BOMBAS HIDRÁULICAS

As bombas são utilizadas nos circuitos hidráulicos para converter energia mecânica em energia hidráulica. A bomba é o coração do sistema hidráulico. Quando o sistema trabalha de forma inadequada, a bomba é geralmente o primeiro componente a ser investigado. Muitas vezes a bomba é descrita em termos de suas limitações de pressão. No entanto, a bomba hidráulica é um gerador de fluxo, movendo um volume de fluido a partir de uma região de baixa pressão a uma região de pressão mais elevada num determinado período de tempo, dependendo da velocidade de rotação.

Todas as bombas utilizadas em um sistema hidráulico são do tipo de deslocamento positivo. Isto significa que existe uma passagem de fluxo intencional a partir da entrada para a saída. A maioria das bombas em sistemas hidráulicos caem em uma das três categorias, as bombas de palhetas, bombas de engrenagem ou bombas de pistão. Todos os três tipos podem ser usados em sistemas de vazão constante, mas somente as bombas de palhetas móveis e de pistão são usadas em sistemas de vazão variável. A ação da bomba hidráulica consiste em mover ou a transferir fluido do reservatório onde é mantido a uma pressão baixa e, consequentemente, um estado de baixa energia. A partir do reservatório a bomba desloca o fluido hidráulico para o sistema, onde a pressão é muito mais elevada, e o fluido está num estado de energia muito mais elevado devido ao trabalho que deve ser feito pelo sistema hidráulico. A quantidade de energia ou trabalho transmitida para o sistema hidráulico através da bomba é uma função da quantidade de volume deslocado e a pressão na porta de descarga da bomba.

A bomba hidráulica é atualmente um componente de "três-conexões". Uma conexão é na porta de descarga (saída), a segunda é a porta de sucção (de entrada), e a terceira ligação é para um motor ou máquina. Deste ponto de vista, a bomba é um transformador. O fluido hidráulico é realmente o componente principal do sistema hidráulico e tem uma grande influência no funcionamento do sistema. As bombas hidráulicas são geralmente conduzidas a velocidades de 1200-3600 rpm ou mais enquanto as pressões máximas podem variar desde valores inferiores a 1000 psi a maiores do que 6000 psi.

BOMBAS DE ENGRENAGEM

As bombas de engrenagem são bombas do tipo rotativo de vazão constante. Muitas bombas de engrenagem contêm aperfeiçoamentos para reduzir o ruído e equilibrar a pressão hidráulica na bomba, diminuindo o desgaste dos mancais.

Um estilo comum de bomba de engrenagem consiste de duas engrenagens, uma engrenagem acionada e uma engrenagem acionadora, que operam em engate. A engrenagem acionada é movida pela engrenagem acionadora, a qual é girada por uma fonte de força externa. Um alojamento bem ajustado envolve as engrenagens. À medida que as engrenagens giram, o fluido enche o espaço entre elas, ficando preso entre os dentes das engrenagens e o alojamento. Em todas as bombas de engrenagem, o fluido é empurrado do acoplamento dos dentes para fora pela abertura de descarga à medida que os dentes se juntam. Quando os dentes se separam ao entrar na área de sucção, eles geram um vácuo parcial que puxa o fluido para dentro da área entre os dentes. O óleo do lado da descarga é impedido de vazar para o lado de sucção pela junção estreita das engrenagens e pelas pequenas folgas entre as engrenagens e o alojamento.

• Bomba de engrenagem externa: ambas as engrenagens têm dentes em suas circunferências externas. Estas bombas são as vezes chamadas de bombas de dentes-sobre-dentes. Visto que as bombas de engrenagem de dentes retos são as mais fáceis de fabricar, este tipo de bomba é a mais comum.
• Bomba de engrenagem interna: consiste de uma engrenagem externa cujos dentes se engrenam na circunferência interna de uma engrenagem maior. Gerotor é o tipo de bomba de engrenagem interna mais comum nos sistemas industriais.

A pressão máxima que se pode desenvolver com as bombas de engrenagem depende do desenho e da folga entre as engrenagens e o alojamento. Tipicamente, a pressão máxima para bombas de engrenagem fica entre 2.000 e 4.000 psi. As bombas de engrenagens internas têm uma pressão máxima na faixa de 1.500 e 2.000 psi.

BOMBA DE PALHETAS MÓVEIS

As bombas de palhetas móveis são bombas rotativas, que podem ser do tipo de vazão constante ou variável. Uma bomba de palhetas móveis, consiste de um rotor dentro de um alojamento excêntrico. As palhetas com folga mínima encaixam-se dentro de fendas radiais em torno da circunferência do rotor. As palhetas movimentam-se livremente para dentro e para fora das fendas. À medida que o rotor gira, as palhetas são empurradas de encontro ao alojamento, formando uma vedação eficaz. Placas laterais são usa¬das para confinar o óleo dentro de uma área com a largura do rotor e das palhetas.

À medida que o rotor gira, o fluido é aspirado para dentro da bomba devido a um vácuo parcial criado pela folga crescente entre o rotor e o alojamento excêntrico. À medida que o rotor continua girando para além do ponto acima do centro, o fluido é empurrado para fora da bomba pela redução gradual da folga entre o rotor e o alojamento. As palhetas móveis são mantidas em contato com a parede do alojamento pela força centrífuga e pela força da pressão do fluido agindo sobre a parte inferior das mesmas. A força centrífuga mantém as palhetas móveis em contato enquanto elas percorrem a área de baixa pressão, evitando, desse modo, o vazamento entre as áreas de sucção e de descarga.

As bombas de palhetas móveis podem ser balanceadas usando-se um anel elíptico, que contém duas aberturas de sucção e duas aberturas de descarga. O fluido é aspirado para dentro da bomba e descarregado a cada meia rotação. É impossível mudar a excentricidade da ação de bombeamento balanceado das bombas de palhetas móveis, pois estas bombas são de vazão constante.

As bombas de palhetas móveis que não têm um projeto balanceado podem descarregar um volume variável mudando-se o grau de excentricidade entre o rotor e o alojamento. Se o rotor estiver num ponto morto em relação ao alojamento, não há ação de bombeamento. Com a excentricidade máxima, maior volume de flui¬do será bombeado. O grau de excentricidade é ajustado usando-se os controles adequados do lado de fora do alojamento.

As bombas de palhetas móveis com vazão variável têm um anel de pressão móvel que envolve o rotor. Quando não há necessidade de fluxo, o anel de pressão estará quase centrado em torno do rotor. Quando há necessidade de fluxo total da bomba, a pressão do sistema diminuirá e fará com que um compensador mova o anel de pressão para sua posição de fluxo total (excentricidade máxima).

O desgaste não faz com que a eficiência volumétrica das bombas de palheta móvel diminua com a mesma rapidez que as bombas de engrenagem porque o desgaste das palhetas é compensado pelo movimento das palhetas para fora. Tipicamente, a faixa de pressão máxima das bombas de palhetas móveis é de 2.000 a 4.000 psi.

BOMBAS DE PISTÃO

As bombas de pistão são comumente usadas em aplicações que exigem altas pressões e um controle preciso do volume de descarga. Existem muitos projetos diferentes de bombas de pistão, mas em geral todos eles se baseiam na bomba de pistão radial ou na bomba de pistão axial. Ambas podem ser projetadas para vazão fixa ou variável.

As bombas de pistão são bombas de deslocamento positivo. Quando não se necessita de fluxo, deve-se desligar a bomba ou sua vazão deve ser dirigida para outro local (descarregada ou recirculada). Não é prático acionar ou parar a bomba entre ciclos. Normalmente se faz a recirculação abrindo-se uma válvula para permitir que o fluido retorne para o reservatório. Esta ação é chamada de descarregar a bomba.

As bombas de pistão axial, contêm um conjunto de bloco de cilindros com pistões espaçados a distâncias iguais em torno do eixo do bloco de cilindros. As almas dos cilindros são paralelas ao eixo.

Os pistões alternam paralelamente à linha central do eixo. Todas as partes, exceto um prato de válvula estacionário, giram como uma única unidade. O prato de válvula estacionário acopla¬-se à superfície do bloco de cilindros para evitar vazamento de fluido. Os pistões são conectados à placa de montagem com hastes de conexão, que utilizam juntas de esfera e soquete. Alguns projetos usam uma placa oscilante para conectar os pistões à placa de montagem. À medida que o bloco de cilindros gira em contato com o prato de válvula estacionário, os cilindros são levados alternativamente aos canais de entrada e saída.

O ângulo entre o bloco de cilindros e a placa de montagem faz com que os pistões se alternem. Bombas com ângulos fixos são bombas de vazão constante, enquanto que as bombas de ângulos ajustáveis são bombas de vazão variável. O ajuste do ângulo aumenta ou diminui o curso do pistão para aumentar ou diminuir a produção de volume. Pode-se inverter o fluxo de fluido mudando o ângulo de um lado para o outro numa bomba de vazão variável.

Numa bomba de pistão radial, os pistões alternam-se radialmente em relação ao eixo. Uma bomba de pistão radial, consiste de um bloco de cilindros rotativo, um rotor, um anel de pressão, um cursor e uma carcaça. Em geral, os pistões são mantidos juntos ao anel de pressão por meio de molas. O bloco de cilindros, o rotor e o conjunto de rotor giram com o eixo. O movimento do cursor perpendicular ao eixo move o conjunto do rotor para criar um excêntrico entre o conjunto do rotor e o bloco de cilindros.

Quando o cursor está numa posição excêntrica, os pistões se movem para dentro e para fora à medida que giram. Quanto maior o excêntrico, mais longo o curso do pistão e mais fluido cada pistão bombeará. Se o cursor está posicionado concêntrico em relação ao eixo, o curso do pistão será zero. O pivô estacionário no centro do bloco de cilindros realiza a abertura da válvula. Cada cilindro é conectado alternativamente às aberturas de sucção de flui¬do e em seguida às aberturas de descarga de fluido à medida que o bloco de cilindros gira. A maioria das bombas de pistão é projetada para uma pressão nominal máxima de 3.000 psi, embora algumas sejam adequadas para trabalhar de 5.000 a 15.000 psi.

VÁLVULAS

As válvulas são mecanismos que controlam a partida, parada, direção ou fluxo de um meio hidráulico de uma bomba ou de um vaso de pressão. As atuais tendências nas industrias incluem a miniaturização de projetos tradicionais e válvulsa empilháveis para economizer espaço. As válvulas estão sendo fabricadas de materiais mais modernos; plásticos são usados para reduzir peso, melhorar a capacidade de lubrificação e melhorar a resistência à corrosão. Cerâmicas estão sendo utilizadas para aumentar a vida da válvula e melhorar a resistência a contaminação.

As válvulas usadas na indústria hidráulica são instrumentos fabricados com precisão. Como a precisão na construção e as tolerâncias justas reduzem o vazamento de fluido a uma quantidade insignificante, as válvulas hidráulicas, em geral, não necessitam de material de vedação. A tolerância justa na construção é uma razão básica para se usar unicamente os melhores fluidos hidráulicos que não oxidem em serviço e evitem a ferrugem. A oxidação e a ferrugem podem causar o grimpamento das válvulas, entupir pequenas aberturas ou esmerilhar superfícies pequenas.

Válvulas de fluxo já tem predefinidos pontos de comutação. Válvulas proporcionais e servo válvulas são eletro-hidráulico, ou seja, seu movimento é proporcional ao sinal de entrada elétrica. As diferenças entre estas válvulas são seu projeto mecânico, suas propriedades estáticas e dinâmicas, e seu preço. O fluido hidráulico em uma válvula deve dissipar o calor, reduzir o desgaste, minimizar o atrito, e evitar a corrosão. Igualmente importante, não deve formar depósitos nas folgas estreitas encontrados em válvulas. Longos intervalos de mudança de fluido e altas cargas térmicas (por exemplo, causada por solenoides magnéticas) não deve levar a depósitos ou a resinagem nas válvulas de fluxo.

• Válvula de alívio: a função de qualquer válvula de alívio é proteger o sistema hidráulico contra excesso de pressão, se a pressão ultrapassar um valor máximo predeterminado. Uma válvula de alívio é um dispositivo automático de alívio, que é acionado pela pressão estática a montante da válvula. As válvulas de alívio são projetadas para retornar o fluido hidráulico diretamente para o reservatório. Normalmente, uma válvula de alívio permanece fechada até que a pressão do sistema se aproxime de um valor predeterminado. À medida que a pressão do sistema aumenta até a pressão de abertura, a válvula começa a se abrir, o volume de fluxo, através de uma válvula de alívio adequadamente dimensionada aumentará até que toda a vazão da bomba passe pela válvula. Quando a pressão do sistema cai, a válvula se fecha suave e lentamente.
• Válvula de Redução de Pressão: usa-se uma válvula de redução de pressão para limitar o nível de pressão normal do sistema primário ou principal à pressão necessária para um circuito hidráulico secundário ou derivado.
• Válvula de Sequência de Pressão: as válvulas de sequência de pressão estabelecem as prioridades de fluxo dentro de um circuito hidráulico. Elas são usadas para determinar a sequência das operações da máquina, sentindo as pressões e reposicionando-se para desviar o fluxo do fluido.
• Válvula de Descarga: as válvulas de descarga retornam o fluido para o reservatório quando a pressão do circuito aumenta até um máximo predeterminado.
• Válvula de Controle de Fluxo: as válvulas de controle de fluxo controlam o volume nos circuitos hidráulicos. O fluxo é controla seja estrangulando ou desviando o fluxo. Estrangular o fluxo implica em reduzir o tamanho de uma abertura até que o fluxo não possa passar pelo orifício; desviar o fluxo implica em fazer com que parte do fluxo não entre no circuito de modo que o dispositivo acionado receba somente uma parte do fluxo necessário para realizar a sua tarefa.
• Válvula de Controle Direcional: as válvulas de controle direcional são usadas para dirigir o fluxo do fluido hidráulico e dos cilindros acionadores, motores hidráulicos e outras unidades acionadoras. Por ser de ação rápida e fácil de operar, a válvula tipo bobina é largamente usada em sistemas hidráulicos para controle da direção. Essas válvulas contêm uma bobina móvel que abre ou fecha passagens para controlar a direção de fluxo do fluido.

ATUADORES HIDRÁULICOS

Os atuadores hidráulicos convertem a energia de trabalho em energia mecânica. Eles constituem os pontos de onde toda a atividade visível ocorre e são um dos principais itens a serem considerados no projeto da máquina. Eles são divididos em dois tipos: lineares e rotativos.

Cilindros Hidráulicos

Cilindros hidráulicos transformam trabalho hidráulico em energia mecânica linear.

Um cilindro consiste em uma camisa (tubo), 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. Conforme a haste se move para dentro ou para fora, ela é guiada por embuchamentos (conjunto removível do mancal com guarnições). O lado para a 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.

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.

• 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.
• Oscilador de cremalheira e pinhão: esse tipo de atuador rotativo fornece um torque uniforme em ambas as direções e através de todo o campo de rotação. Unidades de cremalheira e pinhão do tipo standard podem ser encontradas em rotação de 90, 180, 360 graus ou mais.
• Oscilador de palheta: estes modelos são providos de máximo valor de saída de torque para um tamanho reduzido. Utilizado para uma grande variedade de aplicações industriais, são disponíveis em modelo de palheta simples e possui um ângulo de rotação máxima de 280 graus.

ACUMULADORES HIDRÁULICOS

Os acumuladores armazenam a energia potencial de um fluido incompressível para conversão subseqüente em trabalho útil. A energia potencial pode ser na forma de trabalho gravitacional, da elasticidade de molas ou da compressibilidade dos gases.

Os acumuladores são usados para eliminar as pulsações da bomba, absorver o choque dos surtos de pressão, compensar o vazamento e manter uma pressão de segurança em um nível constante durante um longo período, para manter pressão suficiente para operar circuitos secundários ou de emergência, durante uma situação de emergência e funcionar como barreira de transferência entre dois sistemas fluidos separados, tais como: um fluido hidráulico e um fluido corrosivo.

Existem três tipos gerais de acumuladores: carregado com peso, carregado a mola e hidropneumático.

• 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.
• Acumuladores carregados a mola: consiste em carcaça de cilindro, pistão móvel e mola. A mola aplica 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. 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.
• Acumuladores hidropneumáticos: este tipo de acumulador aplica a força do líquido usando um gás comprimido, que age como mola, trabalhando também com pressão variável. Estão divididos nos tipos: pistão, diafragma e bexiga. O nome de cada tipo indica a forma de separação do líquido do gás.
• Tipo pistão: o gás que ocupa o volume acima do pistão fica comprimido conforme o líquido é inserido com força na carcaça. Quando o pistão fica cheio, a pressão do gás se iguala à pressão do sistema.
• Tipo diafragma: geralmente tem uma forma esférica dividida em 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.
• Tipo bexiga: consiste de uma bexiga de borracha sintética dentro de uma carcaça de metal. A bexiga é enchida com gás comprimido. Uma válvula do tipo assento, localizada no orifício de saída, fecha o orifício quando o acumulador está completamente vazio e evita que a bexiga seja extrudada para o sistema.

RESERVATÓRIOS

Embora a função básica de um reservatório seja fornecer uma quantidade adequada de fluido para todo o sistema hidráulico, ele é mais que um simples recipiente para armazenagem de fluido. Os reservatórios também fornecem fluido extra ao sistema, no caso de vazamento ou de extensão do cilindro. Além disso, a maioria dos reservatórios permite que o fluido que retorna turbulento do sistema hidráulico repouse e desaere.

Os reservatórios devem ser completamente fechados e independentes. Eles devem ser divididos em, pelo menos, dois compartimentos por anteparos verticais. Os anteparos separam o fluido de retorno do fluido que entra na sucção da bomba. A separação permite que o ar e outros contaminantes se separem do fluido. O contato com o anteparo também permite que o fluido esfrie. A linha de retorno e a linha de sucção devem entrar no reservatório por lados opostos de um anteparo.

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