UNIFEI - Campus 2: Itabira PPG - Programas de Pós-Graduação Dissertações
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Tipo: Dissertação
Título: Análise de viabilidade técnica de uma bomba hidráulica compacta de deslocamento positivo, de pistão axial de dupla ação, acionada por tomada de força de um trator
Título(s) alternativo(s): Technical feasibility analysis of a hydraulic positive displacement compact pump, double acting axial piston, activated by tractor power outlet
Autor(es): Leite, Leonardo Geraldo
Primeiro Orientador: Brito, Tarcísio Gonçalves de
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Carrillo, Rubén A. Miranda
metadata.dc.contributor.referee1: Rodriguez, Carlos Eymel Campos
metadata.dc.contributor.referee2: Silva, Eduardo Miguel da
metadata.dc.contributor.referee3: Carillo, Rubén Alexis Miranda
metadata.dc.contributor.referee4: Brito, Tarcísio Gonçalves de
Resumo: As bombas hidráulicas atribuem energia ao fluído para transportá-lo por escoamento de um ponto a outro, transformando trabalho mecânico recebido em energia para o funcionamento, podendo também receber energia do fluido. Dentre os tipos de bombas existentes, as bombas de deslocamento positivo por pistão têm como princípio de trabalho baixas vazões e altas pressões de operação, com o fluído deslocado da sucção até a descarga em volumes definidos e contínuos. A utilização dessas bombas apresenta a possibilidade de trabalho com fluidos viscosos e com particulados em suspensão, seja em serviços de pressurização e/ou atomização. O emprego desse tipo de bomba em locais remotos apresenta restrições devido ao tamanho do equipamento e seus periféricos, o tipo de acionamento e mesmo sua complexidade mecânica quanto à manutenção. O desenvolvimento de um protótipo que possa ser utilizado em situações de escassez de recursos e acionado pelo próprio trator incita a possibilidade de economia de tempo para determinadas tarefas agrícolas e a praticidade do uso de um equipamento de simples manutenção e manuseio. Este trabalho tem como objetivo o estudo de viabilidade técnica de uma bomba hidráulica de deslocamento positivo, de pistão axial de dupla ação, acionada pela tomada de força de tratores de variados tipos. O protótipo em análise tem como diferencial a dimensão reduzida e alta pressão de trabalho, ideal para pulverização em colheitas e/ou transporte de fluidos entre curtas distâncias, sem a utilização de energia elétrica. A carcaça da bomba foi submetida a uma simulação computacional pelo Método de Elementos Finitos (MEF), a qual exibiu pontos concentradores de tensão ao longo do corpo de trabalho e demais aspectos relacionados a fatores de segurança, torção na carcaça e outros. O protótipo foi testado a rotações constantes de 150 e 300 rpm, apresentando nessa última uma pressão de trabalho de aproximadamente 87 bar momentos antes do rompimento. As rachaduras encontradas na carcaça durante a análise de falha corroboraram com a simulação computacional pelo método de elementos finitos, provando ser uma análise aproximada. As equações de operação do protótipo apresentaram valores para a vazão média Q = 0,00029134 m³/s, energia específica fornecida ao líquido Y = 22155,878 J/kg e perda de carga nas válvulas 𝑯𝒂= 0,9822 mca. A comparação entre os resultados teóricos (simulação estrutural e equações) e real, não pode ser realizada devido ao rompimento da carcaça durante o teste inicial para determinação da vazão de operação da bomba. Apesar de não se dispor de uma comparação clara entre valores de projeto e protótipo, o equipamento apresentou funcionamento adequado e pressão de trabalho inicial correspondente ao seu propósito. Com base nas informações analisadas ao longo desse trabalho a partir dos desenhos, cálculos e simulações, o protótipo desenvolvido é tecnicamente viável para aplicações agrícolas uma vez que apresenta dimensões reduzidas, pressão e vazão adequadas e mecânica simples.
Abstract: Hydraulic pumps assign energy to the fluid to transport it by flow from one point to another, converting mechanical work into energy for operation. Among the existing types of pumps, positive displacement piston pumps operate with low flow and high pressures, with the fluid displaced from suction to discharge in defined and continuous volumes. The use of these pumps presents the possibility of working with viscous fluids and with suspended particles, either in pressurization or atomization services according to the working fluid. The use of this type of pump in remote locations presents restrictions due to the size of the equipment and its peripherals, the type of drive and even its mechanical complexity regarding maintenance. The development of a prototype that can be used in situations of scarcity of resources and activated by the tractor itself encourages the possibility of saving time for certain agricultural tasks, as well as the practicality of using simple maintenance and handling equipment. This study aims to explore the technical feasibility of a positive displacement hydraulic pump, with a double-acting axial piston, driven by the power take-off of tractors of various types. The prototype under analysis has the advantage of a reduced size and high working pressure, ideal for spraying crops and transporting fluids between short distances, without using electricity. The pump casing was subjected to a computer simulation using the Finite Element Method (FEM), which showed stress concentrating points along the working body and other aspects related to safety factors, torsion in the casing and others. The prototype was tested at constant speed of 150 rpm, and also at constant speed of 300 rpm, presenting approximately 87 bar of working pressure before breaking off. The cracks found on the carcass during the failure analysis contributed with the computer simulation by the FEM, proving to be a reliable analysis. The prototype operating equations showed values for the average flow rate Q = 0.00029134 m³ / s, specific energy supplied to the liquid Y = 22155.878 J / kg and pressure drop in the valves 𝑯𝒂 = 0.9822 mca. Based on the information analyzed throughout this study from drawings, calculations and simulations, the developed prototype is technically feasible for agricultural applications since it presents reduced dimensions, adequate pressure and flow, and also simple mechanical requirements.
Palavras-chave: Bomba hidráulica
Hydraulic Pump
Bomba de deslocamento positivo
Positive Displacement Pump
Baixa vazão
Low Flow Rate
Alta pressão
High Pressure
Análise de Viabilidade Técnica
Technical feasibility analysis
CNPq: Engenharia de produção
Qualidade e produtos
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: PPG - Programas de Pós Graduação - Itabira
metadata.dc.publisher.program: PPG - Programas de Pós Graduação - Itabira
Citação: LEITE, Leonardo Geraldo. Análise de viabilidade técnica de uma bomba hidráulica compacta de deslocamento positivo, de pistão axial de dupla ação, acionada por tomada de força de um trator. 2020. 97 f. Dissertação (Mestrado Profissional em Engenharia de Produção), Instituto de Engenharias Integradas, Universidade Federal de Itajubá, Campus de Itabira, Minas Gerais, 2020.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2384
Data do documento: 15-Dez-2020
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