Tópicos:
- Introdução
- Bomba de engrenagem
- Bomba de palhetas
- Bomba de êmbolo
- Introdução aos exemplos de cálculo de hidrobombas
- Calcular o fluxo volumétrico da bomba hidráulica
- Calcular a potência necessária da bomba hidráulica
- Calcule a potência necessária do motor de acionamento
Introdução:
A bomba hidráulica (1) suga o óleo do reservatório (2) e bombeia o óleo para o sistema. Depois que o óleo entra na linha de retorno através da válvula de controle, da válvula de alívio de pressão ou do cilindro, o óleo flui de volta para o reservatório sem pressão.
A bomba hidráulica da imagem é acionada por um motor elétrico, que regula a potência mecânica na forma de torque e velocidade. A bomba hidráulica converte isso em energia hidráulica. A saída da bomba/fluxo volumétrico depende da velocidade e do volume de curso da bomba hidráulica.
Quase todas as bombas hidráulicas funcionam de acordo com o princípio do deslocamento positivo. As versões podem ser divididas em:
- bombas de engrenagens;
- bombas de palhetas;
- bombas de êmbolo.
Os parágrafos seguintes discutirão isso mais detalhadamente.
Bomba de engrenagem:
A bomba de engrenagens é utilizada em sistemas hidráulicos com baixa pressão de operação de no máximo 140 a 180 bar. Devido à sua simplicidade, baixo custo e propriedades confiáveis, a bomba de engrenagens é uma das hidrobombas mais utilizadas que encontramos em aplicações hidráulicas.
Na bomba de engrenagens com engrenagens externas existem duas engrenagens que se movem em direções opostas uma da outra. Uma das engrenagens é acionada externamente e leva consigo a outra engrenagem.
- lado de sucção: os dentes giram no lado esquerdo. O aumento de volume nas cavidades cria uma pressão negativa de aproximadamente 0,1 a 0,2 bar, que faz com que o óleo seja aspirado. As engrenagens transportam o óleo para o lado da pressão através da sua circunferência externa;
- lado da pressão: aqui os dentes giram juntos. O óleo na linha de pressão é deslocado para dentro do sistema.
A pressão do lado da pressão depende da resistência que o óleo experimenta no circuito hidráulico.
A bomba de engrenagens com engrenagem interna contém um acessório em forma de foice. A engrenagem interna (azul) é acionada externamente e carrega o anel externo (roxo) com dentes internos no sentido de rotação indicado. Tal como acontece com a bomba com engrenagem externa, um vácuo é criado assim que o espaço entre os dentes aumenta. A bomba suga assim o óleo do reservatório. Quando as engrenagens giram juntas, o óleo é deslocado para o sistema. O acessório em forma de foice garante a separação dos lados de sucção e pressão.
Com este tipo de bomba hidráulica é possível atingir uma pressão de até 300 bar. A bomba tem uma saída uniforme e produz muito pouco ruído.
As bombas de engrenagens sempre têm um volume de curso fixo. A uma velocidade de acionamento constante, a saída é constante. Na periferia externa das engrenagens, as cabeças dos dentes ficam próximas à carcaça da bomba e garantem a vedação radial. No meio da bomba, onde as engrenagens engrenam, também ocorre uma certa vedação entre os flancos dos dentes e a placa do mancal. Uma pequena quantidade de óleo sempre vazará entre as superfícies de vedação.
Encontramos a bomba de engrenagens nas seguintes áreas de aplicação:
- tecnologia veicular (incluindo transmissão automática);
- Engenharia Mecânica;
- hidráulica agrícola;
- hidráulica de aeronaves.
Bomba de palhetas:
A bomba de palhetas possui um rotor com palhetas posicionadas radialmente. No lado de sucção (azul) o volume aumenta, criando uma pressão negativa e o óleo é aspirado. No lado da pressão (vermelho) o volume diminui, é criada uma sobrepressão e o óleo é pressionado para dentro do tubo.
O rotor é posicionado excentricamente em relação ao anel de impacto, tornando a saída ajustável:
- Na imagem abaixo vemos a bomba à esquerda onde a vazão é de 0 cm³ por revolução. A bomba não fornece mais óleo;
- A imagem à direita mostra o anel de impacto ajustado, que atinge o rendimento máximo.
Encontramos a bomba de palhetas nas seguintes áreas de aplicação:
- máquinas agrícolas e de construção rodoviária;
- máquinas-ferramentas;
- hidráulica de aviação;
- hidráulica móvel.
Bomba de êmbolo:
A bomba de pistão axial é encontrada em sistemas onde ocorrem pressões mais elevadas (>250 bar) e são transmitidas maiores potências porque a eficiência deste tipo de hidrobomba é alta. Distinguimos as bombas de êmbolo em bombas de êmbolo radial e axial.
Bomba de êmbolo axial:
O eixo de entrada da bomba de pistão axial aciona uma placa basculante. A placa de inclinação está em um determinado ângulo e converte o movimento rotativo do eixo de entrada em um movimento alternativo dos êmbolos. A bomba está equipada com portas de sucção e válvulas de descarga, de modo que o sentido de rotação do eixo de entrada não influencia o sentido do fluxo do óleo hidráulico.
Ao ajustar o ângulo no qual a placa de inclinação está localizada, o curso dos êmbolos pode ser influenciado. Quanto mais inclinada for a placa de inclinação, maior será o curso dos êmbolos e mais óleo será deslocado. Encontramos essa técnica no compressores de ar condicionado.
As imagens abaixo mostram a bomba de pistão axial.
Bomba de êmbolo radial:
As bombas de êmbolo radial são usadas principalmente em acionamentos pesados em navios, como instalações de dragagem, acionamentos de guinchos e agitadores e em engenharia mecânica. Estas bombas têm um comprimento de instalação curto, são adequadas para altas pressões de funcionamento (700 bar) e fornecem um binário elevado a baixa velocidade.
A bomba de pistão radial na figura a seguir contém cinco pistões posicionados radialmente em forma de estrela em relação ao eixo de transmissão. Como o anel é projetado excentricamente, é criado um movimento radial do êmbolo. Um disco de distribuição que gira com o eixo de transmissão garante que cada cilindro esteja conectado à linha de sucção ou pressão no momento certo.
Introdução aos exemplos de cálculo de hidrobombas:
Para que o pistão se mova com a força e velocidade corretas, a hidrobomba deve fornecer pressão suficiente e um fluxo de fluido suficientemente grande. Quanto maior a carga que o cilindro deve atender, maiores serão as demandas impostas à bomba hidráulica.
Abaixo estão três parágrafos nos quais calculamos a vazão volumétrica, a pressão necessária e a potência necessária, levando em consideração a eficiência, da bomba hidráulica no diagrama anexo.
- volume sistólico da bomba (V) = 15 cm³/rot;
- velocidade da bomba (n) = 1200 rpm;
- pressão do sistema: 50 bar.
Calcular o fluxo volumétrico da bomba hidráulica:
A quantidade de óleo hidráulico que uma bomba hidráulica desloca depende da velocidade e do volume de curso da bomba. Os detalhes estão listados no parágrafo acima.
Na fórmula convertemos as revoluções por minuto em segundos dividindo o número por 60. Na última etapa convertemos metros cúbicos por segundo em litros por minuto multiplicando a resposta por 60.000.
Calcule a potência necessária da bomba hidráulica:
A hidrobomba deve fornecer energia hidráulica para transportar fluido para o cilindro e mover o pistão.
Com os dados da seção “Introdução aos exemplos de cálculo de hidrobombas” e a resposta da seção anterior, podemos calcular a potência necessária da hidrobomba. Para maior clareza, eles estão listados novamente aqui:
- volume sistólico da bomba (V) = 15 cm³/rot;
- velocidade da bomba (n) = 1200 rpm;
- pressão do sistema: 50 bar;
- vazão volumétrica: 18 litros por minuto.
Convertemos a pressão do sistema de 50 bar em Pascal e o fluxo volumétrico em metros cúbicos por segundo. Registramos isso em notação científica.
Calcule a potência necessária do motor de acionamento:
O eixo da bomba (eixo de entrada) fornece a energia mecânica, que geralmente vem de um motor elétrico ou de combustão. O motor hidráulico converte a energia mecânica em energia hidráulica. Perdas sempre ocorrem durante a conversão de energia. O motor de acionamento deve, portanto, fornecer mais potência para permitir que a bomba hidráulica forneça a potência necessária.
Neste exemplo assumimos um retorno de 90%.
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