ANÁLISE DA VARIAÇÃO DA ROTAÇÃO EM MOTOR HIDRÁULICO DE ENGRENAGEM SUBMETIDOS A VARIAÇÃO DE CARGA

ANÁLISE DA VARIAÇÃO DA ROTAÇÃO EM MOTOR HIDRÁULICO DE ENGRENAGEM SUBMETIDOS A VARIAÇÃO DE CARGA

Guilherme Campos 1, Richard de Medeiros Castro.2

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1,2Faculdade SATC, Engenharia Mecânica - Rua Pascoal Meller, 73 - CEP 88.805-380 - CP 362 - Criciúma - SC - Brasil.

Resumo

Este trabalho apresenta um estudo no comportamento de um motor hidráulico de engrenagem sob variação de carga e seus efeitos. O trabalho foi realizado através da construção de uma bancada de testes e em seguida feito análise da velocidade do motor hidráulico de engrenagem sob determinadas condições de operação. A rotação foi expressa por um tacômetro digital, com auxilio do software SW-U801, através do qual foi realizada a aquisição dos dados de rotação para a geração das curvas. O ensaio foi realizado com diferentes valores de vazão e pressão, sob comando de uma válvula reguladora de vazão com compensação de pressão. Assim, será possível entender o comportamento da velocidade do motor hidráulico de engrenagem e extrair corretamente os parâmetros a partir dos ensaios. Para as condições com carga, verificou-se que a válvula controladora de vazão tem sua funcionalidade somente para baixas vazões.

Palavras-chave: Motor hidráulico; Rotação; Vazão.

1. Introdução

É muito importante para o projeto conhecer o comportamento dinâmico esperado para o sistema de regulação de velocidade, a fim de poder dimensionar adequadamente os componentes, atendendo as especificações do sistema tais como tempo de resposta, estabilidade, máxima vazão nominal e pressão de trabalho. (De Negri, 2001).

Quando certo tipo de motor for selecionado em conformidade com os requisitos de uma aplicação individual, o tamanho do motor é determinado de acordo com o torque e a velocidade necessária para a aplicação. (Sauer Danfoss, 2010).

Para este efeito destaca-se o diagrama de funcionamento de um motor hidráulico que são geralmente encontrados em catálogos dos fabricantes como mostra a Fig. 1.

Figura 1 – Diagrama de funcionamento de um motor hidráulico (Sauer Danfoss, 2010).

O diagrama de função para um motor hidráulico mostra a relação operacional entre o

torque T (eixo vertical) e a velocidade n (eixo horizontal) á um diferencial de pressão ∆p e uma vazão Q. As curvas para a queda de pressão constante e forma de fluxo constante de óleo de uma rede sobreposta sobre a grelha de sistema de coordenadas. As curvas de potência de saída constante N (hipérboles) e ηt eficiência total constante também são traçados. As ultimas curvas têm uma forma de anel, como em casca de mexilhão. Por esta razão os diagramas de função são frequentemente chamados de diagramas de conchas. (Sauer Danfoss, 2010).

Tendo em vista a ausência de pesquisas na área oléo-hidráulica, o presente trabalho visa realizar um estudo teórico experimental do comportamento da rotação de um motor hidráulico de engrenagem, sob o controle de uma válvula reguladora de vazão com compensação de pressão, variando alguns parâmetros como: carga, pressão e vazão, e em seguida analisando seus resultados.

2. Sistemas Hidráulicos

Os sistemas hidráulicos são utilizados para o controle de grandes potências com rapidez, confiabilidade e eficiência. Por meio de sinais de baixa potência é possível exercer o controle da velocidade, posição ou força de um atuador hidráulico. (Andrighetto, 1996).

As partes do circuito hidráulico que promovem a atuação sobre a carga compõem o circuito de atuação, o qual normalmente inclui válvula direcional, cilindro ou motor. O circuito da unidade de potência é responsável pelo suprimento de energia hidráulica para os circuitos de atuação e constitui-se fundamentalmente de reservatório, bomba, válvula de alivio e filtro. Os componentes dos circuitos podem variar de acordo com a aplicação, incluindo outros tipos de válvulas e também sensores para medição de variáveis como temperatura, pressão, vazão, deslocamento, etc. (De Negri, 2001).

2.1. Motor Hidráulico de Engrenagem

Na sua concepção mais simples, motor de engrenagem externa consiste em um par de engrenagens iguais montadas em uma carcaça de forma apropriada (estator) com uma entrada e uma saída e com vedação lateral por tampas. Uma das engrenagens, motora, responsável pela transmissão do movimento, é fixa ao eixo. A outra engrenagem, movida, é livre sobre o eixo. (Linsingen, 2008). Como mostra a Fig. 2.

Máquinas desse tipo são as mais utilizadas em sistemas hidráulicos em geral, devido principalmente à robustez, adaptação a grandes variações de viscosidade, insensibilidade à presença de partículas sólidas presentes no fluido hidráulico. Facilidade de montagem e elevada gama de rotações permissíveis em regime constante de operação (500 a 5000rpm). (Linsingen, 2008).

O deslocamento de um motor hidráulico, expressa o volume de fluido transportado em um curso completo do rotor não submetido a uma diferença de pressão. Desse modo a vazão geométrica é a vazão efetivamente descarregada com rendimento volumétrico de 100% é determinada por:

V_g=2A b z [m^3/rot] (1)

Onde:

b [m]: Largura da engrenagem

z [adm ]: Número de dentes de cada engrenagem

A vazão teórica para um motor hidráulico de engrenagem pode ser estimada por:

Q_t=V_g n [m^3/s] (2)

Onde:

V_g [m^3/rot]: Deslocamento geométrico

n [rps] : Rotação

Figura 2 – Motor hidráulico de engrenagem externa (Retzlaff, 2007).

2.2. Análise em Regime Permanente

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