Hidráulica e Pneumática - Cálculo de Vazão, Sequenciamento e Projetos de Engenharia Mecânica

Hidráulica e pneumática Cálculo de vazão média e instantânea Sequenciamento e diagrama trajeto passo Projetos Engenharia Mecânica 9 º Profº Antônio Capistrano Alckmin Vazão Calculamos a vazão necessária de um atuador pneumático para selecionarmos o tamanho da válvula a ser utilizada Além de definir a válvula pelo critério da vazão definimos também a tubulação pneumática para interligação do sistema normalmente de tubos plásticos em geral poliuretano ou quando se exige mais vazão e consequentemente necessitamos aumentar o diâmetro mangueiras de borracha Além do exposto acima o consumo de uma máquina ou dispositivo será dada pela soma das vazões necessárias de cada atuador pneumático Cálculo do consumo de ar comprimido Calcularmos o consumo de ar comprimido de um atuador pneumático de duas formas Consumo instantâneo e consumo médio O Consumo instantâneo deverá ser calculado quando temos uma aplicação de um avanço rápido do atuador de uma só vez Não há ciclagem do atuador Exemplo fechamento de uma comporta de escoamento de produtos Consumo médio deverá ser calculado quando temos uma aplicação de ciclagem de um atuador pneumático ou seja números de ciclos por uma unidade de tempo geralmente minutos um ciclo do atuador significa um avanço do atuador um retorno do atuador Exemplo Cilindro pneumático que alimenta peças para uma prensa hidráulica Ver vídeo de automação VA 9mec 01 Exemplo de cálculo consumo instantâneo Quando necessitamos calcular o consumo de ar instantâneo normalmente será para um movimento rápido de avanço ou de retorno Q Volume avanço tempo de avanço desejado Q Volume de retorno tempo de retorno desejado Para o calculo do volume temos Volume de Avanço Área de avanço Curso Volume de retorno Ärea de retorno Curso Portanto ajustando a equação teremos Qav π D² 4 t av Qret π4 D² d² t ret Exemplo Foi instalada em uma comporta de um pequeno silo um atuador pneumático para abertura e fechamento Para abrir o silo acionamos o atuador pneumático e no recuo do atuador abrese a comporta e o produto escoa para alimentação do produto na embalagem Quando a embalagem atingir o peso desejado a comporta deve fechar imediatamente O tempo de fechamento deve ser de no máximo 001s conforme a figura a seguir Utilizar atuador de 50mm de diâmetro e curso de 200mm UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES UMC UNIVERSIDADE Resolução Como o fechamento do silo é no avanço temos Q Aavcurso t av Q π D² 4 curso t av Q π 5 cm² 4 20cm 001s Q 1963 cm² 20 cm 001 s Q 39270 cm³ 001s Q 39270 cm³ s x 60 Q 2356200 cm³ min 1000 Q 235620 lmin de ar comprimido PVL B 3 PVL MATERIAL POLIAMIDA ALUMINIO POLIAMIDA ROSCA 18 BSP 18 NPTBSP 14 BSP PRESSÃO 30a 10 bar 14 21 a 10 bar 30a 10 bar VÁCUO POSIÇÕES 2 2 e 3 2 VIAS 5 5 5 ATUA MANUAL SIM SIM SIM MANIFOLD SIM SIM SIM LED E SUPRES SIM SIM SIM TEMPERATURA 15 a 60ºC 10 a 50C 15 a 60 ºC BOBINA C C 12 W 12 W 12 W BOBINA C A 16 VA 16 VA 16 VA GRAU PROTEÇÃO IP 65 IP 65 IP 65 VAZÃO a 6 bar 900 l min 1850 l min VAZÃO a 7 bar 1189 951 l min LUBRIFICAÇÃO NÃO NÃO NÃO TEMPO RESPOSTA 22 ms 16 ms 39 ms NÚMERO DE CICLOS 40 000 000 40 000 000 40 000 000 KIT DE REPARO NÃO SIM NÃO Tabela de vazão válvulas pneumáticas MATERIAL ROSCA PRESSÃO VÁCUO POSIÇÕES VIAS ATUA MANUAL MANIFOLD LED E SUPRES TEMPERATURA BOBINA C C BOBINA C A GRAU PROTEÇÃO VAZÃO a 6 bar VAZÃO a 7 bar LUBRIFICAÇÃO TEMPO RESPOSTA NÚMERO DE CICLOS KIT DE REPARO ISOMAX 1 B5 ISOMAX 2 ISOMAX 3 POLIAMIDA ALUMINIO POLIAMIDA POLIAMIDA 14 BSP 38 NPTBSP 38 BSP 12 BSP 2 a 12 bar 14 21 a 10 bar 2 a 12 bar 2 a 12 bar 09 a 0 bar 09 a 0 bar 09 a 0 bar 2 e 3 2 e 3 2 e 3 2 e 3 5 5 5 5 SIM SIM SIM SIM SIM SIM SIM SIM SIM SIM SIM SIM 10 a 60C 10 a 50C 10 a 60C 10 a 60C 25 W 12 W 25 W 25 W 45 VA 16 VA 45 VA 45 VA IP 65 IP 65 IP 65 IP 65 1680 l min 4320 l min 6540 l min 2220 1744 lmin NÃO NÃO NÃO NÃO 100 000 000 40 000 000 100 000 000 100 000 000 NÃO SIM NÃO NÃO Tabela de vazão Válvulas pneumáticas Filtros de ar comprimido Para selecionamento da válvula e conjunto para consumo instantâneo de ar comprimido seguindo as tabelas de válvulas e conjuntos de preparação de ar comprimido teremos válvula Isomax de 38e conjunto 06 14 P3A 06 07 P3N TIPO FR FR FR FR MATERIAL NYLON ZAMAC ZAMAC ALUMINIO ROSCA 14 NPTBSP 14 38 NPTBSP 12 34 NPTBSP 1 e 112 NPTBSP PRESSÃO 0 a 10 bar 0 a 10 bar 0 a 10 bar 0 a 17 bar VAZÃO a 7 bar 840 l min 2548 3256 lmin 4672 4955 lmin 1712 1712 lmin ELEMENTO FILTRANTE 40 Micra 40 Micra 40 Micra 40 Micra Exemplo de cálculo consumo médio Quando necessitamos calcular o consumo de ar médio precisamos saber o ciclo de trabalho por um determinado tempo Ciclotempo que denominaremos de N Para o cálculo final precisamos da pressão que foi eftuado o cálculo e aplicmos um fator de correção para folga da vazão de 30 Q Volume av Volume ret pbarN ciclosmin13 Q π D² 4 Curso π4 D² d² Curso Pressão bar N ciclos min 13 Exemplo Foi instalada em uma comporta de um pequeno silo um atuador pneumático para abertura e fechamento Para abrir o silo acionamos o atuador pneumático e no seu recuo abre a comporta e é liberado um quantidade de produto Logo após ser alimentada a embalagem o atuador avança fechando a comporta A embalagem é retirada automaticamente e uma outra embalagem é inserida Todo o processo se repete para a próxima embalagem e assim sucessivamente Ao todo durante um minuto serão alimentadas 40 embalagens Utilizar atuador de 50mm de diâmetro diâmetro da haste de 20mm curso de 200mm e pressão de 6 bar Representação dos movimentos Quando os procedimentos de comando são um pouco mais complicados e devemse reparar instalações de certa envergadura é de grande ajuda para o técnico de manutenção dispor dos esquemas de comando e seqüências segundo o desenvolvimento de trabalho das máquinas A necessidade de representar as seqüências dos movimentos de trabalho e de comando de maneira facilmente visível não necessita de maiores esclarecimentos Assim que existir um problema mais complexo os movimentos serão reconhecidos rápida e seguramente se for escolhida uma forma conveniente de representação dos movimentos Além disso uma representação clara possibilita uma compreensão bem melhor Com auxílio de um exemplo pretendese apresentar as possibilidades de representação mais utilizadas Resolução Q π D² 4 Curso π4 D² d² Curso Pressão bar N ciclos min 13 Q π 5cm² 4 20cm π4 5cm² 20² 200cm 6 bar 40 ciclosmin 13 Q 2255136 cm³min á 6 bar Q 22551 lmin de ar comprimido Tabela de vazão válvulas pneumáticas PVL B 3 PVL MATERIAL POLIAMIDA ALUMINIO POLIAMIDA ROSCA 18 BSP 18 NPTBSP 14 BSP PRESSÃO 30a 10 bar 14 21 a 10 bar 30a 10 bar VÁCUO POSIÇÕES 2 2 e 3 2 VIAS 5 5 5 ATUA MANUAL SIM SIM SIM MANIFOLD SIM SIM SIM LED E SUPRES SIM SIM SIM TEMPERATURA 15 a 60ºC 10 a 50C 15 a 60 ºC BOBINA C C 12 W 12 W 12 W BOBINA C A 16 VA 16 VA 16 VA GRAU PROTEÇÃO IP 65 IP 65 IP 65 VAZÃO a 6 bar 900 l min 1850 l min VAZÃO a 7 bar 1189 951 l min LUBRIFICAÇÃO NÃO NÃO NÃO TEMPO RESPOSTA 22 ms 16 ms 39 ms NÚMERO DE CICLOS 40 000 000 40 000 000 40 000 000 KIT DE REPARO NÃO SIM NÃO Para selecionamento da válvula e conjunto para consumo instantâneo de ar comprimido seguindo as tabelas de válvulas e conjuntos de preparação de ar comprimido teremos válvula de 18e conjunto P3A mini 14 Tabela de vazão Conjunto de preparação P3A 06 07 P3N TIPO FR FR FR FR MATERIAL NYLON ZAMAC ZAMAC ALUMINIO ROSCA 14 NPTBSP 14 38 NPTBSP 12 34 NPTBSP 1 e 112 NPTBSP PRESSÃO 0 a 10 bar 0 a 10 bar 0 a 10 bar 0 a 17 bar VAZÃO a 7 bar 840 l min 2548 3256 lmin 4672 4955 lmin 1712 1712 lmin ELEMENTO FILTRANTE 40 Micra 40 Micra 40 Micra 40 Micra Finalizando podemos notar que se a aplicação for para consumo Instantâneo sempre precisaremos fornecer um volume bem maior de ar para cumprir os tempos solicitados UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES UMC UNIVERSIDADE Exemplo Pacotes que chegam por uma esteira transportadora de rolos são levantados e empurrados pela haste de cilindros pneumáticos para outra esteira transportadora Devido a condições de projeto a haste do segundo cilindro só poderá retornar após a haste do primeiro ter retornado Formas de representação Sequência cronológica A haste do cilindro A avança e eleva o pacote A haste do cilindro B avança e empurra o pacote para a esteira II A haste do cilindro A retorna à sua posição inicial A haste do cilindro B retorna à sua posição inicial Anotação em forma de tabela Movimento Cilindro A Cilindro B 1 avança parado 2 parado avança 3 retorna parado 4 parado retorna Indicação vetorial Indicação algébrica Avanço Avanço Retorno Retorno Cilindro A Cilindro A Cilindro B Cilindro B Cilindro A Cilindro A ou A B A B Cilindro B Cilindro B Diagramas de movimentos Diagrama trajetopasso Neste caso se representa a sequência de movimentos de um elemento de trabalho levandose ao diagrama os movimentos e as condições operacionais dos elementos de trabalho Isso é feito através de duas coordenadas uma representa o trajeto dos elementos de trabalho e a outra o passo diagrama trajetopasso Avançado Cilindro A Recuado trajeto passos Se existem diversos elementos de trabalho para um comando estes serão representados da mesma forma e desenhados uns sob os outros A ocorrência através de passos Do primeiro passo até o passo 2 a haste de cilindro avança da posição final traseira para a posição final dianteira sendo que esta é alcançada no passo 2 A partir do passo 4 a haste do cilindro retorna e alcança a posição final traseira no passo 5 Avançado Cilindro A Recuado Avançado Cilindro B Recuado 1 0 1 0 1 2 3 4 5 Diagrama trajetotempo Neste diagrama o trajeto de uma unidade construtiva é desenhado em função do tempo contrariamente ao diagrama trajetopasso Nesse caso o tempo é desenhado e representa a união cronológica na sequência entre as distintas unidades Tempo 5 1 A seguir apresentamos quatro projetos de automação para execução do diagrama trajeto passo Após cada animação explicando o projeto há uma figura indicando a posição dos fins de curso Para o projeto desafio não há necessidade de indicar os fins de curso Primeiro Projeto FC1 FC2 A FC3 FC4 B1 FC6 FC5 B2 Executar o diagrama trajeto passo indicando a posição dos fins de curso Segundo Projeto B A UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES Quarto Projeto UMC UNIVERSIDADE Desafio Automatizar o sistema apresentado anteriormente Serão utilizados cilindros pneumáticos e pedese o diagrama trajeto passo do movimento da máquina