Projeto Interdisciplinar.

CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA

Programa Interdisciplinar – PI

DETALHAMENTO DE UMA BOMBA HIDRÁULICA

Leonel Crispim Gomes Batista

Alex Tatsch de Castro

Mateus Reis de Souza

Rafael Rodrigues Vieira Machado

Coronel Fabriciano, 19 de Outubro de 2012

DETALHAMENTO DE UMA BOMBA HIDRÁULICA

Relatório apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Mecânica do Centro Universitário do Leste de Minas Gerais, como requisito parcial para obtenção da nota final no Programa Interdisciplinar do Curso de Engenharia Mecânica.

Área de concentração: Sistemas Hidráulicos de equipamentos diversos.

Orientador: Prof. José Heleno Detoni.

Coronel Fabriciano, 19 de Outubro de 2012

RESUMO

Experiências e a evolução dos maquinários têm mostrado que a hidráulica vem se destacando e ganhando espaço como um meio de transmissão de energia nos mais variados segmentos do mercado, sendo a Hidráulica Industrial e Móbil as que apresentam um maior crescimento. Dentro de um sistema hidráulico simples ou complexo destacamos a importância das Bombas Hidráulicas, que são responsáveis por transformar energia potencial (força motriz de um motor), e transformam parte desta potência em energia cinética (movimento) e energia de pressão (força), cedendo estas duas energias ao fluído bombeado, de forma a transportá-lo de um ponto a outro.

Palavras chave: Bombas Hidráulicas, Sistema Hidráulico, Fluido.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO............................................................................................................ 5

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA.............................................................................. 6

2.1. Noções básicas sobre hidráulica................................................................................... 6

2.1.1. Conceito de pressão..................................................................................................... 6

2.1.2. Conceito de vazão........................................................................................................ 7

2.1.3. Princípio de Pascal...................................................................................................... 7

2.1.4. Principais Vantagens do acionamento hidráulico.................................................... 9

2.1.5. Fluido........................................................................................................................... 9

2.1.6. Viscosidade.................................................................................................................. 10

2.2. Bombas hidráulicas.................................................................................................... 10

2.2.1. Classificação das bombas........................................................................................... 11

2.2.2. Bombas lineares de pistões radiais............................................................................ 11

2.2.3. Bombas lineares de pistões axiais.............................................................................. 12

2.2.4. Bombas rotativas de engrenagens ............................................................................ 13

2.2.5. Bombas rotativas de palhetas.................................................................................... 14

3. DETALHAMENTO DE UMA BOMBA HIDRÁULICA.......................................... 15

3.1. Bomba de Engrenagens.............................................................................................. 15

3.1.1. Eixo Motriz.................................................................................................................. 16

3.1.2. Carcaça da Bomba...................................................................................................... 16

3.1.3. Flange de Montagem................................................................................................... 16

3.1.4. Saída de Pressão.......................................................................................................... 16

3.1.5. Bucha............................................................................................................................ 16

3.1.6. Engrenagem Acionada................................................................................................ 16

3.1.7. Tampa........................................................................................................................... 16

3.1.8. Parafusos de Fixação................................................................................................... 16

3.1.9. Anel de Vedação........................................................................................................... 16

3.1.10. Engrenagem Motriz..................................................................................................... 16

3.1.11. Sucção........................................................................................................................... 16

3.1.12. Retentor........................................................................................................................ 16

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS.......................................................................................... 17

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................... 18

1. INTRODUÇÃO

A primeira necessidade do ser humano em utilizar uma bomba foi em seu envolvimento com a agricultura, embora esta esteja em pratica há mais de 10000 anos, onde os primeiros registros de irrigação são devidos aos egípcios. Inicialmente transportavam a água em potes, mas cerca de 1500 a.C. apareceu a primeira máquina de elevação de água, a picota. Posteriormente apareceu o sarilho, usado para elevar um balde, a nora e a roda persa, todas estas movidas por trabalho humano ou animal.

Uma das bombas mais antigas foi o Parafuso de Arquimedes, empregado por Senaquerib, Rei da Assíria, este chefe de estado utilizava seus mecanismos para a irrigar os Jardins Suspensos da Babilônia e Nínive, no século VII a.C. Nesta época já eram conhecidas as formas alternativas de bombas pistão ou êmbolo por gregos e romanos.

Uma bomba é basicamente um dispositivo que é usado para mover os gases ou líquidos, geralmente de um ponto mais baixo para um ponto superior. Muitas das bombas existentes requerem uma fonte de energia externa para funcionar, no entanto, distinguindo-se das bombas utilizadas na antiguidade, através do trabalho humano ou animal, as bombas hidráulicas que não necessitam de nenhuma fonte externa de energia, tendo a própria água ou outro fluido à capacidade de fazer o mecanismo funcionar. Assim sendo, a energia cinética da água é a fonte de energia que opera uma bomba hidráulica.

O mundo moderno faz com que estudos científicos e inovações tecnológicas evoluam cada vez mais facilitando assim o trabalho do ser humano no meio ao qual ele esta inserido.

Existem diversos tipos de bombas hidráulicas, cada uma com uma variedade de formas construtivas e funções adicionais de forma a atender melhor cada tipo de aplicação. As bombas de pistões axiais podem ser encontradas em 3 formas construtivas, e podem ter fluxo fixo, ajustável ou até mesmo auto-ajustável, caso em que podem ser ajustadas durante o trabalho através de sistemas de controle automatizados.

As bombas são utilizadas principalmente nos circuitos hidráulicos, para converter energia mecânica em energia hidráulica, destacamos sua importância devido à grande utilização no meio industrial, em diversos ramos de negócios destacando o automotivo, alimentício, mineração.

Detalhando seus componentes podemos visualizar e analisar suas funções específicas, buscando aprimorar nossos conhecimentos a respeito deste assunto, sendo então capacitados para atuar no ambiente industrial na realização de tarefas sejam de manutenção, montagens ou análise de falhas.

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1. Noções básicas sobre hidráulica

Utiliza um líquido confinado (óleo/água) para transmitir movimento multiplicando forças. Para ganhar em força, perde-se em deslocamento. Pelo fato de usar líquido praticamente incompressível, a transmissão de movimentos é instantânea.

Figura 01 – Circuito hidráulico simples (Fonte: Manual Hidráulica Parker)

2.1.1. Conceito de pressão

De acordo com (TELECURSO 2000), Primeiramente não devemos confundir pressão com força. A pressão, no entanto, leva em conta não só a força como também a área em que ela atua. Pressão é a força dividida pela área

No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de força é o Newton (N) e a unidade de área é o metro quadrado (m2). Então, no SI a unidade de pressão é o N/m2, que recebe o nome de pascal (Pa).

2.1.2. Conceito de vazão

Vazão é a quantidade de líquido que passa através de uma seção por unidade de tempo. A quantidade de líquido pode ser medida em unidades de massa, de peso ou de volume, sendo estas últimas as mais utilizadas.

Por isso, as unidades mais usuais indicam VOLUME POR UNIDADE DE TEMPO:

No Sistema Internacional de Unidades (SI), a vazão é expressa em m3/s. Outras unidades de vazão são: L/min ; L/s ; cm3/s.

2.1.3. Princípio de Pascal

O princípio de Pascal é um dos princípios mais importantes para a hidráulica. 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.

Figura 02 – Demonstração Princípio de Pascal (Fonte: Manual Hidráulica Parker)

Figura 03 – Princípio Prensa Hidráulica I (Fonte: Manual Hidráulica Parker)

Figura 04 – Princípio Prensa Hidráulica II (Fonte: Manual Hidráulica Parker)

Todos os mecanismos hidráulicos são, em última análise, aplicações do princípio de Pascal.

Por exemplo, a prensa hidráulica, o macaco hidráulico e o freio hidráulico, além de outros mecanismos, baseiam-se no princípio de Pascal. Os sistemas hidráulicos, quando em funcionamento, transmitem forças intensas. Tais mecanismos são utilizados em locais onde outros mecanismos, movidos com outras formas de energia, não seriam viáveis.

Uma pá hidráulica de um trator não poderia funcionar adequadamente se somente o motor diesel viesse a ser utilizado para elevar as cargas. Nesse caso, parte da energia proveniente da queima do óleo diesel do motor é transferida e transformada em energia hidráulica na unidade hidráulica, e desta é transferida para o atuador que movimenta a pá.

Em resumo, uma parcela da energia calorífica proveniente da queima do óleo diesel do motor se transforma em energia hidráulica. Outras parcelas da energia calorífica transformam-se em energia mecânica e energia sonora, enquanto uma última parcela se dissipa pelo ambiente na forma de radiação térmica.

Lembremos que energia não se cria e nem se destrói. A energia se transfere de um sistema para outro, podendo ou não transformar-se de uma modalidade para outra. Exemplo: numa alavanca em uso ocorre apenas transferência de energia de um ponto para outro; já numa bateria ocorre transformação de energia química em elétrica.

2.1.4. Principais Vantagens do acionamento hidráulico

• Velocidade variável através da válvula reguladora de fluxo;

• Reversibilidade – através da válvula direcional;

• Parada instantânea – através da válvula direcional;

• Proteção contra sobre carga – através da válvula de segurança ou limitadora de

• pressão;

• Dimensões reduzidas.

2.1.5. Fluido

Segundo (IFSC), é definido como sendo qualquer líquido ou gás. Entretanto, em hidráulica, refere-se ao líquido utilizado como meio de transmitir energia (óleo ou água).

Funções do fluido hidráulico:

• - Transmitir energia;

• - Lubrificar peças móveis;

• - Vedar folga entre essas peças móveis;

• - Resfriar ou dissipar calor;

• - Limpar o sistema.

Principais fluidos hidráulicos:

• - Água (com aditivo);

• - Óleos minerais;

• - Fluidos sintéticos;

• - Fluidos resistentes ao fogo

2.1.6. Viscosidade

É a característica mais importante a ser observada na escolha de um fluido hidráulico. Pode ser definida como sendo a medida de resistência do fluido ao se escoar, ou seja, é a medida inversa à da fluidez. Se um fluido escoa com facilmente, sua viscosidade é baixa e pode-se dizer que o fluido é fino ou lhe falta corpo. Um fluido que escoa com dificuldade tem alta viscosidade. Neste caso, diz-se que é grosso ou tem bastante corpo. Quanto maior for a temperatura de trabalho de um óleo, menor será sua viscosidade, ou seja, a viscosidade é inversamente proporcional à temperatura de trabalho.

2.2. Bombas hidráulicas

As bombas são utilizadas, nos circuitos hidráulicos, para converter energia mecânica em energia hidráulica. Nos sistemas hidráulicos industriais e móbil, as bombas são de deslocamento 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.

Ela é responsável em criar fluxo de fluido para o sistema (IFSC). A bomba hidráulica não gera pressão. A pressão só criada quando houver restrição à passagem de fluxo.

Fig. 05. Visão interna de uma bomba de pistões axiais Rexroth

2.2.1. Classificação das bombas

2.2.2. Bombas 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, modificando-se o anel para aumentar ou diminuir o curso dos pistões. Existem, ainda, controles externos para esse fim.

Figura 06 – Bomba Pistões Radiais (Fonte: Manual Hidráulica Parker)

2.2.3. Bombas lineares de pistões axiais

As bombas de pistão geram uma ação de bombeamento, fazendo com que os pistões se alterem dentro de um tambor cilíndrico.

O mecanismo de bombeamento de uma bomba de pistão consiste basicamente de um tambor de cilindro, pistões com sapatas, placa de deslizamento, sapata,

mola de sapata e placa de orifício.

Como funciona uma Bomba de Pistão

No exemplo da ilustração anterior, um tambor de cilindro com um cilindro é adaptado com um pistão. A placa de deslizamento é posicionada a um certo ângulo. A sapata do pistão corre na superfície da placa de deslizamento.

Quando um tambor de cilindro gira, a sapata do pistão segue a superfície da placa de deslizamento (a placa de deslizamento não gira). Uma vez que a placa de deslizamento está a um dado ângulo o pistão alterna dentro do cilindro. Em uma das metades do ciclo de

rotação, o pistão sai do bloco do cilindro e gera um volume crescente. Na outra metade do ciclo de rotação, este pistão entra no bloco e gera um volume decrescente.

Na prática, o tambor do cilindro é adaptado com muitos pistões. As sapatas dos pistões são forçadas contra a superfície da placa de deslizamento pela sapata e pela

mola. Para separar o fluido que entra do fluido que sai, uma placa de orifício é colocada na extremidade do bloco do cilindro, que fica do lado oposto ao da placa de deslizamento.

Um eixo é ligado ao tambor do cilindro, que o conecta ao elemento acionado. Este eixo pode ficar localizado na extremidade do bloco, onde há fluxo, ou, como acontece mais comumente, ele pode ser posicionado na extremidade da placa de deslizamento. Neste caso,

a placa de deslizamento e a sapata têm um furo nos seus centros para receber o eixo. Se o eixo estiver posicionado na outra extremidade, a placa de orifício tem o furo do eixo.

A bomba de pistão que foi descrita acima é conhecida como uma bomba de pistão em linha ou axial, isto é, os pistões giram em torno do eixo, que é coaxial com o eixo da bomba. As bombas de pistão axial são as bombas de pistão mais populares em aplicações

industriais. Outros tipos de bombas de pistão são as bombas de eixo inclinado e as de pistão radial.

Bombas de Pistão Axial de Volume

Variável

O deslocamento da bomba de pistão axial é determinado pela distância que os pistões são

puxados para dentro e empurrados para fora do tambor do cilindro. Visto que o ângulo da placa de deslizamento controla a distância em uma bomba de pistão axial, nós devemos somente mudar o ângulo da placa de deslizamento para alterar o curso do pistão e o volume da bomba.

Com a placa de deslizamento posicionada a um ângulo grande, os pistões executam um curso longo dentro do tambor do cilindro.

Com a placa de deslizamento posicionada a um ângulo pequeno, os pistões executam um curso pequeno dentro do tambor do cilindro. Variando-se um ângulo da placa de deslizamento, o fluxo de saída da bomba pode ser alterado. Vários meios para variar o ângulo da placa de deslizamento são oferecidos por diversos fabricantes. Estes meios vão desde um instrumento de alavanca manual até uma sofisticada servoválvula.

são ou por qualquer outro meio de controle.

2.2.4. Bombas rotativas de engrenagens

Essas bombas apresentam rodas dentadas, sendo uma motriz, acionada pelo eixo, que impulsiona a outra, existindo folga axiais e radiais vedadas pela própria viscosidade do óleo.

No decorrer do movimento rotativo, os vãos entre os dentes são liberados à medida que os dentes se desengrenam.

O fluido proveniente do reservatório chega a esses vãos e é conduzido do lado da sucção para o lado da pressão.

No lado da pressão, os dentes tornam a se engrenar e o fluido é expulso dos vãos dos dentes; as engrenagens impedem o refluxo do óleo para a câmara de sucção.

Figura 09 – Bomba de Engrenagens (Fonte: Manual Hidráulica Parker)

2.2.5. Bombas rotativas de palhetas

De acordo com (TELECURSO 2000), nas bombas de palhetas, um rotor cilíndrico, com palhetas que se deslocam em rasgos radiais, gira dentro de um anel circular.

Pela ação das forças tangenciais, as palhetas tendem a sair do rotor, sendo obrigadas a manter contato permanente com a face interna do anel. Mas a pressão sob as palhetas as mantém contra o anel de reação.

Esse sistema tem a vantagem de proporcionar longa vida à bomba, pois as palhetas sempre mantêm contato com o corpo, mesmo se elas apresentarem desgastes.

As palhetas dividem o espaço existente entre o corpo e o rotor em uma série 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.

Figura 10 – Bomba de Palhetas (Fonte: Manual Hidráulica Parker)

3. DETALHAMENTO DE UMA BOMBA HIDRÁULICA

3.1. Bomba de Pistão

Figura 10 – Vista explodida Bomba de Pistão (Fonte: Catálogo de manuteção de L8-30Atlas Copco pág-739)

Item Descrição

01 Eixo Motriz

02 Carcaça da Bomba

03 Flange de montagem

04 Saída Pressão

05 Bucha

06 Engrenagem Acionada

07 Tampa

08 Parafusos de Fixação

09 Anel de Vedação

10 Engrenagem Motriz

11 Entrada de Óleo Hidráulico (Sucção)

12 Retentor

Tabela 01 – Lista de peças da bomba de engrenagens

3.1.1. Eixo Motriz

Tem como função receber e transmitir movimento vindo de uma tomada de força externa.

3.1.2. Carcaça da Bomba

Estrutura onde são montadas todas as peças da bomba, pode ser de várias formas e modelos, variando de acordo com a aplicação.

3.1.3. Flange de Montagem

È o local de interação entre fixação da bomba e a tomada de força

3.1.4. Saída de Pressão

Ponto onde será montado as conexões para distribuição do fluido hidráulico sob pressão no sistema.

3.1.5. Bucha

Serve como mancal para as engrenagens motrizes e acionadas, geralmente é feita de bronze.

3.1.6. Engrenagem Acionada

É uma engrenagem que trabalha livre, recebe o movimento da engrenagem motriz.

3.1.7. Tampa

É montada sobre a carcaça compondo assim as câmaras de sucção e pressão.

3.1.8. Parafusos de Fixação

Elemento que faz o travamento das peças móveis do conjunto, e garante a desmontagem para manutenção posterior.

3.1.9. Anel de Vedação

Tem como função impedir vazamento de óleo e entrada de impurezas externas.

3.1.10. Engrenagem Motriz

È montada sobre o eixo motriz, sendo responsável por compor junto com a engrenagem acionada as câmaras de sucção e pressão

3.1.11. Sucção

Local por onde entra o fluido hidráulico devido ao vácuo formado pelo movimento das engrenagens.

3.1.12. Retentor

Impede que vazamento de óleo pelo eixo motriz quando este está em movimento.

4. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Ao observar uma bomba montada, a princípio não temos idéia de como se dá o funcionamento da mesma, é preciso depurar em partes cada vez menores para assim entender o todo.

O Detalhamento desta bomba hidráulica possibilitou uma análise minuciosa de cada um dos seus componentes, fazendo entender as funções específicas das peças, por menores que sejam, e sua importância no funcionamento do conjunto.