válvulas hidráulicas de controle de vazão e...

Válvulas hidráulicas de controle de vazão

e direcionais

Aula 3

Prof. Dr. Emílio Carlos Nelli Silva

Prof. Dr. Rafael Traldi Moura

Válvulas de controle de vazão

Válvulas HidráulicasAula 3 2

Regime

permanente

𝑄 = 𝑐𝑑𝐴0

2Δ𝑝

𝜌

• Controle de vazão resistivo:

controla resistencia de

escoamento (perda de carga)

através de orifícios de secção

fixa ou variável;

• Em regime constante, a vazão

varia de acordo com a área do

orifício e com a variação da

perda de pressão;

Válvulas redutoras de vazão


• As vávulas abaixo não podem ser

classificadas como de controle de

vazão, pois se a variação da

pressão na entrada e saída implicam

na mudança de vazão;

• Estas são chamadas válvulas

redutoras de vazão;



• Válvula de controle de vazão terá então uma válvula

compensadora de pressão, chamada balança de pressão,

para manter a queda de pressão constante no orifício;

• Balança de pressão pode estar em série (antes ou depois)

ou em paralelo com a válvula redutora de vazão;

• Controle unidirecional implica em uma válvula de retenção

para escoamento inverso livre;

Δ𝑝 = 𝑝𝑖 − 𝑝𝑐= 𝑐𝑡𝑒



1. R1 fechada, sem escoamento, implica

em 𝑝𝑐 = 𝑝𝑖 = 𝑝𝑠 = 𝑝𝑟 e compensador

totalmente aberto com 𝐴𝑟;

2. A medida que abre-se R1, aumenta

vazão e 𝑝𝑖 vai se diferenciando de 𝑝𝑐. Enquanto 𝑝𝑖 − 𝑝𝑐 é menor que 𝑝0, força

da mola, não se controla a vazão;

Regime permanente



3. Quando Δ𝑝 = 𝑝𝑖 − 𝑝𝑐 = 𝑝0, o compensador

entra em equilíbrio instável;

• ↓ 𝑝𝑐 ⇒ ↓ 𝑥 ⇒↓ 𝐴𝑟 ⇒ ↓ 𝑝𝑖 até 𝑝𝑖 − 𝑝𝑐 = 𝑝0.

• Em geral, 𝑝𝑖 − 𝑝𝑐 varia entre 2 e 7 bar;

Regime permanente

Válvulas de Controle de Vazão




Curvas Q x Δpt para

diversas aberturas da

válvula de controle de

vazão


Válvula de Controle de Vazão de Duas Vias.

Compensação de pressão em série a montante


𝑄 = 𝑐𝑑𝐴𝑟

2Δ𝑝𝑟𝜌

⟹𝐴𝑟 = 𝐺𝑟𝑥

𝑥1 = 𝑥𝑚𝑎𝑥 − 𝑥



• Se 𝐺𝑟 é muito alto, variação elevada na queda de pressão Δ𝑝produz pequena variação em 𝑥;

• Ou, a pressão é sensível a pequenas variações do

deslocamento. Como o deslocamento vem de desiquilíbrios,

temos uma alta resposta em frequência no sentido do

equilíbrio.

• Se 𝐾 é baixo e 𝐴𝑝 baixo:



• Boa resposta em regime permanente;

• Se submetidas a variação brusca de pressão, são

incapazes de controlar a vazão;

• Situações possíveis:

– Alteração da pressão em torno do regime permanente,

como no caso de um aumento brusco de carga durante

o avanço de um cilindro;

– Início de operação, ou salto de partída, quando ocorre

acionamento de uma válvula direcional ligada em série

com a válvula de controle de vazão;



• Alteração da pressão em torno do regime

permanente, como no caso de um aumento brusco

de carga durante o avanço de um cilindro;



• Início de operação, ou salto de partída, quando ocorre

acionamento de uma válvula direcional ligada em série

com a válvula de controle de vazão;



• Compensador de em paralelo, desviando excedente e vazão;

1. Se 𝑄𝑐2 está bloqueada, 𝑝𝑐 = 𝑝𝑠 = 𝑝𝑚𝑎𝑥e compensador totalmente fechado com 𝑄𝑐2 = 𝑄𝑐1 = 𝑄𝑅 = 0. Não subsitui válvula de alívio;

2. A medida que a vazão 𝑄𝑐2 aumenta, 𝑝𝑠vai se diferenciando de 𝑝𝑐. Enquanto 𝑝𝑠 − 𝑝𝑐 é menor que 𝑝0, força da mola, não se controla a vazão;

3. Quando Δ𝑝 = 𝑝𝑠 − 𝑝𝑐 = 𝑝0, o compensador entra em equilíbrio instável e temos 𝑄𝑐2 = 𝑄𝑐1 − 𝑄𝑅;

• ↓ 𝑝𝑐 ⇒↑ 𝐴𝑟 ⇒ ↓ 𝑝𝑠 até 𝑝𝑠 − 𝑝𝑐 = 𝑝0;

Válvulas difusora de vazão


• Divisão de vazão constante para quaisquer pressões nas linhas e pressão na entrada cte;

• Δ𝑝 constante para R1 e R2, dividindo fluxo pelas Áreas;

• Por causa da inércia e atritos, a velocidade de variação de 𝑝1 e 𝑝2não devem ser elevadas;

Exemplo:

• ↓ 𝑝2 ⇒ ↑ 𝑝𝑠 − 𝑝2 ⇒ ↑ 𝑄2

↓ 𝑝𝑖1 ⇒ ↓ 𝐴𝑅𝑉2 ⇒↓ 𝑄2

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Controle de Vazão

Métodos de Controle de vazão com uso de Válvulas de Controle de

Vazão. Direção das forças considerada para o avanço do cilindro.

Válvulas HidráulicasAula 3

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Controle de Vazão

Controle de vazão na entrada.


• Controle independente de vazão no avanço e retorno;

• Apenas carregamento resistivo;

• Para qualquer pressão de carga (saída de CV), a pressão da entrada, e consequentemente da bomba, é máxima (limitada pela válvula de alívio), ou seja, potencia de acionamento sempre máxima;

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Controle de Vazão

Controle de vazão na saída.



• Permite carregamentos tanto no sentido do pistão quanto no outro;

• Para qualquer pressão de carga (saída de CV), a pressão da entrada, e consequentemente da bomba, é máxima (limitada pela válvula de alívio), ou seja, potencia de acionamento sempre máxima;

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Controle de Vazão

Controle de vazão por sangria.



• Apenas carregamento resistivo (deve haver no mínimo Δ𝑝0);

• Perda de cargas apenas na VD e canalizações implica no estado fechado da VA e consequente baixa pressão, ou seja, a pressão na saída da bomba é dependente da carga e a bomba não opera na potência máxima o tempo todo;

Válvulas de Retenção

Válvula de Retenção Simples


• Permite escoamento em apenas um sentido;

• Usos:– Amortecimento do fim de curso

de cilindro;

– Descarregamento de bomba de baixa pressão em sistema dual;

– Etc;


Válvula de Retenção Pilotada


• Permite bloquear o escoamento sem vazamentos em apenas uma fase do ciclo de operação;

• Exemplo: manter uma carga em posição invariável ao se utilizar um VD de carretel;

• 𝑅𝑎 é a Relação de aberturas ou Relação de válvulas, vai de 2,6 a 3,5;

• 𝐶 =𝐹𝑚

𝐴𝑝varia entre 0,6 e 5 bar;

• Pressão de pilotagem entre 30 e 40% da pressão de bloqueio 𝑝𝑏;

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Sistema de Prensa com

Válvula de Sucção


1. Cilindros 1 e 2 servem para aproximar

a mesa e também para auxiliar o

pistão 3 na prensagem;

2. Ao acionar S1, pilota-se RP1, com o

escoamento para as bases dos pistões

1 e 2. Carga baixa nesta fase não abre

VS, com cilindro 3 puxando fluido do

reservatório;

3. Ao começar a prensagem, abre-se a

VS e a velocidade se reduz, pois o

fluido preenche os 3 cilindros;

4. Com a válvula comutada para a

posição cruzada, VS abre e o cilindro 3

faz resistência até aumentar a pressão

dos cilindros 1 e 3, pilotando RP2;

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Elevador com posicionamento obtido por retenção

pilotada


• Manter a mesa fixa por longo período de

tempo, enquanto suporta uma carga;

• Retorno sem flutuações, com velocidade

controlada;


Válvula de retenção pilotada com descompressão


• Usado, por exemplo, em prensas de grande porte;

• Possui sistema de descompressão gradual para efeitos de ondas de choque (golpe de aríete);

• Primeiro estágio: abertura do cone com ranhuras e alta perda de carga, criando conexão altamente restritiva entre A e B, reduzindo 𝑝𝑏 para 𝑝𝑏´ .

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Sistema de Prensa com Retenções Pilotadas


• RP1 é utilizado para sustentar o

conjunto pistão/haste/ferramenta;

• RP2 é usado para manter o sistema

carregado mesmo com a válvula

direcional desacionada, durante a

prensagem;

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• Calcular 𝑝1 e 𝑝2 utilizando-se as equações do

sistema e das válvulas em dois cenários:

– RP1 e RP2 são válvulas de retenção pilotada;

– RP1 e RP2 são vávulas de retenção pilotada mas

RP2 possui sistema de descompressão;

• Cilindro 𝐴1 = 314,16 𝑐𝑚2, 𝐴2 = 250,50 𝑐𝑚2,

𝐴2/𝐴1 = 0,797, 𝐺 = 5𝑘𝑁

• Força prensagem: 𝐹𝑈 = 500𝑘𝑁

• RP1: 𝐴0 = 3,14 𝑐𝑚2, 𝐴𝑝 = 9,62 𝑐𝑚2, 𝐶 = 5 𝑏𝑎𝑟

• RP2: mesmos 𝐴0, 𝐴𝑝 e 𝐶 de RP1 e assento do

obturador de descompressão 𝐴𝑑 = 0,78𝑐𝑚2

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