Artigo 2 Hidraulica e Pneumatica juntas 06 05 2006 FINAL

Hidráulica e Pneumática





A hidráulica e a pneumática são as duas principais tecnologias baseadas em
fluídos presentes nas aplicações de automação industrial. Cada uma delas
possui características peculiares, mas em muitos casos as suas capacidades
específicas se aliam permitindo a projetistas e técnicos da área de
automação desenvolverem soluções extremamente versáteis. São os
equipamentos hidro-pneumáticos.
Neste artigo vamos abordar alguns conceitos fundamentais que devem ser
lembrados nas aplicações envolvendo estes equipamentos e também expor
algumas aplicações demonstrando que determinadas necessidades específicas
muitas vezes requerem conhecimento aliado à criatividade.

1) Hidráulica e Pneumática – irmãs, mas não gêmeas.

Muitos profissionais que atuam no mercado industrial, notadamente nas
áreas de manutenção, projetos, engenharia industrial e produção possuem
conhecimentos básicos sobre essas duas tecnologias, tão presentes hoje em
dia em qualquer segmento produtivo. Porém, caso não haja um aprofundamento
no conhecimento científico que alicerça ambas, pode-se desenvolver a noção
errônea de que são idênticas. A hidráulica e a pneumática, embora
semelhantes, diferem em alguns aspectos extremamente importantes. Observe a
tabela comparativa abaixo para estabelecer um paralelo.

"Característica "Hidráulica "Pneumática "
"Fluídos utilizados "Óleo mineral com ou sem "Ar comprimido com "
" "aditivos "diferentes graus de "
" "Fluídos sintéticos "pureza "
" "Fluídos resistentes ao fogo "Nitrogênio "
" "Água (especialmente tratada) " "
"Pressão (em "Até 300 kgf/cm2 (+/- 4400 psi)"Até 8 kgf/cm2 (+/- 120 "
"aplicações " "psi) "
"convencionais) " " "
"Características "Baixa compressibilidade "Alta compressibilidade "
"físicas "Alta viscosidade "Baixa viscosidade "
"Segurança "Alto risco de acidente em caso"Baixo risco de acidente "
" "de vazamento "em caso de vazamento "
"Custo de produção " " "
"Impacto ambiental "Alto "Baixo "
"Consumo de energia " " "
"para geração " " "
"Custo de "Alto "Baixo "
"equipamentos na " " "
"aquisição e " " "
"manutenção " " "
"Precisão de "Alta "Baixa "
"posicionamentos " " "
"intermediários " " "
"Capacidade de força "Ilimitada "Até 3000 kgf (faixa "
"dos atuadores " "economicamente viável) "
"Velocidade dos "Baixa "Alta "
"atuadores " " "

Observando-se a tabela acima se verifica que as duas tecnologias possuem
diferenças importantes que não podem ser esquecidas quando da análise de
uma aplicação. Cabe ainda salientar que os parâmetros citados consideram
aplicações convencionais, visto que, com a utilização de equipamentos
especialmente construídos, pode se alcançar valores bem diferentes dos
mencionados.

Por quê aplicar equipamentos que unem hidráulica e pneumática

Conforme se observa pela tabela acima, as duas tecnologias possuem algumas
características que estão em extremidades opostas da escala de comparação,
como por exemplo, a velocidade dos atuadores ou as capacidades de força.
Assim, é possível aliar as qualidades de uma e de outra em benefício da
aplicação, obtendo-se equipamentos cuja performance será otimizada por essa
união. Vamos supor que a aplicação exija alta velocidade e paradas
precisas, por exemplo. Essas duas exigências simultâneas requerem
características dificilmente presentes em um só equipamento. Nesse momento,
a solução é aliar hidráulica e pneumática em um equipamento híbrido,
obtendo-se o resultado desejado.

Vamos estabelecer alguns critérios que devem ser lembrados quando se
aplicam equipamentos hidro-pneumáticos:
1. Para as aplicações industriais com movimentos longos (cursos
superiores a 1 metro) o reservatório de óleo pode alcançar dimensões
que inviabilizem economicamente a aplicação. Neste caso, a solução
puramente hidráulica pode ser mais interessante.
2. Caso o equipamento tenha montados em paralelo o atuador pneumático e o
hidráulico, é fundamental um perfeito alinhamento de hastes, sob pena
de se perder força e ocorrer desgaste prematuro de anéis raspadores e
retentores.
3. Caso a máquina não exija movimento controlado em ambos os sentidos, o
equipamento hidráulico deve permitir o movimento em um dos sentidos
com velocidade livre para que a máquina não tenha seu ciclo de
funcionamento prejudicado.
4. A fase hidráulica e a pneumática devem trabalhar isoladas fisicamente,
evitando-se assim que haja contaminações ou formação de bolhas.

A aplicação hidro-pneumática mais popular – o elevador veicular

Mesmo sem nos darmos conta, as aplicações hidro-pneumáticas estão presentes
no nosso dia-a-dia. O exemplo mais comum dessa união tecnológica é o
elevador veicular, utilizado em postos de serviço, para troca de óleo e
lavagens de partes inferiores de veículos. Este equipamento, dadas as suas
exigências, é o caso típico de aplicação hidro-pneumática. Veja na figura
abaixo como funciona o elevador veicular.














Conforme se observa na figura, o ar comprimido vem do compressor e chega
até uma válvula de comando do ar, que, quando aberta, libera a passagem do
ar para o tanque de óleo. No tanque é que ocorre a passagem de atuação
pneumática para atuação hidráulica. O ar comprimido força o óleo para o
fundo do reservatório obrigando-o a subir pela tubulação de saída que vai
conduzi-lo até uma válvula de comando de óleo. Esta válvula, quando aberta,
permitirá que o óleo siga até o atuador hidráulico que irá erguer a
plataforma.

Porquê esta aplicação é hidro-pneumática em lugar de unicamente pneumática
ou hidráulica?

Observe que uma aplicação como esta requer alguns cuidados especiais:
1º) O equipamento irá funcionar erguendo um veículo, cujo peso pode chegar
até 2000 kg.
2º) O veículo deve ser manipulado com extremo cuidado visto tratar-se de
patrimônio do cliente.
3º) O operador do equipamento deve trabalhar com total segurança, pois
estará posicionado sob o veículo, devendo o sistema garantir a
sustentabilidade do veículo sem possibilidade de queda acidental.
4º) Para que o veículo seja manipulado com total segurança, não deverá
ocorrer movimentos bruscos ou em altas velocidades.

Por essas exigências é que se faz necessário somar as qualidades da
hidráulica com a pneumática, pois a pneumática permitirá uma redução de
custos no equipamento, visto que o posto de serviço já utiliza o ar
comprimido para diversas funções, evitando assim a necessidade de
instalação de uma unidade hidráulica específica para esta necessidade. A
hidráulica participa com o controle preciso de velocidade, impedindo
movimentos bruscos de subida ou descida, reduzindo a possibilidade de
acidentes com o veículo ou com o operador.

Esta aplicação, embora não possa ser classificada como uma aplicação de
automação industrial, ilustra de forma simples como as duas tecnologias
baseadas na Mecânica dos Fluídos são utilizadas em conjunto para se
alcançar o resultado desejado.

Aplicações hidro-pneumáticas no ambiente industrial

Antes de abordarmos as aplicações de hidro-pneumática na automação
industrial, é importante conhecer os equipamentos que possibilitam essas
aplicações. São basicamente três os principais equipamentos hidro-
pneumáticos utilizados em automação industrial:

1) Conversor do meio de pressão
A principal função do conversor do meio de pressão é obter-se velocidade
controlada. A velocidade é controlada por meio de uma válvula reguladora de
fluxo (ou vazão) que permite controle preciso da velocidade. Este
equipamento não provoca alteração da pressão. Veja na figura abaixo o
esquema do conversor do meio de pressão.














2) Variador de pressão (intensificador ou booster)

Diferentemente do conversor, o intensificador de pressão tem a função de
fornecer na saída uma pressão maior do que a que recebeu na entrada. Esta
função é obtida por meio de um dispositivo hidro-penumático que une dois
atuadores de áreas diferentes, fazendo com que a pressão de ar que o
atuador maior recebe na entrada seja amplificada e transmitida ao óleo no
atuador menor já que quanto menor a área, maior a pressão. Após o processo
de intensificação da pressão, esta é transmitida a um terceiro atuador que
irá executar o trabalho. Observe a figura abaixo:

Os intensificadores de pressão devem ser dimensionados conforme a pressão
que se tem na entrada e a pressão que se deseja na saída. Com base nesses
dados, será definida a diferença de área entre os dois atuadores que formam
o intensificador.


A ampliação obtida na pressão é diretamente proporcional à diferença das
áreas envolvidas. Como exemplo, se a área um é dez vezes maior do que a
área dois, a pressão de saída também será dez vezes maior que a pressão de
entrada.


3) Unidade de avanço hidro-pneumática

Dentre os três equipamentos que permitem a aplicação de hidro-pneumática,
este é o mais utilizado, por ter a capacidade de controlar movimentos
mantendo a velocidade do movimento uniforme. E esta é a principal aplicação
dos equipamentos hidro-pneumáticos em automação industrial. O controle
preciso de velocidade se faz necessário em diversas aplicações como, por
exemplo, operações de usinagem, operações de pintura ou acabamento de
produtos ou ainda em braços robóticos.

A unidade de avanço hidro-pneumática é composta por um ou dois cilindros
pneumáticos, uma frenagem hidráulica (hidro-check), um compensador de óleo
e uma válvula de regulagem de fluxo, que faz o controle da velocidade da
frenagem. É importante lembrar que neste equipamento um dos sentidos do
movimento não tem a velocidade controlada e isto se deve à exigência de que
o equipamento hidro-pneumático não deve retardar o movimento de retorno do
cilindro pneumático, permitindo à máquina cumprir maior número de ciclos no
mesmo tempo.
O cilindro pneumático pode ser de haste passante, o que permite que a parte
traseira da haste seja rigidamente engastada à haste da frenagem hidráulica
por uma travessa, o que manterá o cilindro pneumático como "escravo" da
frenagem, impedindo que o mesmo varie a velocidade ao longo do curso.
Caso a frenagem possua uma segunda válvula de regulagem de fluxo
incorporada e montada em posição de restrição oposta à 1ª, a frenagem
poderá controlar o movimento nos dois sentidos.
O compensador de óleo tem a função de repor eventuais perdas por vazamento
e de compensar também a diferença de áreas entre a câmara dianteira e
traseira da frenagem.
A velocidade do êmbolo é regulável, sem escala, de 30 a 6000 mm/min.
Observe abaixo o desenho esquemático das frenagens hidráulicas com dois
atuadores pneumáticos.



Exemplos de aplicação:

A seguir apresentaremos dois casos de aplicações de hidro-pneumática para
que o leitor possa avaliar como são importantes os equipamentos que aliam
as vantagens das duas tecnologias.

Caso 1) Sistema de pintura de utensílios agrícolas por mergulho

Neste exemplo, retirado de uma aplicação real, o requisito do solicitante
era de que o equipamento possibilitasse um movimento do produto a ser
pintado extremamente lento e preciso, pois somente assim seria possível
obter-se a qualidade adequada no acabamento do produto.
A solução então foi aplicar um sistema hidro-pneumático, o que possibilitou
alcançar o objetivo proposto. Observe o esquema abaixo:


















Caso 2) Sistema de usinagem automatizado


Entre as aplicações mais comuns para sistemas hidro-pneumáticos estão as
que envolvem operações de usinagem. Isto se deve ao fato de que a hidro-
pneumática atende de forma extremamente adequada aos requisitos deste tipo
de aplicação. Ao se automatizar operações de usinagem, é necessário que o
equipamento utilize a alta velocidade do equipamento pneumático combinada
com o controle de velocidade da hidráulica.
No exemplo abaixo observa-se a automatização de um sistema de furadeiras
que podem movimentar-se linearmente, e com velocidade controlada,
permitindo a operação de furação sem risco de quebra de broca e com
excelente qualidade no acabamento do furo. O ajuste da velocidade é feito
pela válvula reguladora de fluxo incorporada em cada furadeira. .




Conclusão

São muitas as aplicações envolvendo equipamentos que operam com sistemas
hidro-pneumáticos. Nos mais variados segmentos industriais é sempre
possível encontrar aplicações que demandem soluções criativas e inovadoras
a partir da união da hidráulica com a pneumática.

Colaboração: João Joaquim Carlos Filho
Forte Hidráulicos Ltda
Tel: 011-6239-3094
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Hidro-pneumática
Aliando as vantagens de duas tecnologias irmãs



Pressão no lado do ar

Pressão no lado do óleo





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