Introdução aos Sistemas Hidráulicos: Conceitos e Classificação das Bombas

SISTEMAS HIDRÁULICOS 1 Introdução Sistemas hidráulicos são sistemas físicos que tem por função a realização de trabalho mecânico ou seja transmitir ou amplificar forças ou torques mecânicos realizar deslocamentos lineares ou rotativos utilizando para tanto fluído hidráulico A realização de trabalho é conseguida através da conversão e modulação de energia nos diversos componentes 11 Conceituação dos Sistemas Hidráulicos As bombas hidráulicas são os elementos primários de conversão de energia transformando a energia mecânica transmitida pelo motor em energia hidráulica Os atuadores são os elementos finais realizando a conversão da energia hidráulica em mecânica Uma das características positivas dos sistemas hidráulicos é a facilidade e precisão com que é possível realizar a modulação de elevados níveis energéticos Esta modulação da energia hidráulica é realizada nas válvulas sejam elas direcionais reguladoras de pressão ou de vazão 12 Grandezas físicas nos sistemas hidráulicos As principais grandezas físicas manipuladas nos sistemas hidráulicos são pressão p e vazão Q estando intimamente relacionadas através de leis físicas tais como a equação do escoamento de fluídos viscosos incompressíveis através de orifícios Realizando uma comparação dos sistemas hidráulicos com os sistemas elétricos verificase que a pressão e vazão são grandezas equivalentes à tensão e corrente respectivamente estando estas últimas relacionadas pela lei de Ohm 2 Classificação das Bombas A bomba é um elemento que tem por função converter energia mecânica em hidráulica Conforme as características construtivas da bombas elas podem ser classificadas em dois grandes grupos bombas hidrostáticas ou de deslocamento positivo bombas hidrodinâmicas 21 Bombas hidrostáticas Nas bombas de deslocamento positivo a movimentação do fluído hidráulico é obtida através da variação contínua do volume de uma câmara interna No instante que esta câmara apresenta seu volume mínimo é realizada sua comunicação com a linha de sucção Seu volume é gradativamente aumentado até atingir o valor máximo realizando assim a transferência por sucção de fluído hidráulico da linha de sucção para o interior da câmara Quando a câmara atinge o volume máximo é isolada da linha de sucção e conectada à linha de descarga O volume passa a ser reduzido gradativamente expulsando o fluído hidráulico para a linha de descarga Havendo uma vedação perfeita desta câmara não há limite superior para a pressão à saída da bomba Na prática isto não ocorre havendo fugas entre as linhas de alta e baixa pressão sendo a vazão da bomba influenciada pela pressão da saída 22 Bombas hidrodinâmicas As bombas hidrodinâmicas baseiamse no princípio da conversão da energia mecânica transmitida ao eixo da bomba em energia cinética ou seja realizam a aceleração do fluído hidráulico Esta aceleração ocorre no rotor da bomba e depende das dimensões e formato do rotor Em função do formato da carcaça da bomba e da restrição ao escoamento do fluído externa à bomba o fluído é desacelerado e sua velocidade é convertida em pressão convertendo energia cinética em energia potencial Tomandose como referência as pressões de trabalho usuais dos sistemas óleohidráulicos estas bombas apresentam como principal característica a limitação da pressão de descarga a valores muito baixos Esta limitação de pressão é devida à inexistência de vedação entre rotor e carcaça o que possibilita fugas internas elevadas à medida que a restrição ao escoamento do fluído aumenta reduzindo significativamente a vazão de descarga da bomba Estas bombas encontram sua principal aplicação na movimentação de fluídos No escopo dos sistemas hidráulicos encontram aplicação na sobrealimentação das bombas de deslocamento positivo circulação de água de refrigeração do fluído hidráulico circulação de fluído hidráulico para filtragem e refrigeração 3 Bombas hidráulicas mais usuais As bombas mais usuais são do tipo hidrostática ou conhecidas também como bombas de deslocamento positivo Dentre as mais usuais destacamos quatro bomba de palhetas bomba de engrenagens bomba de pistões bomba de parafusos 31 Bombas de palhetas O rotor de uma bomba de palheta suporta as palhetas e é ligado a um eixo que é conectado a um acionador principal À medida que o rotor é girado as palhetas são expulsas por inércia e acompanham o contorno do cilindro o anel não gira Quando as palhetas fazem contato com o anel é formada uma vedação positiva entre o topo da palheta e o anel O rotor é posicionado fora do centro do anel Quando o rotor é girado um volume crescente e decrescente é formado dentro do anel Não havendo abertura no anel uma placa de entrada é usada para separar o fluido que entra do fluido que sai A placa de entrada se encaixa sobre o anel o rotor e as palhetas A abertura de entrada da placa de orifício está localizada onde o volume crescente é formado O orifício de saída da placa de orifício está localizado onde o volume decrescente é gerado Bomba de palhetas em funcionamento normal 32 Bombas de engrenagens A bomba possui um par de engrenagens que permanecem envoltas por uma carcaça Durante o seu uso uma das engrenagens é acionada pelo motor enquanto a segunda engrenagem é acionada pela outra engrenagem É durante esse processo que ocorre o movimento responsável por bombear um líquido geralmente o óleo hidráulico transmitindo potência com a movimentação do bombeamento O fluido que fica no espaço entre os dois dentes é levado da área de sucção para a região da descarga Esse dente da engrenagem é justamente o que impede o líquido de retornar e não realizar o movimento como deve ser feito O funcionamento de uma bomba de engrenagem acontece através do bombeamento do óleo hidráulico o qual é direcionado devido ao movimento das engrenagens para o portal de saída Para que esse movimento aconteça é preciso que exista um vácuo na entrada formado pelos dentes das engrenagens que estão se movimentando Bomba de engrenagens normal 33 Bombas de pistões O funcionamento de uma bomba de pistão envolve a movimentação de pistões e o deslocamento de óleo hidráulico O cilindro é preenchido com um dado volume de óleo e o pistão é o responsável por empurrar ou sugar este óleo Ao se movimentar para cima uma válvula é aberta para a entrada do líquido Ao se movimentar para baixo uma válvula de saída é acionada para liberar o líquido fazendo com que ele saia com uma alta pressão Bomba Hidráulica de Pistão no text found 34 Bombas de parafusos A bomba hidráulica de parafuso que possui um par de engrenagens em espiral situada dentro de um cilindro fechado Assim o líquido lubrificante é colocado em uma extremidade do cilindro sendo forçado ao longo do seu comprimento entre os dentes das engrenagens e as paredes do cilindro Durante a operação da bomba seja ela hidrodinâmica ou hidrostática a sucção do fluído hidráulico do reservatório é realizada pela redução de pressão na tubulação de sucção Quanto maior a perda de carga nesta tubulação menor será a pressão junto ao pórtico de sucção da bomba Esta perda de carga é função dos seguintes fatores vazão da bomba diâmetro da tubulação de sucção comprimento da tubulação de sucção curvas na tubulação de sucção 4 Condições operacionais irregulares 41 Cavitação viscosidade do fluído a qual é determinada por sua temperatura Altura manométrica existente entre a superfície do fluído hidráulico no reservatório e o pórtico de sucção da bomba ensujamento do filtro de sucção Se a pressão no pórtico de sucção da bomba for reduzida até a pressão de vapor do fluído hidráulico ocorrerá evaporação do fluído formando pequenas bolhas de vapor Quando estas bolhas de vapor são transferidas para uma região de maior pressão descarga da bomba ocorre a implosão das mesmas Esta implosão resulta no desprendimento de material das superfícies internas da bomba acelerando seu processo de desgaste Por sua vez o material desprendido irá contaminar o restante do circuito hidráulico danificando os demais componentes O efeito imediato da cavitação é a redução do rendimento volumétrico da bomba tendo em vista que as bolhas de vapor ocupam maior volume que o fluído não havendo portanto o preenchimento completo da câmara de sucção A longo prazo ocorre a redução da vida útil da bomba e demais componentes do sistema A condição de cavitação é detectada por um forte ruído metálico semelhante ao de um martelo batendo sobre uma superfície metálica ou pela redução da pressão de sucção abaixo da pressão de vapor do fluído e esta pressão pode ser lida instalandose um vacuômetro na linha de sucção As formas de evitar a cavitação são utilizar tubulação com comprimento e diâmetro compatíveis com a vazão da bomba evitar curvas acentuadas na tubulação de sucção especialmente joelhos Dimensionamento adequado do filtro de sucção Obedecer as temperaturas de operação do fluído a temperaturas muito baixas aumentam a viscosidade do fluído aumentando a perda de carga na tubulação de sucção b temperaturas muito altas reduzem a pressão de vapor do fluído hidráulico Montagem da bomba abaixo do nível da superfície do reservatório bomba afogada Sobrealimentação da bomba ou seja instalar bomba centrífuga na linha de sucção da bomba Bomba de palhetas com cavitação Bomba de engrenagens com cavitação A condição de aeração também é detectada pelo elevado ruído metálico Na condição de aeração entretanto ao invés da redução de pressão de sucção abaixo da pressão de vapor do fluído que ocorre na cavitação ocorre o aumento da pressão A causa da aeração são vazamentos na linha de sucção os quais permitem a entrada de ar Para evitála é necessário a eliminação dos vazamentos 42 Aeração O fenômeno da aeração é similar ao da cavitação inclusive os seus efeitos sobre a bomba e demais componentes do sistema Sua causa entretanto é distinta ocorre em função da entrada de ar pela tubulação de sucção e não em função da evaporação do fluído hidráulico Bomba de palhetas com aeration Bomba de engrenagens com aeration REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Vídeo de Hidráulica CTAI Florianópolis SENAI SC Hidráulica e Técnicas de Comandos Florianópolis SENAISC 2004 100 p PARKER Tecnologia Hidráulica Industrial Apresentação M20012 BR 295 p CEFETBa Apostila de Hidráulica 2008 65 p