Trabalho 6

HIDRÁULICA E PNEUMÁTICA LISTA DE EXERCÍCIOS 6 G2 ALUNO DATA ENTREGA 130624 PESO 25 PONTOS 1 Um cilindro hidráulico diferencial com diâmetro do êmbolo 63 mm e diâmetro da haste 40 mm trabalha em um sistema regenerativo e é acionado por uma bomba com vazão de 45lpm à pressão máxima de 140 bar Pedese Desenhe o esquema hidráulico Calcule a força máxima que poderá ser realizada no avanço do cilindro Calcule a força máxima que seria realizada no avanço se o cilindro não fosse acionado através de um sistema regenerativo Calcule a força máxima disponível no retorno Calcule a vazão resultante que atuará no embolo do pistão Calcule a velocidade de avanço do pistão com sistema regenerativo Calcule a velocidade de avanço que o cilindro atingiria sem o sistema regenerativo Para um curso no cilindro de 800 mm calcule e compare os tempos para avançar o cilindro nos dois sistemas Despreze os tempos de aceleração e desaceleração 2 Um cilindro hidráulico deve realizar uma força de 70500 N no seu avanço O cilindro é de ação dupla e haste simples com áreas A1785 cm² e A2282 cm² e área de haste 50 3 cm² Pedese Desenhe o esquema hidráulico Calcule a vazão geométrica e a vazão efetiva necessárias à bomba do sistema se a velocidade de avanço desejada é de 40 mms e considerando os seguintes rendimentos para a bomba ɳv092 e ɳm095 Calcule a potência necessária para acionar a bomba hidráulica 3 Um cilindro hidráulico diferencial com diâmetro do êmbolo de 90 mm e diâmetro da haste de 40 mm deverá avançar a uma velocidade de 65 mms A pressão de operação do sistema será 100 bar Calcule A força máxima que poderá ser realizada no avanço A vazão que a bomba do sistema deverá disponibilizar A potência teórica que deverá ser fornecida à bomba hidráulica Selecione uma bomba de engrenagem da tabela fornecendo o modelo da bomba código a potência real de acionamento e a velocidade de rotação do motor da bomba Calcule o rendimento total da bomba selecionada 4 Em um sistema hidráulico desejase comandar o avançorecuo de um cilindro de dupla ação através de uma válvula direcional com acionamento através de uma alavanca e retorno ou centragem através de molas Faça os esquemas hidráulicos completos e explique as diferenças no funcionamento do sistema se for utilizado Uma válvula direcional de 4 vias e duas posições Uma válvula direcional de 4 vias três posições e centro fechado Uma válvula direcional de 4 vias três posições e centro tamdem Questão 1 Para calcular a força máxima que pode ser realizada no avanço primeiramente precisamos da área efetiva do cilindro Esta será igual a área do êmbolo Ae menos a área da haste Ah Ae π D 2 4 π 0063 2 4 311710 3m 2 Ahπ 004 2 4 125710 3m 2 ApAeAh186010 3m 2 Para o sistema regenerativo a área considerada é toda a área do êmbolo dessa força a força de avanço pode ser calculada assim P14014010 5 Pa FavançoAe P Favanço311710 314010 543538N A força de retorno é FretornoA pP18610 314010 52604 0N A vazão resultante pode ser obtida primeiramente corrigindo a vazão para m3s para facilitar o cálculo da velocidade nas etapas seguintes Qr45l min 1m 3 1000l 1min 60s 7510 4m 3s A velocidade de avanço para o sistema regenerativo será V rQ bomba Ae 7 510 4m 3s 311710 3m 2 1000mm 1m 24062mm s A velocidade de avanço sem o sistema regenerativo será V srQ bomba A p 7 510 4m 3s 18610 3m 2 1000mm 1m 40323 mms O tempo de avanço para o curso mencionado será T avanço L V avanço Para o sistema regenerativo T r 800mm 24062mms 333s Para o sistema sem regeneração T sr 800mm 40323mms198 s Questão 2 A área do pistão será Ap785c m 278510 4m 2 Convertendo a velocidade V 40mm s 004ms Dessa forma podese obter a vazão geométrica Q gApV 78510 4004314 10 3m 3s A vazão efetiva leva em consideração os rendimentos mencionados logo Qe Q g ηv ηm 31410 3 092095 35910 3m 3s A potência necessária para acionar a bomba hidráulica é P F V ηvηm 70500004 092095 322654 W Questão 3 A área do êmbolo é Ae π 009 2 4 636210 3m 2 A força máxima no avanço será FAe P636210 310010 563620 N A vazão que a bomba deverá fornecer é Q636210 3006541353 10 4m 3 s 24 81lmin A potência será P F V ηvηm 636200065 092095 473102W A bomba selecionada tem tamanho nominal 016 Vg162cm3rot potência de acionamento igual a 590kW e vazão efetiva de 2780lmin Rendimento será η4731kW 5 90 kW 10080 Questão 4 A válvula de duas posições com retorno por mola mantém o pistão em dois estados se não estiver pressionada o cilindro estará retraído Enquanto mantiver pressionada o cilindro expande As válvulas de três posições manterão parado o cilindro caso nenhuma alavanca esteja pressionada Caso a alavanca esquerda seja mantida pressionada o cilindro irá expandir caso seja a alavanca direita o cilindro irá retrair Quanto as diferenças da válvula de centro fechado e centro tandem podese afirmar que o funcionamento é igual porém a válvula de centro tandem reduz o desgaste da bomba pois permite que o fluido retorne ao tanque enquanto a de centro fechado pode sobrecarregar a bomba se mantida na posição central por longos períodos Questão 1 Para calcular a força máxima que pode ser realizada no avanço primeiramente precisamos da área efetiva do cilindro Esta será igual a área do êmbolo 𝐴𝑒 menos a área da haste 𝐴ℎ 𝐴𝑒 𝜋𝐷2 4 𝜋 00632 4 3117 103𝑚2 𝐴ℎ 𝜋 0042 4 1257 103𝑚2 𝐴𝑝 𝐴𝑒 𝐴ℎ 1860 103𝑚2 Para o sistema regenerativo a área considerada é toda a área do êmbolo dessa força a força de avanço pode ser calculada assim 𝑃 140 𝑏𝑎𝑟 140 105𝑃𝑎 𝐹𝑎𝑣𝑎𝑛ç𝑜 𝐴𝑒 𝑃 𝐹𝑎𝑣𝑎𝑛ç𝑜 3117 103 140 105 43538𝑁 A força de retorno é 𝐹𝑟𝑒𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 𝐴𝑝 𝑃 186 103 140 105 26040𝑁 A vazão resultante pode ser obtida primeiramente corrigindo a vazão para m3s para facilitar o cálculo da velocidade nas etapas seguintes 𝑄𝑟 45𝑙 𝑚𝑖𝑛 1𝑚3 1000𝑙 1𝑚𝑖𝑛 60𝑠 75 104𝑚3𝑠 A velocidade de avanço para o sistema regenerativo será 𝑉𝑟 𝑄𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 𝐴𝑒 75 104𝑚3𝑠 3117 103𝑚2 1000𝑚𝑚 1𝑚 24062𝑚𝑚𝑠 A velocidade de avanço sem o sistema regenerativo será 𝑉𝑠𝑟 𝑄𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 𝐴𝑝 75 104𝑚3𝑠 186 103𝑚2 1000𝑚𝑚 1𝑚 40323𝑚𝑚𝑠 O tempo de avanço para o curso mencionado será 𝑇𝑎𝑣𝑎𝑛ç𝑜 𝐿 𝑉𝑎𝑣𝑎𝑛ç𝑜 Para o sistema regenerativo 𝑇𝑟 800𝑚𝑚 24062𝑚𝑚𝑠 333𝑠 Para o sistema sem regeneração 𝑇𝑠𝑟 800𝑚𝑚 40323𝑚𝑚𝑠 198𝑠 Questão 2 A área do pistão será 𝐴𝑝 785𝑐𝑚2 785 104𝑚2 Convertendo a velocidade 𝑉 40𝑚𝑚 𝑠 004𝑚𝑠 Dessa forma podese obter a vazão geométrica 𝑄𝑔 𝐴𝑝 𝑉 785 104 004 314 103𝑚3𝑠 A vazão efetiva leva em consideração os rendimentos mencionados logo 𝑄𝑒 𝑄𝑔 𝜂𝑣 𝜂𝑚 314 103 092 095 359 103𝑚3𝑠 A potência necessária para acionar a bomba hidráulica é 𝑃 𝐹 𝑉 𝜂𝑣 𝜂𝑚 70500 004 092 095 322654𝑊 Questão 3 A área do êmbolo é 𝐴𝑒 𝜋 0092 4 6362 103𝑚2 A força máxima no avanço será 𝐹 𝐴𝑒 𝑃 6362 103 100 105 63620𝑁 A vazão que a bomba deverá fornecer é 𝑄 6362 103 0065 41353 104𝑚3 𝑠 2481𝑙𝑚𝑖𝑛 A potência será 𝑃 𝐹 𝑉 𝜂𝑣 𝜂𝑚 63620 0065 092 095 473102𝑊 A bomba selecionada tem tamanho nominal 016 Vg162cm3rot potên cia de acionamento igual a 590kW e vazão efetiva de 2780lmin Rendimento será 𝜂 4731𝑘𝑊 590𝑘𝑊 100 80 Questão 4 A válvula de duas posições com retorno por mola mantém o pistão em dois estados se não estiver pressionada o cilindro estará retraído Enquanto mantiver pressionada o cilindro expande As válvulas de três posições manterão parado o cilindro caso nenhuma alavanca esteja pressionada Caso a alavanca esquerda seja mantida pressio nada o cilindro irá expandir caso seja a alavanca direita o cilindro irá retrair Quanto as diferenças da válvula de centro fechado e centro tandem pode se afirmar que o funcionamento é igual porém a válvula de centro tandem reduz o desgaste da bomba pois permite que o fluido retorne ao tanque enquanto a de centro fechado pode sobrecarregar a bomba se mantida na posição central por longos períodos