Manual de Hidráulica Básica - Albarus

Engº Antonio Carlos Palmieri\nMANUAL DE HIDRÁULICA BÁSICA\nDANA\nALBARUS\nAlbarus Sistemas Hidráulicos Ltda\nGente Encontrando A Melhor Solução R121m\nAlbarus sistemas Hidráulicos Ltda.\nManual de Hidráulica Básica. Porto Alegre,\n1997 - 10ª Edição.\n328p. Ilustr.\n1. Hidráulica. 1. Título.\nCDU 532\nPreparada pelas bibliotecárias: Esther Eunice Lindermayer e Paulete Golbert MANUAL DE HIDRÁULICA BÁSICA\nDANA\nAlbarus Sistemas Hidráulicos Ltda\n1997\n10ª Edição\nEngº A. C. Palmieri NOTA DO AUTOR\n\nA Albarus Sistemas Hidráulicos Ltda., como todo fabricante de produto acabado, tem co-\nmo meta o lucro financeiro de suas operações.\n\nExiste um outro tipo de lucro entretanto, que é tão ou mais importante que o primeiro, pois\nsem ele, talvez o primeiro nem existiria.\n\nEsse lucro maior chama-se satisfação do cliente.\n\nAo cliente não basta que o equipamento funcione. Também é importante saber como opera-\r\nlo. Saber que para todo o suporte que eventualmente necessite, a Albarus estará sempre presente.\n\nDesde o “start up” até o acompanhamento do sistema hidráulico em funcionamento, a equipe\ntécnica Albarus está lado a lado do cliente (quando solicitado).\n\nSua assistência Técnica não apenas \"conserta\" um equipamento danificado, mas também\nrecomenda ao cliente atitudes que evitem um novo dano.\n\nDentro deste escopo, a Albarus coloca, também, à disposição do cliente os cursos de (1)\nHidráulica Básica, (2) Manutenção de Sistemas Hidráulicos e (3) Projetos de Automação com\nSistemas Hidráulicos.\n\nDesde a criação desses cursos em 1976, mais de 10.000 especialistas da área foram treinados\npela Albarus.\n\nFeito com dedicação e muita pesquisa, este Manual de Hidráulica Básica tem servido não\nsomente só acompanhamento do curso de Hidráulica Básica, mas também como um autêntico\nlivro de consulta.\n\nSua linguagem técnica e simples mostra uma hidráulica prática e aplicável ao dia-a-dia.\n\nPor este motivo, mais de uma dezena de Escolas de Engenharia o tem aplicado e introduzi-\ndo ao seu curriculum.\n\nMais de 20.000 exemplares já foram editados e a cada edição as atualizações de novos de-\nsenvolvimentos na área são introduzidas.\n\nNosso real desejo é que este trabalho contribua no aperfeiçoamento de sua especialização\nprofissional.\n\nEng.º Antonio Carlos Palmieri SUMÁRIO\n\nCAP. I – INTRODUÇÃO/9\n1. Um pouco de história/9\n2. Conceitos/10\n3. Classificação dos sistemas hidráulicos/10\n4. Esquema geral de um sistema hidráulico/11\n5. Vantagens e desvantagens dos sistemas hidráulicos/11\n\nCAP. II – CONHECIMENTOS FUNDAMENTAIS/13\n1. Lei de Pascal/13\n2. Princípio da conservação da energia/14\n3. Força e pressão/15\n4. Pressão hidrostática/15\n5. Princípio de Bernoulli/17\n6. Escoamento de fluido em tubulações/18\n7. Vazão em tubulações/19\n8. Perda de carga na linha de pressão de um sistema hidráulico/20\n9. Cálculos/20\n10. Exemplos de cálculos/27\n\nCAP. III – SIMBOLOGIA/33\n1. Representação básica/33\n2. Dutos/34\n3. Reservatórios e acumuladores/35\n4. Condicionadores de fluido/36\n5. Atuadores lineares/38\n6. Comandos e controles/39\n7. Dispositivos rotativos/41\n8. Instrumentos e acessórios/43\n9. Válvulas de controle direcional/44\n10. Válvulas de controle de pressão/46\n11. Válvulas de controle de vazão/47\n12. Intensificadores de pressão/48\n\nCAP. IV – FLUIDOS HIDRÁULICOS/49\n1. Óleo mineral/49\n2. Fluidos resistentes ao fogo/54\n3. Hora da troca. Procedimento/58\n\nCAP. V – RESERVATÓRIOS E ACESSÓRIOS/59\n1. As funções do reservatório/59\n2. Construção do reservatório/64\n3. Acessórios/65\n4. Considerações finais/67\n\nCAP. VI – FILTROS/69\n1. Princípio de filtragem mecânica/69\n2. Exemplo de aplicação/73\n3. Considerações finais/74\n\nCAP. VII – CILINDROS/77\n1. Tipos de cilindros/78\n2. Vedação dos cilindros/82\n3. Aplicações/86\n4. Cálculo/88\n5. Considerações finais/103\n\nCAP. VIII – BOMBAS/131\n1. Conceito/131\n2. Tipos de bombas/132\n3. Cuidados na instalação de bombas/145\n4. Procedimentos no momento da troca/148\n5. Considerações finais/149\n\nCAP. IX – VÁLVULAS REGULADORAS DE PRESSÃO/153\n1. Considerações iniciais/153\n2. Válvulas de alívio e segurança/154\n3. Válvula de descarte/161\n4. Válvula de controle/163\n5. Válvula de sequência/165\n6. Válvula redutora de pressão/167\n7. Válvula supressora de choque/168\n8. Observações finais – sumário/169\n\nCAP. X – VÁLVULAS DE CONTROLE DIRECIONAL/171\n1. Considerações iniciais/171\n2. Tipos de válvulas direcional/172\n\nCAP. XI – VÁLVULAS REGULADORAS DE VAZÃO/193\n1. Introdução/193\n2. Princípio de funcionamento/193\n3. Tipos de válvulas reguladoras de vazão/194\n4. Tipos de aplicação de válvulas reguladoras de vazão/198\n5. Observações finais/203\n\nCAP. XII – ATUADORES ROTATIVOS/207\n1. Introdução/207\n2. Os motores hidráulicos/207\n3. Os osciladores hidráulicos/222\n\nCAP. XIII – ACUMULADORES HIDRÁULICOS/227\n1. Tipos de acumuladores – classificação construtiva/227\n2. Considerações sobre que tipo de acumuladores empregar/233\n3. Aplicações/233\n4. Dimensionamento/241\n5. Observações finais/248\n\nCAP. XIV – INTENSIFICADORES DE PRESSÃO – \"BOOSTERS\"/251\n1. Tipo de intensificadores de pressão/251\n2. Exemplos de aplicação/255\n3. Características dos intensificadores de ação contínua RACINE/257\n4. Observações finais/258\n\nCAP. XV – TROCADORES DE CALOR/263\n1. Resfriadores/263\n2. Recuadores/270\n\nCAP. XVI – OUTROS EQUIPAMENTOS/271\n1. Motor elétrico/271\n2. Acoplamentos elásticos/275\n3. O bloco \"manifold\"/277\n4. Manômetros/279\n5. Termômetros/283\n6. O pressostato/285\n7. O limitador de curso/285\n8. O relé de tempo/288\n9. Observações finais/288\n\nCAP. XVI – FORMULÁRIOS, TABELAS DE CONVERSÃO E UNIDADES DE MEDIDAS/291\n1. Fórmulas mais utilizadas/291\n2. Unidades de Medidas/295\n3. Tabelas de conversão de unidades/302\n4. Outras tabelas, diagramas e ábacos/307\n5. Sinais/319\n6. Almanacários numéricos/325\n7. Bibliografia/326\n8. Recebido do Manual/327 I – INTRODUÇÃO\n\n1. UM POUCO DE HISTÓRIA\n\nExistem apenas três métodos conhecidos de transmissão de potência na esfera comercial: (1) a mecânica, (2) a elétrica e (3) a fluida.\n\nNaturalmente, a transmissão mecânica é a mais velha delas, por conseguinte, a mais conhecida. Começou com o \"ilustre desconhecido\" inventor da roda e utiliza hoje de muitos outros artifícios mais apurados como engrenagens, came, correias, correntes, molas, polias e outros.\n\nA elétrica, que usa geradores, motores elétricos, condutores e uma gama muito grande de outros componentes, é um desenvolvimento dos tempos modernos. E o melhor meio de se transmitir energia a grandes distâncias.\n\nA força fluida tem sua origem, por incrível que pareça, a milhares de anos antes de Cristo. O marco inicial, que deve ser conhecido, foi o uso da potência fluida em uma roda d'água, que emprega a energia potencial da água armazenada a uma certa altura, para a geração de energia. Os romanos por sua vez, tinham um sistema de armazenamento de água e transmissão, através de canais ou tubos para as casas de banho ou fontes ornamentais.\n\nO uso do fluido sob pressão, como meio de transmissão de potência, já é mais recente, sendo que seu desenvolvimento ocorreu, mais precisamente, após a primeira guerra.\n\nOs fatos mais marcantes da história da energia fluida poderiam ser relacionados como os seguintes:\n\nEm 1795, um mecânico inglês, Joseph Bramah, construiu a primeira prensa hidráulica, usando como meio transmissor, a água:\n\nEm 1850, Armstrong desenvolveu o primeiro guindaste hidráulico, e para fazê-lo, desenvolveu, também, o primeiro acumulador hidráulico;\n\nEm 1900, a construção da primeira bomba de pistões axiais nos Estados Unidos, ocorrendo aqui, a substituição da água por óleo mineral, com muita vantagem.\n\nHoje, com o desenvolvimento de novos metais e fluidos obtidos sinteticamente, a versatilidade e a dependência do uso da transmissão de força fluida torna-se evidente, desde o seu uso para um simples sistema de frenagem em um automóvel até a sua utilização para complexos sistemas das aeronaves modernas e etc. \n\nNos dias atuais, sem a energia fluida, a tecnologia moderna seria impossível. Onde poderia encontrar potência suficientemente grande para erguer um caminhão de grande tonelagem, ou suficientemente pequena para prender um ovo sem furar sua casca? 2. CONCEITOS\n\nDaremos a seguir algumas definições que se aplicam ao nosso estudo:\n\nFluido:\n\nQualquer substância capaz de escorer e assumir a forma do recipiente que o contém. Como estamos tratando apenas de sistemas hidráulicos, o fluido que nos interessa é o óleo hidráulico. O fluido pode ser líquido ou gasoso.\n\nHidráulica:\n\nÉ a ciência que estuda os fluidos em escoamento e sob pressão. No nosso estudo, tratamos apenas da óleo-hidráulica que é um ramo da hidráulica que utiliza o óleo como fluido.\n\nSistemas óleo-hidráulicos:\n\nSão sistemas transmissores de potência ou movimento, utilizando como elemento transmissor o óleo que, sob pressão, é praticamente incompressível. Os sistemas óleo-hidráulicos podem ser classificados de duas formas: estáticos e cinéticos.\n\nSistemas óleo-hidráulicos estáticos:\n\nSão sistemas onde a energia utilizada é a potencial, com o fluido sob a pressão e baixa velocidade. Atualmente, tem-se conseguido atingir até 1000 bar (14507,43 psi)\n\nSistemas óleo-hidráulicos cinéticos:\n\nSão sistemas onde a energia utilizada é a cinética, para a transmissão de potência. Em outras palavras, é utilizado o fluido animado a altas velocidades, em torno de 50m/seg (180km/h).\n\nNosso estudo se voltará mais aos sistemas óleo-hidráulicos estáticos aplicados, por exemplo, em prensas, guindastes, máquinas-ferramenta, injestas de plásticos, etc.\n\nOs sistemas óleo-hidráulicos estáticos são também denominados simplesmente óleo-hidráulicos.\n\n3. CLASSIFICAÇÃO DOS SISTEMAS HIDRÁULICOS\n\nOs sistemas hidráulicos podem ser classificados de diversas maneiras.\n\n3.1. De acordo com a pressão:\n\nSegundo a J.I.C. (Joint Industry Conference), extinta em 1967 e a atual NFPA (National Fluid Power Association), classificamos, quanto à pressão da seguinte forma:\n\n0 a 14 bar (0 203,10 psi) – Baixa pressão\n14 a 35 bar (203,10 a 507,76 psi) – Média pressão\n35 a 84 bar (507,76 a 1218,62 psi) – Média-alta pressão\n84 a 210 bar (1218,62 a 3046,56 psi) – Alta pressão\nAcima de 210 bar (Acima de 3046,56 psi) – Extra-alta pressão\n\n3.2. De acordo com a sua aplicação:\n\nSão classificados em sistemas de pressão contínua ou em sistemas de pressão intermitentes.\n\n3.3. De acordo com o tipo de bomba:\n\nClassificamos em sistemas de vazão constante ou vazão variável. 4. ESQUEMA GERAL DE UM SISTEMA HIDRÁULICO\n\nDe acordo com o tipo de aplicação, existe uma grande infinidade de tipos de circuitos hidráulicos, porém, todos eles seguem sempre um mesmo esquema, que poderíamos dividir em três partes principais:\n\n4.1. Sistema de geração\n\nÉ constituído pelo reservatório, filtros, bombas, motores, acumuladores, intensificadores de pressão e outros acessórios.\n\n4.2. Sistema de distribuição e controle\n\nConstituído por válvulas controladoras de vazão, pressão e direcional.\n\n4.3. Sistema de aplicação de energia\n\nAqui, encontramos os atuadores, que podem ser cilindros, motores hidráulicos e osciladores. Simbolicamente, podemos exemplificar o que foi explanado acima, através da fig. I.1.\n\nFig. I.1 – Esquema de um sistema hidráulico.\n\n5. VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS SISTEMAS HIDRÁULICOS\n\nO sistema hidráulico é empregado quando se tenta evitar ou é impossível empregar-se sistemas mecânicos ou elétricos.\n\nFazendo uma comparação entre estes três sistemas, analisamos as vantagens e desvantagens do emprego dos sistemas hidráulicos.\n\n5.1. Vantagens\n\n- Fácil instalação dos diversos elementos, oferecendo grande flexibilidade, inclusive em espaços reduzidos. O equivalente em sistemas mecânicos já não apresenta essa flexibilidade;\n\n- Devido à baixa inércia, os sistemas hidráulicos permitem uma rápida e suave inversão de movimento, não ocorrendo o mesmo nos sistemas mecânicos e elétricos;\n\n- Possibilidade de variações micrométricas na velocidade. Já os sistemas mecânicos e elétricos só as têm escalonadas de modo custoso e difícil;\n\n- São sistemas autolubrificantes, não ocorrendo o mesmo com os mecânicos ou elétricos; 12\nManual de hidráulica básica\n\n- Têm pequeno peso e tamanho com relação à potência consumida em comparação aos sistemas elétricos e mecânicos;\n\n- Possibilidade de comando por apalpadores (copiadores hidráulicos);\n\n- São sistemas de fácil proteção em comparação aos mecânicos e elétricos;\n\n- O óleo hidráulico é um excelente condutor de calor, o que inclusive é um fator importante no dimensionamento do reservatório que poderá servir como trocador de calor, etc.\n\n5.2. Desvantagens\n\n- Seu custo inicial é mais alto em comparação aos sistemas mecânicos e elétricos;\n\n- Baixo rendimento, que é devido a três fatores:\n\na) transformação de energia elétrica em mecânica e mecânica em hidráulica para, posteriormente, ser transformada novamente em mecânica;\n\nb) vazamentos internos em todos os componentes;\n\nc) atritos internos e externos;\n\n- Perigo de incêndio pois o óleo, normalmente, é inflamável. Atualmente tem-se empregado em certos casos fluidos resistentes ao fogo que, na realidade, apenas evitam a propagação do fogo, como veremos mais adiante.\n\n5.3. Comparações com sistemas pneumáticos\n\nOs sistemas hidráulicos possuem um controle de força (pressão) e velocidade (vazão) mais apurado do que os sistemas pneumáticos, além de poderem trabalhar em pressões bem mais elevadas, possibilitando assim uma transmissão de potência maior. Porém apenas no custo onde os sistemas pneumáticos apresentam um investimento menor.