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Acumuladores de energia

Aula 4

Prof. Dr. Emílio Carlos Nelli Silva

Prof. Dr. Rafael Traldi Moura

Acumuladores de Energia

Acumuladores de EnergiaAula 4 2

• Definição:

– Componente mecânicos simples cuja função básica é

armazenar energia hidráulica como fonte eventual, auxiliar

ou principal de energia.

• Utilização:

• Fonte Auxiliar de Energia;

• Compensador de Vazamento;

• Fonte de Energia de Emergência;

• Amortecimento de Pulsação de Bomba e Choque Hidráulico.



• Funcionamento:

– Princípio operacional baseado na acumulação do fluído,

mantido sob pressão em decorrência da interação entre

forças de pressão interna e externa, do tipo gravitacional,

de mola mecânica, pneumática, etc.

– A energia fica armazenada e fica disponível para

reabsorção do sistema hidráulico quando a resistência ao

escoamento diminui.


Tipos de Acumuladores



Acumulador de peso morto


• Massa pode ou não ser constante;

• Pressão depende da área do cilindro;

• Manutenção da pressão constante ao

longo do cilindro do pistão,

independente da vazão requerida

pelo sistema;

• Consegue suprir grandes volumes a

pressões elevadas (devido a

facilidade de construção);

• Custo elevado e utilizado em

aplicações estacionárias, como fonte

auxiliar de energia.


Acumulador de mola


• Pressão depende da área do cilindro

e da posição do mesmo. A pressão

mínima é determinada pela pre-

tensão da mola;

• Pressão de operação e volumes

máximos admissíveis constumam ser

relativamente reduzidos;

• Sistema de segunda ordem massa-

mola. Massas do pistão e mola altas

tornam a resposta do sistema lenta;

• Utilizado em operações de reigme

permanente.


Acumulador a gás


• Baseado na lei de Boyle dos gases: 𝑃1𝑉1

𝑇1=

𝑃2𝑉2

𝑇2, ou seja, utiliza

a compressibilidade dos gases como fonte de energia

potencial;

• Pressão não se mantem constante;

• Utilizado em operações de reigme permanente e dinâmico.


Sem separador


• Massa do pistão resulta em uma resposta dinâmica relativamente lenta;

• Utilizado para suprimento de vazamentos e fonte auxiliar de energia;

• Utilizado em operações de reigme permanente.

Com separador

de pistão

• Elevada resposta dinâmica;

• Permite absorção de gás pelo fluido, que pode levar a cavitação;

• Deve ser recarregado periodicamente;

• Utilizado em operações de regime dinâmicas, sempre na posição vertical, volume útil limitado a 2/3 da capacidade.


Acumuladores com separador flexível

Acumulador de diafragma


• Diafragma é um elastômero

compatível com o fluído;

• Obturador impede que

elastômero passe para a

canalização quando pressão é

menor que pré-carga do gás;

• Pode ser de cilindro soldado,

descartável ou de dois

hemisférios, que permite

reposição do diafragma;

• Utilizado em aplicações

aeronáuticas(baixa relação peso

potência).



Acumuladores com separador flexível

Acumulador de bexiga

• Bexiga elástica introduzida pela

tampa na extremidade superior;

• Válvula de retenção impede que

elastômero passe para a

canalização quando pressão é

menor que pré carga do gás;

• Utilizado em operações de

reigme dinâmicas,

especialmente absorção e

amortecimento de choques

hidráulicos e de absorção da

pulsação da bomba.



• Seção variável da parede da bexiga permite um maior

rendimento volumétrico do acumulador;

• A bexiga se expande primeiramente ao redor do topo e em

seguida gradualmente para baixo e para os lados do cilindro,

expulsando completamente o fluido.


Fonte Auxiliar de Energia


• Valores abaixo da média são dados pela bomba e acima completados pelo acumulador;

• Ordem de grandeza da força no atuador (pressão) dentro da faixa de operação do acumulador.

• A vazão que sai do acumulador pode ser considerada constante para a faixa de pressão de trabalho do acumulador, mesmo que na realidade não seja.


Fonte Auxiliar de Energia



Compensação de Vazamentos


• Bomba promove movimento do cilindro (através de VD1) até atingir pressão P, em que o pressostato desliga a bomba.

• Acumulador pode compensar vazamentos (no cilindro ou na bomba), deixando pressão constante.

• VD2 serve para descarregar acumulador. (atenção no tratamento do fluído ao descarregar VD2)


Fonte de Energia de Emergência



Amortecedor de pulsação


Exemplo: torno de precisão


Amortecedor de

choque hidráulico


• Pistão atinge fim

de curso em

25ms.

• Acumulador é um

dissipador (como

amortecedor ou

capacitor)


Seleção de Acumuladores

Acumulador como fonte de potência auxiliar ou de emergência


𝑝2/𝑝3

• Lento o suficiente

• 𝑝1 - pré-carga de gás (menor ou igual a pressão mínima do sistema 𝑝3);

• 𝑝2 - pressão máxima do sistema;

• 𝑉1 - volume do acumulador;

• 𝑉2- Volume comprimido de gás a pressão máxima do sistema 𝑝2;

• 𝑉𝑥- Volume de fluido descarregado (volume útil do acumulador);

• Menos de 1 min


Acumulador como amortecedor de pulsação de bomba


• 𝑉1 - volume do acumulador;

• 𝑉𝑏- Volume deslocado por pistão da bomba;

• 𝑝2 - pressão de operação do sistema (valor

médio absoluto);

• 𝑝3 - pressão mínima do sistema (e também

valor da pré carga de gás);

• 𝑝4 - pressão máxima de operação do sistema

3 cilindros

4 cilindros


Acumulador utilizado como amortecedor de choque hidráulico


Enegia potencial armazenada no acumulador, a partir da integraçao do trabalho de expansão volumétrica do gás −

1

2𝑝𝑑𝑉

1;

Energia cinética do fluído

• 𝐿 – comprimento da canalização;

• 𝐴 - área da canalização;

• 𝑣 - velocidade inicial do fluido;

• 𝑝1 - pressão inicial, que é de pre-carga do gás

• 𝑝2 - pressão máxima admissível de choque

Para uma velocidade de 5m/s, teoricamente a diferença de pressão pode chegar a 50 bar


Acumulador utilizado como compensador de expansão térmica


A variação térmica do fluido incorre em variação volumétrica

podendo provocar aumento da pressão acima do limite de

segurança.

• 𝑝1 - pressão de pre-carga do gás

• 𝑝2 - pressão do sistema a temperatura 𝑇1• 𝑝3 - pressão do sistema a temperatura 𝑇2• 𝑉𝑓 - volume do fluído no trecho fechado

considerado

• 𝑇1 - temperatura inicial do fluido

• 𝑇2 - temperatura final do fluido

• 𝛼 - coeficiente de expansão volumétrica do fluido

• 𝛾 - coeficiente de dilatação do material do sistema

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