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SISTEMAS HIDRÁULICOS Lista de Exercícios Prof. Antônio M. C. Soares !nior
SISTEMAS HIDRÁULICOS
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"# $UEST%O& Conceitos básicos sobre bombas hidráulicas (a) Quais são as características básicas das bombas de deslocamento positivo? (b) Quais são as características especifícas para cada uma das famílias de bombas de deslocamento posidivo, ou seja, engrenages (c) Como podem ser caracterizadas (e o porqu?) as bombas de !ngrengens, "al#etas e "ist$es segundo os crit%rios& ' Capacidade de pressão ' eslocamento ' !cincia volumetrica ' *ráu de irregularidade (d) +e uma bomba com vazão terica de -. lit/min desloca apenas 00 lit/min a uma pressão de -.. 1g/cm - de pressão, qual a sua ecincia volum%trica? (e) 2ericar no livro (3ollmann) as e4press$es necessárias ao cálculo do deslocamento para bombas de engrenagens, pal#etas e pist$es5 (f) 6ostrar que, para bombas e motores #idráulicos, o rendimento total 7 t, % igual ao produto do rendimento volum%trico 7v pelo rendimento mec8nico 7 m,5
'# $UEST%O& 9s modelos das g:s 0 e -, abai4o, correspondem aos dois tipos de ;u4o encontrados em circuitos #idráulicos, g5 0
2 atm
5 atm
2 atm
3 atm
3 atm
(# $UEST%O& >ma bomba de engrenagens da s%rie *+ da 2icers, possui as seguintes especica@$es& eslocamento & -.,A cmA/rota@ão Bota@ão & 05.. rpm "ressão má4ima de trabal#o & 0D. 1gf/cm Eipo de montagem &
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!sta bomba em um determinado circuito #idráulico, alimenta um cilindro de 0- cm de di8metro, com um curso de . cm e que deve vencer uma for@a de 0D toneladas em 0. segundos5 Fps -.. #oras, de funcionamento do circuito, foi feita uma inspe@ão de rotina com algumas medi@$es, sendo vericado o seguinte problema& A bomba apresenta um vazamento interno de 9,0 lts/min.
Com base nestas observa@$es, analisar o funcionamento do circuito vericando& (0) 9 funcionamento atual do circuito considerando as condi@$es desejadas inicialmente, para a velocidade do atuadorJ (-) F pressão no circuito para as novas condi@$es de funcionamento da bombaJ (A) "ara quanto variou o rendimento volum%trico da bomba?
*# $UEST%O& >ma injetora, acionada #idráulicamente, utiliza um multiplicador de pressão, booster , (gura abai4o) para elevar a pressão de trabal#o na inje@ão para uma pressão de 0-. bar5 Conforme os dados relacionados abai4o calcular a pressão (p0) suportada pela bomba5 ados & F0 K 0 cmL F- K cmL p- K 0-. bar
+# $UEST%O& 9 cilindro do circuito abai4o % utilizado para realizar uma determinada opera@ão, vencendo uma for@a " no seu avan@o e depois retornando em fun@ão do acionamento da válvula direcional5 eseja'se um tempo de 0 segundos para o ciclo da opera@ão5 São dados: di8metro do cilindro (d) K A0.mm
di8metro da #aste( d # ) curso de pistão(N) K A..mm for@a " K 0 Eoneladas
K MAmm
Obs.: O tempo de avanço é igual ao dobro do tempo necessãrio ao retorno.
(0 Calcular& (a) vazão real da bomba (b) pressão de trabal#o da bomba (c) o motor el%trlco de acionamento +ão dados& 7v (volum%trico) K .,G
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7m (mec8ni co) K .,I(-) Como conseguir adequar as diferentes demandas de vazão envolvidas?
,# $UEST%O& !m um dado circuito #idráulico, o motor el%trico de uma bomba de pist$es a4iais com bloco de cilindros inclinado, de deslocamento variável, queimou5 isp$e'se, em estoque, de um motor de AC2 a 0O. rpm5 "ara utilizá'lo P pot%ncla plena, para qual 8ngulo deve ser regulado o bloco de cilindros da bomba?
Dados d omba! " K 0A. gf/cm- (pressão de trabal#o) deslocamento má4imo K 0..cmA/rev ' para (8ngulo de inclina@ão do bloco de cilindrsos) K -. 7vb (volum%trico) K.,GA 7tb (total) K .,I Eemperatura do leo K D. CR Eemperatura do ar K A. CR (0) Considerar o reservatrio não aletado, em corrente de ar for@ado (ventila@ão) 2 K m/sJ (-) 9s componentes do circuito deverão ser montados sobre o reservatrioJ (A) Considerar a forma mais adequada para o reservatrio (
Caso o reser"at#rio n$o dissi%e o calor su&cientemente' dar su(est)es %ara atenuar o %roblema* -# $UEST%O& Conceitos básicos sobre "álulas hidráulicas a) Quais as características de funcionamento que podem ser obtidas , para o circuito, quando da escol#a dos centros fec#ados, aberto e tandem para válvulas direcionais O4A vias? b) Quais as limita@$es de aplicabilidade das válvulas de seguran@a de a@ão direta? c) Como deve ser drenada uma válvula de sequncia? "or que? d) Qual a nalidade da aplica@ão de uma válvula de contrabalan@o? e) Quais as formas de se controlar a velocidade de um atuador? f) Qual a diferen@a entre, o controle de ;u4o na entrada, na saída e em deriva@8o5 g) 9 que signica válvulas, bombas e motores com compensa@áo de pressão? ! compensa@ão de temperatura?
# $UEST%O&
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"ara o circuito de acionamento #idráulico de uma prensa, apresentado na gura abai4o, tem'se que& !ados&
&
0I
1T
(trabal#o)
Fig. 2 1
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+ede,se! 05 enir a regulagem da válvula de contrabalan@o para suportar e4atamente o conjunto pistão/#aste que % montado na posi@ão verticalJ -5 !specicar as unidades de bombeamento (0) e (-), quanto P vazão e pressão, de modo que seja possível aproveitar toda a potncia instalada, em -ual-uer .ase do avan@o do cilindro5 Considerar ηvb K .,GA e ηmb K .,I- para ambas as bombasJ A5 Completar o circuito de modo a se obter para a prensa o mínimo consumo de energia para a condi@ão de repouso do sistema, (com o motor ligado)5 Tão devem ser modicados os componentes originais, podendo ser acrescentados outros5
/# $UEST%O& +eja a serra para materiais metálicos da gura abai4o, pede'se o desenvolvimento de um circuito #idráulico de acionamento com as seguintes características& (a) "ossibilidade de - níveis de pressão má4ima (para trabal#ar diferentes materiais), mais pressão nula para o sistema (comando pode ser el%trico)J (b)
9bserva@$es& (a) 9 funcionamento do circuito deve ser automático por pressão, com e4ce@ão da válvula direcional responsável pela inversão de movimento do
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cabe@ote da serra que deve ser acionada #idraulicamente com comando el%trico5 (b) >sar rigorosamente a simbologia UT 0-0G para os componentes do circuito5
"0# $UEST%O& 9 circuito #idráulico de uma determinada máquina de estampar tecidos, apresenta as seguintes características de funcionamento& (a) tempo de servi@o grande e contínuoJ (b) ;u4o e pressão controlados por diversas válvulas estrategicamente colocadas no circuito5
+ede,se! (a) imemsionar o reservatrio ideal para o circuito, sendo dados& 2olume total dos componentes& 0.. lts5 Qt (vazão da bomba)& 0. lts/min (b) 2ericar o desempen#o do reservatrio quanto a dissipa@ão de calor sendo dados& T (potncia entregue á bomba) K A C2 7g (rendimento global do sistema #idráulico) K .,M
""# $UEST%O& Como já vericado, as perdas em um circuito #idráulico, são e4tremamente aumentadas quando se utilizam estrangulamentos para o controle de velocidade de um atuador5 "ara ilustrar este ponto deseja'se fazer uma compara@ão entre dois m%todos de controle de velocidade Xna entrada e em deriva@ãoY (guras abaixo), utilizados para controlar cargas variáveis no tempo, que na prática são aquelas comumente encontradas5
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S$o dados! Curso do cilindro& ., Dm Frea do pistão F 0& -.40.'OmFrea do lado da #aste (coroa) F -& 0-40.'OmCondi@$es de funcionamento para o circuito "eríodo 0 & 9 cilindro avan@a 0.cm P .,- m/s contra 0 1T "eríodo -Z& 9 cilindro avan@a -.cm P .,0 m/s contra 0. 1T "eríodo A & 9 ciilindro avan@a -.cm P .,. m/s contra -. 1T "eríodo O & 9 cilindro mant%m'se e4tendido durante O segundos contra a carga do período anterior5 Considerando que as perdas predominentes são aquelas referentes as válvulas de controle de ;u4o e seguran@a e que esta deve ser regulada para uma pressão 0.H a mais do que a pressão má4ima de trabal#o, "ede'se& (a) Qual a ecincia energ%tica global do circuito da g5 (a)? "#esp.: $%,%&
(b) Qual a potncia m%dia da entrada e da saída? "#esp:. '(( ) e (,* +) respectivamente
(c) Quals as perdas em termos de energia na válvula de seguran@a e na válvula controladora de ;u4o? "#esp: (',0 +- e ,0 +- respectivamente (d) Bepetir os itens (a) a (c) para o circuito da g5 (b) (#es. $*,& (0, 00 1- na v2lvula de control. (e) Qual dos circuitos apresenta maior rendimento, e porqu?
"' $UEST%O&
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F gura abai4o apresenta o circuito #idráulico de acionamento de uma furadeira radial5 eseja'se modicar o circuito de modo a se obter apro4ima@ão rápida e trabal#o lento para o cilindro de fura@ão, por meio de controle dissipativo (válvula reguladora de ;u4o)5 "ara o funcionamento adequado da máquina, o cilindro responsável pela furacão (-), deve apro4imar rapidamente durante - segundos, e a partir de uma certa posi@ão, promover a furacão com velocidade controlada, durante I segundos at% o nal de seu curso5 São dados: "a 3ilindro de 45ação $:
Vrea do pistão & -.40.'O mVrea do lado da #aste & 0-40.'O mCurso do cilindro & - cm
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"b 3ilindro de trabal6o :
Vrea do pistão Vrea do lado da #aste Curso de apro4ima@ão Curso de fura@ão
& -.40.'O m& 0-40.'O m& O. cm & -. cm & O. 1T
7ede8se:
(a)Complementar o circuito de acordo com o funcionamento desejado para o cilindro de fura@ão5 eve'se lembrar que o processo de fura@ão deve prever car(as ne(ati"as desde que se desejam furos passantes5 (b)Com base no item anterior analisar o sistema #idráulico a%enas com res%eito ao a"an/o do cilindro de trabalho 012 , apro4ima@ão e fura@ão obtendo, para tanto, a sua e&ci3ncia ener(4tica 5 Udenticar os %rinci%ais %ontos de %erdas de energia e calculá'las5 Considere que as válvulas direcionais foram superdimencionadas, assim como são desprezíveis as perdas da tubula@ão5
Obser"a/$o! (0) Begular a válvula de seguran@a para uma pressão 0.H a mais que a maior pressão atingida na bomba5 (-) Considerar a ecincia volum%trica e mec8nica dos cilindros igual a 0..H5
"(# $UEST%O& Considere um cilindro #idráulico que requer uma ta4a de ;u4o como mostra a gura (a) abai4o5 +em o uso de um acumulador seria necesário utilizar uma bomba que fornecesse uma vazão de A lts/s5 Com um acumulador no circuito a bomba s necessita oferecer uma ta4a de;u4o m%dia igual a Qb K .,I lts/s, considerando o ciclo de trabal#o desejado5
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Fssumindo'se que a pressão de trabal#o do cilindro seja de . bar durante o ciclo, 7ede8se: (a)
9 taman#o do acumulador a ser utilizado para um valor de pr%'carga igual a G.H da pressão mínima e uma pressão má4ima igual a duas vzes a pressão mínima5 Considerar que o acumulador trabal#a em condi@$es isot%rmicas5
(b) Qual o valor do volume inicial do leo no acumulador? (c) Qual a potncia consumida pela bomba para o caso em que se usa o acumulador como fonte au4iliar de vazão? (d)
9 mesmo do item (c) para quando não se usa o acumulador?
"*# $UEST%O& Quais as principais características que diferenciam um circuito aberto de um circuito fec#ado?
"+# $UEST%O& E5em%lo de Circuito Aberto
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Fnalizar o funcionamento do circuito abai4o considerando que se deseja avan@o rápido, trabal#o lento e pressão nal de conforma@ão tendo a bomba A como provedora da vazão de fuga dos atuadores5 !ados& 3omba 0 S 2azãoK0..l/min e "ressãoKA. bar
3omba - S 2azãoK . a O.U/min e "ressãoK--. bar 3omba A S 2azãoK AU/min e "ressãoK--. br
0
-
A
",#
$UEST%O& Com rela@ão ao circuito aberto da gura abai4o, pergunta'se& (a) F pressão das bombas quando o sistema está na posi@ão de repousoJ (b) Quais os solenides que devem ser atuados para a 4a@ão da pe@aJ (c) Como se classicam os cilindros U e UU quanto ao tipo e a@ãoJ (e) Como e funciona o controle de velocidade do cilindro de 4a@ãoJ (f) F qual pressão são atuados os carret%is das válvulas direcionais5
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"-# $UEST%O& E5em%lo de Circuito 6echado Fnalizar o funcionamento do circuito abai4o que apresenta uma transmissão #idrostática referente ao acionamento das rodas de um dos lados de uma escavadeira #idráulica5
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"# $UEST%O& "ara um dado dispositivo de eleva@ão de cargas (tambor de eleva@ão) deseja'se um acionamento #idráulico5
Sendo dados: di8metro do tambor (d)
K 0.. Carga ([) K D. 1g rota@ão5 má45 desejada (n) K -. rpm
W
mm
eve'se utilizar um motor disponível (\6C -M. 2icers) que possui um deslocamento de -.. cmA/rev, e 7v6 (volum%trico)K 9, GA , 7 t6 (mec8nico)K 9, I-5 7ede8se:
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0) "rojetar/desen#ar o circuito fec#ado (transmissão #idrostática) para o acionamento do tambor (diagrama funcional) prevendo& (a) sobrepressãoJ (b) controle de velocidadeJ (c) bomba de carga5 (-) "ara o atuador #idráulico rotativo a ser utilizado especicar& ' eslocamento ' "ressão ' 2azão real 3onsiderar v ; O, 9( , t ; O,
(A) 9bter o valor da potncia solicitada pela bomba, nas condi@$es de regime, considerando que a mesma possui um rendimento total de IOH?
"/# $UEST%O& F partir das condi@$es abai4o denidas Bota@ão da bomba n3 K constante "ressão na bomba "3 K constante "ressão no motor "6 K constante !ncontrar, gracamente, o comportamento da "otncia e do Eorque no motor #idráulico, saída da transmissão #idrostática, considerando as possíveis combina@$es entre bomba e motor, como mostrado nas guras abai4o& T6, E6
n6 T6, E6
n6 T6, E6
'0# $UEST%O&
n6
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"ara os circuitos apresentados a seguir, montar os quadros de acionamento dos solenides de modo a indicar cada fase de funcionamento do circuito ou, no caso da gura (c), o acionamento das alvancas, quando do acionamento manual5
fig. (a)
g5 (b)
g5 (c)
