Trabalho de Hidráulica e Pneumática

FACULDADE MULTIVIX ENGENHARIA MECÂNICA Gilberto Estevão Bastos Vila Velha 2025 HIDRÁULICA E PNEUMÁTICA Conceitos e fundamentos sobre hidráulica e pneumática Propriedades dos fluídos hidráulicos e pneumáticos Componentes e elementos dos sistemas hidráulicos e pneumático Diagramas de funcionamento e simbologia aplicada Unidade de geração de potência fluída Sistemas hidráulicos e pneumáticos Dimensionamento de componentes Contaminação e filtragem do fluído EMENTA DO CURSO DE HIDRÁULICA E PNEUMÁTICA Presença e participação nas aulas expositivas Atitude responsável de estudo e pesquisa Leitura e estudo da bibliografia informada Dedicação para realização dos exercícios propostos Atitude crítica que o leve a refletir sobre os conteúdos aprendidos e sua importância para a sua futura atuação como engenheiro RECOMENDAÇÕES PARA APROVEITAMENTO DO CURSO Horário das aulas 1950 as 2150 quartafeira Entrega da avaliação processual 1 até 12092025 até 2359 Avaliação pontual 1 17092025 2000 as 2200 Entrega da avaliação processual 2 até 11112025 até 2359 Avaliação pontual 2 19112025 2000 as 2200 Avaliação substitutiva a definir 2000 as 2200 Prova final a definir 2000 as 2200 As datas e horários podem sofrer alterações durante o semestre atentar para os ofícios e calendário da Multivix INFORMAÇÕES E CALENDÁRIO DA DISCIPLINA FIALHO Arivelto B Automação Hidráulica Projetos Dimensionamento e Análise de Circuitos 7 ed Rio de Janeiro Érica 2019 RABIE M Galal Fluid Power Engineering New York McGrawHill 2009 FIALHO Arivelto B Automação Pneumática Projetos Dimensionamento e Análise de Circuitos 7 ed Rio de Janeiro Érica 2011 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS PROJETOS DE SISTEMAS HIDRÁULICOS SEQUÊNCIA PARA PROJETAR UM SISTEMA HIDRÁULICO Através da mecânica aplicada determine a força ou o torque e a velocidade linear ou angular que os atuadores hidráulicos necessitam realizar Dimensione e selecione os atuadores hidráulicos em função da sua força ou torque e velocidade linear o angular Além disso determine as pressões e vazões necessárias em cada atuador Elabore um diagrama preliminar e determine os ciclos de funcionamento dos atuadores para determinar a vazão total e a pressão em cada linha Dimensione as tubulações de sucção pressão e retorno de acordo com as velocidades de fluido recomendadas Calcule as perdas de carga totais distribuídas e localizadas conforme projeto detalhado do circuito hidráulico Nesse passo o circuito hidráulico bem como todos os seus elementos válvulas filtros rotas de tubulação deverá estar dimensionados Calcule as perdas térmicas devido ao escoamento do fluído no circuito hidráulico taxa de geração de calor interna Dimensione a bomba onde a pressão mínima desta será a pressão de trabalho dos atuadores mais a perdas de carga do circuito hidráulico e a vazão em função das velocidades dos atuadores simultaneidades e vazamentos internos Dimensione o reservatório de óleo para atender o sistema hidráulico PROJETO DE UM SISTEMA HIDRÁULICO Antes de iniciar o projeto de um sistema hidráulico Qual é a necessidade Como será o funcionamento Quais funções deverão ser desempenhadas Como deverá a sequência de funcionamento Em caso de falta de energia o que deverá será executado Em caso de falha o que deverá ser executado EXEMPLO DE CIRCUITO HIDRÁULICO EXEMPLO DE CIRCUITO HIDRÁULICO Cilindro 1 Cilindro 2 Cilindro 3 CILINDROS HIDRÁULICOS CILINDRO HIDRÁULICOS FUNÇÃO Os cilindros hidráulicos tem como função converter energia hidráulica em energia mecânica movimento linear podendo ser Força e velocidade linear N F x v N P Q N F v AVANÇO DE UM CILINDRO HIDRÁULICO Pta Fa Ap ηch Qa Va Ap Va Lh ta Área do pistão Ap π Dp² 4 N P Q N F v RETORNO DE UM CILINDRO HIDRÁULICO Área da coroa Ac πDp2dh² 4 N F v N P Q Ptr Fr Ac ηch Qr Vr Ac Vr Lh tr DIMENSIONAMENTO DE UM CILINDRO HIDRÁULICO Força atuante na haste A utilização do critério de Euler para o dimensionamento do cilindro hidráulico através do diâmetro da haste do pistão é amplamente utilizada e leva em consideração os seguintes critérios 1 Determinase com precisão o serviço e a aplicação do cilindro hidráulico 2 Determinase a maior carga que a haste do cilindro hidráulico estará sujeita durante o serviço 3 Aplicase um fator de segurança 4 Determinase o comprimento livre de flambagem 5 Calculase o diâmetro mínimo da haste para não haver flambagem 6 Selecionase um cilindro hidráulico no qual o diâmetro da haste é maior que o diâmetro mínimo da haste para não haver flambagem 7 Determinase a pressão e vazão de avanço recuo e induzida EQUAÇÕES PARA DIMENSIONAMENTO K π² E J λ² Fa K S J dh4 π 64 A carga K que representa o limite de resistência do material à solicitação de flambagem será A máxima força Fa de avanço permitida e convencionada como segura será dada por O momento de inércia axial J da seção circular da haste é dado por O diâmetro mínimo da haste para não ocorrer a flambagem devido a uma força de avanço Fa com segurança será dh 4 64 S λ² Fa π³ E dh Diâmetro mínimo da haste do cilindro hidráulico S Coeficiente de segurança em geral S 35 λ Comprimento livre de flambagem conforme tipo de montagem Fa Força máxima de avanço máxima de projeto E Módulo de elasticidade do material da haste do cilindro COMPRIMENTO LIVRE DE FLAMBAGEM PARTE 1 O comprimento livre de flambagem λ é uma função do comprimento da haste Lh e de sua condição funcional em relação à fixação do atuador e da extremidade de sua haste Lh é o curso máximo do cilindro distância linear percorrida entre o cilindro totalmente recuado e o cilindro totalmente avançado COMPRIMENTO LIVRE DE FLAMBAGEM PARTE 2 O comprimento livre de flambagem λ é uma função do comprimento da haste Lh e de sua condição funcional em relação à fixação do atuador e da extremidade de sua haste Lh é o curso máximo do cilindro distância linear percorrida entre o cilindro totalmente recuado e o cilindro totalmente avançado CILINDROS HIDRÁULICOS NORMALIZADOS ISO 60202 PRESSÃO REAL DE TRABALHO Todo o cilindro hidráulico possui perdas fazendo com que a pressão real de trabalho necessite ser ajustada em função do rendimento do cilindro Atrito das vedações do embolo com a camisa Atrito da haste com a vedação do cabeçote Peso da haste Ptb Fa A ηch Ptb Pressão de trabalho do cilindro hidráulico Fa Força máxima de avanço máxima de projeto A Área do embolo avanço ou retorno ηch Rendimento total do cilindro hidráulico Passagem interna entre as câmaras VELOCIDADE E VAZÃO NOS CILINDROS HIDRÁULICOS A velocidade de um cilindro hidráulico é função do tempo exigido projetoprocesso e do comprimento da área do cilindro Velocidade de avanço Va Lh ta Lh curso total do cilindro ta tempo total de avanço Velocidade de recuo Vr Lh tr Lh curso total do cilindro tr tempo total de recuo A velocidade requerida irá impactar diretamente na vazão de projeto para o cilindro Vazão requerida para avanço Qa Va Ap e Ap π Dp² 4 Qa π Lh Dp² 4 ta Equação completa Ap Área do pistão e Dp Diâmetro do pistão Vazão requerida para recuo Qr Vr Ac e Ac πDp2dh² 4 Qr π Lh Dp2dh² 4 tr Equação completa Ac Área da coroa e dh Diâmetro da haste VELOCIDADE E VAZÃO NOS CILINDROS HIDRÁULICOS Avanço do cilindro hidráulico Va Lh ta Qa π Lh Dp² 4 ta Recuo do cilindro hidráulico Qr π Lh Dp2dh² 4 tr Vr Lh tr Qa Vazão para avanço do cilindro Lh Curso total do cilindro hidráulico Dp Diâmetro do pistão do cilindro ta Tempo requerido para deslocamento total da haste Va Velocidade de avanço do cilindro hidráulico Qr Vazão para retorno do cilindro Lh Curso total do cilindro hidráulico dh Diâmetro do haste do cilindro tr Tempo requerido para deslocamento total da haste Vr Velocidade de recuo do cilindro hidráulico VAZÃO INDUZIDA NO AVANÇO DE CILINDROS HIDRÁULICOS Vazão induzida no avanço do cilindro hidráulico r Ap Ac Dp Dp dh Qa π Lh Dp² 4 ta Va Lh ta Qia va Ac Qia Qa r A entrada de óleo na câmara do lado do pistão e o movimento do cilindro avançando induz uma vazão de saída de fluido na câmara do lado da haste Qia Vazão induzida no avanço do cilindro hidráulico va Velocidade de avanço do cilindro hidráulico Qa Vazão para avanço do cilindro do hidráulico r Relação de superfície do cilindro hidráulico Ap e Dp Área e Diâmetro do pistão área lado embolo Ac e dh Área da coroa e Diâmetro da haste VAZÃO INDUZIDA NO RETORNO DE CILINDROS HIDRÁULICOS Vazão induzida no retorno do cilindro hidráulico r Ap Ac Dp Dp dh Vr Lh tr Qir vr Ap Qir Qr r A entrada de óleo na câmara do lado da haste e o movimento do cilindro retornando induz uma vazão de saída de fluido na câmara do lado do pistão Qir Vazão induzida no retorno do cilindro hidráulico vr Velocidade de retorno do cilindro hidráulico Qr Vazão para avanço do cilindro do hidráulico r Relação de superfície do cilindro hidráulico Ap e Dp Área e Diâmetro do pistão área lado embolo Ac e dh Área da coroa e Diâmetro da haste Qr 𝜋𝜋 𝐿𝐿ℎ 𝐷𝐷𝑝𝑝2𝑑𝑑ℎ² 4 𝑡𝑡𝑟𝑟 PRESSÃO INDUZIDA NO AVANÇO DE CILINDROS HIDRÁULICOS Pressão induzida no avanço do cilindro hidráulico r Ap Ac Dp Dp dh Pia Fa Ac Pia Pta r A atuação da pressão na câmara de avanço e a resistência ao fluxo de saída de óleo induz uma pressão na câmara do cilindro no lado da haste sendo a maior pressão em caso de bloqueio total do fluxo de óleo Pia Pressão induzida no avanço do cilindro hidráulico Fa Força de avanço do cilindro hidráulico Pta Pressão total para avanço do cilindro do hidráulico r Relação de superfície do cilindro hidráulico Ap e Dp Área e Diâmetro do pistão Ac e dh Área da coroa e Diâmetro da haste Pta Fa Ap ηch PRESSÃO INDUZIDA NO RETORNO DE CILINDROS HIDRÁULICOS Pressão induzida no retorno do cilindro hidráulico r Ap Ac Dp Dp dh Pir Fr Ap Pir Ptr r A atuação da pressão na câmara de retorno e a resistência ao fluxo de saída de óleo induz uma pressão na câmara do cilindro no lado do pistão sendo a maior pressão em caso de bloqueio total do fluxo de óleo Pir Pressão induzida no retorno do cilindro hidráulico Fr Força de retorno do cilindro hidráulico Ptr Pressão total para retorno do cilindro do hidráulico r Relação de superfície do cilindro hidráulico Ap e Dp Área e Diâmetro do pistão Ac e dh Área da coroa e Diâmetro da haste Ptr Fr Ac ηch EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE UM CILINDRO Um cilindro hidráulico deverá ser dimensionado para acionamento da elevação de uma mesa de carga A massa da mesa é de 5 toneladas e a capacidade máxima de elevação de carga será de 20 toneladas A mesa pode se mover na vertical e ser posicionada na horizontal conforme necessidade sendo guiada rigidamente A cilindro irá operar conforme figura lado para elevar a mesa com a carga máxima em qualquer posição horizontal de projeto Para o projeto deverá ser considerado os requisitos abaixo Pressão máxima de alimentação 180 bar Curso máximo do cilindro 1200 mm A haste do cilindro deverá ser de aço E 210 GPa Tempo máximo de avanço 5 segundos Tempo máximo de retorno 3 segundos Coeficiente de segurança do projeto 35 O cilindro deverá ser dimensionado pelo critério de flambagem de Euler e todos os dados de projeto devem ser determinados tais como pressão de trabalho vazão requerida velocidades pressões induzidas e vazões induzidas Todos os dados do cilindro diâmetro do cilindro da haste área do pistão e da haste também devem ser determinados EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE UM CILINDRO F C 981 25000 981 245250 N cos 30 FY Fa sin 30 FX Fa Fa FY cos 30 245250 0866 2831986 N 2832 kN Para uma força vertical de 245250 N 25 toneladas na condição extrema 30 de inclinação o cilindro deverá fazer uma força de avanço força linear de 2832 kN O cilindro deve ser dimensionado para a condição mais extrema de trabalho que é quando o ângulo é 30 Com o cilindro inclinado a força de avanço é descomposta em uma força vertical e horizontal EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE UM CILINDRO λ 2 Lh λ 2 1200 λ 2400mm O comprimento livre de flambagem é determinado de acordo com o curso máximo necessário do cilindro hidráulico e a aplicação para o serviço conforme tabela ao lado EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE UM CILINDRO dh 4 64 35 2400 103² 2832 1000 314³ 210 109 00866m dh 00866 1000 866mm dh 4 64 S λ² Fa π³ E Para as condições de serviço fator de segurança material da haste do cilindro e força de avanço o diâmetro mínimo da haste para não haver flambagem será A haste deverá ter diâmetro mínimo de 866mm para atender ao projeto EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE UM CILINDRO EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE UM CILINDRO Pta Fa Ap ηch 2832 1000 09 17663 104 17815 103 Pa 17815 kPa 17815 bar Dados do cilindro selecionado diâmetro do pistão 150mm e diâmetro da haste 100mm Ap π Dp² 4 314 150² 4 176625mm2 17663cm² Ac πDp2dh² 4 314 1502 1002 4 98125mm2 9813cm² Qa π Lh Dp² 4 ta 314 1200 103 150 103² 4 5 000424 𝑚𝑚𝑚 𝑠𝑠 2544 Lmin r Ap Ac 17663 9813 18 r 150² 150² 100² 18 EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE UM CILINDRO Pia Fa Ac 2832 1000 9813 104 28860 103 Pa 28860 kPa 2886 bar Qia va Ac 240 103 9813 104 000236m3s 1416 Lmim Va Lh ta 1200 5 240mms Vr Lh tr 1200 3 400mms A pressão de retorno depende das condições de retenção pois a carga está a favor do movimento Qr π Lh Dp2dh² 4 tr 314 1200 103 150 103 ² 100 103² 4 3 000393 m³ s 2355 Lmin Pir Fr Ap 2832 1000 17663 104 16034 103 Pa 16034 kPa 16034 bar Qir vr Ap 400 103 17663 104 000707m3s 4242 Lmim EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE UM CILINDRO RESUMO E FOLHA DE DADOS Força requerida de avanço 2832 kN Comprimento livre de flambagem 2400 mm Diâmetro mínimo da haste 866 mm Cilindro escolhido Dp 150mm e Dh 100mm Área do pistão e da coroa Ap 17663cm² e Ac 9813 cm² Dados de operação Avanço Retorno Pressão total 17815 bar Vazão requerida 2544 Lmin 2355 Lmin Velocidade 240 mms 400 mms Pressão induzida 2886 bar 16034 bar Vazão induzida 1416 Lmin 4242 Lmin MOTORES HIDRÁULICOS MOTOR HIDRÁULICO MOTORES HIDRÁULICOS FUNÇÃO Os motores hidráulicos tem como função converter energia hidráulica em energia mecânica movimento rotativo podendo ser Torque e velocidade angular N T x ω N P Q N T ω CLASSIFICAÇÃO E TIPOS DE MOTORES HIDRÁULICOS Sentido de rotação Unidirecional Bidirecional Vazão Fixa Variável Tipo Engrenagens Palhetas Pistões TIPOS DE MOTORES HIDRÁULICOS MOTORES HIDRÁULICOS DEFINIÇÕES Deslocamento Volumétrico É a quantidade de fluido que o motor recebe para uma rotação Esse deslocamento é representado normalmente em litros por rotação lrot cm³rot Quanto maior o motor hidráulico maior será o volume de óleo absorvido para cada rotação Torque Força que tende a causar um momento torsor no eixo Em um motor hidráulico é possível haver torque sem movimento pois ele só se realiza quando o torque gerado for suficiente para vencer o atrito e a resistência à carga e mesmo assim estará consumindo energia Pressão A pressão necessária em um motor hidráulico depende do torque e do deslocamento Um motor com um grande deslocamento desenvolve certo torque com menos pressão que com um pequeno deslocamento MOTORES HIDRÁULICOS PRINCÍPIOS FÍSICOS N P Q P e Q Q N T ω Q Vg n 1000 ηv P 20 π Mt Vg ηmh N Mt n 9549 A vazão de dreno depende do projeto e dos parâmetros de lubrificação do motor hidráulico MOTORES HIDRÁULICOS PRINCÍPIOS FÍSICOS N P Q P e Q Q N T ω Q Vg n 1000 ηv P 20 π Mt Vg ηmh N Mt n 9549 A vazão de dreno depende do projeto e dos parâmetros de lubrificação do motor hidráulico DIMENSIONAMENTO DE MOTORES HIDRÁULICOS Mt 159 Vg P ηmh 100 N Mt n 9549 N Q P ηt 600 Q Vg n 1000 ηv Q 600 n P ηt P 20 π Mt Vg ηmh Mt Torque momento de torção aplicado Nm n rotação rpm P diferença de pressão entre a entrada e a saída bar Q vazão de entrada lmin N potência kW Vg volume de absorção cm³rot ηmh rendimento mecânico hidráulico ηv rendimento volumétrico ηt rendimento total ηmh ηv π constante de valor igual a 314 CATÁLOGO DE UM MOTOR HIDRÁULICO Exemplo de catálogo de um motor hidráulico EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE MOTOR HIDRAULICO Um motor hidráulico deve ser dimensionado para acionar uma mesa de giro com uma rotação de 180 rpm O torque no eixo da mesa na carga máxima deve ser de 400 Nm A pressão no circuito hidráulico não deve ser maior que 180 bar Selecione um motor e determine a potência hidráulica a pressão de acionamento e a vazão necessário para acionamento do motor nas condições exigidas considerando um rendimento volumétrico de 95 e um rendimento mecânico hidráulico de 89 N Mt n 9549 400 180 9549 754 kW P 20 π Mt Vg ηmh 20 314 400 125 089 2258 bar P 20 π Mt Vg ηmh 20 314 400 1604 089 1758 bar Q Vg n 1000 ηv 1604 180 1000 095 304 lmin CONDUÇÃO DO FLUÍDO HIDRÁULICO CONDUÇÃO DO FLUÍDO HIDRÁULICO ESCOAMENTO EM SISTEMAS HIDRÁULICOS Escoamento Laminar Escoamento Transitório Escoamento Turbulento Re ρ v D u Re v D υ Re Número de Reynolds ρ masse específica do fluído Kgm³ v velocidade de escoamento ms D Diâmetro por onde o fluído escoa m u viscosidade absoluta Pas υ viscosidade cinemática St Limites de escoamento Escoamento laminar Re 2000 Escoamento indeterminado 2000 Re 2300 Escoamento turbulento 20002300 VAZÃO E VELOCIDADES DE ESCOAMENTO RECOMENDADAS A fim de obter a menor perda de carga possível e garantir um regime laminar no escoamento do fluido são aplicados alguns critérios empíricos amplamente indicados e velocidades de escoamento recomendadas Tubulação Pressão bar Velocidade 20 50 100 200 ms Pressão 3 4 5 6 Retorno 3 Sucção 1 D 2 4Q V π V 𝑄𝑄 𝐴𝐴 V velocidade de escoamento ms Q vazão que escoa pela conduto m³s A área interna do conduto m² D diâmetro interno do conduto m P pressão do fluído bar V 12165 𝑃𝑃 1 33 100 VAZÃO E VELOCIDADES DE ESCOAMENTO RECOMENDADAS Tubulação Pressão bar Velocidade 20 50 100 200 ms Pressão 3 4 5 6 Retorno 3 Sucção 1 D 2 4Q V π V Q A V 12165 𝑃𝑃 1 33 100 V velocidade de escoamento ms Q vazão que escoa pela conduto m³s A área interna do conduto m² D diâmetro interno do conduto m P pressão do fluído bar RESISTÊNCIA A PRESSÃO INTERNA DE UM TUBO Norma DIN 2413 I para carga de pressão estática Cálculo da pressão de trabalho de tubos de aço para tensões estáticas de até 120 C Aplicação em projeto pressão constante com boa estabilidade sem picos e para DeDi 2 Norma DIN 2413 III para carga de pressão estática Cálculo da pressão de trabalho de tubos de aço para tensões estáticas de até 120 C Aplicação em projeto pressão constante com boa estabilidade sem picos e para DeDi 2 Norma DIN 2413 III para carga de pressão dinâmica Cálculo da pressão de trabalho de tubos de aço para tensões dinâmicas de até 120 C Utilização do limites de resistência a fadiga ao invés do limite de escoamento Considerações de corrosão tolerâncias adicionais não são consideradas para o cálculo de pressões P 20 KS t c S De P 20 KS t c S De t c P 20 KF t c S De t c RESISTÊNCIA A PRESSÃO INTERNA DE UM TUBO P 20 KS t c S De P 20 KS t c S De t c P 20 KF t c S De t c Considerações de corrosão tolerâncias adicionais não são consideradas para o cálculo de pressões P pressão de trabalho permitido bar Ks limite de escoamento Nmm² ou Mpa Kf limite de resistência a fadia Nmm² ou Mpa t espessura da parede do tubo mm c fator permissível conforme espessura da parede 08 para tubos de 4 a 5mm de aço carbono 085 para tubos de 6 a 8mm de aço carbono 09 para tubos a partir de 10mm de aço carbono 09 para todos os tubos de aço inoxidável S fator de segurança De diâmetro externo do tubo mm Di diâmetro interno do tubo mm MATERIAIS DE TUBULAÇÕES PARA SISTEMAS HIDRÁULICOS Material Norma Limite de Resistência min Nmm² Limite de Escoamento min Nmm² 02 de Carga de Prova Nmm² 1 de Carga de Prova Nmm² Limite de Resistência a Fadiga Nmm² Alongamento E235N St374 10308 DIN EN 103054 340 235 225 25 E355N St524 10580 DIN EN 103054 490 355 265 22 316Ti 14571 cold drawn CFA DIN EN 102165 500 210 245 220 35 316L 14404 cold drawn CFA DIN EN 102165 500 210 245 35 316L 14404 ASTM A269 ASTM A213 530 276 1725 02 316L 14404 ASTM A312 ASTM A530 515 234 146 02 Igualdade de unidades Nmm² MPa NORMAS DE TUBULAÇÕES PARA SISTEMAS HIDRÁULICOS NORMA DESCRIÇÃO APLICAÇÃO DIN 2391 Tubos de aço sem costura precisão dimensional para aplicações hidráulicas e pneumáticas Muito usada na Europa especialmente em sistemas hidráulicos industriais DIN 2448 EN 10220EN 102161 Tubos de aço sem costura com e sem solda dimensões e tolerâncias Sistemas hidráulicos e de condução de fluidos pressurizados ISO 84341 Conexões para tubos metálicos com anéis cortantes compatível com tubos DIN 2391 Define interfaces e diâmetros compatíveis com tubos hidráulicos SAE J524 Tubos de aço carbono para aplicações hidráulicas recozidos ou normalizados Muito usada na América do Norte SAE J525 Semelhante à J524 porém para tubos soldados solda de resistência elétrica Sistemas hidráulicos onde tubos soldados são aceitáveis ASTM A269 Tubos inoxidáveis austeníticos para uso geral incluindo sistemas de fluido sob pressão Comum em aplicações hidráulicas com aço inoxidável ASTM A213 Tubos de aço inoxidável e ligas para caldeiras e trocadores também usados em hidráulica de alta temperatura Tubulação hidráulica em ambientes exigentes ASTM A312 Tubos inoxidáveis soldados e sem costura uso geral e industrial Comuns em hidráulica sanitária e industrial ISO 10763 Tubos de aço para sistemas hidráulicos requisitos técnicos Norma internacional para qualificação de tubos de aço JIS G3445 Tubos de aço para estrutura mecânica Japão usados também em sistemas hidráulicos Aplicação no mercado asiático e automação hidráulica DIMENSÕES TUBULAÇÕES PARA SISTEMAS HIDRÁULICOS Diâmetro Externo mm Espessura da Parede mm Diâmetro Interno mm Pressão de projeto DIN 2413 I bar Pressão de projeto DIN 2413 III bar Pressão de rompimento bar Massa kgm 20 15 17 212 190 675 0684 20 2 16 282 248 900 0888 20 25 15 353 303 1100 1079 20 3 14 423 357 1400 1258 22 15 19 192 173 550 0758 22 2 18 256 227 775 0986 22 25 17 320 278 1025 1202 22 3 16 385 328 1175 1406 25 2 21 226 201 725 1134 25 25 20 282 248 850 1387 25 3 19 338 292 1025 1628 25 4 17 451 378 1500 2072 30 25 25 235 209 725 1695 30 3 24 282 248 850 1998 30 4 22 376 321 1175 2565 30 5 20 470 391 1600 3083 35 2 31 161 147 450 1628 35 25 30 201 181 600 2004 35 3 29 242 215 700 2367 35 4 27 322 280 960 3058 EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE TUBULAÇÃO Tubos de aço inoxidável deverão ser dimensionados para atender as linhas de sucção pressão e retorno de um sistema hidráulico De acordo com o projeto a vazão na linha de sucção é de 150 lmin e a pressão 5 bar Para a linha de pressão e retorno a vazão é de 300 lmin e a pressão 210 bar e 12 bar respectivamente D 2 4Q V π 2 4 150167 105 1 314 1000 3383mm D 2 4Q V π 2 4 300167 105 6 314 1000 1955mm D 2 4Q V π 2 4 300167 105 3 314 1000 2765mm EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE TUBULAÇÃO Um tubo de aço carbono St 524 25 x 3 será aplicado na linha de pressão de um sistema hidráulico de potência Qual a pressão máxima de trabalho desse tubo na condição de trabalho estática e dinâmica razão De De 25 25 2 3 132 P 20 KS t c S De 20 355 3 09 15 25 5112 bar P 20 KF t c S De t c 20 265 3 09 15 25 3 09 3444 bar PERDA DE CARGA EM TUBULAÇÕES HIDRÁULICAS Existem duas parcelas de perda de carga a serem consideradas P Pdistribuida Plocalizada Perda de carga distribuída 𝑷𝑷𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅 ocorre ao longo do comprimento da tubulação devido ao atrito entre o fluido e a superfície interna da tubulação Essa perda é proporcional ao comprimento da tubulação e depende da velocidade do fluido da rugosidade da superfície interna da tubulação e das propriedades do fluido Perda de carga localizada 𝑷𝑷𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍𝒍𝒅𝒅𝒍𝒍𝒅𝒅𝒍𝒍𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅𝒅 ocorre em locais específicos da tubulação como em curvas reduções de diâmetro expansões válvulas cotovelos tes e outros acessórios Essas perdas são causadas por mudanças bruscas na direção do fluxo ou na área da seção transversal criando regiões de turbulência e recirculação PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA Pdistribuida f γ L V² Di g 105 P perda de carga bar f fator de atrito γ peso específico do fluído Nm³ L comprimento de tubulação m V velocidade de escoamento do fluido no interior do tubo ms Di diâmetro interno do tubo m g aceleração da gravidade ms² Re Número de Reynolds ρ masse específica do fluído Kgm³ D Diâmetro por onde o fluído escoa m u viscosidade absoluta Pas υ viscosidade cinemática m²s Equação para f Condição de aplicação 64 Re Para tubos rígidos e temperatura constante 75 Re Para tubos rígidos e temperatura variável ou para tubos flexíveis e temperatura constante 90 Re Para tubos flexíveis e temperatura variável Re ρ v D u Re v D υ PERDA DE CARGA LOCALIZADA P perda de carga bar K coeficiente de perda de carga localizada V velocidade de escoamento ms g aceleração da gravidade ms² γ peso específico Nm³ Plocalizada K V² γ 2g 105 EXEMPLO DE CÁLCULO DE PERDA DE CARGA Um tubo de aço inoxidável AISI 316L 35 x 25 é utilizado para conduzir fluído hidráulico até um cilindro hidráulico A vazão na linha é de 220 lmin A condição de operação do fluído é com temperatura variável a sua viscosidade de referência é de 78 cSt e massa específica igual 920 m³kg Sabendo que o tubo possui 78 metros de comprimento e 13 curvas de 90 qual a perda de carga total V Q A 220 167 105 314 0035 2 00025² 4 519𝑚𝑚𝑠𝑠 Re v D υ 519 003 78106 199615 𝑓𝑓 75 Re 75 199615 00376 Pdistribuida f γ L V² Di g 105 00376 920 981 78 519² 003 981 105 2422 bar Plocalizada K V² γ 2g 105 10 04 519² 920 981 2 981 105 0495 bar P Pdistribuida Plocalizada 2422 0495 24715 bar PERDAS DE CARGA EM VÁLVULAS DO SISTEMA HIDRÁULICO PERDA DE CARGA LOCALIZADA VÁLVULA DIRECIONAL PERDA DE CARGA LOCALIZADA VÁLVULA DIRECIONAL Símbolo P A P B A T B T A B 3 3 C 1 1 3 1 D Y 5 5 3 3 E 3 3 1 1 F 1 1 3 3 T 10 10 9 9 H 2 4 2 2 J Q 1 1 1 1 L 3 3 4 9 M 2 4 3 3 P 3 1 1 1 R 5 5 4 V 1 2 1 1 W 1 1 2 2 U 3 3 9 4 G 6 6 9 4 PERDA DE CARGA LOCALIZADA VÁLVULA DE RETENÇÃO PERDA DE CARGA LOCALIZADA VÁLVULA DE FLUXO PERDA DE CARGA LOCALIZADA VÁLVULA RED DE PRESSÃO EXEMPLO DE PERDA DE CARGA EM VÁLVULA DIRECIONAL Qual a perda de carga de carga em uma válvula direcional de configuração L para uma vazão de 60 Lmin Símbolo P A P B A T B T L 3 3 4 9 Símbolo P A P B A T B T Pressão bar 9 9 6 83 De acordo com o catálogo da válvula as curvas para cada passagem será Verificando os valores de perda de carga para a vazão de 60 lmin temos LIMPEZA E FILTRAGEM DO FLUÍDO HIDRÁULICO CLASSE DE LIMPEZA DO FLUIDO HIDRÁULICO A classe de limpeza de um fluido hidráulico representa a quantidade e o tamanho das partículas contaminantes sólidas geralmente partículas metálicas ou não metálicas em suspensão presentes no fluido Fator Como influencia Tipo de componentes do sistema Válvulas proporcionais e servoválvulas exigem fluido extremamente limpo Pressão de operação Pressões elevadas requerem fluidos mais limpos devido à sensibilidade dos componentes Tolerância dos componentes Quanto menores as folgas internas maior a sensibilidade a partículas Sensibilidade à contaminação Atuadores bombas e válvulas de alta precisão exigem limpeza elevada Ambiente operacional Ambientes sujos mina siderurgia requerem maior controle da contaminação Vida útil esperada do sistema Quanto maior a expectativa de vida útil mais limpa deve ser a operação Item de Projeto Impacto na limpeza do fluido Tipo e qualidade dos filtros Define eficiência da retenção de partículas Localização dos filtros Filtros de linha de pressão retorno e sucção influenciam a retenção Sistema de vedação Vedação ineficiente permite entrada de contaminantes externos Tipo de fluido usado Alguns fluidos são mais propensos à contaminação ex fluidos com aditivos Aberturas de respiro do reservatório Respiros mal projetados introduzem poeira e umidade Manutenção e limpeza do sistema Contaminação durante montagem e manutenção é fator crítico NORMA ISO 4406 E NAS 1638 ISO 44062017 atual Mede a contagem de partículas em três faixas de tamanho 4 µm 6 µm e 14 µm Expressa os resultados em classes de contagem por mL exemplo ISO 171512 17 quantidade de partículas 4 µm 15 quantidade 6 µm 12 quantidade 14 µm Escala logarítmica onde cada classe representa o dobro de partículas da anterior 15 entre 160 e 320 partículas 16 entre 320 a 640 partículas 17 entre 640 e 1280 partículas NAS 1638 antiga norma aeronáutica Mede partículas por 100 mL não por mL Separa em cinco faixas de tamanhos 5 15 25 50 e 100 µm Define as classes de 00 a 12 sendo 00 a mais limpa e 12 a mais suja Conversão aproximada ISO 4406 NAS 1638 ISO 4406 4 6 14 µm Classe NAS 1638 171512 6 181613 7 191714 8 201815 9 211916 10 CLASSE DE LIMPEZA RECOMENDADA PARA S HIDRÁULICOS Componente Classe ISO recomendada Classe NAS equivalente Servoválvulas ISO 151310 NAS 5 Válvulas proporcionais ISO 161411 NAS 6 Válvulas direcional convencionais ISO 181613 NAS 78 Bombas de pistão ISO 171512 NAS 67 Sistemas industriais padrão ISO 181613 NAS 78 Os valores das classes de limpeza da tabela são somente para a referência Os valores corretos devem ser requeridos e confirmados com os fabricantes dos equipamentos ou componentes CLASSE DE LIMPEZA RECOMENDADA NO MANUAL EFICIÊNCIA DE UM FILTRO HIDRÁULICO Tamanho médio das partículas capazes de reter Expresso em mícron que é um milésimo de milímetro e a classificação em mícron descreve o tamanho máximo teórico de partícula que o meio permite a passagem Eficiência com a qual é capaz de reter partículas Expressa pela razão beta Fex βx 1 βx 100 βx npUpstream x npDowntream x βx razão beta para um dado tamanho de partícula Fex Eficiência de filtragem para um dado tamanho de partícula Número de partículas antes 𝑛𝑛𝑝𝑝𝑈𝑈𝑈𝑈𝑠𝑠𝑡𝑡𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑚𝑚 𝑥𝑥 Número de partículas depois 𝑛𝑛𝑝𝑝𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝑛𝑛𝑠𝑠𝑡𝑡𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑈𝑚𝑚 𝑥𝑥 ISO 16889 DIMENSIONAMENTO DE UM FILTRO DE ÓLEO Ptotal Pcarcaça Pelemento ISO 3968 As curvas características de carcaça valem para óleo mineral com uma densidade de 860 kgm³ e uma viscosidade cinemática de 30mm²s Neste caso a pressão diferencial alterase proporcional à densidade Os coeficientes de rampa SK em mbarlmin valem para óleos minerais com uma viscosidade cinemática υ de 30 mm²s A perda de pressão alterase proporcional à alteração da viscosidade Pelemento Q SK 1000 υ 30 EXEMPLO DE RAZÃO BETA E EFICIÊNCIA DE UM FILTRO Em um teste de eficiência conforme a norma ISO 16889 para partículas de 5μ e 10μ foram encontrados os seguintes resultados 104800 partículas antes do filtro e 524 partículas depois do filtro maior que 5μ 94500 partículas antes do filtro e 189 partículas depois do filtro maior que 10μ Qual a razão beta e a eficiência de filtragem desse filtro para partículas de 5μ e 10μ β5 npUpstream 5 npDowntream 5 104800 524 200 Fe5 β5 1 β5 100 200 1 200 199 200 0995 995 β5 npUpstream 10 npDowntream 10 94500 189 500 Fe5 β10 1 β10 100 500 1 500 499 500 0998 998 EXEMPLO DE PERDA DE CARGA EM UM FILTRO Qual a perda de carga total causada por um filtro RFM 165 com elemento de filtro BN4HC de 5μ para uma vazão de 150 lmin de um fluído hidráulico com viscosidade de 68 cSt e densidade 925 kgm³ Ptotal Pcarcaça Pelemento Pcarcaça 015 925 860 016bar Pelemento Q SK 1000 υ 30 Pelemento 150 78 1000 68 30 265 bar Ptotal 016 265 281 bar CARGA TÉRMICA E TROCADOR DE CALOR PERDA TÉRMICA EM UM SISTEMA HIDRÁULICO A perda térmica gerada em um sistema hidráulico caracterizase pela perda de potência que pode ser vista em termos de taxa de calor gerada em razão das perdas de carga No regime laminar o fluido tem seu perfil de velocidades representado por camadas que se deslocam umas sobre as outras O atrito resultante desse deslizamento de camadas umas sobre as outras produz a chamada perda de carga Carga em forma de calor pois parte da energia cinética será dissipada em forma de calor em função do atrito entre as camadas Essa taxa de calor se propaga pelas tubulações por meio do sistema elevando a temperatura do fluido em movimento q 1668 P QB q 1434 P QB q em Watts W q em Kcalh q taxa de calor gerada W ou Kcalh P perda de carga total bar QB vazão da bomba lmin Dependendo da taxa de calor gerada pode ser necessária instalar um trocador de calor no circuito hidráulico DIMENSIONAMENTO DE TROCADORES DE CALOR qdtc qcsh qdro qdtc U A Tlm qdtc taxa de calor a ser dissipado no trocador W qcsh taxa de calor gerado no sistema hidráulico W qdro taxa de calor dissipado no reservatório de óleo W U coeficiente global de troca térmica Wm²C A área para troca térmica m² Tlm diferença média logarítmica de temperatura C Toe temperatura do óleo na entrada C To𝑠𝑠 temperatura do óleo na saídaC Tae temperatura da água na entrada C Tas temperatura da água na saída C Tlm Toe Tas Tos Tae ln Toe Tas Tos Tae DIMENSIONAMENTO DE TROCADORES DE CALOR Tipo de Trocador U Wm²C Observações Trocador a ar radiador simples 50 150 Baixa eficiência depende da ventilação Trocador a ar com ventilação forçada 100 250 Com ventilador acoplado Trocador a água casco e tubos 300 800 Alta eficiência ideal para sistemas industriais Trocador a placas água x óleo 500 1000 Altíssima eficiência menor área para mesma dissipação Alumínio natural sem ventilação 30 80 Reservatórios com dissipação natural sem ventilador Radiador automotivo adaptado 100 200 Usado em sistemas móveis DIMENSIONAMENTO DE TROCADORES DE CALOR q 1668 P QB 1668 90 320 480384 W qdtc 480384 10700 373384 Tlm Toe Tas Tos Tae ln Toe Tas Tos Tae 42 40 35 32 ln 42 40 35 32 246 qdtc U A Tlm A qdtc U Tlm 373384 650 246 2335m² Um trocador de calor de placas U 650 Wm²C deverá ser dimensionado equalizar a carga térmica restante no qual não se consegue dissipar somente com o reservatório através do reservatório só é possível dissipar 10700 W A perde de carga e a vazão no sistema hidráulico é de 90 bar e 320 lmin O óleo deverá entrar no trocador de calor com 42C e sair com 35C enquanto a água entrará com 32C e deverá sair com 40C Qual a área de troca térmica que o trocador de calor deverá ter DIMENSIONAMENTO E SELEÇÃO BOMBAS HIDRÁULICAS PRESSÃO E VAZÕES DE PROJETO DO SISTEMA HIDRÁULICO A determinação da diferença de pressão para escoamento de um fluído bem como a sua taxa de escoamento vazão irá impactar diretamente na escolha da bomba Tanto a diferença de pressão bem como a vazão devem ter seus valores totais determinados observando a simultaneidade de funções ou de utilização dos atuadores hidráulicos Em determinadas situações será necessário prever acréscimos de pressão e de vazão devido a deterioração do sistema passagens internas eou desgaste dos componentes A pressão da bomba deverá ser a pressão para imprimir a força desejada nos atuadores hidráulicos mais as perdas de carga do circuito hidráulico A Vazão da bomba deverá ser a vazão para imprimir a velocidade desejada nos atuadores hidráulicos mais as perdas internas do circuito hidráulico BOMBAS HIDRÁULICOS FUNÇÃO As motores hidráulicos tem como função converter energia mecânica recebida em seu eixo em energia hidráulica vazão e pressão no fluído hidráulico podendo ser Pressão e vazão N P x Q N P Q N T ω CLASSIFICAÇÃO E TIPOS DE BOMBAS HIDRÁULICOS Sentido de rotação Unidirecional Bidirecional Vazão Fixa Variável Tipo Engrenagens Palhetas Pistões TIPOS DE BOMBAS HIDRÁULICOS DIMENSIONAMENTO DE BOMBAS HIDRÁULICAS Vg 1000 QB n ηv N Mt n 9549 N QB P 600 ηt QB N ηt 600 P QB Vg n ηv 1000 Vg volume de deslocamento cm³rot QB vazão da bomba lmin P diferença de pressão entre a entrada e a saída bar n rotação rpm Mt torque momento de torção absorvido Nm N potência absorvida kW ηmh rendimento mecânico hidráulico ηv rendimento volumétrico ηt rendimento total ηmh ηv Mt Qb P 100 ηmh Mt 9549 N n CATÁLOGO DE BOMBAS HIDRÁULICAS Exemplo de catálogo de uma bomba hidráulica EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE BOMBA HIDRÁULICA Uma bomba hidráulica deve ser dimensionada para fornecer uma vazão de 280 lmin a um sistema hidráulico a uma pressão máxima de 180 bar Considere no dimensionamento um rendimento volumétrico de 96 e um rendimento mecânicohidráulico de 91 QB Vg n ηv 1000 125 1750 096 1000 210 lmin QB Vg n ηv 1000 180 1750 096 1000 3024 lmin QB Vg n ηv 1000 250 1750 096 1000 420 lmin N QB P 600 ηt 280 180 600 096 091 9615 kW Mt Qb P 100 ηmh 280 180 100 091 4154 N m Vg 1000 QB n ηv 1000 280 1750 096 1667 RESERVATÓRIO DE ÓLEO DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO DE ÓLEO As funções do reservatório consistem basicamente no armazenamento do fluido e seu resfriamento por condução e convecção Nesse ponto o engenheiro deparase com três situações a resolver Volume mínimo necessário de fluido a ser armazenado no reservatório Mínima superfície necessária para troca térmica possibilitando que o fluido retorne à temperatura indicada à sua viscosidade ideal de trabalho Espaço para instalação de outros componentes necessário de acordo com o projeto do sistema hidráulico EXEMPLOS DE RESERVATÓRIOS DE ÓLEO EXEMPLOS DE RESERVATÓRIOS DE ÓLEO DETERMINAÇÃO DO VOLUME DO RESERVATÓRIO DE ÓLEO Vreservatório Z QB Condição Técnica Tipo de Sistema Valor de Z Justificativa Técnica Sistema fechado retorno direto e pouco vazamento 3 a 5 Menor perda de fluido pouca entrada de ar pouca dissipação térmica necessária Sistema industrial padrão ciclo moderado temperatura constante 5 Volume suficiente para resfriamento e tempo de repouso do óleo Sistema com operação contínua e alta temperatura 5 a 8 Mais óleo melhor dissipação de calor e controle térmico Sistema com atuadores grandes muito volume em avançorecuo 6 a 10 Deve haver óleo suficiente para suprir variações bruscas de volume no sistema Sistema com múltiplos atuadores funcionando simultaneamente 8 a 10 Alta demanda de fluido em picos simultâneos O dimensionamento do volume do reservatório em sistemas hidráulicos de potência é fundamental para garantir Resfriamento adequado do fluido Separação de ar e água Suprimento de fluido para ciclos rápidos ou simultâneos Estabilidade da pressão no sistema SUPERFÍCIE DE TROCA TÉRMICA DO RESERVATÓRIO DE ÓLEO q K S T2 T1 Condição K Wm²C Descrição Técnica Reservatório de aço pintado preto fosco ambiente ventilado 10 15 Pintura escura melhora radiação ventilação favorece convecção Reservatório de aço galvanizado ou inox brilhante ambiente fechado 5 8 Superfície lisa e clara tem menor emissividade pouca troca convectiva Reservatório com aletas externas sem ventilação forçada 12 20 Aletas aumentam área de troca mesmo em convecção natural Reservatório de alumínio não pintado 8 12 Boa condutividade térmica mas superfície clara tem baixa emissividade Reservatório pintado com cor clara ex cinza claro 6 10 Cor clara reduz troca por radiação Reservatório com ventilação forçada ex ventilador externo 20 50 Convecção forçada aumenta drasticamente o coeficiente global Reservatório instalado em local confinado sem circulação de ar 4 6 Baixa convecção natural e acúmulo de calor q carga térmica cedida ao ambiente W K coeficiente de troca térmica com o ambiente conforme condições da tabela Wm²C S superfície de troca térmica m² T2 temperatura do fluído no reservatório C T1 temperatura do ambiente C Se a taxa de calor gerada devido ao escoamento do fluído for maior que a taxa de calor cedida na reservatório é necessário instalar um trocador de calor para remover o calor excedente EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO Um sistema hidráulico de potência está sendo projeto para operar com 6 bombas sendo 5 operando e uma em standby A vazão máxima em cada bomba é de 150 lmin Qual deverá ser o volume total do reservatório considerando 10 do volume para expansão de ar Qual a capacidade de extração de calor pelo reservatório sabendo que o coeficiente de troca térmica é 12 Wm²C a temperatura do óleo 45C e a temperatura ambiente 27C q K S T2 T1 Qtotal 5 Qb 5 150 750 lmin Vtotal 5 Qtotal 5 750 11 4125 litros Vtotal 4125 4125m³ Supondo que o reservatório terá 200m de comprimento 150 m de largura e 138 de altura o volume total do reservatório será de 414m³ q 12 15 2 2 138 09 2 15 138 09 2 45 27 q 25259 W 1 Professor Gilberto Estevão Bastos Engenharia Mecânica Hidráulica e Pneumática FACULDADE MULTIVIX ENGENHARIA MECÂNICA DISCIPLINA HIDRÁULICA E PNEUMÁTICA PROFESSOR GILBERTO ESTEVÃO BASTOS AVALIAÇÃO PROCESSUAL DO 2ª BIMESTRE VALOR 30 PONTOS INSTRUÇÕES A atividade processual do 2ª bimestre deverá ser elaborada e entregue seguindo todas as instruções abaixo a A avaliação deverá ser entregue até o dia 111125 as 2359 b A entrega deverá ser realizada via portal c Somente um componente do grupo deverá entregar a atividade d O arquivo eletrônico contendo a avaliação processual deverá ser entregue no formato pdf e o nome do arquivo deverá ser Atividade processualnome sobrenomenome sobrenomede todos os integrantes do grupo Incluir somente um sobrenome e Identificar no cabeçario do trabalho primeira página o nome completo de todos os participantes do grupo máximo de 6 componentes por grupo Caso o nome do aluno não conste no cabeçario a nota será igual a zero f O trabalho poderá ser elaborado utilizando Microsoft Word ou o Microsoft Powerpoint ou a mão Em caso de trabalho realizado a mão este deverá estar legível Escrita não legível acarretara perda de pontos g A resolução do trabalho deverá constar todos os cálculos referências equações unidades de medida gráficos tabela e demais informações que foram utilizadas para desenvolvimento da atividade Qualquer informação retirada de qualquer fonte externa deverá ser incluída A falta de informações acarretará retirada de pontos h Todas as respostas deverão estar claras e com as devidas unidades de medida i Caso seja verificado a existência de plágio será zerada a nota de ambos os trabalhos j Trabalhos feitos através da IA Inteligência Artificial a nota será zerada será verificado através de software Atenção o não cumprimento das instruções acima irá acarretar a retirada de pontos ou em zerar a nota do grupo 2 Professor Gilberto Estevão Bastos Engenharia Mecânica Hidráulica e Pneumática ATIVIDADE AVALIATIVA DIMENSIONAMENTO DE UM CILINDRO HIDRÁULICO O grupo deverá elaborar realizar o dimensionamento de um cilindro hidráulico e calcular os parâmetros de projeto para uma aplicação de engenharia conforme informações abaixo O cilindro hidráulico será instalado em um molde de injeção de plástico onde irá operar na posição horizontal Sua montagem será por conexão articulada e a carga guiada rigidamente caso 5 da tabela de comprimento livre de flambagem O cilindro hidráulico deverá ser dimensionado para uma carga máxima de 15 toneladas durante o avanço e 5 toneladas durante o recuo A pressão máxima de alimentação do cilindro hidráulico deverá ser 160 bar Curso máximo do cilindro 1800 mm A haste do cilindro deverá ser de aço E 210 GPa Tempo máximo de avanço 9 segundos Tempo máximo de retorno 6 segundos Coeficiente de segurança do projeto 35 Eficiência do cilindro hidráulico 90 O trabalho deverá conter as seguintes questões de projeto 1 Realize o dimensionamento do cilindro hidráulico a partir do critério de Euler e selecione um dos cilindros abaixo Escreva tecnicamente os dados do cilindro escolhido os critérios aplicados e o porquê da seleção 3 Professor Gilberto Estevão Bastos Engenharia Mecânica Hidráulica e Pneumática 2 Para o cilindro selecionado nas condições informadas calcule os seguintes parâmetros de projeto a Área do pistão área da coroa e relação de superfície b Pressão total necessária para avanço e recuo do cilindro hidráulico c Vazão necessária para avanço e recuo do cilindro hidráulico d Velocidade de avanço e recuo do cilindro hidráulico e Pressão induzida no avanço e no recuo do cilindro hidráulico f Vazão induzida no avanço e no recuo do cilindro hidráulico g Potência mecânica máxima desenvolvida pelo cilindro hidráulico Notas Para a aceleração da gravidade adote 981 ms² As unidades de medidas devem ser coerentes com as grandezas físicas DIMENSIONAMENTO DE UM MOTOR HIDRÁULICO O grupo deverá elaborar realizar o dimensionamento de um motor hidráulico e calcular os parâmetros de projeto para uma aplicação de engenharia conforme informações abaixo O motor hidráulico deverá acionar um rolo de tração de placas de aço O torque máximo no eixo do motor hidráulico deverá ser de 1200 Nm A pressão máxima de alimentação do cilindro hidráulico deverá ser 200 bar A rotação máxima do motor hidráulico deverá ser 350 RPM Eficiência total do motor hidráulico 92 Eficiência volumétrica 94 3 Selecione um motor hidráulico conforme o catálogo do fabricante abaixo para atender as especificações de projeto e calcule a diferença de pressão necessária a vazão e a potência total do respectivo motor selecionado para a aplicação 4 Professor Gilberto Estevão Bastos Engenharia Mecânica Hidráulica e Pneumática Notas Para a aceleração da gravidade adote 981 ms² As unidades de medidas devem ser coerentes com as grandezas físicas Faculdade Multivix Engenharia mecânica AVALIAÇÃO PROCESSUAL DO 2ª BIMESTRE Por Inacio Antonio de Araujo Gomes Ivan Gabriel Tabanez Taroco Jasmin Moreira de Lima Jefferson Guilherme da Silva Ferreira Leonardo de Oliveira Nunes Celestino Vila Velha novembro de 2025 Resumo Nesta atividade para o segundo bimestre foi realizado dimensionamento de um cilindro hidráulico e um motor hidráulico com todos os parâmetros de projeto para aplicação No dimensionamento do cilindro hidráulico em molde de injeção tivemos como resultado um pistão com diâmetro de 125mm e uma haste de 90 mm O diâmetro mínimo teoricamente calculado que tinha o valor de 532 foi superado pela seleção comercial Assim garante uma margem de segurança estrutural e uma rigidez com relação a flambagem A potência hidráulica teórica necessária é de aproximadamente 3926 kW com potência mecânica útil de 2943 kW As vazões exigidas 14726 Lmin no avanço e 1051 Lmin no recuo são compatíveis com sistemas hidráulicos industriais de médio porte Concluindo a atividade 1 e 2 o cilindro Dp 125mm Dh 90 mm atende às exigências do projeto Atingindo todos os pontos resistência mecânica desempenho hidráulico e disponibilidade comercial 01 Cálculos questão 01 e 02 a Caso Nº 5 da tabela flambagem Lh é o percurso máx do cilindro λ15Lh λ1518 λ27 m b Conversões Força de avançoFa Fa15000kg981ms ² Fa147150 N Força de recuoFr Fr5000kg981ms ² Fr49050N Pressão de trabalho Pa 160 160x 10 5 c Cálculo da área mínima do pistão i Pistão avanço Pta Fa A p aηch Ap a Fa Pηch Ap a 147150 160 x10 509 Ap a001021875m 2 Ou seja área de 001021875 m² ou 1021875 cm² ii Pistão retorno Ap r Fr Pηch Ap r 49050 14400000 Ap r000340625m 2 Ou seja área de 000340625 m² ou 340625 cm² d Diâmetro correspondente i Pistão avanço Ap a πDp a 2 4 Dp a 2 4Ap a π Dp a Dp a Dp a 011409m Ou seja diâmetro de 011409 m ou 11409 mm ii Pistão retorno Ap r πD pr 2 4 Dpr 2 4Ap r π D p r D p r D p r006586 m Ou seja diâmetro de 006586 m ou 6586 mm e Flambagem Comprimento efetivo e critério de Euler i Dados Lh18m γ15 ii Comprimento livre de flambagem λ λLhγ λ1815 λ27 m iii Diâmetro min da haste para não ocorrer flambagem devido a força de avanço Dh 4 64Sλ²Fa π ³E Dh 4 643527²147150 π ³210 x10 9 Dh0077941 m Dh77941 mm f Velocidades e vazões i Velocidades 1 Avanço V Lh Δ t V a Lh Δ t V a18m 9s V a02m s 2 Recuo V r Lh Δt V r18m 6s V r03ms ii Vazão de avanço usando as dimensões mínimas 1 Avanço QaAV a Qa001021875020 Qa000204375m³s Convertendo para Lmin Qa000204375601000 Qa122625Lmin 2 Recuo QrAV r Qr000340625030 Qr0001021875m ³ s Convertendo para Lmin Qr0001021875601000 Qr613125 Lmin iii Vazão usando o cilindro comercial escolhido 1 Avanço QC aAV C a QC a001227185020 QC a000245437m ³s Convertendo para Lmin QC a000245437601000 QC a1472622 Lmin 2 Recuo QC rAV C r QC r000915180030 QC r000274554 m³s Convertendo para Lmin QC r000274554601000 QC r1647324 Lmin g Potência Hidráulica PhpQa QaA pV a ApπDpa 2 4 Apπ0125 2 4 Ap001227m ² V a Lh Δ t V a18m 9s V a02m s Qa00122702 Qa0002454m ³ s PhpQa Ph16000000002454 Ph39264 W Ph3926kW h Seleção prática já foi realizada i Cálculo das áreas usando a seleção prática Ap001227m ² Ac πDp 2Dh 2 4 Ac π0125 2 009 2 4 Ac000584m ² r A p Ac r21 j Pressões induzidas i Pressão induzida de avanço Pi aPt ar Pi a1332321 Pi a2798 ii Pressão induzida de recuo PirPt r r Pi a9348 21 Pir445 k Vazões e potências finais i Avanço QaA pV a Qa00122702 Qa0002454m ³ s Qa14726 Lmin Qi aAcV a Qi a00058402 Qi a0001168m ³s Qi a701 Lmin ii Recuo QrA pV r Qr00058403 Qr0001752m ³s Qr1051 Lmin QirAcV r Qir00122703 Qir0003681m ³ s Qir2209 Lmin l Tabela com resultados Grandeza Símbolo Resultado Unidade Força de avanço Fa 147150 N Força de recuo Fr 49050 N Diâmetro do pistão D p 125 mm Diâmetro da haste Dh 90 mm Área pistão Ap 001227 m² Área coroa Ac 000584 m² Relação de superfície r 21 Pressão avanço Pt a 13323 bar Pressão recuo Pt r 9348 bar Pressão induzida avanço Pi a 2798 bar Pressão induzida recuo Pir 445 bar Vazão avanço Qa 14726 Lmin Vazão recuo Qr 1051 Lmin Vazão induzida avanço Qi a 701 Lmin Vazão induzida recuo Qir 2209 Lmin Potência hidráulica teórica Ph 3926 kW Potência mecânica Pmech 2943 kW 02 Dimensionamento do motor hidráulico a Determinar o volume por rotação admissível para não exceder 200 bar ηmhηt ηv ηmh092 094 ηmh09787 V g20πM t Δ Pηmh V g 20π1200 20009787 V g38519cm ³rot b Escolher um deslocamento comercial e cálculo de ΔP Q N i Diferença de pressão Δ P20πMt V gηv Δ P20π1200 50009787 Δ P15407 ii Vazão necessária Q V gη 1000V η Q 500350 1000094 Q18617 Lmin iii Potència Hidráulica e mecânica a Potência hidráulica Phid Δ PQ 600 Phid1540718617 600 Phid4781kW b Potência mecânica PmecPhidηt Pmec47810 92 Pmec4398kW c Verificar P calc pela rotação PcalcM tη 9549 Pcalc4398kW d Resumo numérico V g38519cm ³rot Δ P15407 Q18617 Lmin Phid4781kW Pmec4398kW e Seleção prática Selecionamos o motor TN 500 cm³rot pois ele atende ao torque e a potência suficiente e com uma boa margem frente ao limite de 200 bar