Impedir a expansão da mangueira hidráulica:guia especializado

Por Josh Cosford, editor colaborador

Aposto que você nem sabia que a expansão da mangueira existia, não é? Claro, sabemos que a mangueira hidráulica é feita principalmente de borracha sintética, que é flexível e macia. Na verdade, o objetivo do uso da borracha é adicionar flexibilidade às opções de roteamento do encanamento, literal e figurativamente. O tubo interno de borracha e a camada de cobertura são o pão não tão delicioso para a carne de reforço do nosso sanduíche de mangueira. A combinação é forte e flexível, mas não imune à expansão.

A expansão da mangueira ocorre quando o diâmetro interno do tubo aumenta sob pressão, apesar do suporte de aço, fibra sintética ou camada(s) de reforço têxtil. Embora o reforço se estique um pouco, a expansão da mangueira é linear e radial:à medida que a mangueira fica um pouco mais longa enquanto o tubo é comprimido sob pressão, o diâmetro interno aumenta efetivamente à medida que fica preso entre o óleo e o reforço.
O tipo de camada de reforço interna tem maior impacto na contenção da expansão da mangueira.
A expansão da mangueira é uma má notícia por alguns motivos, especialmente em aplicações precisas de controle de movimento que operam em alta pressão. Em sistemas com atuadores de alta velocidade e alta precisão, longos trechos de mangueira adicionam elasticidade ao óleo hidráulico, reduzindo seu módulo de volume efetivo (a resistência do óleo à compressão). Em aplicações de alta precisão, às vezes um pouco dessa redução de rigidez induzida pela mangueira é boa, pois ajuda a reduzir picos de pressão e fornece amortecimento durante operação de alta frequência.

No entanto, é fácil obter algo bom demais aqui, porque a expansão da mangueira leva a um desempenho lento, controle deficiente e até mesmo aumento de calor, pois a borracha gera seu próprio atrito interno induzido por deformação. As aplicações controladas por servoválvulas não funcionam como a hidráulica padrão – sempre há pressão aplicada em ambos os lados de um pistão, e o movimento funciona controlando o diferencial, e não apenas a pressão absoluta que esgota uma porta do tanque. Isto mantém o atuador num estado de tensão que é fácil de acelerar e controlar com precisão.

A pressão pode circular dezenas de vezes por segundo entre a porta da tampa e a porta de trabalho, expandindo cada vez o tubo da mangueira e reduzindo o desempenho. Cada vez que a borracha é comprimida, ela também armazena energia, liberando-a conforme o estado de pressão muda. Mas existem maneiras de mitigá-lo e até mesmo um método extremo para eliminá-lo.

Alguns tipos de construção de mangueiras são mais propensos à expansão, portanto você pode começar selecionando uma mangueira mais resistente durante a fase de projeto da máquina. A mangueira trançada é altamente flexível, e as versões modernas da mangueira trançada 100R17 serão superiores à construção 100R2 mais antiga, especialmente dada a natureza isobárica do R17 (todos os tamanhos são normalmente classificados para 4.000 psi). Para maior resistência à expansão, escolha uma mangueira enrolada em espiral 100R12 ou 100R13 com quatro ou seis camadas de reforço. Os enrolamentos em espiral podem conter melhor a força radial do que os reforços trançados, eliminando um pouco da flexibilidade externa.

E, claro, uma mangueira mais curta terá menos área total para expandir. Sempre que instalar atuadores, tente instalar as válvulas o mais próximo possível dos atuadores. Isto proporciona um sistema mais responsivo não só pela área superficial reduzida da borracha, mas também porque elimina a massa extra de óleo entre a válvula e o cilindro que deve ser acelerada.

Finalmente, para eliminar totalmente a expansão da mangueira, basta livrar-se da mangueira. Você pode conectar seu atuador usando um tubo de aço de alta resistência, que é muito mais rígido que uma mangueira hidráulica. Ou monte o servo ou a válvula proporcional diretamente no cilindro, o que requer apenas uma pequena passagem de encanamento em ambas as portas de trabalho. Ajuda quando as portas de trabalho da válvula são equidistantes das portas de trabalho do cilindro, mantendo igual volume de fluido em ambas as direções.

A expansão da mangueira é um tópico interessante, e você poderia se aprofundar muito mais no assunto do que consegui elucidar aqui. Os efeitos de conformidade podem ser modelados para incluir vários parâmetros, incluindo o já mencionado módulo de volume de óleo, massa de carga e dinâmica de válvula, e não se preocupe em investigar isso se você não for bom em cálculo diferencial. O resultado final é que você deve levar em consideração a expansão da mangueira em seus projetos de alto desempenho e, se necessário, interrompê-la.

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