20/2/2008
EngenhariaMecatrônica
HIDRÁULICA & PNEUMÁTICA
Prof. André Cavalheiro
Turma: Data:
F
FAENG
S
A
OBJETIVO 01 - Características da Hidráulica e Pneumática 02 - Redes de Ar Comprimido 03 - Atuadores Hidráulicos e Pneumáticos 04 - Válvulas Hidráulicas e Pneumáticas 05 - Simbologia 06 - Lógica de Comando 07 - Circuitos Intuitivos Intuitivos Pneumáticos Pneumáticos e Hidráulicos Hidráulicos 08 - Método de maximização de contatos 09 - Método de minimização de contatos 10 Processamento Processamento elétrico elétrico de Circuitos Circuitos –
AVALIAÇÃO •
•
Provas 8 0% Trabalho Trabalho e Laboratório Laboratório 20%
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Bibliografia Bibliografia Básica: Filho, A. B., Automação Pneumática Dimensionamento e análise de circuitos, 2a Edição, Editora Érica,2003.
–
Complementar: Stewart, H. L., Pneumática e Hidráulica, 3a Edição, Hemus Parr, A., Hydraulics and Pneumatics, Butterworth Heinemann, 1998 Manuais de fabricantes.
INTRODUÇÃO Vantagens da Pneumática: -Energia facilmente armazenável e transportável -Fonte de Energia renovável -Não polui -Alta velocidade dos atuadores -Fácil integração com sistemas de automação -Boa relação de potência/peso -Componentes padronizados -Alta robustez, durabilidade, segurança e facilidade de operação -Utilizável em ambientes explosivos
INTRODUÇÃO Desvantagens da Pneumática: -Movimento não uniforme com variação de carga -Limitação da força máxima de trabalho -Oscilações de movimento -Custo elevado na obtenção do ar comprimido se comparado com energia elétrica -Ruído -Liberação de óleo nebulizado no ambiente se não for utilizado uma linha de retorno de ar
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INTRODUÇÃO Características dos equipamentos pneumáticos: -Velocidades de atuação de 30 a 1500mm/s -Pressãode trabalho de 6 a 12 bar (normal 8 bar) -Diâmetro máximo de um cilindro 250mm -Força máxima de trabalho 30.000 Newtons -Potência de trabalho de 10 a 25.000 W -Eficiência dos Circuitos de 1 a 2 0% (Atuadores Elétricos até 60%) -Precisão de acionamento de 0,05 a 0,1mm
INTRODUÇÃO Quadro de comparação entre as tecnologias Tempo Aproximado de Atuação Número de Comutações (Vida Útil) Temperatura de Operação
Elementos Pneumáticos
Re les
Elementos Eletrônicos
Controlador Programável
15ms
15ms
30ns
2ms
109
107
ilimitado
ilimitado
-20 o C a +60 oC
-2 0o C a +60 o C
0 oC a +70 oC
0 oC a +55 oC
Perturbação em campos elétricos
nã o
nã o
us o l imi ta do
us o l imi ta do
Perturbação devido a impurezas
pouco
sim
não
não
sim
não
limitado
limitado pequena
Uso em ambiente explosivo Ocupação de espaço
média
grande
média
pequena
pequena
média
boa
Reprodução (possibilidade de copiar)
d if íc il
mui to d ifí ci l
d ifí ci l
s imp le s
Possibilidade de mudanças
difícil
difícil
difícil
simples
Possibilidade de reutilização
INTRODUÇÃO Aplicabilidade: - Transporte e manipulação de peças - Montagem - Fabricação - Caracterização de peças - Testes de fadiga - Embalagem de produtos - Acionamento de manipuladores - Transporte de fluidos granulados - CNC
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INTRODUÇÃO Vídeo 1
COMPRESSIVIDADE DO AR Fundamentos Físicos Unidade e seus símbolos
Grandeza (o que se quer me dir)
SI
Comprimento (C)
metro (m)
metro (m)
centímetro (cm)
Massa (m)
quilograma (m)
unidade técnica de massa (utm)
grama (g)
Força (F)
newton (N)
quilograma - força ou kilopond (kgf ou kp)
dina (dyn)
Tempo (t)
segundo (s)
segundo (s)
segundo(s)
Temperatura (T)
MK*S
CGS
Kelvin (k) grau Celsius ( 0 C) grau Celsius ( 0 C) grau Celsius ( 0 C) grau fahrenheit ( 0 F)
Área (A)
metro quadrado (m2)
metro quadrado (m2)
centímetro quadrado (cm 2 )
Volume (V)
metro cúbico (m3)
metro cúbico (m3)
centímetro cúbico(cm3)
Vazão (Q)
metro cúbico por segundo (m3/s)
metro cúbico por segundo (m3/s)
centímetro cúbico por segundo (cm3/s)
Pressão (p)
pascal (Pa)
atmosfera (atm)
bar (bar)
COMPRESSIVIDADE DO AR Fundamentos Físicos Força
Pressão
Para:
1N 105dym 1kp 9,81N 1kp 1kgf 1kp 981 000dyn Para cálculos aproximados considera-se:1kp 10N As unidades de pressão mais u tilizadas são: atm, bar, kgf / cm2 e PSI ( lb/pol2). Para cálculos aproximados: 1atm = 1bar = 1kgf /cm2 = 14,7PSI
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COMPRESSIVIDADE DO AR Fundamentos Físicos Pressão
ba 2 (dyn/cm )
Pa 2 (Nm )
atm
bar
atm 2 (kp/cm )
1 ba 2 (dyn/cm )
1
0,1
(0,987x10-6)
10-6
0,102x10-5
7,5x10-4
10,2x10-6
1Pa 2 (N/m )
10
1
9,87x10-5
10-5
0,102x10-4
7,5x10-3
10,2x10-6
6
1 atm
-5
1,013x10 1,013x10
Torr metro da coluna (mm de Hg) de água
1
1,013
1,033
760
10,33
0,987
1
1,02
750
10,2
9,81x10
0,968
0,981
1
736
10
1 Torr 3 1,33x10 mm de Hg)
133
1,31x10
1,36x10
1
13,6x10
m da coluna 4 9,81x10 de água
9,81x10
0,1
73,6
1 bar
106
105
1 atm 2 (kp/cm )
9,81x10
5
4
3
-3
1,36x10
-2
9,81x10
9,68x10
-3
-2
-3
-3
1
COMPRESSIVIDADE DO AR Fundamentos Físicos Temperatura
tC tF - 32 tK - 273 = = 5 9 5
COMPRESSIVIDADE DO AR Fundamentos Físicos Lei de Boyle Mariotte O volume de um gás armazenado, a uma temperatura constante (T1=T2), é inversamente proporcional à pressão absoluta, isto é, o produto da pressão absoluta pelo volume é constante para um certo volume de gás (transformação isotérmica). p1 . v1 = p2 . v2 = p3 . v3 = constante
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COMPRESSIVIDADE DO AR Fundamentos Físicos Exemplo: Um volume V1 = 1m3 , sob pressão atmosférica F 1, tem pressão p 1 = 1bar e é reduzido pela F 2 para volume V2 = 0,5m3, mantendo-se a temperatura constante. A pressão p 2 resultante será: p1 . v1 = p2 . v2 1bar . 1m3 = p2 . 0,5m3 p2 =
1bar . 1m 3 = 0,5m3
2bar
O volume V1 será ainda comprimido pela força F 3 para o volume V 3 = 0,05m3, resultando uma pressão de p3 =
p 1 . v1 1bar . 1m3 = 0,05m 3 = 20bar v3
Os termos de comparação para o exemplo acima foram considerados a partir de: p1 = 1bar e v1 = 1m3
COMPRESSIVIDADE DO AR Fundamentos Físicos Lei de Gay-Lussac Para uma certa quantidade de gás, submetida a pressão constante (P1=P2), o volume de ar se altera quando há oscilações de temperatura (transformação isobárica). V1 : V2 = T1 : T2 Consideramos que qualquer gás, mantido sob pressão constante, aumenta de 1/273 de seu volume sempre que a temperatura aumentar de 1K, temos: F 1
Vt2 = Vt1 + Vt1 . (T2 - T1) /273
F1
Vt1 = volume a temperatura T1 Vt2 = volume a temperatura T2 V t1
V t2
COMPRESSIVIDADE DO AR Fundamentos Físicos Exemplo 0,8m3 de ar com temperatura T 1 = 295K (22 oC) serão aquecidos para T 2 = 350K (77 oC). Qual será o volume final? Vt2 = Vt1 + Vt1 . (T2 - T1) / 273 Vt2 = 0,8m3+ 0,8m3 . (350 -295) /273 = 0,8m3 + 0,16m3 Vt2 = 0,96m3 O ar se expandiu em 0,16m3, passando de um volume de 0,8m3 para um volume de 0,96m3 .
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COMPRESSIVIDADE DO AR Fundamentos Físicos Lei de Charles Mantendo o volume constante (V1=V2) e variando a temperatura de uma massa gasosa confinada a um recipiente, a pressão também apresentará variação diretamente proporcional à temperatura absoluta (transformação isométrica) P1 : T1 = P2 : T2
COMPRESSIVIDADE DO AR Fundamentos Físicos Exemplo Um certo volume de ar, a uma temperatura T = 293k (20 0C) e pressão p 1 = 1bar, foi aquecido para T = 586k (313 0C). Qual será a pressão final p2 ? P1 / T1 = P2 / T2
p1
. T2 = T1 . p2
p2 = p1 . T2 / T1 p2 = 1bar . 586K / 293K p2 = 2 bar
COMPRESSIVIDADE DO AR Fundamentos Físicos Lei Geral dos Gases Mantendo a massa do gás constante (m1=m2) torna-se constante a relação entre a variação de temperatura, volume e pressão do gás (transformação isomassico) (P1 . V1) / T1 = (P2 . V2) / T2
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COMPRESSIVIDADE DO AR Fundamentos Físicos Vídeo 2
COMPRESSIVIDADE DO AR Fundamentos Físicos Exercícios
1) Um reservatório contém 12m 3 de ar comprimido a uma pressão de 3bar. Reduzindo o volume para 8m 3, determinar a pressão final. V1 = 12m3, P1 = 3bar, V 2 = 8m3, P2 = ? 2) Um tanque contém 10m 3 de ar comprimido a uma temperatura de 300k. Aumentando a temperatura para 420K, determinar o volume final. V1 = 10m3, T1 = 300k, T 2 = 420k, V 2 = ? 3) Um reservatório contendo ar comprimido a uma pressão de 7bar está a uma temperatura de 21ºC. Aumentando a pressão para 9bar, determinar a temperatura final em graus Celsius. P1 = 7bar, T1 = 21ºC, P 2 = 9bar, T 2 = ? 4) Um tanque possui 16m 3 de ar comprimido a uma pressão de 4bar e a uma temperatura de 320k. Reduzindo o volume para 15m 3, a temperatura subiu para 450k. Determinar a pressão final. V1 = 16m3, P1 = 4bar, T1 = 320k, V 2 = 15m 3, T2 = 450k, P 2 = ?
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