Ao transmitir energia através de um fluido, a direção deve ser determinada e deve-se manter um controle contínuo e completo. Sem controle total, a energia é inútil ou, pior ainda, a máquina pode sofrer danos. Uma das principais vantagens da tecnologia hidráulica é a capacidade de utilizar válvulas de controle hidráulico para controlar a energia de forma relativamente simples.

Válvulas de controle hidráulico

Uma válvula de controle hidráulico é um componente mecânico composto por um corpo de válvula com passagens internas capazes de conectar ou bloquear o fluxo de fluido, além de partes móveis internas. As passagens do corpo são utilizadas para transportar óleo. A ação das partes móveis internas controla a pressão máxima, a direção do fluxo e a vazão do sistema.

Controle da Pressão do Sistema

A energia hidráulica pode ser aplicada a um cilindro hidráulico. Quando o resultado é um trabalho bem-sucedido, assim que o cilindro estiver totalmente estendido, o trabalho estará concluído. A bomba de deslocamento positivo continuará a absorver mais energia de seu acionador primário. Isso gera uma pressão maior no óleo. (Observação: a resistência mínima no sistema determina a pressão hidráulica aplicada.) À medida que o cilindro se estende ainda mais, a resistência física do sistema torna-se a resistência mínima.

A bomba aumentará ainda mais a pressão para superar essa resistência. As pessoas utilizam válvulas de controle de pressão para manter a pressão do sistema dentro de uma faixa segura.

Válvula de controle de pressão

As partes móveis internas de uma válvula de controle de pressão operam com base na pressão. Quando a pressão do sistema atinge um determinado valor ajustado, as partes móveis internas conectam ou bloqueiam um dos orifícios no corpo da válvula, fazendo com que o óleo flua ou impedindo que o óleo flua por esse orifício.

Construção da válvula de controle de pressão

Uma válvula de controle de pressão consiste em um corpo de válvula com passagens primária e secundária e partes móveis internas (o carretel). As conexões externas às passagens são denominadas porta primária e porta secundária.

Como funciona uma válvula de controle de pressão

A parte móvel interna de uma válvula de controle de pressão é tipicamente um dispositivo do tipo carretel. Quando o carretel está em uma posição final, a passagem interna fica conectada, permitindo que o fluxo passe. Quando está na outra posição final, a passagem interna fica bloqueada e o fluxo através da válvula é interrompido.

Em uma válvula de controle de pressão, o carretel é mantido por mola em uma posição final. Nessa posição normalmente fechada, a passagem interna fica bloqueada e o caminho de fluxo através da válvula permanece fechado. Esse tipo é denominado válvula de controle de pressão normalmente fechada.

A válvula de controle de pressão detecta a pressão na parte inferior do êmbolo. Esta passagem inferior conecta-se à porta primária. Quando a pressão do sistema ultrapassa a força da mola, o êmbolo se desloca para conectar a passagem interna, permitindo o fluxo através da válvula.

(A pressão hidráulica utilizada para controlar o movimento do êmbolo é denominada pressão piloto. O uso da pressão piloto para controlar uma válvula é chamado de controle piloto e constitui o método mais comum para controlar todos os tipos de válvulas hidráulicas.)

Se a porta primária deste tipo de válvula de controle de pressão for conectada ao lado da pressão do sistema e, quando a pressão aplicada pela bomba for excessivamente alta, o fluxo proveniente da bomba puder ser desviado através desta válvula para o tanque de óleo — esse tipo de válvula de controle de pressão normalmente fechada é denominado válvula de alívio.

Figura 7-2 — Válvula de controle de pressão normalmente fechada (operação da válvula de alívio). A mola mantém o êmbolo fechado até que a pressão do sistema exceda o ajuste da mola; em seguida, o êmbolo se desloca e abre um caminho para o tanque.

Figura 7-3 Um circuito hidráulico simples com controle de pressão (válvula de alívio). Quando o cilindro atinge o fim do curso, a válvula de alívio abre e direciona o fluxo da bomba de volta para o reservatório, limitando a pressão máxima do sistema.

Controle Direcional de Atuadores

Uma vez que um cilindro hidráulico esteja totalmente estendido, ele deve ser retratado para que o trabalho possa ser realizado novamente. Por essa razão, cilindros que precisam se mover em duas direções normalmente utilizam cilindros hidráulicos com duas vias — cilindros de dupla ação. A direção do fluxo deve ser invertida simultaneamente.

Cilindro hidráulico de dupla ação

Um cilindro hidráulico de dupla ação possui uma via em cada extremidade do corpo, permitindo que o óleo entre e saia, de modo que o pistão possa se mover em ambas as direções (dupla ação). Para distinguir as duas vias de um cilindro de dupla ação, rotulamos uma via como "A" e a outra como "B".

Válvula de controle direcional

As partes móveis internas de uma válvula direcional têm a função de conectar ou bloquear as passagens internas do corpo da válvula, controlando assim a direção do fluxo de óleo.

Construção da válvula direcional de controle

Uma válvula direcional de controle típica possui quatro passagens internas no corpo da válvula e um carretel deslizante que pode conectar ou bloquear essas passagens.

Como funciona uma válvula direcional de controle

Quando o carretel está em uma posição final, a passagem de pressão conecta-se à passagem de trabalho A, e a passagem de retorno conecta-se à passagem de trabalho B. Quando o carretel muda para a outra posição final, a passagem de pressão conecta-se à passagem de trabalho A, e a passagem de retorno conecta-se à passagem de trabalho B. A inversão do sentido de deslocamento do carretel inverte o sentido do fluxo de óleo para o cilindro hidráulico.

Quando a haste do cilindro se estende e retrai totalmente conforme exigido, o trabalho é realizado. Quando o carretel muda para a outra posição final, o óleo flui para o outro lado do cilindro — e a haste do cilindro retrai-se.

Figura 7-4: Válvula direcional de controle em um circuito com cilindro de dupla ação. O deslocamento do carretel inverte o sentido do fluxo de óleo, o que inverte o movimento do cilindro.

Controle de velocidade dos atuadores

Em muitas aplicações, a velocidade de operação do atuador deve ser controlada e, às vezes, controlada com grande precisão. Como explicado anteriormente, a velocidade dos atuadores (cilindros, motores hidráulicos) está diretamente relacionada à taxa de injeção de óleo — a velocidade do atuador é determinada pela vazão de entrada.

Como o deslocamento da bomba pode ser fixo, é possível selecionar a vazão da bomba com base na velocidade exigida pelo atuador. Isso só é viável em sistemas com um único atuador.

Normalmente, em um sistema hidráulico, há mais de um atuador. Se o sistema exigir que cada cilindro hidráulico opere de forma independente, a vazão da bomba deve ser selecionada com base no maior cilindro hidráulico que necessitar da velocidade mais elevada. Isso significa que os atuadores menores se moverão mais rapidamente, o que pode não ser desejável. Para reduzir a vazão que entra nesses ou em quaisquer outros atuadores, deve-se utilizar uma válvula redutora de vazão.

Válvula de Controle de Fluxo

Ao utilizar uma válvula redutora de vazão, é sempre possível reduzir a vazão da bomba para o atuador.

Construção da válvula de controle de fluxo

Uma válvula típica de controle de fluxo é composta por um corpo de válvula e uma peça móvel. No nosso exemplo, a peça móvel é uma agulha de ajuste com extremidade cônica. Como a agulha não se desloca efetivamente durante a operação (ela é pré-ajustada em uma posição), é mais apropriado denominar as peças móveis da válvula de controle de fluxo como "ajustáveis", em vez de "móveis".

Como funciona uma válvula de controle de fluxo

Em um sistema hidráulico, a válvula de controle de fluxo opera sempre em conjunto com a válvula de controle de pressão (de alívio). A válvula de controle de fluxo representa uma resistência. Ela faz com que a bomba hidráulica gere uma pressão mais elevada. Essa pressão pode provocar a abertura parcial da válvula de alívio pelo fluxo proveniente da bomba, reduzindo assim o fluxo que passa pela válvula de controle de fluxo e atinge o atuador.

Figura 7-5 – Circuito de controle de fluxo. A válvula de agulha regula o fluxo para o cilindro. O fluxo excedente da bomba é desviado pela válvula de alívio para o reservatório. A abertura da válvula de agulha determina a velocidade do cilindro.

Um sistema hidráulico simples

Todos os componentes apresentados acima podem constituir um sistema hidráulico simples. Como a energia hidráulica neste sistema é controlável, este pode realizar trabalho útil.

Os sistemas hidráulicos são amplamente utilizados em muitos campos, desde aeroespacial, aeronáutica e equipamentos militares até indústria, máquinas móveis e equipamentos siderúrgicos. Os princípios de funcionamento dos sistemas hidráulicos em todas essas aplicações são os mesmos descritos acima. A única diferença entre os diversos "tipos" de sistemas hidráulicos reside nos componentes utilizados.

Nos capítulos seguintes, discutiremos detalhadamente os diversos tipos de componentes — utilizados em sistemas hidráulicos industriais. Para explicar como utilizar esses componentes, projetaremos também alguns circuitos hidráulicos básicos.

Símbolos Gráficos Hidráulicos

Nas discussões anteriores sobre componentes hidráulicos e sistemas básicos, tudo foi explicado graficamente — utilizando vistas em corte para mostrar visualmente as ações internas dos componentes. Esse método é útil para explicar problemas, mas é impraticável do ponto de vista do trabalho cotidiano.

Como outros campos técnicos, a hidráulica também utiliza símbolos gráficos para representar componentes e sistemas. Os diversos componentes hidráulicos e sistemas simples discutidos anteriormente podem todos ser representados usando os símbolos gráficos hidráulicos e pneumáticos das normas ANSI Y32.10 ou ISO 1219.

Além dos componentes já discutidos, os componentes que compõem um sistema hidráulico incluem também motores elétricos, filtros hidráulicos, etc. Os sistemas hidráulicos são normalmente acionados por motores elétricos. Além disso, para manter um nível razoável de limpeza, os sistemas hidráulicos devem utilizar filtros hidráulicos para proteger o óleo contra contaminação.

Figura 7-7 Símbolos gráficos hidráulicos padrão (ANSI Y32.10 / ISO 1219). Esses símbolos são utilizados em todos os diagramas esquemáticos de circuitos hidráulicos, em vez de desenhos em corte transversal.

Figura 7-8 Um circuito hidráulico simples completo representado com símbolos gráficos padrão. É assim que os circuitos hidráulicos são desenhados na prática de engenharia.