Automação Hidráulica
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
1
Hidráulica Estacionária • Máquinas de produção produção e montagem montagem de todos todos os tipos; tipos; •Linhas de transferência; •Máquinas de elevação e transporte; •Máquinas de injeção e moldagem; •Pontes rolantes; •Elevadores; •Prensas.
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
2
Hidráulica Estacionária • Máquinas de produção produção e montagem montagem de todos todos os tipos; tipos; •Linhas de transferência; •Máquinas de elevação e transporte; •Máquinas de injeção e moldagem; •Pontes rolantes; •Elevadores; •Prensas.
DIDACTIC
A t
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2
Hidráulica Móbil • Sistemas basculantes, plataformas elevatórias; • Máquinas Máquinas de transpo transporte rte e elevação; elevação; • Equipame Equipamentos ntos de constr construção; ução; • Equipamen Equipamentos tos agrícolas; agrícolas; • Aviõ Aviões es;; •Navios.
DIDACTIC
A t
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3
Hidráulica Móbil - Comparativo de tamanho Acionamento de 100 quilowatts
DIESEL
ELÉTRICO
HIDRÁULICO
Ótima relação PESO x POTÊNCIA DIDACTIC
A t
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4
Comparação qualitativa: força, velocidade e precisão ⌦ Mecânica
DIDACTIC
Pneumática
⌦ Hidráulica
• Boa força
• Força limitada
• Ótima força
• Ótimas velocidades
• Boas velocidades
• Baixas velocidades
• Ótima precisão
• Precisão limitada
• Boa precisão
A t
⌦
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5
Comparação quantitativa
DIDACTIC
Energia
Hidráulica
Elétrica
Pneumática
Transmissão
Limitada e muito cara
bem rápida e longas distâncias
Limitada e lenta
Dist. econômica
Até aprox. 100m
Pratic. s/ limites
Até aprox. 1000m
Vel. de transmissão
Aprox. 50 mm/s
Aprox. 300.000 km/s
Aprox. 2 m/s
Rotações
Limitado
Boas
Até 500.000 rpm
Força
Bem alto
Alto
Baixo
Proteção contra sobrecarga
Excelente
Não tão boa
Excelente
A t
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6
Propriedades do óleo hidráulico – Viscosidade Classes de viscosidade ISO
Viscosidade cinemática (mm²/s) Mínima
Máxima
ISO VG 10
9,0
11,0
ISO VG 22
19,8
24,2
ISO VG 32
28,8
35,2
ISO VG 46
41,4
50,6
ISO VG 68
61,2
74,8
ISO VG 100
90,0
110,0
Temperatura: 40°C | Pressão: 1 bar DIDACTIC
A t
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7
Leis físicas fundamentais da hidráulica Hidromecânica
Hidrostática
Ciência dos líquidos sob pressão Força = pressão * área DIDACTIC
A t
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Hidrodinâmica
Ciência dos líquidos em movimento Força = massa * aceleração 8
Pressão Hidrostática
p = ρ ⋅ g ⋅ h pressão = densidade ⋅ gravidade ⋅ altura
P - Pressão [Pa] ρ - Densidade do líquido [kg/m³] g - Aceleração da gravidade [m/s²] h - Nível da coluna do líquido [m]
Onde é a maior pressão?
A B C
DIDACTIC
A t
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A
B
9
Transmissão de Pressão - Lei de Pascal A pressão exercida em um ponto qualquer de um líquido estático é a mesma em todas as direções e exerce forças iguais em áreas iguais.
p =
pressão =
DIDACTIC
A t
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Força Área
F A P - Pressão [Pa] F - Força [N] A - Área [m²]
10
Transmissão de força
pe =
F 1
pe =
A1
F 2 A2
Portanto:
F 1 F 2
DIDACTIC
A t
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=
A1 A2
11
Exemplo - Transmissão de força
1000 Kg
1000 Kg
100 bar
10 cm2
10 cm2
DIDACTIC
A t
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12
Exemplo - Multiplicação de força por área
1000 kg
100 kg
10 bar
100 cm²
10 cm² A
DIDACTIC
A t
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13
Multiplicação de força - conservação de energia
τ = F⋅s
τ - Trabalho [Nm]
trabalho = força ⋅ deslocamento
100 kg
1000 kg
10 cm²
DIDACTIC
100 cm²
A t
F - Força [N] s - Deslocamento [m]
ã Hid á li
O trabalho realizado pelo cilindro a esquerda será o mesmo realizado pelo cilindro a direita.
14
Multiplicação de força - conservação de energia τ1 = τ2 1000 kg
Portanto: 100kg
F1⋅ s1 = F2 ⋅ s2
100 cm²
V1 = V2
10 cm
1 cm
A1⋅ s1 = A2 ⋅ s2
10 cm²
O volume de óleo deslocado é constante nos dois cilindros. DIDACTIC
A t
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15
Exemplo - Multiplicação de força - conservação de energia
1000 W kg
100 kg
1 A 10
10 A
A x 10 = VOLUME = 10 A x 1
DIDACTIC
A t
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16
Multiplicação de pressão
F1 = p1 ⋅ A1
F2 = p2 ⋅ A2
sendo:
F1 = F2 Portanto: Símbolo
DIDACTIC
A t
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p1 p2 = A2 A1 17
Multiplicação de pressão
DIDACTIC
A t
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18
Medidor de Pressão - Manômetro Linear
Símbolo
DIDACTIC
A t
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19
Medidor de Pressão - Manômetro de Bourdon 1 2 7
5
Símbolo
4
1 - Corpo 2 - Mola tubular 3 - Alavanca 4 - Segmento dentado 5 - Engrenagem 6 - Ponteiro 7 - Escala 8 - Entrada com estrangulador DIDACTIC
A t
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6
8
3
20
Gráfico das pressões Pressão absoluta
kPa + Pe Faixa de Sobre-pressão Nível variável da Pressão Atmosférica 101kPa
0 DIDACTIC
A t
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Faixa de depressão - Pe
21
Hidrodinâmica - Leis da vazão
V Q= t
V = A ⋅s
Área
A ⋅s Q= t Velocidade
Distância Q - Vazão [m³/min] V - Volume [m³] A - Área [m²] s - Distância [m] v - Velocidade do fluído [m/s²] t - Tempo [min] DIDACTIC
A t
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Q = A⋅v Vazão 22
Hidrodinâmica - Equação da continuidade
Q1 = Q2
Portanto:
A1⋅ v1 = A2 ⋅ v2
A1
A2
Q1
Q2 V2 V1
DIDACTIC
A t
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23
Velocidade x Vazão
Q v= A
Velocidade
A velocidade não depende da pressão.
Área
Vazão DIDACTIC
A t
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24
Medidor de Vazão - Rotâmetro
Símbolo
DIDACTIC
A t
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25
Potência Hidráulica
P = p ⋅ Q Potência = Pressão ⋅ Vazão
P - Potência [W] p - Pressão [Pa] Q - Vazão [m³/s]
DIDACTIC
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26
Eficiência dos sistemas hidráulicos
DIDACTIC
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27
Perdas de carga • Velocidade do fluxo; • Tipo de fluxo; • Diâmetro do tubo; • Viscosidade do óleo; • Comprimento dos tubos; • Tipo e número de restrições. Relação simplificada entre vazão e queda de pressão
Q 2 ≅ Δ p ⋅ A 2 DIDACTIC
A t
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Δp - Perda de carga (p1 – p2)
Q – Vazão A – Área 28
Escoamento - Número de Reynolds Escoamento Laminar
Re =
ρ ⋅ v ⋅D μ
=
v ⋅D υ
Força de inércia Força viscosa
Escoamento Turbulento
Re – Número de Reynolds ρ - Densidade v – Velocidade D – Diâmetro interno do tubo μ - Viscosidade absoluta υ - Viscosidade cinética
De 0 até 1500 - Fluxo laminar de 1500 até 2300 - Transição maior que 2300 - Fluxo turbulento
Re =
DIDACTIC
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29
Cavitação EFEITOS DA CAVITAÇÃO • Erosão do material na área do alargamento da seção transversal
• Efeito DIESEL - Combustão espontânea do óleo hidráulico
DIDACTIC
A t
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30
Cadeia de comandos - Elementos do Sistema Hidráulico
Elementos de Trabalho
A
B
P
T
Elementos de comando e controle
Elementos de Produção, Tratamento e Distribuição DIDACTIC
A t
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31
Grupo de Acionamento Filtros Resfriadores Bombas DIDACTIC
A t
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32
Grupo de acionamento Válvula Limitadora de pressão (segurança)
Linha de pressão Linha de retorno Filtro de ar Símbolo
Bomba Filtro de enchimento Motor elétrico Visor de controle para nível Tubo de aspiração Escotilha para manutenção
Filtro de sucção Chicana
Parafuso de drenagem DIDACTIC
A t
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33
Filtragem do Óleo - Filtro
Símbolo
Localização dos filtros: - Linha de pressão; - Linha de sucção; - Linha de retorno; - Filtragem externa; A localização depende da função que o mesmo irá exercer, pois o filtro poderá trabalhar da maneira mais adequada à proteção que ele proporciona ao sistema.
DIDACTIC
A t
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34
Tipos de Filtragem
Sucção
Retorno
Pressão
Sucção - 100 a 150 microns Retorno - 40 a 80 microns Pressão - 0,1 a 20 microns DIDACTIC
A t
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35
Filtros de sucção
Símbolo
Vantagens
Desvantagens
- Montagem simples - Preço - Ele protege todos os componentes hidráulicos contra contaminação por partículas grandes
- A montagem é no local mais difícil do equip. hidráulico - Pouca possibilidade de manutenção - Devido a perigo de cavitação, só é possível filtragem de grandes partículas -100 a 150μ
DIDACTIC
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36
Filtros de retorno
Símbolo
Vantagens
Desvantagens
- Baixo custo - Manutenção simples - Pode realizar filtragem fina - Não provoca nenhuma cavitação na bomba
- É necessário um by-pass - No caso de picos de pressão e partida à frio, passam as partículas de contaminação através da válvula by-pass aberta -40 a 80μ
DIDACTIC
A t
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37
Filtros de linha (pressão)
Símbolo
Vantagens
Desvantagens
- Poderá ser montado diretamente antes de componentes sensíveis - Filtragem bem fina - Manutenção simples - Longa vida útil - Não provoca nenhuma cavitação na bomba
- Precisa ser robusto (suportar pressão - O elemento precisa estar previsto para um alto diferencial de pressão - Conforme a resistência à vazão, a potência é convertida em calor -0,1 a 20μ
DIDACTIC
A t
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38
Resfriadores
Resfriador a água
Resfriador a ar DIDACTIC
A t
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39
Família de bombas hidráulicas Bombas Hidráulicas
Engrenagens
Pistões
Palhetas
BOMBA NÃO PRODUZ PRESSÃO! BOMBA PRODUZ VAZÃO! DIDACTIC
A t
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40
Bomba de engrenagens com dentes externos
Símbolo
DIDACTIC
A t
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41
Bomba de palhetas com deslocamento fixo
Símbolo
DIDACTIC
A t
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42
Bomba axial de pistões com deslocamento variável
Símbolo
DIDACTIC
A t
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43
Atuadores
Válvulas
DIDACTIC
A t
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44
Atuador linear de simples ação
Símbolo
DIDACTIC
A t
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45
Atuador linear de simples ação
Símbolo
DIDACTIC
A t
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46
Atuador linear de dupla ação
Símbolo
DIDACTIC
A t
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47
Atuador linear de dupla ação (amortecimento de final de curso)
Símbolo
DIDACTIC
A t
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48
Atuador telescópico de dupla ação
Símbolo
DIDACTIC
A t
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49
Atuador rotativo de êmbolo com cremalheira
Símbolo
DIDACTIC
A t
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50
Atuador rotativo – Motores Hidráulicos
Símbolo
DIDACTIC
A t
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51
Direcionais
Pressão
Bloqueio
Fluxo DIDACTIC
A t
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52
Símbolo de Válvulas Direcionais (conforme norma DIN / ISO 1219) Número de posições da válvula
O número de traços indicam o número de vias.
Setas indicam a direção (sentido) do fluxo do ÓLEO Ts representam bloqueios dos fluxos Bomba (Energia Hidráulica) Tanque DIDACTIC
A t
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53
Posições e conexões Símbolo
Designação
Composição
2/2 vias NA
2 vias por 2 posições normalmente aberta
2/2 via NF
2 vias por 2 posições normalmente fechada
3/2 vias NF
3 vias por 2 posições normalmente fechado
3/2 vias NA
3 vias por 2 posições normalmente aberta
A
P A
P A
P
T
A
P
T
A
B
P
T
4/2 DIDACTIC
A t
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4 vias por 2 posições 54
Posições e conexões Símbolo A
Designação
Composição
4/3 vias CF
4 vias por 3 posições centro fechado
4/3 via tandem
4 vias por 3 posições centro tandem
B
P
T
A
B
P
T
A
B
4/3 vias P; A, B P
T
A
B
4/3 vias A, B P
T
A
B
T P; T
4/3 vias CH P
DIDACTIC
4 vias por 3 posições P; A, B 4 vias por 3 posições A, B
T P; T
4 vias por 3 posições centro H
T
A t
ã Hid á li
55
Válvula Direcional – 2 / 2 vias N.F.
A
P
L
Símbolo
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
56
Válvula Direcional – 3 / 2 vias N.F.
A
P
T
Símbolo
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
57
Válvula Direcional – 4 / 2 vias
A
B
P
T
Símbolo
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
58
Válvula Direcional – 4 / 3 vias centro tandem
A
B
P
T
Símbolo
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
59
Válvula Direcional – 4 / 3 vias centro fechado
A
B
P
T
Símbolo
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
60
Tipos de Acionamentos Musculares Geral
Came
Botão
Rolete
Alavanca
Mola
Pedal
DIDACTIC
Hidráulico
Mecânicos Piloto
Elétricos Solenóide
A t
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61
Tipo de Vedação - Assento
Prato ou disco DIDACTIC
A t
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Cone
Esfera 62
Tipo de Vedação - Carretel
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
63
Sobreposição do êmbolo POSITIVA
DIDACTIC
A t
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NEGATIVA
NULA
64
Identificação dos componentes Atuadores: Número Número seqüencial seqüencial + letra letra A – (1A, 2A, ...) Bombas: Número Número seqüencial seqüencial + letra letra P – (1P ..., 2P ...) Válvulas: Número Número do atuador + letra V + número seqüencial – (1V1 ..., 2V1 ...) Outros: Número Número do atuador + letra Z + número número seqüencial
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
65
Válvula de Bloqueio - Retenção
Símbolo
DIDACTIC
A t
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66
Válvula de Bloqueio - Retenção Pilotada
Símbolo
DIDACTIC
A t
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67
Válvula de Bloqueio - Retenção Dupla
Símbolo
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
68
Válvula de Pressão - Limitadora de Pressão
Símbolo
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
69
Válvula de Pressão - Limitadora de pressão compensada externamente
Símbolo
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
70
Válvula de Pressão - Limitadora de Pressão - aplicações Válvula de Seqüência
F=0
Válvula de Contrabalanço
F=
P
T
P
F = 3 0 0
CARGA T
DIDACTIC
A
B
P
T
A t
ã Hid á li
A
B
P
T
71
Válvula de Pressão - Reguladora de pressão com 2 vias
Símbolo
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
72
Válvula de Pressão - Reguladora de pressão com 3 vias
Símbolo
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
73
Válvula de Fluxo - Regulagem de vazão
Restrição por agulha Símbolo
Restrição por diferencial em hélice
Símbolo
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
74
Válvula de Fluxo - Válvula reguladora de fluxo unidirecional
Símbolo
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
75
Válvula de Fluxo - Válvula reguladora de fluxo unidirecional - aplicações METER IN AVANÇANDO
METER OUT
RECUANDO
% 0 5
% 0 5
CONTROLE DO FLUXO DE ÓLEO QUE ESTÁ ENTRANDO NO ATUADOR
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
AVANÇANDO
RECUANDO
5 0 %
5 0 %
CONTROLE DO FLUXO DE ÓLEO QUE ESTÁ SAINDO DO ATUADOR
76
Válvula de Fluxo - Válvula reguladora de fluxo compensada
Símbolo
DIDACTIC
A t
ã Hid á li
77
Circuito regenerativo F=
F=
A
P
B
P
T
T
Q BOMBA +Q RETORNO Q BOMBA
A
Q RETORNO
Ganha-se na velocidade e perde -se na força Para cilindro diferencial (2:1): dobro da velocidade, metade da força. DIDACTIC
A t
ã Hid á li
78
