Sistemas Hidraulicos E Pneumaticos

Etapa 01

1. Passo 01

1.1 Análise da Tabela 1

2. Passo 02

2.1 Premissas para o cálculo da força de corte necessária para o corte das chapas:

Onde:

Fc = Força de Corte.

p = Perímetro da seção.

e = Espessura da chapa.

Tc = Tensão de cisalhamento.

 

2.2 Cálculos da Força de Corte de acordo com a espessura fornecida (Tabela 2)

Tendo em vista que o material definido é o SAE 1020, o qual possui Tensão de Cisalhamento de 40 kgf/〖mm〗^2 apresentamos a seguir o Memorial de Cálculo da Força de Corte em função das espessuras fornecidas nas Tabela 1 e 2:

Memorial de Cálculo:

Espessura (mm) Força de corte

(kgf)

0,61 973,52

0,68 1.085,23

0,76 1.212,91

0,84 1.340,58

0,91 1.452,30

1,06 1.691,68

1,21 1.931,07

1,37 2.186,42

1,52 2.425,81

1,71 2.729,04

1,9 3.032,27

2,28 3.638,72

2,66 4.245,17

3,04 4.851,62

3,42 5.458,08

 

2.3 Cálculo da área do êmbolo do Pistão, a partir das forças calculadas anteriormente

3. Passo 03

3.1 Seleção da Bomba Hidráulica

A seleção da bomba hidráulica, para que a prensa em estudo possa executar as operações calculadas, devem levar em consideração o dimensionamento da tubulação (diâmetro e comprimento), tipo de fluído e sua temperatura de trabalho, bem como sua respectiva viscosidade, de modo que seja possível o cálculo da perda de carga (pressão) do sistema.

Para tanto, é oportuno que alguns conceitos e definições sejam apresentados:

3.1.1 Classificação geral das máquinas hidráulicas

As máquinas hidráulicas podem ser classificadas em três grandes grupos:

1. Máquinas operatrizes: introduzem no líquido em escoamento a energia externa, ou seja, transformam energia mecânica fornecida por uma fonte (um motor elétrico, por exemplo) em energia hidráulica sob a forma de pressão e velocidade (exemplo: bombas hidráulicas);

2. Máquinas motrizes: transformam energia do líquido e a transferem para o exterior, isto é, transformam energia hidráulica em outra forma de energia (exemplos: turbinas, motores hidráulicos, rodas d’água);

3. Mistas: máquinas que modificam o estado da energia que o líquido possui (exemplos: os ejetores e carneiros hidráulicos).

3.2 Bombas

3.2.1 Definição

Bombas são máquinas operatrizes hidráulicas que fornecem energia ao líquido com a finalidade de transportá-lo de um ponto a outro. Normalmente recebem energia mecânica e a transformam em energia de pressão e cinética ou em ambas. Uma bomba destina-se a elevar um volume de fluido a uma determinada altura, em certo intervalo de tempo, consumindo energia para desenvolver este trabalho e para seu próprio movimento, implicando, pois, em um rendimento característico. Estas, então, são as chamadas grandezas características das bombas, isto é, Vazão Q, Altura manométrica H, Rendimento h e Potência P.

3.2.2 Classificação

As bombas podem ser classificadas em duas categorias, a saber:

1. Turbo-Bombas, Hidrodinâmicas ou Rotodinâmicas: são máquinas nas quais a movimentação do líquido é desenvolvida por forças que se desenvolvem na massa líquida em conseqüência da rotação de uma peça interna (ou conjunto dessas peças) dotada de pás ou aletas chamada de roto;

2. Volumétricas ou de Deslocamento Positivo: são aquelas em que a movimentação do líquido é causada diretamente pela movimentação de um dispositivo mecânico da bomba, que induz ao líquido um movimento na direção do deslocamento do citado dispositivo, em quantidades intermitentes, de acordo com a capacidade de armazenamento da bomba, promovendo enchimentos e esvaziamentos sucessivos, provocando, assim, o deslocamento do líquido no sentido previsto.

São exemplos de bombas rotodinâmicas as conhecidíssimas bombas centrífugas e de bombas volumétricas as de êmbolo ou alternativas e as rotativas.

Esquemas de bombas volumétricas

3.3 Bombas Centrífugas

3.3.1. Definição

Bombas Centrífugas são bombas hidráulicas que têm como princípio de funcionamento a força centrífuga através de palhetas e impulsores que giram no interior de uma carcaça estanque, jogando líquido do centro para a periferia do conjunto girante.

3.3.2. Descrição

Constam de uma câmara fechada, carcaça, dentro da qual gira uma peça, o rotor, que é um conjunto de palhetas que impulsionam o líquido através da voluta (Figura VI.2). O rotor é fixado no eixo da bomba, este contínuo ao transmissor de energia mecânica do motor. A carcaça é a parte da bomba onde, no seu interior, a energia de velocidade é transformada em energia de pressão, o que possibilita o líquido alcançar o ponto final do recalque. É no seu interior que está instalado o conjunto girante (eixo-rotor) que torna possível o impulsionamento do líquido.

Voluta em caracol

A carcaça pode ser do tipo voluta ou do tipo difusor. A de voluta é a mais comum podendo ser simples ou dupla, conforme a figura abaixo. Como as áreas na voluta não são simetricamente distribuídas em torno do rotor ocorre uma distribuição desigual de pressões ao longo da mesma. Isto dá origem a uma reação perpendicular ao eixo que pode ser insignificante quando a bomba trabalhar no ponto de melhor rendimento, mas que se acentua a medida que a máquina sofra redução de vazões, baixando seu rendimento. Como consequência deste fenômeno temos para pequenas vazões, eixos de maior diâmetro no rotor. Outra providência para minimizar este empuxo radial é a construção de bombas com voluta dupla, que consiste em se colocar uma divisória dentro da própria voluta, dividindo-a em dois condutos a partir do início da segunda metade desta, ou seja, a 180o do início da "voluta externa", de modo a tentar equilibrar estas reações duas a duas, ou minimizar seus efeitos.

Voluta dupla

Para vazões médias e grandes alguns fabricantes optam por bombas de entrada bilateral para equilíbrio do empuxo axial e dupla voluta para minimizar o desequilíbrio do empuxo radial. A carcaça tipo difusor não apresenta força radial, mas seu emprego é limitado a bombas verticais tipo turbina, bombas submersas ou horizontais de múltiplos estágios e axiais de grandes vazões. A carcaça tipo difusor limita o corte do rotor de modo que sua faixa operacional com bom rendimento, torna-se reduzida.

3.2.3 Classificação

A literatura técnica sobre classificação de bombas é muito variada, havendo diferentes interpretações conceituais. Aqui apresentamos uma classificação geral que traduz, a partir de pesquisas bibliográficas e textos comerciais, nossa visão sobre o assunto.

3.2.3.1 Quanto à altura manométrica (para recalque de água limpa):

1. Baixa pressão (H £ 15 mca);

2. Média pressão (15 < H < 50 mca);

3. Alta pressão (H ³ 50 mca).

(OBS: Para recalques de esgotos sanitários, por exemplo, os limites superiores podem ser significativamente menores).

3.2.3.2 Quanto à vazão de recalque:

1. Pequena (Q £ 50 m3/hora);

2. Média ( 50 < Q < 500 m3/hora);

3. Grande (Q ³ 500 m3/hora).

3.2.3.3 Quanto à direção do escoamento do líquido no interior da bomba:

1. Radial ou centrífuga pura, quando o movimento do líquido é na direção normal ao eixo da bomba (empregadas para pequenas e médias descargas e para qualquer altura manométrica, porém caem de rendimento para grandes vazões e pequenas alturas além de serem de grandes dimensões nestas condições);

2. Diagonal ou de fluxo misto, quando o movimento do líquido é na direção inclinada em relação ao eixo da bomba (empregadas em grandes vazões e pequenas e médias alturas, estruturalmente caracterizam-se por serem bombas de fabricação muito complexa);

3. Axial ou helicoidais, quando o escoamento desenvolve-se de forma paralela ao eixo e são especificadas para grandes vazões - dezenas de m3/s - e médias alturas - até 40 m.

Bomba axial: cortes

3.2.3.4 Quanto à estrutura do rotor:

1. Aberto (para bombeamentos de águas residuárias ou bruta de má qualidade);

2. Semiaberto ou semifechado (para recalques de água bruta sedimentada);

3. Fechado (para água tratada ou potável) .

Tipos de rotores

3.2.3.5 Quanto ao número de rotores:

1. Estágio único;

2. Múltiplos estágios (este recurso reduz as dimensões e melhora o rendimento, sendo empregadas para médias e grandes alturas manométricas como, por exemplo, na alimentação de caldeiras e na captação em poços profundos de águas e de petróleo, podendo trabalhar até com pressões superiores a 200 kg/cm2, de acordo com a quantidade de estágios da bomba.

3.2.3.6 Quanto ao número de entradas:

1. Sucção única, aspiração simples ou unilateral (mais comuns);

2. Sucção dupla, aspiração dupla ou bilateral (para médias e grandes vazões).

3.2.3.7 Quanto à admissão do líquido:

1. Sucção axial (maioria das bombas de baixa e média capacidades);

2. Sucção lateral (bombas de média e alta capacidades);

3. Sucção de topo (situações especiais);

4. Sucção inferior (bombas especiais).

3.2.3.8 Quanto a posição de saída:

de topo (pequenas e médias);

lateral (grandes vazões)

inclinada (situações especiais).

vertical (situações especiais).

3.2.3.9 Quanto a velocidade de rotação:

1. Baixa rotação ( N < 500rpm);

2. Média ( 500 £ N £ 1800rpm);

3. Alta ( N > 1800rpm).

OBS: As velocidades de rotação tendem a serem menores com o crescimento das vazões de projeto, em função do peso do líquido a ser deslocado na unidade de tempo. Pequenos equipamentos, trabalhando com água limpa, têm velocidades da ordem de 3200rpm. Para recalques de esgotos sanitários, por exemplo, em virtude da sujeira abrasiva na massa líquida, os limites superiores podem ser significativamente menores: N < 1200rpm.

3.2.3.10 Quanto à posição na captação

1. Submersas (em geral empregadas onde há limitações no espaço físico - em poços profundos por exemplo);

2. Afogadas (mais frequentes para recalques superiores a 100 l/s);

3. Altura positiva (pequenas vazões de recalque).

3.2.3.11 Quanto à posição do eixo

1. Eixo horizontal (mais comuns em captações superficiais);

2. Eixo vertical (para espaços horizontais restritos e/ou sujeitos a inundações e bombas submersas em geral).

Bomba de eixo vertical submersa

3.2.3.12 Quanto ao tipo de carcaça:

1. Compacta;

2. Bipartida (composta de duas seções separadas, na maioria das situações, horizontalmente a meia altura e aparafusadas entre si);

A figura abaixo mostra um corte esquemático de uma bomba centrífuga típica de média pressão para pequenas vazões e para funcionamento afogado ou com altura positiva, eixo horizontal e carcaça compacta, fluxo radial com rotor fechado em monoestágio de alta rotação, sucção única, entrada axial e saída de topo.

Corte esquemático de uma bomba centrífuga típica

3.2.4. Cálculos para a seleção da bomba, conforme proposto:

3.2.4.1 Determinação da perda de carga

A perda de carga (perda de energia) de determinado fluído escoando por um circuito hidráulico depende das seguintes variáveis:

1. Diâmetro da tubulação;

2. Vazão, ou mais especificamente, da velocidade de escoamento;

3. Rugosidade interna do tubo e, portanto do material de fabricação do tubo (aço, PVC etc);

4. Comprimento da tubulação;

5. Singularidades existentes no circuito.

São chamadas de singularidades as peças, dispositivos ou conexões (curvas, válvulas, registros, válvulas de retenção, luvas de redução etc.) nos quais ocorrem perdas de carga localizadas.

A perda de carga em função da vazão, para os vários diâmetros e tipos de tubos, é normalmente apresentada em tabelas ou ábacos, usualmente para cada m ou 100 m de tubulação.

A perda de carga das singularidades está geralmente indicada em termos do comprimento de tubo que produz a mesma perda de carga. É o chamado COMPRIMENTO EQUIVALENTE.

Tendo em vista que a maioria dos dados necessários para a realização do cálculo da perda de carga não foram fornecidos, consultando em vários sites e catálogos de fabricantes de bombas, chegamos aos seguintes dados de entrada:

Onde:

d = diâmetro da tubulação definida (aço comercial)

A = área da tubulação

Q = vazão (definida para o sistema)

V = velocidade encontrada em função da vazão estabelecida

Dando continuidade, iniciamos a fase de processamento das informações, levando em consideração:

Tipo de fluído: óleo hidráulico, categoria ISO 100;

Temperatura do fluído: 40ºC (abordada em várias literaturas como sendo a ideal);

Viscosidade do fluído: variando de 90 à 110 cSt, correspondendo a 0,00009 m²/s e 0,00011 m²/s, respectivamente;

Comprimento da tubulação: 2,25m (comprimento real).

Nota:

Considerando que o escoamento é laminar (Re = 5,08x10²), para se obter o valor de f, tornou-se necessário a utilização da seguinte equação:

f= 64/Re

Para a obtenção dos dados de saída, ou seja, o somatório dos valores obtidos da perda de carga e da pressão de trabalho requerida, de modo que seja possível a realização da operação de estampagem dos furos, utilizamos do suporte das tabelas abaixo abaixo:

Com base nas informações citadas, chegamos enfim ao valor requerido para a seleção da bomba, considerando as perdas de carga, conforme os cálculos abaixo:

 

4. Bomba selecionada - Especificações Técnicas

Fabricante:

 

5. Bibliografia

Disponível em: <http://www.alosolar.com.br/revendedor/inf_hidra4.htm>. Noções de Hidráulica. Acesso em 21 set. 2013.

MACINTYRE, Archibald Joseph. Bombas e Instalações de Bombeamento. Rio de Janeiro: LTC - Livros Técnicos e Científicos, 2011.