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Neste documento, aprenda sobre o sistema hidráulico com controle de pressão e vazão, sua importância na área de furadeiras hidráulicas e como melhorar o desempenho e reduzir energia dissipada. Saiba sobre componentes físicos de controle, sistemas load sensing e os benefícios de controle resistivo e conservativo.
O que você vai aprender
Tipologia: Notas de estudo
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Não perca as partes importantes!
Dissertação submetida à
para a obtenção do grau de
Florianópolis, novembro de 2011
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“Se você se comparar com os ou- tros, tornar-se-á presunçoso e ma- goado, pois haverá sempre alguém superior e alguém inferior a você.”
Max Ehrmann
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Aos meus pais,
Armando e Maria Helena, que por uma vida de dedicação, amor e trabalho sempre possibilita- ram a seus filhos a oportunidade de realizar sonhos e conquistas.
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Lista de figuras...................................................................................... xv Lista de tabelas..................................................................................... xxi Simbologia ......................................................................................... xxiii Resumo................................................................................................ xxv
5.3.3.5.1 Definição da posição do canal de suprimento de fluido
5.4 Dimensionamento das vedações, molas e sistema de acionamento
C.7 Modelo em AMESim utilizada na análise de sensibilidade
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Figura 3.11: Circuito hidráulico simplificado do modelo original e da concepção I. ....................................................................................... 54 Figura 3.12: Válvula de controle de vazão de três vias. (LINSINGEN, 2008).................................................................................................. 56 Figura 3.13: Sistema hidráulico simplificado para a segunda concepção. ........................................................................................................... 57 Figura 3.14: Circuito hidráulico simplificado para a solução III. ......... 58 Figura 3.15: Principais passos seguidos na fase de Projeto Conceitual. 62 Figura 4.1: Diagrama hidráulico da bancada de testes e do modelo original da furadeira........................................................................... 64 Figura 4.2: Bancada de testes................................................................ 64 Figura 4.3: Curvas experimentais de pressão pela vazão na furadeira hidráulica na situação (1)................................................................... 67 Figura 4.4: Potência dissipada na furadeira hidráulica para a situação (1)....................................................................................................... 68 Figura 4.5: Rotação da furadeira hidráulica obtida experimentalmente em 4 níveis de torque atuando no motor............................................ 68 Figura 4.6: Rendimento global experimental do modelo original para diversos torques no eixo e vazões...................................................... 69 Figura 4.7: Modelo idealizado da furadeira hidráulica em AMESim. .. 71 Figura 4.8: Diferença dos resultados experimentais e do modelo idealizado na perda de carga existente na linha de retorno................ 73 Figura 4.9: Diferença de pressão entre o modelo experimental e o modelo idealizado quando a vazão escoa somente pela válvula de controle. ............................................................................................. 74 Figura 4.10: Diferença de pressão entre o modelo idealizado e o sistema real para a linha do motor. ................................................................. 75 Figura 4.11: Vazão geométrica (teórica) versus Vazão efetiva no motor hidráulico. .......................................................................................... 77 Figura 4.12: Modelo adaptado em AMESim da furadeira hidráulica original............................................................................................... 78 Figura 4.13: Comparativo das pressões do modelo experimental com o modelo adaptado quando a válvula está em sua posição inicial (motor parado). .............................................................................................. 79 Figura 4.14: Comparativo da potência dissipada entre o modelo experimental e o modelo adaptado quando a válvula está em sua posição inicial (motor parado). .......................................................... 80 Figura 4.15: Comparação entre os resultados simulados e experimentais para a condição (2) com um torque de 2,5 Nm.................................. 80 Figura 4.16: Comparação entre os resultados simulados e experimentais para a condição (2) com um torque de 3,5 Nm.................................. 81
xvii
Figura 4.17: Comparação entre os resultados simulados e experimentais para a condição (2) com um torque de 4,5 Nm. ................................. 81 Figura 4.18: Comparação entre os resultados simulados e experimentais para a condição (2) com um torque de 5,5 Nm. ................................. 82 Figura 4.19: Comparação entre o rendimento simulado e experimental. ........................................................................................................... 82 Figura 4.20: Válvula cônica do modelo original e da concepção I. ...... 84 Figura 4.21: Perda de carga da furadeira hidráulica para a concepção I com a válvula na posição neutra. ....................................................... 84 Figura 4.22: Modelo em AMESim da concepção II.............................. 85 Figura 4.23: Esboço da balança de pressão. .......................................... 86 Figura 4.24: Modelo em AMESim para a concepção III. ..................... 87 Figura 4.25: Diferença de pressão para as três soluções desenvolvidas e para o modelo original quando a válvula está na posição neutra. ...... 88 Figura 4.26: Comparativo da potência dissipada para as três soluções e modelo original para a válvula de controle na posição neutra. .......... 89 Figura 4.27: Comparativo da rotação do motor para um torque de 5, Nm. .................................................................................................... 90 Figura 4.28: Comparativo entre a diferença de pressão entre as vias p (^) S e p (^) T para um torque no motor de 5,5 Nm.............................................. 90 Figura 4.29: Comparativo do rendimento da furadeira hidráulica para um torque de 5,5 Nm.......................................................................... 91 Figura 4.30: Principais passos seguidos no projeto preliminar - modelagem e análise das concepções. ............................................... 98 Figura 5.1: Tipos de danos de partículas duras (PARKER, 20XX). ... 102 Figura 5.2: Curvas típicas de forças de escoamento, adaptado de Merritt (1967)............................................................................................... 106 Figura 5.3: Tipos analisados de obturadores cônicos e compensadores de força de escoamento......................................................................... 107 Figura 5.4: Rotação pela posição para um carretel com 12 mm de diâmetro com diferentes ângulos de cone. ....................................... 108 Figura 5.5: Rotação pela posição para um carretel com 14 mm de diâmetro com diferentes ângulos de cone. ....................................... 109 Figura 5.6: Rotação pela posição para um carretel com 16 mm de diâmetro com diferentes ângulos de cone. ....................................... 109 Figura 5.7: Curvas da potência dissipada no motor hidráulico para três diâmetros de carretel. ....................................................................... 110 Figura 5.8: Potência dissipada na válvula com obturador cônico de ângulo de 6 graus. ............................................................................ 110 Figura 5.9: Regiões de atuação da força de escoamento. .................... 111
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Figura 6.2: Vista explodida do bloco de controle projetado................ 142 Figura 6.3: Protótipo da furadeira montada na bancada de ensaios. ... 143 Figura 6.4: Comparação entre a potência dissipada conforme o modelo teórico em AMESim e experimento................................................. 144 Figura 6.5: Rotação teórica e experimental verificada na furadeira hidráulica para uma faixa de vazão e diferentes níveis de torque. ... 145 Figura 6.6: Rendimento simulado em AMESim. ................................ 146 Figura 6.7: Rendimento teórico e experimental para um torque de 4, Nm. .................................................................................................. 146 Figura 6.8: Rendimento teórico e experimental para um torque de 5, Nm. .................................................................................................. 147 Figura 6.9: Média das forças atuantes no carretel obtidas experimentalmente. .......................................................................... 149 Figura 6.10: Resultado simulado em CFD das forças de acionamento do carretel.............................................................................................. 150 Figura 6.11: Principais passos seguidos no projeto detalhado. ........... 151 Figura B.1: Sistema hidráulico da unidade de potência e controle (Adaptado de RETZLAFF, 2007). ................................................... 170 Figura B.2: Sistema hidráulico da bancada de testes do modelo original da furadeira hidráulica. .................................................................... 172 Figura B.3: Bancada de ensaios do protótipo...................................... 173 Figura B.4: Transmissor de torque e rotação e sistema de condicionamento de sinal................................................................. 175 Figura B.5: Transdutor de Vazão. ....................................................... 175 Figura B.6: Transdutores de pressão, posição e força ......................... 176 Figura B.7: Placa de aquisição de sinais AQ-USB Resolution 4350.. 177 Figura B.8: Modelo utilizado para monitoramento dos sinais............. 178 Figura C.1: Componente BAP042 (AMESim)..................................... Figura C.2: Submodelo de motor hidráulico MO001C com rendimento mecânico e volumétrico e com indicação das variáveis externas..... Figura C.3: Modelo do motor hidráulico e da carga............................ Figura C.4: Modelo original idealizado................................................ Figura C.5: Modelo em AMESim da furadeira original adapta- da................................................................................... ....... ............ Figura C.6: Modelo em AMESim da concepção I............................... Figura C.7: Modelo em AMESim para a concepção II....................... Figura C.8: Modelo em AMESim para a concepção III......................
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