dos componentes: Seguir as recomendações sobre ajustes e tolerâncias.
2 – Instalação: Cilindros alinhados, parafusos de fixação das bases bem apertados e travados, para
não soltarem em serviço.
3 – Em Serviço: Falhas devem ser corrigidas imediatamente, assim como vazamentos e trincas, além
da troca de retentores.
Obs 1: Os vazamentos podem ser provocados por desgaste dos anéis ou nas paredes internas dos
cilindros. Além disso, devemos verificar as válvulas antes de abrir os cilindros.
Obs 2: Devemos sangrar os cilindros nos quais o ar escape por si próprio.
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ACUMULADORES HIDRÁULICOS
Um acumulador é um dispositivo capaz de armazenar fluidos incompressíveis sob pressão, para serem
utilizados durante o ciclo de operação do sistema.
PRINCIPAIS FUNÇÕES DE UM ACUMULADOR
• Compensador de vazamento;
• Fonte de potência auxiliar;
• Compensador de expansão térmica;
• Fornecedor de fluido;
• Eliminador de pulsação e absorvedor de choques.
TIPOS DE ACUMULADORES
• Acumuladores com peso;
• Acumuladores de mola;
• Acumuladores com gás.
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ACUMULADORES CARREGADOS POR PESO
Um acumulador carregado por peso aplica uma força ao líquido por meio de carga com
grandes pesos. Como os pesos não se alteram, os acumuladores carregados por peso são
caracterizados pela pressão, que é constante durante todo o curso do pistão.
Os pesos utilizados nos acumuladores podem ser feitos de qualquer material pesado como:
ferro, concreto, ou mesmo água (acondicionada).
Os acumuladores carregados por peso são, geralmente, muito grandes. Eles podem atender
a muitas máquinas ao mesmo tempo, e são usados nas usinas de aço e nas centrais de
sistemas hidráulicos.
Os acumuladores carregados por peso não são muito populares por causa do seu tamanho e
da inflexibilidade na montagem (eles, geralmente, devem ser montados na vertical).
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ACUMULADORES CARREGADOS POR PESO
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ACUMULADORES POR MOLA
Um acumulador carregado por mola consiste de:
carcaça de cilindro, pistão móvel e mola. A mola aplica a força ao pistão, o que resulta na
pressão do líquido.
Conforme o líquido é bombeado para dentro do acumulador carregado por mola, a pressão
no reservatório é determinada pela taxa de compressão da mola.
Em alguns acumuladores deste tipo, a pressão da mola pode ser ajustada por meio de um
parafuso de regulagem.
Os acumuladores carregados por mola são mais flexíveis do que o tipo carregado por peso.
Eles são menores e podem ser montados em qualquer posição..
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ACUMULADORES POR MOLA
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ACUMULADORES TIPO DIAFRAGMA
O acumulador do tipo diafragma consiste de dois hemisférios de metal, que são separados
por meio de um diafragma de borracha sintética. O gás ocupa uma câmara e o líquido entra
na outra.
