Fundamentos de Sistemas hidráulicos

Segundo Linsingen (2003), um sistema hidráulico é um conjunto de elementos físicos convenientemente associados que, utilizando um fluído como meio de transferência de energia, permite a transmissão e controle de forças e movimentos. O mesmo autor afirma que um sistema hidráulico é, portanto o meio através do qual uma forma de energia de entrada é convertida e condicionada de modo a ter como saída energia mecânica útil.

Alexandre Perin de Souza (2012) em sua tese explica com base em autores renomados que os sistemas hidráulicos são classificados de acordo com a pressão nominal que pode ser observada na Tabela 3.

Tabela 3 - Classificação dos sistemas hidráulicos. Pressão

Classificação

Bar Psi

0 a 14 0 a 203,10 Sistema de Baixa Pressão

14 a 35 203,10 a 507,76 Sistema de Média Pressão

35 a 84 507,76 a 1218,68 Sistema de Média - Alta Pressão 84 a 210 1218,68 a 3046,62 Sistema de Alta Pressão Acima de 210 Acima de 3046,62 Sistema de Extra - Alta Pressão

Fonte: Fialho (2011)

2.3.1 Campo de aplicação da hidráulica

Segundo Linsingen (2001), em função dos esforços de desenvolvimento tecnológico, os sistemas hidráulicos encontram aplicação em praticamente todos os ramos de atividade, da extração mineral à industria aeroespacial, bem como em aplicações de uso cotidiano, como em veículos de transporte e passeio, equipamentos odontológicos e médico-hospitalares, construção civil, etc. Procurando dar uma noção de abrangência da aplicabilidade dos

sistemas hidráulicos, apresentam-se alguns exemplos de aplicação, subdivididos em seis grupos:

a) Hidráulica Industrial

Máquinas para cerâmica e para madeira; Máquinas operatrizes, máquinas injetoras; Prensas hidráulicas, maquinaria pesada; Robôs industriais, máquinas de precisão; Simuladores de automóveis.

b) Siderurgia, Engenharia Civil, Geração de Energia e Extração Mineral Laminadores, transportadores;

Controle de fornos e de lingotamento; Comportas e represas;

Mancais e controladores de turbinas; Equipamentos para pontes móveis;

Equipamentos de mineração e exploração de petróleo.

c) Hidráulica Móbil

Máquinas de terraplanagem;

Máquinas agrícolas e off - road em geral; Veículos de transporte e passeio.

d) Hidráulica para Aplicações Navais

Guindastes de convés, controladores de leme; Operação de redes em barcos de pesca; Controle de tanques de descarga de navios.

e) Aplicações Técnicas Especiais

Controle de aeronaves (lemes, flaps); Trens de aterrissagem, simuladores de vôo; Operação de antenas e telescópios;

Direcionadores de foguetes; Bóias de sinalização;

Disjuntores de centrais elétricas.

f) Aplicações Gerais

Equipamentos odontológicos e hospitalares; Processadores de lixo urbano;

Oficinas e postos de serviços de veículos; Manutenção de redes elétricas.

2.3.2 Características dos sistemas hidráulicos

Ainda segundo Linsingen (2001), os sistemas hidráulicos possuem características que os tornam especialmente recomendados para uma série de aplicações, algumas das quais listadas no item anterior. No entanto, apresentam também limitações de que devem ser consideradas quando da escolha do tipo de sistema a ser empregado, principalmente se a aplicação específica for compatível com sistemas mecânicos, elétricos ou pneumáticos. Algumas caracteristicas revelantes são listadas a seguir:

a) Bom comportamento em relação ao tempo, ou seja, resposta rápida à partida e inversão de movimento sob carga, devido aos baixos momentos de inércia. Esta característica é importante para a direcionabilidade de aviões e foguetes, bem como para uma acurada precisão de máquinas operatrizes e para a solução de problemas que surgem em copiadoras e na produção seriada;

b) Adaptação automática de força ou torque;

c) Possibilidade de variação contínua de força e velocidade nos atuadores lineares e de torque e rotação nos atuadores rotativos, por meio de controle e ajuste;

d) Sistemas adequados tanto para o controle de processos em que o movimento é rápido quanto para os de movimento de precisão extremamente lento;

e) Segurança eficaz contra sobrecargas através do uso de válvulas limitadoras de pressão, evitando danos ao sistema;

g) Capacidade de armazenamento de energia de forma relativamente simples, por meio de acumuladores hidropneumáticos;

h) Possível combinação com sistemas mecânicos, elétricos e pneumáticos;

i) Possibilidade de utilização de sistemas em condições ambientais adversas, desde que tomados os devidos cuidados construtivos.

As limitações apresentadas pelos sistemas hidráulicos são basicamente as seguintes: a) Custo elevado em relação a sistemas mecânicos elétricos compatíveis;

b) Perda de potência (baixo rendimento) devida à dissipação de energia por atrito viscoso, isto é, perdas de carga nas canalizações e componentes, o que limita a velocidade do fluído e, como consequência, a velocidade dos atuadores hidráulicos;

c) Perdas por vazamentos internos e possibilidade de vazamentos externos, devidos a folgas, que diminuem a eficiência dos sistemas e comprometem a precisão dos movimentos;

d) A compressibilidade do fluido hidráulico, embora pequena, da mesma forma que os vazamentos variáveis, exige a utilização de sistemas especiais para a sincronização de movimentos de dois ou mais atuadores (motores lineares ou rotativos);

e) A presença de ar no sistema, na forma de ar livre, provoca movimentação não uniforme e pulsante dos atuadores, devido à grande compressibilidade do ar. Ar livre no sistema resulta da desaeração incompleta, absorção ou liberação de bolhas de ar repetidas em cavidades existentes nos componentes;

f) Elevada dependência da temperatura. Alterações na temperatura do fluido, devidas as condições ambientais e/ou dissipação de energia, provocam alteração da viscosidade e, por consequência, alteram-se as perdas por vazamentos e as condições operacionais do sistema. Esses efeitos deverão ser corrigidos por meio de trocadores de calor ou sistemas de controle de temperatura.

2.3.3 Componentes de um sistema hidráulico

Fluido Hidráulico - Na maioria das aplicações são produtos destilados do petróleo e tem a função de: transmitir pressão, lubrificar as partes móveis da instalação, refrigerar, amortecer oscilações de pressões, proteger contra a corrosão e remover impurezas.

Unidade de Potência Hidráulica – Componentes básicos de uma unidade de potência hidráulica:

Reservatório ou tanques têm por finalidade básica armazenar e facilitar a manutenção do fluido utilizado nos sistemas hidráulicos. O reservatório pode ser projetado para cumprir várias funções, desde que não haja problemas quanto à sua localização ou ao seu tamanho. É fundamental que o reservatório apresente, no mínimo, as seguintes características: ter espaço para separação do ar do fluido; permitir que os contaminadores se assentem; ajudar a dissipar o calor gerado pelo sistema; facilitar a manutenção.

Bomba Hidráulica é utilizada nos circuitos hidráulicos para converter energia mecânica em energia hidráulica, empurrando o fluido hidráulico no sistema. As bombas são fabricadas em vários tamanhos e formas, com diversos e complexos mecanismos de bombeamento e para várias aplicações. Todas as bombas são classificadas em uma das categorias básicas: hidrodinâmica e hidrostática.

Atuadores Hidráulicos transformam a energia hidráulica em energia mecânica, executando movimentos lineares, elevando, descansando, bloqueando e deslocando cargas. As vantagens são: bom rendimento ao transformar movimentos; força máxima constante ao longo do curso; controle fácil da força no atuador; velocidade constante se vazão é constante; velocidade constante ao longo do curso; as forças podem ser de tração e compressão; acionamentos de grande potência com cotas reduzidas de montagem. O cilindro hidráulico é composto de diversas partes. São classificados, quanto à sua ação, em: simples ação ou simples efeito dupla ação ou duplo efeito

Mangueiras flexível geralmente os sistemas hidráulicos utilizam mangueiras flexíveis como elementos para movimentação do fluido, isto devido ao fato das mangueiras absorverem vibrações e facilitarem a mudança de direção de transmissão da força. Existe uma grande quantidade de diferentes tipos de mangueiras, classificadas de acordo com a sua pressão máxima que suporta, diâmetro, etc

Os motores hidráulicos são também conhecidos como atuadores rotativos, os quais convertem energia hidráulica em mecânica, sendo estes caracterizados de acordo com o torque e deslocamento. Diferenciam-se dos demais motores pela sua construção, característica

e aplicabilidade, o que para outros tipos de motores talvez os locais aos quais são empregados tornariam desfavoráveis para se trabalharem, suas características potenciais esta no volume de absorção, na pressão máxima, nas faixas de rotações e torques desejados.

3 PROJETO DE UM GUINDASTE COM CAPACIDADE DE CARGA 750KG