aulas sist hid 4
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Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos
Harerton DouradoAracruz, 2012/1
Sumário
• Hidráulica– Dimensionamento de tubulações– Perda de carga
Dimensionamento de tubulações
Escoamento do fluido em tubulações• Deseja-se um escoamento em regime laminar
– Número de Reynolds (razão entre forças de inércia e forças viscosas)
Onde:– V = velocidade do escoamento [cm/s]– d = diâmetro interno da tubulação [cm]– ν = viscosidade cinemática do fluido [St]
Dimensionamento de tubulações
Escoamento do fluido em tubulações
• Escoamento laminar
• Escoamento turbulento
• Escoamento indeterminado
Dimensionamento de tubulações
Velocidades recomendadasCondições:– Comprimento da tubulação não superior a uma
dezena de metros– Vazões entre 20 e 200l/m– Variações moderadas de temperatura
– Para outros valores de pressão, usar interpolação ou então:
Dimensionamento de tubulações
– Linha de sucção: tubulação entre o filtro de sucção (no reservatório) até à entrada da bomba
– Linha de pressão: tubulação após à saída da bomba, por onde o trabalho é transmitido
– Linha de retorno: tubulação pela qual o fluido retorna para o reservatório
Dimensionamento de tubulações
Dimensionamento de tubulaçõesCálculo do diâmetro mínimo de tubulação
Onde:– Q = vazão máxima do sistema [l/min]– V = velocidade recomendada para a tubulação [cm/s]
(tabelada)O diâmetro comercial a ser escolhido deve ser igual ou ligeiramente superior ao valor calculadoCalcular Re para o diâmetro escolhido. Se o escoamento não for laminar, ajustar o diâmetro para o valor imediatamente menor que resulte em regime laminar.
Dimensionamento de tubulações
Exemplo: Dimensionar as tubulações de sucção, pressão e retorno de um sistema hidráulico com vazão máxima de 60 l/min e pressão de 120 bar. O óleo a ser usado possui viscosidade cinemática igual a 0,45 St. Selecionar o diâmetro comercial adequado.
Tabela de tubos comerciais (ERMETO)
Perda de Carga
Ao percorrer a tubulação, o escoamento sofre perda de carga sobre duas formas:– Perda de carga distribuída
• Atrito no deslizamento das camadas de fluido (laminar)• A energia é perdida na forma de calor
– Perda de carga localizada• Ocorre em acessórios (luvas, joelhos, curvas, registros,
reduções, etc.• Normalmente é fornecida na forma de comprimento
equivalente (a uma tubulação reta)
Perda de Carga
Perda de Carga
(119,99 e 30,0)
Perda de Carga
Fator de atrito – parâmetro que expressa os efeitos da temperatura do fluido, bem como da ação das rugosidades internas da tubulação, o que gera uma resistência ao escoamento
Perda de Carga
Equação para o cálculo da perda de carga
Onde:– Ψ = fator de atrito [adimensional]– ρ = massa específica do fluido [kg/m3]– V = velocidade de escoamento recomendada [cm/s]– Dt = diâmetro interno do tubo comercial [cm]– Lt = comprimento total da tubulação [cm] (trechos retos +
equivalentes)– ΔP = perda de carga total na tubulação [bar]
Perda de Carga
Perda de carga nas válvulas da linha de pressãoNormalmente encontrada no catálogo do fabricante, na forma de um gráfico perda de carga x vazão
Perda de Carga
Válvula controladora direcional (REXROTH/BOSCH)
Perda de Carga
Válvula controladora de vazão com restrições (REXROTH/BOSCH)
Perda de Carga
Válvula de retenção simples (REXROTH/BOSCH)
Perda de Carga
Válvula de retenção com desbloqueio hidráulico (REXROTH/BOSCH)
Perda de Carga
Válvula de sequencia (REXROTH/BOSCH)
Perda de Carga
Procedimento organizadoTodos os cálculos devem ser registrados em uma memória de cálculo do projeto
1 - Tabela de perda de carga por singularidades
Esta tabela lista todos os acessórios da tubulação e sua perda de carga, expressa em função do comprimento equivalente.
Perda de Carga
2 - Tabela de perda de carga nas válvulas da linha de pressão
Esta tabela lista todas as válvulas e sua perda de carga, em termos de pressão.
Perda de Carga
3 – Perda de carga totalA perda de carga total na linha de pressão é obtida por:+dPOnde: = perda de carga na tubulação e singularidades, calculada por
dP = perda de carga nas válvulas da linha de pressão.
Perda de Carga
4 – Finalização dos cálculosOs cálculos são finalizados desde que a seguinte condição seja satisfeita:PN > PTb + ΔPTOnde:PN = Pressão nominal (pressão disponível estabelecida no início do projeto)PTb = Pressão de trabalho efetiva (calculada com base nos atuadores utilizados)ΔPT = Perda de carga total
Na prática, é comum dividir esses procedimentos de cálculo em tantas partes quanto forem os atuadores do sistema a fim de verificar se a pressão que chega neles é suficiente.
Perda de Carga
Perdas térmicasA energia dissipada devido às perdas de carga é na forma de calor.O calor se propaga pelas tubulações, elevando a temperatura do fluido, podendo alterar suas propriedades (como a viscosidade).
A temperatura do fluido pode ser baixada com a instalação de chicanas no interior do tanque ou com a instalação de um trocador de calor, dimensionado a partir da taxa de perda de calor:
q = perda térmica [Kcal/h]ΔPT = perda de carga total [bar]QB = vazão fornecida pela bomba [l/min]
Perda de CargaExercícioDeterminar a perda de carga total e a perda térmica para o cilindro B do circuito mostrado na figura, verificando a sua condição funcional.Dados:1 válvula de controle direcional tipo J1 válvula de sequencia tipo DZ 10 P1 válvula de retenção tipo SV TN 101 válvula controladora de fluxo tipo DRV 8Pressão nominal PN = 150 bar, Pressão de trabalho = 60 barVazão máxima do sistema QB = 45 l/min, ρ = 880 kg/m3
Tubos rígidos e temperatura variável.L1 = 5 m lineares, diâmetro externo de 5/8”L2 = ( 1 T de saída bilateral, 2 T de passagem direta, 2 curvas de 90° de raio longo, 2 cotovelos de 90° de raio médio)
Perda de Carga
Perda de CargaPassos para a solução:1. Listar as perdas localizadas por singularidades de conexões;2. Listar as perdas de carga por singularidades de válvulas;3. Calcular o comprimento total equivalente da tubulação;4. Calcular a perda de carga na linha de pressão (determinar
fator de atrito, velocidade recomendada, Re);5. Determinar perda de carga (distribuída + localizada);6. Determinar perda de carga total do sistema;7. Verificar condição funcional do sistema;8. Calcular a dissipação térmica.
A especificação da bomba só é feita após a determinação da perda de carga. Para uso de motores hidráulicos, é recomendável o uso de uma bomba para suprir cada motor.
Perdas de carga na linha de pressão - singularidades
Item Quantidade Compr. Equiv. Unitário (cm)
Comprimento equivalente total (cm)
Tubulação reta, φ = 5/8”
5 metros 100 500
T – saída bilateral
T – passagem direta
Curva 90o raio longo
Cotovelo 90o de raio médio
Perda de Carga1. Listar as perdas localizadas por singularidades de conexões
(dt = 1,30 cm)
Perdas de carga na linha de pressão - singularidades
Item Quantidade Compr. Equiv. Unitário (cm)
Comprimento equivalente total (cm)
Tubulação reta, φ = 5/8”
5 metros 100 500
T – saída bilateral 1
T – passagem direta
Curva 90o raio longo
Cotovelo 90o de raio médio
Perda de Carga1. Listar as perdas localizadas por singularidades de conexões
(dt = 1,30 cm)Não temos o dado disponível nesta tabela, porém adotaremos 119,9 m para o T de saída bilateral e 30 m para o T de passagem direta
Perdas de carga na linha de pressão - singularidades
Item Quantidade Compr. Equiv. Unitário (cm)
Comprimento equivalente total (cm)
Tubulação reta, φ = 5/8”
5 metros 100 500
T – saída bilateral 1 119,9 119,9
T – passagem direta 1 30,0 30,0
Curva 90o raio longo 2
Cotovelo 90o de raio médio
2
Perda de Carga1. Listar as perdas localizadas por singularidades de conexões
(dt = 1,30 cm)
Perda de Carga1. Listar as perdas localizadas por singularidades de conexões
Perdas de carga na linha de pressão - singularidades
Item Quantidade Compr. Equiv. Unitário (cm)
Comprimento equivalente total (cm)
Tubulação reta, φ = 5/8”
5 metros 100 500
T – saída bilateral 1 119,9 119,9
T – passagem direta 2 30,0 60,0
Curva 90o raio longo 2 19.99 39,98
Cotovelo 90o de raio médio
2 50,01 100,02
Total 819,9
(dt = 1,30 cm)
Perda de Carga2 - Listar as perdas de carga por singularidades de válvulas;
Perdas de carga nas válvulas da linha de pressão (cilindro B)
válvula Quantidade Perda de carga unitária (bar)
Perda de carga total (bar)
Válvula de controle direcional - J
1
Válvula de sequencia – DZ 10 P
1
Válvula controladora de fluxo DRV 8
1
Perda de Carga2 - Listar as perdas de carga por singularidades de válvulas;
Perdas de carga nas válvulas da linha de pressão (cilindro B)
válvula Quantidade Perda de carga unitária (bar)
Perda de carga total (bar)
Válvula de controle direcional - J
1 5
Válvula de sequencia – DZ 10 P
1
Válvula controladora de fluxo DRV 8
1
Perda de Carga2 - Listar as perdas de carga por singularidades de válvulas;
Perdas de carga nas válvulas da linha de pressão (cilindro B)
válvula Quantidade Perda de carga unitária (bar)
Perda de carga total (bar)
Válvula de controle direcional - J
1 5
Válvula de sequencia – DZ 10 P
1 4,5
Válvula controladora de fluxo DRV 8
1
TotalAdotaremos a posição mais aberta da válvula
Perda de Carga2 - Listar as perdas de carga por singularidades de válvulas;
Perdas de carga nas válvulas da linha de pressão (cilindro B)
válvula Quantidade Perda de carga unitária (bar)
Perda de carga total (bar)
Válvula de controle direcional - J
1 5 5
Válvula de sequencia – DZ 10 P
1 4,5 4,5
Válvula controladora de fluxo DRV 8
1 55 55
Total 65,5
Perda de Carga3 - Calcular o comprimento total equivalente da tubulação;(já feito na primeira tabela)4 - Calcular a perda de carga na linha de pressão (determinar fator de atrito, velocidade recomendada, Re)
Perda de Carga5 – Calcular a perda localizada + perda nas seções retas (já calculado)6 – Calcular a perda de carga total
7 – verificar a condição funcional do sistemaPressão nominal: 150 barPressão de trabalho + perda de carga: 60 bar + 69,5 bar = 129,5 bar
Como a pressão nominal será maior do que a soma da pressão de trabalho com a perda de carga, então a condição de funcionamento é adequada.
8 – Calcular a perda térmica
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