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A U L A
João, o operador de uma retificadora cilíndri- ca, percebeu uma certa alteração no desempenho de sua máquina. Após fazer as verificações que conhecia e não descobrindo a causa do problema, solicitou que o departamento de manutenção vistoriasse a máquina, pois a qualidade das peças fabricadas estava ficando comprometida.
O mecânico de manutenção analisou a máquina e explicou a João que tanto a válvula reguladora de fluxo quanto a bomba hidráulica estavam com defeito, e que deveriam ser substituídas.
Como o mecânico de manutenção soube detectar os defeitos? É o que será mostrado nesta aula.
Conceito de press„o
A Física nos ensina que pressão é força distribuída por unidade de área, ou seja:
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de força é o newton (N) e a unidade de área é o metro quadrado (m^2 ). Então, no SI a unidade de pressão é o N/m^2 , que recebe o nome de pascal (Pa).
Porém, na literatura industrial, ainda são utilizadas outras unidades de pressão, tais como: atmosfera (atm), torricelli (torr), quilograma-força por centímetro quadrado (kgf/cm 2 ), milímetro de mercúrio (mm Hg), bar, libra- força por polegada quadrada (lbf/pol^2 ) também chamada de psi (pound per square inch) etc.
A fórmula de pressão nos informa que a pressão é inversamente proporcional à área, isto é, quanto menor a área de atuação da força, maior será a pressão.
Por exemplo, considere um paralelepípedo de alumínio de peso 24N (o peso também é uma força) com as seguintes medidas: face A = 0,24 m^2 ; face B = 0,12 m 2 e face C = 0,08 m^2.
NoÁıes de manutenÁ„o
de hidr·ulica industrial
P =
F
A
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A U L A Se o paralelepípedo estiver apoiado pela face A, ele exercerá uma pressão de 100 Pa; se estiver apoiado pela face B, a pressão será de 200 Pa, e se ele estiver apoiado pela face C, o valor da pressão será de 300 Pa. Faça as contas e confira.
A pressão hidráulica, na faixa industrial, situa-se ao redor dos 140 bar, que equivale a aproximadamente 138 atm ou 14000000 Pa ou 14000 kPa, variando de projeto para projeto.
Conceito de vaz„o
Vazão (Q) é o volume (V) de um fluido que passa na secção transversal de uma tubulação num certo intervalo de tempo (t). Matematicamente:
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a vazão é expressa em m 3 /s. Outras unidades de vazão são: L/min ; L/s ; cm 3 /s.
PrincÌpio de Pascal
O princípio de Pascal é um dos princípios mais importantes para a hidráu- lica. Esse princípio é definido assim:
Se uma massa líquida confinada receber um acréscimo de pressão, essa pressão se transmitirá integralmente para todos os pontos do líquido, em todas as direções e sentidos.
Todos os mecanismos hidráulicos são, em última análise, aplicações do princípio de Pascal.
Q =
V
t
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A U L A ∑^ estando com a vazão reduzida, o óleo segue para o atuador que vai trabalhar com uma velocidade menor e adequada ao trabalho. ∑ a válvula direcional, por sua vez, comanda o avanço e o retorno do atuador, e todo o sistema está protegido de sobrecargas.
ManutenÁ„o de circuitos hidr·ulicos
A manutenção de circuitos hidráulicos exige os seguintes passos: ∑ analisar previamente o funcionamento do circuito; ∑ analisar as regulagens das válvulas; ∑ verificar se a tubulação não apresenta pontos de vazamento; ∑ verificar a limpeza do óleo existente no reservatório.
Bombas
As bombas são utilizadas, nos circuitos hidráulicos, para converter energia mecânica em energia hidráulica. Nos sistemas hidráulicos industriais e móbil, as bombas são de deslo- camento positivo, isto é, fornecem determinada quantidade de fluido a cada rotação ou ciclo.
As bombas de deslocamento positivo podem ser lineares ou rotativas. As bombas lineares podem ser de pistões radiais e de pistões axiais, ao passo que as bombas rotativas podem ser de engrenagens ou de palhetas.
Bombas lineares de pistões radiaisBombas lineares de pistões radiaisBombas lineares de pistões radiaisBombas lineares de pistões radiaisBombas lineares de pistões radiais Nesse tipo de bomba, o conjunto gira em um pivô estacionário por dentro de um anel ou rotor. Conforme vai girando, a força tangencial faz com que os pistões sigam o contorno do anel, que é excêntrico em relação ao bloco de cilindros.
Quando os pistões começam o movimento alternado dentro de seus furos, os pórticos, localizados no pivô, permitem que os pistões admitam o fluido do pórtico de entrada - e estes se movem para fora - descarregando no pórtico de saída quando os pistões são forçados pelo contorno do anel, em direção ao pivô. O deslocamento de fluido depende do tamanho e do número de pistões no conjunto, bem como do curso desses pistões.
Existem modelos em que o deslocamento de fluido pode variar, modifican- do-se o anel para aumentar ou diminuir o curso dos pistões. Existem, ainda, controles externos para esse fim.
A figura ao lado mostra o esquema de uma bomba com pistões radiais.
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Bombas lineares de pistões axiais e sua manutençãoBombas lineares de pistões axiais e sua manutençãoBombas lineares de pistões axiais e sua manutençãoBombas lineares de pistões axiais e sua manutençãoBombas lineares de pistões axiais e sua manutenção A U L A Uma bomba muito utilizada dentro dessa categoria é aquela em que o conjunto de cilindros e o eixo estão na mesma linha, e os pistões se movimentam em paralelo ao eixo de acionamento.
Os pistões são ajustados nos furos e conectados, através de sapatas, a um anel inclinado.
Quando o conjunto gira, as sapatas seguem a inclinação do anel, causando um movimento recíproco dos pistões nos seus furos.
Os pórticos estão localizados de maneira que a linha de entrada se situe onde os pistões começam a recuar, e a abertura de saída onde os pistões começam a ser forçados para dentro dos furos do conjunto.
Nesse tipo de bomba, o deslocamento de fluido é determinado pelo tamanho e quantidade de pistões, bem como de seus cursos; a função da placa inclinada é controlar o curso dos pistões.
Nos modelos com deslocamento variável, a placa está instalada num suporte móvel. Movimentando esse suporte, o ângulo da placa varia para aumentar ou diminuir o curso dos pistões.
O suporte pode ser posicionado manualmente, por servo-controle, por compensador de pressão ou por qualquer outro meio de controle.
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As palhetas dividem o espaço existente entre o corpo e o rotor em uma série A U L A de câmaras que variam de tamanho de acordo com sua posição ao redor do anel.
A entrada da bomba fica localizada em um ponto onde ocorre a expansão do tamanho das câmaras de acordo com o sentido de rotação do rotor e da sua excentricidade em relação ao anel.
O vácuo parcial, gerado pela expansão das câmaras de bombeamento, faz com que a pressão atmosférica empurre o óleo para o interior da bomba. O óleo é então transportado da entrada para a saída da bomba, onde as câmaras reduzem de tamanho, forçando o fluido para fora.
A manutenção das bombas de palhetas consiste na troca de todo o conjunto que se desgasta por causa do tempo de uso.
Manutenção do óleo hidráulicoManutenção do óleo hidráulicoManutenção do óleo hidráulicoManutenção do óleo hidráulicoManutenção do óleo hidráulico
Entre os fluidos que poderiam ser utilizados nos sistemas hidráulicos, o óleo é o mais recomendável porque, além de transmitir pressão, ele apresenta as seguintes propriedades: ∑ atua como refrigerante permitindo as trocas de calor geradas no sistema; ∑ por ser viscoso, atua como vedante; ∑ é praticamente imiscível em água; ∑ oxida-se muito lentamente em contato com o oxigênio do ar.
A manutenção do óleo hidráulico exige os seguintes cuidados: ∑ utilizar filtro de sucção; ∑ utilizar filtro de retorno; ∑ eliminar a água absorvida pelo ar que entra no reservatório; ∑ usar aditivos e efetuar uma drenagem com filtração para separar o óleo da água; ∑ trocar o óleo de todo o sistema, se o grau de contaminação do óleo for muito elevado.
Atuadores hidr·ulicos
Os atuadores hidráulicos são representados pelos motores hidráulicos e pelos cilindros lineares.
Motores hidráulicosMotores hidráulicosMotores hidráulicosMotores hidráulicosMotores hidráulicos Os motores hidráulicos são atuadores rotativos capazes de transformar energia hidráulica em energia mecânica, produzindo um movimento giratório.
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A U L A Ao contrário das bombas que empurram o fluido num sistema hidráulico, os motores são empurrados pelo fluido, desenvolvendo torque e rotação.
Todo motor hidráulico pode funcionar como bomba; entretanto, nem toda bomba funciona como motor. Algumas bombas necessitam de modificações em suas características construtivas para exercerem a função de motor.
Quanto ao funcionamento, existem três tipos de motores hidráulicos: ∑ o motor unidirecional, que se movimenta em um único sentido de rotação; ∑ o motor bidirecional (reversível), que produz rotação nos dois sentidos; ∑ o motor oscilante (angular), que gira em ambos os sentidos com ângulo de rotação limitado.
Entre os motores bidirecionais, o mais utilizado é o motor de engrenagens. Esse motor desenvolve torque por meio da pressão aplicada nas superfícies dos dentes das rodas dentadas. Elas giram juntas, mas apenas uma está ligada ao eixo do motor.
A rotação do motor pode ser invertida mudando a direção do fluxo de óleo.
A alta pressão na entrada e a baixa pressão na saída provocam altas cargas laterais no eixo, bem como nas rodas dentadas e nos rolamentos que as suportam. Isso faz com que os motores de engrenagens tenham sua pressão de operação limitada. A figura abaixo mostra o corte de um motor de engrenagens.
O motor de engrenagens tem como vantagens principais sua simplicidade e sua maior tolerância à sujeira. A manutenção consiste em substituir o motor estragado por um motor novo.
Cilindros e sua manutençãoCilindros e sua manutençãoCilindros e sua manutençãoCilindros e sua manutençãoCilindros e sua manutenção Os cilindros têm um cabeçote em cada lado da camisa e um pistão móvel ligado à haste.
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A U L A As válvulas de bloqueioválvulas de bloqueioválvulas de bloqueioválvulas de bloqueioválvulas de bloqueio têm a finalidade de segurar cargas verticais com estanqueidade de 100%. O maior defeito dessa válvula é a sede gasta. Sujeira no óleo também impede seu funcionamento. Uma válvula de bloqueio bastante utilizada em prensas é a de retenção pilotada.
A ilustração seguinte, em corte, mostra uma válvula de retenção pilotada.
As válvulas controladoras de pressão limitam ou reduzem a pressão de trabalho em sistemas hidráulicos. Essas válvulas são classificadas de acordo com o tamanho e a faixa de pressão de trabalho.
As figuras, em corte, mostram as características construtivas de uma válvula limitadora de pressão fechada e aberta.
As válvulas controladoras de pressão podem assumir as seguintes funções nos circuitos hidráulicos: ∑ válvula de segurança ou alívio; ∑ válvula de descarga; ∑ válvula de seqüência; ∑ válvula de contrabalanço; ∑ válvula de frenagem; ∑ válvula redutora de pressão; ∑ válvula de segurança e descarga. As válvulas controladoras de fluxo ou de vazão controlam a quantidade de fluido a ser utilizado no sistema. Essas válvulas têm por função regular a velocidade dos elementos hidráulicos de trabalho.
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As válvulas controladoras de fluxo podem ser fixas ou A U L A variáveis, unidirecionais ou bidirecionais.
A figura ao lado, em corte, mostra uma válvula reguladora de vazão com pressão compensada, tipobypass. Essa válvula só deixa fluir a quantidade de óleo que foi regulada previamente, por mais que se aumente a pressão.
ManutenÁ„o de v·lvulas hidr·ulicas
A manutenção de válvulas hidráulicas deve abranger os seguintes itens:
ÓleoÓleoÓleoÓleoÓleo - verificar grau de contaminação por água e sujeira. Se for o caso, drenar e substituir o óleo contaminado e sujo por óleo novo, segundo especificações do fabricante. GuarniçõesGuarniçõesGuarniçõesGuarniçõesGuarnições - trocar as desgastadas. MolasMolasMolasMolasMolas^ -^ trocar as fatigadas. Sede de assentamentoSede de assentamentoSede de assentamentoSede de assentamentoSede de assentamento^ -^ verificar o estado de desgaste.
Quando irrecuperáveis, as válvulas hidráulicas deverão ser substituídas por novas.
Assinale com X a alternativa correta.
Exercício 1Exercício 1Exercício 1Exercício 1Exercício 1 Pressão é: a)a)a)a)a) (^ ) sinônimo de força; b)b)b)b)b) (^ ) força por unidade de área; c)c)c)c)c) (^ ) força por unidade de volume; d)d)d)d)d) (^ ) volume por unidade de tempo; e)e)e)e)e) (^ ) volume por unidade de superfície.
Exercício 2Exercício 2Exercício 2Exercício 2Exercício 2 Quais exemplos de máquinas e sistemas hidraúlicos são cuidados pela hidráulica industrial? a)a)a)a)a) (^ ) máquinas injetoras, caminhões, navios; b)b)b)b)b) (^ ) automóveis, prensas, mandriladoras; c)c)c)c)c) (^ ) prensas, fresadoras, brochadeiras; d)d)d)d)d) (^ ) locomotivas, fresadoras, mandriladoras; e)e)e)e)e) (^ ) retificadoras, brochadeiras, caminhões.
Exercício 3Exercício 3Exercício 3Exercício 3Exercício 3 A manutenção de bombas rotativas de engrenagens consiste em: a)a)a)a)a) (^ ) trocar as guarnições da bomba e suas válvulas; b)b)b)b)b) ( ) trocar todo o sistema de palhetas desgastado; c)c)c)c)c) (^ ) regular as válvulas e verificar a limpeza do óleo existente no reser- vatório; d)d)d)d)d) ( ) manter o óleo sempre limpo e sem água e trocar as engrenagens desgastadas; e)e)e)e)e) (^ ) substituir as válvulas desgastadas e trocar os filtros de óleo.
ExercÌcios
