Definição de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos

Atualizado em 8 de fevereiro de 2019

Por Jim Woodruff

Revisado por: Michelle Seidel, B.Sc., LL.B., MBA

Dispositivos hidráulicos e pneumáticos estão ao nosso redor. Eles são usados ​​na fabricação, transporte, equipamentos de terraplenagem e veículos comuns que vemos todos os dias.

Os freios do seu carro são operados hidraulicamente; o caminhão de lixo que passa semanalmente por sua casa usa energia hidráulica para compactar o lixo. Seu mecânico usa um elevador hidráulico ao trabalhar na parte inferior do seu carro.

Os sistemas pneumáticos são igualmente difundidos. Caminhões e ônibus usam freios a ar. Os pintores de spray usam ar comprimido para espalhar a tinta. Já se irritou pela manhã com o som de uma britadeira? É uma máquina pneumática que trabalha duro com ar comprimido.

Em 1647, o matemático francês Blaise Pascal desenvolveu um princípio da mecânica dos fluidos conhecido como lei de Pascal. Afirma que quando a pressão é aplicada em qualquer ponto de um fluido confinado, a pressão aumentará igualmente em todos os pontos do recipiente. Por mais complicado que esse princípio possa parecer, é a base para a operação de um sistema hidráulico.

Suponha que você tenha um cilindro oco que tem um pistão com uma área de 2 polegadas quadradas e recebe uma força de entrada de 100 libras. Isso resulta em uma pressão de 50 libras por polegada quadrada (100 libras / 2 polegadas quadradas).

Essa pressão é passada pelo sistema de transmissão hidráulica para outro cilindro, conhecido como atuador, que possui um pistão com área de 6 polegadas quadradas. A 50 psi, este cilindro agora tem uma força de saída de 300 libras (50 psi X 6 polegadas quadradas).

A Lei de Pascal dá vantagem aos sistemas hidráulicos. Uma entrada mínima em um dispositivo pequeno pode resultar em uma saída de força maior em um atuador maior. É uma maneira simples de multiplicar a força de saída suficiente para lidar com cargas de trabalho pesadas.

Como os sistemas hidráulicos podem operar a pressões de até vários milhares de psi, a força de saída no atuador pode ser enorme. Com esta saída de força maior, o atuador mecânico agora tem o poder de realizar tarefas pesadas de levantamento, empurrar e mover, como movimentação de terras.

Um sistema hidráulico usa uma rede de transmissão para transportar um fluido pressurizado que aciona os atuadores hidráulicos. O fluido hidráulico obtém sua pressão de uma bomba acionada por um motor principal, como um motor elétrico ou a gás / diesel. O óleo pressurizado é filtrado, medido e empurrado para fora através do sistema de transmissão para um atuador para realizar alguma ação. Posteriormente, o fluido retorna sob baixa pressão para um reservatório onde é limpo e filtrado antes de retornar à bomba.

Os sistemas hidráulicos são utilizados em plantas de manufatura e produção, como as indústrias siderúrgica e automobilística, para operar todos os tipos de equipamentos mecânicos. Eles são usados ​​para mover, empurrar e levantar materiais em indústrias como mineração, terraplenagem e construção.

Óleo hidráulico - Os fluidos hidráulicos não são compressíveis e apresentam baixos pontos de inflamação.

Um reservatório - O reservatório contém o fluido para o sistema. Ele tem espaço para a expansão do fluido, permite que o ar contido no líquido escape e ajuda o líquido a esfriar. O fluido flui do reservatório para a bomba, que o força para fora por uma rede de tubulação e, por fim, de volta para o reservatório.

Dispositivos de filtragem - Pequenas partículas de metal e outros materiais estranhos geralmente encontram seu caminho para o fluido. O sistema hidráulico usa vários filtros e filtros para remover essas partículas estranhas. A contaminação de fluidos é uma das fontes mais comuns de problemas em um sistema hidráulico.

Um motor principal - Motores elétricos ou motores a diesel movidos a gás são usados ​​para acionar a bomba de fluido.

Uma bomba - A bomba puxa o fluido do reservatório e força-o através de uma válvula reguladora de pressão e para fora da rede de transmissão para os atuadores.

Conectores - Uma rede composta por tubos, tubos e mangueiras flexíveis transporta o fluido para os atuadores mecânicos.

Válvulas - Várias válvulas controlam a quantidade de fluxo de fluido, sua pressão e direção.

Atuadores - Atuadores são os dispositivos que realizam movimentos de trabalho. Eles podem ser rotativos, como um motor hidráulico, ou lineares, como um cilindro.

Um sistema hidráulico tem inúmeras vantagens sobre os sistemas pneumáticos e outros tipos de sistemas de acionamento mecânico porque:

• Usa pequenos componentes para transferir grandes forças com saída de energia consistente.
• Possui atuadores que são capazes de posicionamento preciso.
• É capaz de arrancar com cargas iniciais pesadas.
• Produz movimentos uniformes e suaves sob cargas variadas, uma vez que os fluidos não são compressíveis e as taxas de fluxo podem ser controladas com precisão com válvulas.
• Oferece potência consistente em velocidades moderadas em comparação com sistemas pneumáticos.
• É fácil de controlar e regular com válvulas de controle de pressão, direcionais e de fluxo.
• Dissipa o calor com facilidade e rapidez.
• Apresenta bom desempenho em ambientes quentes.

• Bombas, válvulas, redes de transmissão e atuadores são caros.
• Eles podem poluir o local de trabalho com vazamentos, o que pode causar acidentes ou incêndios.
• Eles não são adequados para andar de bicicleta em altas velocidades.
• Os fluidos hidráulicos são sensíveis à contaminação por sujeira e devem ser testados regularmente.
• Rupturas de linhas de alta pressão podem causar ferimentos.
• O desempenho dos fluidos hidráulicos é função das mudanças de temperatura, que podem causar mudanças na viscosidade.

Os fluidos hidráulicos mais comuns são baseados em óleos minerais, polialfaolefinas e ésteres de fosfato devido à sua baixa compressibilidade. A água não é adequada porque pode congelar em baixas temperaturas e ferver em ambientes de alta temperatura. A água também pode causar corrosão e ferrugem.

1. Transmita potência e força através de linhas condutoras para atuadores para realizar um movimento de trabalho.
2. Lubrifique os componentes, dispositivos, válvulas e atuadores do circuito.
3. Atue como um refrigerante, transferindo o calor de qualquer ponto quente no sistema.
4. Vede as folgas entre as peças móveis para aumentar a eficiência e diminuir o calor de vazamentos em excesso.

Algumas das propriedades e características de um fluido hidráulico são as seguintes:

Viscosidade - Viscosidade é a resistência interna de um fluido ao escoamento. Ele aumenta à medida que a temperatura sobe. Um fluido hidráulico aceitável deve ser capaz de fornecer uma boa vedação no pistão, válvulas e bombas, mas não ser tão espesso que impeça o fluxo de líquido.

Fluidos com alta viscosidade podem causar perda de potência e temperaturas operacionais mais altas. Um fluido muito fino pode causar desgaste excessivo de qualquer peça móvel.

Estabilidade química - Um fluido hidráulico deve ser quimicamente estável. Ele deve resistir à oxidação e ser estável sob condições operacionais severas, como altas temperaturas. Operar por longos períodos em altas temperaturas pode encurtar a vida útil do fluido.

Ponto de inflamação - Um ponto de inflamação é a temperatura em que um fluido se transforma em vapor em um volume suficiente para se inflamar ou inflamar em contato com uma chama. Os fluidos hidráulicos precisam de um ponto de fulgor alto para resistir à combustão e apresentam um baixo grau de evaporação em temperaturas normais.

Ponto de fogo - Ponto de fogo é a temperatura em que um fluido vaporiza em um volume suficiente para inflamar quando exposto a uma chama e continuar a queimar. Tal como acontece com o ponto de ignição, um fluido hidráulico aceitável deve ter um ponto de ignição alto.

Os sistemas pneumáticos são como os sistemas hidráulicos, mas usam ar comprimido em vez de um fluido para transmitir energia. Eles contam com uma fonte constante de ar comprimido para controlar a energia e acionar dispositivos de movimento.

As fábricas usam ar comprimido para acionar brocas e prensas pneumáticas e para levantar objetos e mover materiais. Oficinas de fabricação usam uma máquina pneumática para armazenar produtos não acabados para operações de soldagem, brasagem e conformação.

Compressor de ar - O compressor de ar retira o ar da atmosfera, pressuriza-o e armazena o ar comprimido em um tanque para liberação no sistema de transmissão.

Motorista principal - Um driver principal, como um motor elétrico ou a gás, fornece energia para um compressor de ar.

Dispositivos de controle - As válvulas regulam a pressão e controlam o fluxo e a direção.

Tanque de ar - Um tanque contém ar comprimido para entrega a dispositivos mecânicos.

Atuadores - São aparelhos que retiram a energia do ar comprimido e a convertem em movimentos mecânicos.

Sistema de transmissão - Uma rede de tubos e tubulações transporta o ar comprimido para os atuadores.

Eficiência - O fornecimento de ar é gratuito e ilimitado. O ar comprimido é fácil de armazenar, transportar e pode ser liberado para o meio ambiente sem tratamentos dispendiosos.

Design simples - A configuração e os componentes de um sistema pneumático são de desenho simples e de fácil manutenção. Eles são mais duráveis ​​e não são facilmente danificados.

A capacidade de operar em velocidades mais altas - Os sistemas pneumáticos podem operar atuadores em ciclos mais rápidos, como em linhas de produção de embalagens. Os movimentos lineares e oscilantes são fáceis de ajustar usando uma válvula reguladora de pressão para controlar a vazão e a pressão.

Limpeza - Não há risco de vazamento de fluidos hidráulicos que poluem o meio ambiente. Os sistemas pneumáticos são preferidos em locais de trabalho que precisam de altos níveis de limpeza. Dispositivos de exaustão de ar limpam o ar sendo liberado de volta para a atmosfera.

Menos dispendioso - Os componentes pneumáticos são mais baratos e o ar comprimido está amplamente disponível nas áreas de fabricação. Os custos de manutenção são mais baixos em comparação com os sistemas hidráulicos.

Mais seguro para operar - Os sistemas pneumáticos são seguros para uso em ambientes inflamáveis, sem perigos de incêndio ou explosões. Os componentes pneumáticos não superaquecem nem pegam fogo quando sobrecarregados.

Capaz de funcionar em ambientes hostis - Poeira, altas temperaturas e ambientes corrosivos têm menos efeito nos sistemas pneumáticos em comparação com a hidráulica.

Potência reduzida - Os sistemas pneumáticos normalmente operam a menos de 150 psi e fornecem menos força total nos atuadores. Os cilindros pneumáticos geralmente são pequenos e não têm potência para lidar com cargas pesadas.

Barulhento - Os compressores de ar geram mais ruído e o ar comprimido é barulhento quando é liberado dos atuadores.

Movimento brusco - Como o ar é compressível, o movimento dos atuadores pneumáticos pode ser áspero, o que reduz a precisão dos movimentos do sistema. As velocidades do pistão são desiguais. Os movimentos hidráulicos são mais suaves.

Necessita de pré-tratamento de ar - Antes do uso, o ar precisa ser processado para remover partículas de água e poeira. Se isso não for feito, o aumento do atrito entre os dispositivos de controle e os componentes móveis desgastará a peça e exigirá reparo ou substituição prematuros.

Atuadores hidráulicos são mais adequados para operações que precisam de alta força. Eles são robustos e podem produzir forças até 25 vezes maiores do que um atuador pneumático com o mesmo tamanho de pistão. Os sistemas hidráulicos também podem operar até 4.000 psi. Os atuadores pneumáticos geralmente têm menos de 150 psi.

A compressibilidade do ar e as perdas de pressão reduzem a eficiência dos sistemas pneumáticos. O compressor deve funcionar continuamente para manter a pressão nas linhas mesmo quando os atuadores não estão se movendo; os sistemas hidráulicos podem manter uma pressão constante sem a bomba funcionando.