Bombas de Deslocamento Fixo vs Deslocamento Variável
Saiba escolher o tipo de deslocamento de uma bomba hidráulica
Por Gustavo Marinho, CFPHS | 04 de Outubro de 2021
Uma dúvida que percebo muito comumente entre o pessoal recém-chegado na indústria de FluidPower, ou que não tem uma familiarização com circuitos de potência de sistemas hidráulicos, é acerca das diferenças em termos práticos de bombeamento de fluxo fixo e de bombeamento de fluxo variável.
Uma bomba hidráulica tem uma missão, que é transformar a energia mecânica que chega em seu eixo em energia hidráulica capaz de transferir força para atuadores no circuito a jusante. Esta transferência de força é comum para bombas fixas e variáveis, mas seus respectivos métodos de entrega são diferentes.
Sumário
Introdução
Quase todas as aplicações hidráulicas usam bombas hidráulicas. Uma bomba realiza a tarefa de converter energia mecânica em energia hidráulica. Ele capta o fluido do reservatório e o transfere para outros componentes do sistema por meio de tubulações ou mangueiras.
Das bombas manuais mais simples às complexas bombas de pistão e engrenagem, você pode encontrar muitas classificações de bombas hidráulicas. A bomba manual requer força mecânica para iniciar a operação, enquanto as bombas complexas usam motores elétricos para ativá-las. Equipamentos florestais, máquinas de mineração, escavadeiras, caminhões basculantes, guindastes, motoniveladoras, carregadeiras, etc. estão dentre aplicações comuns para as bombas hidráulicas.
Imagem demonstrando circuito hidráulico em uma escavadeira.
Bombas de Deslocamento Fixo
Em uma bomba de deslocamento fixo, o deslocamento da mesma é definido pelo volume teórico que as engrenagens, palhetas ou pistões irão deslocar em uma revolução (rev). Se uma bomba tem 30 cm3, ela irá teoricamente bombear 30 ml de fluido em uma única rotação, ou cerca de 1,8 pol3. Com uma bomba de deslocamento fixo, esses 30 cm3 não mudam, independentemente de como a bomba é controlada ou do que ocorre a jusante.
Na realidade, o fluxo real varia com base na eficiência, velocidade e pressão, mas isso é uma história diferente. Se você precisar de menos fluxo do que a bomba foi projetada, o excesso de fluxo deve ser desviado ou liberado para retornar para o tanque.
Exemplo de bomba de deslocamento fixo modelo PV2R do fabricante Yuken.
Conforme mencionado anteriormente, uma bomba de deslocamento fixo tem uma taxa de fluxo definida – cada curso do motor move a mesma quantidade de fluido. Dentre as principais vantagens desse modelo de bombas devido a essa característica construtiva mencionada, podemos destacar as seguintes:
· Engenharia Simples
· Relativamente baratas
· Mais fácil de manutenir e operar
O tipo mais simples de bomba de deslocamento fixo é a bomba de engrenagens, na qual o fluido hidráulico é bombeado por engrenagens giratórias. Em alguns modelos, as engrenagens são sequenciais; na versão mais silenciosa e eficiente, as engrenagens se encaixam.
Outra variação comum é a bomba de parafuso, que usa o parafuso clássico de Arquimedes, que se parece muito com uma broca, para mover o fluido. Eles têm a vantagem de fornecer uma alta taxa de fluxo a pressões relativamente baixas.
Desenho 3D de uma bomba de deslocamento fixo do fabricante Muncie Power Inc.
Se você estiver utilizando uma bomba de deslocamento fixo, essa mesma bomba, estará carregada (trabalhando) ou descarregada (todo o fluxo voltando para o reservatório). Conforme explicado, por serem dispositivos de deslocamento fixo, a quantidade de fluxo é baseada apenas no RPM de entrada, caso contrário, o fluxo permanece constante.
Isso é conhecido como “Sistema de Centro Aberto ou Malha Aberta”. Depois de fazer o trabalho, o fluxo é aberto de volta para o tanque. Diferentemente, em um “Sistema de Centro Fechado ou Malha Fechada”, após a execução do trabalho, o fluxo retorna para a bomba. As bombas de circuito de centro fechado oferecem opções de controle adicionais, diferentes e mais complexas.
Exemplo de bomba de deslocamento fixo em um circuito tipo “Centro Aberto”.
NOTA: Em outro artigo abordarei com mais detalhes os chamados “Sistemas “Centro Aberto x Centro Fechado”.
Bombas de Deslocamento Variável
O deslocamento positivo e o deslocamento não positivo são as duas classificações principais das bombas hidráulicas. As bombas hidráulicas não positivas produzem fluxo contínuo e a bomba de deslocamento positivo produz um fluxo constante aproximado em velocidade fixa, independentemente das mudanças de pressão. A partir dessa seção, discutiremos uma bomba de deslocamento positivo específica chamada bomba de deslocamento variável.
Exemplo de bomba de deslocamento variável em um circuito tipo “Centro Fechado”.
A bomba de deslocamento variável converte energia mecânica (rotação de um motor ou rotor) em energia hidráulica. Mas, algumas bombas de pistão variáveis também realizarão operações opostas. Ou seja, a conversão de energia hidráulica em energia mecânica (a função do motor hidráulico).
A vazão e a pressão de saída da bomba de deslocamento variável podem ser alteradas durante sua operação. Essas bombas são comumente usadas para alimentar uma ampla variedade de ferramentas, equipamentos ou sistemas. Porém, essas bombas são mais complexas e caras em comparação com outras.
Exemplo de desenho esquemático de bomba pistão de deslocamento variável A145 FR04HS 60 do fabricante Yuken.
Uma bomba de deslocamento variável tem um método de aumentar ou reduzir o deslocamento hidraulicamente ou eletronicamente. O método de mudança de deslocamento depende da estrutura da bomba, diferindo entre as bombas de pistão e de palhetas e, entre essas duas, ainda iterações.
Bomba de Deslocamento Variável por de Pistões Axiais com circuito de compensação hidráulico para mudança de deslocamento.
Em uma bomba de deslocamento variável do tipo pistão axial, o deslocamento máximo é determinado pela quantidade e área de furo dos pistões multiplicada pelo comprimento do curso. Embora o comprimento do curso possa ser fixo, como na maioria dos motores de pistão de eixo radial e curvado, o curso também pode ser variado.
As bombas de pistões axiais de deslocamento variável usam uma placa oscilante (swash plate) para guiar os pistões à medida que eles alternam enquanto giram em torno do eixo do eixo. O ângulo em que a placa oscilante fica em relação aos pistões dita o quanto é longo ou curto o curso do pistão e, com bombas variáveis, a placa oscilante é suportada por rolamentos ou buchas.
Principais componentes de uma bomba de deslocamento variável.
Dentre as bombas de deslocamento variável, neste artigo destacamos as seguintes:
Bomba de Pistão de Deslocamento Variável
Alta eficiência, facilidade de operação em alta pressão e vários tipos de controle aplicáveis são as vantagens das bombas de pistão. Os pistões, o pistão ou bloco de cilindros, a placa da válvula, as sapatas do pistão, a placa oscilante e o eixo de acionamento são os componentes importantes de uma bomba de pistão. Bombas de pistão axial, bombas de pistão radial e bombas de pistão de eixo curvo são os tipos comuns de bombas de pistão.
As bombas que convertem o movimento rotativo de um eixo de entrada em movimento axial recíproco do pistão são chamadas de bombas de pistão axial. Em bombas de pistão de eixo curvo, o eixo do bloco de cilindro é dobrado para produzir a ação recíproca do pistão. Para bombas de pistão radial, os pistões são alinhados radialmente no bloco de cilindros.
Bomba de Palhetas de Deslocamento Variável
Uma bomba de palhetas contém várias palhetas que deslizam nas ranhuras de um rotor e podem ser convertidas em bomba de pressão compensada substituindo o volante. Bombas com compensação de pressão significam que a operação da bomba cessa quando a bomba atinge uma determinada pressão. Para cada revolução, as bombas de palhetas de deslocamento variável fornecem o mesmo volume de fluido. Operada diretamente e operada por piloto são os dois tipos de bombas de palhetas de deslocamento variável.
