A automação é, hoje em dia suportada genericamente, por sistemas eletrónicos com controlo remoto quer via Internet quer por sistemas móveis de comunicação. No entanto, a automação industrial é uma integração de várias tecnologias de controlo e de acionamento englobando os PLCs, a pneumática, a eletricidade bem como a óleo-hidráulica.
A óleo-hidráulica, ao nível dos acionamentos, tem hoje uma utilização bastante generalizada, podendo observar-se quer em sistemas simples de elevação, máquinas móveis ou agrícolas, quer em sistemas complexos de acionamento como sejam as prensas hidráulicas e as máquinas de injeção de plásticos. Atualmente a óleo -hidráulica encontra-se nos mais diversos setores da indústria desde a metalomecânica pesada e da siderurgia até á indústria naval, agrícola, automóvel, civil, etc. Mais recentemente também em parques eólicos (onde é utilizada no controlo do ângulo das pás das turbinas).
Este livro surge pela necessidade de suprir uma lacuna existente no mercado português que, de algum modo, sistematize a abordagem aos princípios fundamentais da óleo-hidráulica. Pretende-se com esta ferramenta apoiar os estudantes de engenharia e técnicos que ao longo da sua atividade, nomeadamente nas áreas da óleo-hidráulica, necessitem recorrer a conceitos de funcionamento dos sistemas de acionamento óleo hidráulico.
Neste livro são abordados os principais elementos dos sistemas de automação óleo-hidráulica detalhando os seus princípios de funcionamento.
São ainda apresentados os princípios físicos e expressões matemáticas necessárias a compreensão dos processos de transmissão de energia através do óleo, dimensionamento de atuadores, circuitos hidráulicos elementares e uma série de problemas resolvidos.
Estamos cientes que esta será uma ferramenta académica extremamente útil e uma referência de bastante interesse para o quotidiano dos profissionais da área.
1 INTRODUÇÃO À ÓLEO-HIDRÁULICA
1.1 INTRODUÇÃO
1.2 NOTA HISTÓRICA
1.3 VANTAGENS DOS SISTEMAS HIDRÁULICOS
1.4 LIMITAÇÕES DOS SISTEMAS HIDRÁULICOS
1.5 CAMPOS DE APLICAÇÃO
1.6 ESTRUTURA DE UM SISTEMA HIDRÁULICO
1.7 SIMBOLOGIA BÁSICA DE UM SISTEMA HIDRÁULICO
2 PRINCÍPIOS FÍSICOS E EXPRESSÕES MATEMÁTICAS
2.1 INTRODUÇÃO
2.2 LEIS FUNDAMENTAIS DA HIDROSTÁTICA
2.2.1 Pressão p (Lei de Pascal)
2.2.2 Aplicação a cilindros hidráulicos
2.2.3 Aplicação a bombas e motores
2.2.4 Gamas de pressão em hidráulica
2.2.5 Escalas de pressão
2.2.6 Prensas hidráulicas e multiplicadores de pressão
2.2.7 Medidas de pressão
2.3 CAUDAL VOLÚMICO (Q)
2.3.1 Aplicação a cilindros hidráulicos
2.3.2 Aplicação a bombas e motores hidráulicos
2.3.3 Aplicação ao cálculo de tubagens
2.3.4 Medidas de caudais volúmicos
2.4 PERDAS EM TUBAGENS E ESTRANGULAMENTOS
2.4.1 Equação do caudal
2.4.2 Regimes de escoamento
2.5 TRANSFORMAÇÃO DE POTÊNCIA
2.5.1 Potência de entrada
2.5.2 Potência hidráulica
2.5.3 Potência de saída
2.5.4 Potência de acionamento de uma bomba hidráulica
2.5.5 Perdas de potência em estrangulamentos e válvulas
manométricas
2.6 RENDIMENTOS
2.6.1.1 Rendimento volumétrico
2.6.1.2 Rendimento Mecânico
2.6.1.3 Rendimento Global
3 FLUIDOS HIDRÁULICOS, RESERVATÓRIOS E ACESSÓRIOS
3.1 INTRODUÇÃO
3.2 FUNÇÕES DE UM FLUIDO HIDRÁULICO
3.3 TIPOS DE FLUIDOS HIDRÁULICOS
3.3.1 Água, emulsões de óleo-em-água
3.3.2 Óleos minerais
3.3.3 Fluidos sintéticos
3.4 PROPRIEDADES DOS ÓLEOS
3.4.1 Viscosidade
3.4.1.1 Comportamento da viscosidade com a temperatura
3.4.2 Índice de viscosidade
3.4.2.1 Relação viscosidade-pressão
3.4.2.2 Compressibilidade
3.4.3 Ponto de solidificação
3.4.4 Cavitação
3.4.5 Poder lubrificante
3.4.6 Poder desgasificante
3.4.7 Resistência à oxidação
3.5 CLASSIFICAÇÃO DOS ÓLEOS
3.5.1 Óleos minerais
3.5.2 Fluidos dificilmente inflamáveis
3.6 RESERVATÓRIOS HIDRÁULICOS
3.6.1 Constituintes de um reservatório hidráulico
3.6.2 Funções dos reservatórios hidráulicos
3.6.2.1 Armazenamento do fluido hidráulico
3.6.2.2 Inspeção do fluido hidráulico
3.6.2.3 Separação dos contaminantes sólidos
3.6.2.4 Arrefecimento do fluido hidráulico
3.6.2.5 Remoção do ar do fluido hidráulico
3.6.2.6 Absorção da expansão térmica do fluido hidráulico
3.6.2.7 Montagem de componentes
3.6.3 Funcionamento
3.6.4 Tipos de reservatórios
3.6.5 Dimensões dos reservatórios
3.6.6 Aquecimento e arrefecimento do óleo
3.6.6.1 Aquecimento
3.6.6.2 Arrefecimento
3.6.6.3 Permutadores de calor ar-óleo
3.6.6.4 Permutadores de calor água-óleo
3.6.6.5 Localização dos permutadores no circuito hidráulico
3.7 FILTROS HIDRÁULICOS
3.7.1 Limite de visibilidade
3.7.2 Classificação segundo o meio filtrante
3.7.2.1 Filtros de profundidade
3.7.2.2 Filtros de superfície
3.7.3 Localização dos filtros
3.7.3.1 Filtros de retorno
3.7.3.2 Filtro de aspiração
3.7.3.3 Filtros de pressão
4 BOMBAS E MOTORES HIDRÁULICOS
4.1 INTRODUÇÃO
4.2 BOMBAS HIDRÁULICAS
4.3 SIMBOLOGIA
4.4 GRUPO GERADOR
4.5 GAMAS DE PRESSÕES
4.6 GRANDEZAS NOMINAIS
4.6.1 Cilindrada C
4.6.2 Pressão de funcionamento
4.6.3 Subpressão em tubagens de aspiração
4.6.4 Velocidade de rotação
4.6.5 Rendimentos
4.6.5.1 Rendimento volumétrico ??
4.6.5.2 Rendimento mecânico ?m
4.6.5.3 Rendimento global ?g = ?? . ?m
4.6.5.4 Rendimentos de bombas e motores de cilindrada variável
4.6.5.5 Influência da viscosidade ? sobre os rendimentos
4.7 FORMAS CONSTRUTIVAS DAS BOMBAS
4.8 BOMBAS DE ENGRENAGEM
4.8.1 Bombas de engrenagens exteriores
4.8.1.1 Princípio de funcionamento
4.8.2 Bombas de engrenagens interiores
4.9 BOMBAS DE PALHETAS
4.9.1 Bombas de palhetas de cilindrada constante
4.9.2 Bomba de palhetas de cilindrada variável
4.9.2.1 Dispositivos de comando
4.9.3 Bombas de êmbolos
4.9.3.1 Bombas de êmbolos axiais
4.9.3.2 Bombas de êmbolos radiais
4.10 MOTORES HIDRÁULICOS5 ATUADORES HIDRÁULICOS
5.1 INTRODUÇÃO
5.2 CILINDROS
5.2.1 Construção e princípio de funcionamento, grandezas
nominais
5.2.2 Vedantes
5.2.3 Choque hidráulico
5.2.4 Amortecimento de fim de curso
5.2.5 Tipos construtivos e simbologia
5.2.5.1 Cilindro de simples efeito de haste mergulhante
5.2.5.2 Cilindro de simples efeito com êmbolo e haste de retorno
por mola
5.2.5.3 Cilindro de duplo efeito com haste simples
5.2.5.4 Cilindro de duplo efeito de haste dupla
5.2.5.5 Cilindro telescópico
5.2.5.6 Cilindro especial (triplo efeito)
5.2.5.7 Cilindro multiplicador de pressão
5.3 ATUADORES ROTATIVOS
5.3.1 Atuadores rotativos angulares de cremalheira
5.3.2 Atuadores rotativos angulares de palheta
5.3.3 Atuadores rotativos – outros tipos construtivos
6 VÁLVULAS HIDRÁULICAS
6.1 INTRODUÇÃO
6.2 VÁLVULAS DIRECIONAIS
6.2.1 Distribuidores
6.2.2 Representação simbólica e designações
6.2.2.1 Número de posições
6.2.2.2 Número de vias
6.2.2.3 Posição de não atuada
6.2.2.4 Tipo de acionamento (comando)
6.2.2.5 Tipo de retorno (para a posição de repouso)
6.2.3 Formas construtivas
6.2.3.1 Válvulas de assento axial
6.2.3.2 Válvulas de gaveta
6.2.4 Válvula direcional 2/2
6.2.5 Válvula direcional 3/2
6.2.6 Válvula direcional 4/3
6.2.6.1 Válvula de “centro-aberto”
6.2.6.2 Válvula de “centro fechado”
6.2.6.3 Válvula de “centro em Tandem”
6.2.6.4 Válvula com ponto morto (centro em Y)
6.2.6.5 Outras configurações de centro
6.2.6.6 Centragem da gaveta
6.3 VÁLVULAS REGULADORAS
6.3.1 Válvulas manométricas
6.3.1.1 Válvula limitadora de pressão
6.3.1.2 Válvula de descarga
6.3.1.3 Válvula de sequência
6.3.1.4 Válvula de contrapressão
6.3.1.5 Válvula redutora de pressão
6.3.2 Válvulas fluxométricas
6.3.2.1 Estranguladores (restritores)
6.3.2.2 Estranguladores Unidirecionais
6.3.3 Métodos de Controlo de Velocidade dos Atuadores
6.3.3.1 Controlo na entrada (“meter-in”)
6.3.3.2 Controlo na saída (“meter-out”)
6.3.3.3 Controlo em desvio (“bleed-off”)
6.3.3.4 Reguladores de caudal
6.3.3.5 Válvula reguladora de caudal de 2 orifícios
6.3.3.6 Válvula divisora de caudal
6.4 VÁLVULAS DE RETENÇÃO
6.4.1 Válvula seletora de circuito
6.4.2 Válvula de retenção pilotada
6.4.2.1 Válvula de retenção geminada (dupla)
7 ACUMULADORES HIDRÁULICOS
7.1 INTRODUÇÃO
7.1.1.1 Símbolos utilizados
7.1.2 Acumulador por peso
7.1.3 Acumulador de mola
7.1.4 Acumuladores de gás (hidropneumáticos)
7.1.4.1 Acumulador de parede rígida - pistão
7.1.4.2 Acumuladores de parede elástica (bexiga e diafragma)
7.1.4.3 Acumuladores de bexiga
7.1.4.4 Acumuladores de diafragma
7.1.5 Aplicações dos acumuladores
7.1.5.1 Reserva de energia
7.1.5.2 Exemplos de utilização de acumuladores em circuitos
hidráulicos
8 ACESSÓRIOS HIDRÁULICOS
8.1 INTRODUÇÃO
8.2 ACOPLAMENTOS MECÂNICOS
8.2.1 Acoplamento fixo
8.2.2 Acoplamentos elásticos
8.2.3 Acoplamento de dentes arqueados
9 CIRCUITOS HIDRÁULICOS ELEMENTARES
9.1 INTRODUÇÃO
9.2 LIMITAÇÃO DE PRESSÃO
9.3 DESCARGA DA BOMBA
9.3.1 Circulação em vazio
9.4 COMANDO DO MOVIMENTO COM VÁLVULAS DIRECIONAIS
9.5 CONTROLO DA VELOCIDADE POR MEIO DE VÁLVULAS
FLUXOMÉTRICAS
9.5.1 Estranguladores uni e bidirecionais
9.5.2 Comando primário (meter-in) e comando secundário
(meter-out)
10 PROBLEMAS RESOLVIDOS
11 ANEXOS
12 BIBLIOGRAFIA
13 ÍNDICE REMISSIVO
António J. S. Ferreira da Silva
Nasceu em Vila Nova de Gaia em março de 1963. É Licenciado em Engenharia Mecânica, Ramo de Gestão da Produção, pelo Instituto Superior
de Engenharia do Porto (ISEP) e Mestre em Manutenção Industrial pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP).
Atualmente é Assistente do Departamento de Engenharia Mecânica do ISEP onde leciona disciplinas na área da Automação Industrial. É autor e
coautor de várias comunicações e artigos científi cos apresentados em congressos e publicados em revistas técnico-científi cas e da especialidade
e coautor dos livros Automação Pneumática e Automação Integrada.
É, desde 2007, Diretor do Laboratório de Automação do Departamento de Engenharia Mecânica, e é Diretor-Adjunto da revista técnico-científi ca
“Robótica”, a única revista Portuguesa na área da Robótica e Automação, desde janeiro de 2015.
Exerce a atividade de formador em várias áreas de automação industrial nomeadamente na Pneumática, Óleo-hidráulica e Controladores Lógicos
Programáveis (PLCs).
Adriano M. Almeida Santos
Nasceu em Matosinhos em agosto de 1958. É Licenciado em Engenharia Mecânica pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
(FEUP), Mestre em Engenharia Mecânica pelo Instituto Superior Técnico (IST) e Doutorado em Engenharia Mecânica pela FEUP.
Atualmente é Professor Adjunto do Departamento de Engenharia Mecânica do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP) onde leciona
disciplinas na área da Automação Industrial. É autor e coautor de várias comunicações e artigos científi cos apresentados em congressos e
publicados em revistas técnico -científi cas e da especialidade e coautor dos livros Automação Pneumática e Automação Integrada.
Exerce a atividade de formador em várias áreas de automação industrial nomeadamente na Pneumática, Óleo-hidráulica e Controladores
Lógicos Programáveis (PLCs).