Dimensionamento da Bomba Hidráulica e Tubulações
1. Etapa
Esta atividade é importante para que você estabeleça um melhor entendimento dos fundamentos e princípios do sistema hidráulico (óleo), normalmente considerado “de energia fluida”, por se tratar de equipamento de grande força mecânica e atuando com grandes índices de pressão, aplicado em indústria onde se necessita dessas características e de seus dispositivos relacionados.
Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos
Passo 1 (Aluno)Analisar a tabela e as informações a seguir. A Prensa deverá estampar furos de Ø12,7 mm, em chapas de aço SAE 1020, de diversas espessuras (conforme a tabela a seguir), variáveis estas que serão utilizadas para a determinação da pressão x diâmetro x força, nos próximos passos.
Passo 2 (Equipe)1 Calcular, para o projeto de componentes hidráulicos, a força de corte necessária para o corte das chapas:Onde: Fc = Força de Corte.p = Perímetro da seção.e = Espessura da chapa.Tc = Tensão de cisalhamento.Como foi definido o material SAE 1020, a tensão de cisalhamento para esta matéria-prima será de 40 kgf/mm².
A=F/P
Completar a tabela a seguir com os valores encontrados.
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Espessura mm 0.61 0.68 0.76 0.84 0.91 1.06Força de Corte(kgf) 973.023 1084.682 1212.291 1339.901 1451.559 1690.827Area (mm²) 0.097 0.108 0.121 0.134 0.145 0.169Comprimento(mm) 2281Comprimento(m) 2.28
Presão 10000Tc=Tensão de cisalhamento 40perimetro da seção 39.878
1.21 1.37 1.52 1.71 1.9 2.28 2.66 3.04 3.421930.095 2185.314 2424.582 2727.655 3030.728 3636.874 4243.019 4849.165 5455.310
19.3010 21.8531 24.2458 27.2766 30.3073 36.3687 42.4302 48.4916 54.5531
Reynolds 1410.15Presão(Bar) 100Vazão Cáculada (L/min) 6.91Velocidade critíca(m/s) 0.20
Tabela1.1
Calcular a área do êmbolo do pistão, a partir das forças calculadas anteriormente, para definir qual o pistão que será utilizado. Para o cálculo, definir uma pressão de 100 kgf/cm².Calculo feito na tabela1.1 acima.
Passo 3 (Equipe)Pesquisar, em sites, livros e catálogos de fabricantes de bombas, e selecionar a bomba hidráulica utilizada para que a prensa possa executar as operações calculadas anteriormente, assim como definir o dimensionamento da tubulação do conjunto hidráulico por meio do cálculo de perdas de carga.
Formula de perda em fluxo laminar
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Bomba definida
Bomba de engrenagem G2 vazão efetiva Qef=40(mm2/s) e potência de acionamento necessária N=100kgf, com n=1750 rpm, v=36 cst (mm3/s) e temperatura em trabalho de 50 graus Célsius.
Tamanho nominal 11,3 vg(cm2/rot3).
Etapa 2:
Aula-tema: Válvulas Hidráulicas: Direcionais, de Pressão, de Bloqueio e de Fluxo. Análise e Montagem de Circuitos Hidráulicos – Laboratório.
Passo 1:
- Reservatórios
As funções do reservatório são basicamente:
- armazenamento do fluido
- resfriamento do fluido por condução e convecção. Como regra prática, o volume do reservatório deverá ser suficiente para suprir o sistema por um período mínimo de três minutos antes que haja retorno do óleo. Ou seja:
Vol Reservatório≥ 3.Qbomba
então será um reservatório de 100L.
Características:
RESERVATÓRIOS HIDRÁULICOS PADRÃO DIN 24339
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- Reservatório
Um sistema de ar comprimido é dotado de um ou mais reservatórios, que
desempenham as seguintes funções no processo de produção:
• Armazenar o ar comprimido;
• Resfriar o ar;
• Auxiliar na eliminação do condensado;
• Compensar as flutuações de pressão em todo o sistema de distribuição;
• Manter a pressão constante na linha de distribuição;
• Estabilizar o fluxo de ar;
• Controlar as marchas dos compressores, etc.
A figura abaixo mostra os elementos que constituem um reservatório:
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a) Chicana
É um dispositivo, geralmente em forma de placa aleta, instalado no interior do reservatório, para separar a sucção da bomba das linhas de retorno. Seu objetivo principal é aumentar a área de troca térmica do reservatório, sem que haja a necessidade da utilização de um trocador de calor. O uso da chicana possibilita que o fluido circule um pouco mais pelo interior do tanque, evitando que seja imediatamente succionado, pela bomba tão logo é descarregado no tanque pela canalização de descarga.
Figura 73 - Esquema de um reservatório
Assim, a chicana:
- Evita a turbulência no tanque;
- Permite o assentamento de materiais estranhos;
- Ajuda a separar o ar do fluido;
- Ajuda a dissipar o calor por meio das paredes do tnauque. 69
Dependendo da necessidade, pode ser introduzido um maior número de chicanas verticais para forçar mais a circulação do fluido, aumentando a troca térmica por convecção. Entretanto, se ainda assim não houver uma boa troca térmica e consequente redução de temperatura do fluido, a fim de manter sua
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viscosidade dentro dos parâmetros aceitáveis, será necessário adotar a utilização de um trocador de calor
Tipo de Válvulas
Suas aplicações
Vantagens Desvantagens
Válvulas de cunha e de comporta
Usadas em saída de tanques ou tubulação
Visualização do posicionamento
Sensíveis a erosão
Válvulas de macho esférico
Válvula de fundo de tanque
Alta estanqueidade quando de faces de vedação são de teflon ou nylon
fraca estanqueidade quando de faces de vedação de metal
Válvulas de macho cónico e macho cilíndrico
Serviços aéreos, gasosa e vapor Sistemas de tubulação de gás natural Sistemas de tubulação de petróleo Vácuo para aplicações de alta pressão
Quarto de volta rápida operação on-off; Mínima resistência ao fluxo; Menores em tamanho do que a maioria outras válvulas
Requer uma grande força para atuar, devido à alta fricção. NPS 4 e válvulas maiores requer o uso de um atuador. Porta reduzida, devido à ficha cônico.
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Válvulas de globo
controle do fluxo é seu fechamento.
Permite a utilização de fluidos com um certo grau de impurezas
Não admite fluxo nos dois sentidos
Válvulas de borboleta
Aplicações em que o vapor, líquidos, gases ou ar devem ser controlados dependem do trabalho dos modelos de válvulas borboleta.
projetados para suportar altas temperaturas, resistindo bem ao desgaste com o tempo de uso
é a incapacidade de eliminar completamente todas as substâncias residuais
Passo 3:
Calcular, aplicando o número de Reynolds, a vazão e velocidade para a definição das válvulas que serão utilizadas e do escoamento do sistema.
O escoamento é Laminar, definir as válvulas().
Passo 4:
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Fazer a montagem do circuito hidráulico e a representação gráfica do sistema, conforme. Etapas 1 e 2.
Ciclo grama:
Acionamento pistão Ciclo de abertura Ciclo de fechamentoAvançado xRecuado x
Ciclos Primeiro ciclo Segundo cicloAvança 0 1 1Récua 0
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ETAPA 3
Aula-tema: Automação Industrial Pneumática. Estrutura típica dos SistemasPneumáticos. Dimensionamento de Uma Rede de Distribuição de Ar Comprimido.Esta atividade é importante para que você possa entender como funciona um sistemapneumático e possa calcular a quantidade de ar comprimido utilizado em um sistema.Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos
Passo 1:
Assistir a vídeos e fazer uma entrevista com representantes de empresas do segmento, sobre tipos de sistemas pneumáticos e suas aplicações mais utilizadas na indústria, com ênfase em prensas e alimentadores
Os tipos de sistemas que utilizam este tipo de equipamento são as prensas de estamparia,entortamento, entre outros já os alimentadores são de vários tipos e modelos AF- 1C, AF-2C e AF-6C.
http://www.tecnopress.com.br/imagens/Alimentador_Pneumatico.jpg
Passo 2:
Calcular, de acordo com a vazão e a perda de carga, o diâmetro do tubo para que o sistema de alimentação possa trabalhar na prensa hidráulica.
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D=35,86mm
Passo 3:
Pesquisar em catálogos de fabricantes e definir três tipos de compressores que podem ser utilizados para o projeto em questão; escolher e calcular o compressor utilizado para o sistema de alimentação, justificando sua escolha, e definir o sistema de tratamento do ar comprimido equivalente com o sistema e compressor selecionados.
Informações Sobre Ar ComprimidoOs três tipos de compressoresCompressor de Pistões
O compressor de pistões é um dos mais antigos modelos de compressores, mas continua a ser o mais versátil e ainda é um compressor muito eficiente. O compressor de pistões desloca um pistão no interior de um cilindro através de uma biela e uma cambota. Se apenas um lado do pistão é utilizado para a compressão, é descrito como de acção simples. Se ambos os lados do pistão, o superior e o inferior, são utilizados, é de acção dupla.
A versatilidade dos compressores de pistões virtualmente não conhece limites. Comprime tanto ar como gases, com alterações muito pequenas. O compressor de pistões é o único modelo com capacidade para comprimir ar e gases a altas pressões, tal como em aplicações de ar de respiração.
A configuração de um compressor de pistões pode ir de um único cilindro de baixa pressão/baixo volume a uma configuração de fases múltiplas com capacidade de comprimir a uma pressão muito alta. Nestes compressores, a ar é comprimido por fases, aumentando a pressão antes de passar para a fase seguinte, para comprimir o ar a uma pressão ainda mais alta.
Capacidade de compressão:A gama de compressores de pistões CompAir tem potências entre 0,75 kW e 420 kW (1 cv a 563 cv), produzindo pressões operacionais entre 1,5 bars e 414 bars (21 a 6004 psi).Tipos de aplicações típicas:Compressão de Gás (GNC, Nitrogénio, Gás Inerte, Gás de Aterro Sanitário), Alta Pressão (Ar de respiração para mergulho com garrafa, cilindros SCBA, Vigilância sísmica, Circuito de sopro de ar), engarrafamento P.E.T, Ignição de motor, Industrial
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Parafuso Rotativo
O compressor de parafuso é um compressor de deslocamento com pistões com a forma de parafuso; este é o tipo predominante de compressor utilizado actualmente. As peças principais do elemento de compressão de parafuso são os rotores macho e fêmea, que se deslocam na direcção um do outro enquanto o volume entre eles e a armação da caixa diminui. A relação de pressão de um parafuso depende do comprimento e perfil do parafuso e da forma da porta de descarga.
O elemento de parafuso não está equipado com nenhuma válvula e não existem forças mecânicas que criem qualquer desequilíbrio. Pode, portanto, funcionar com uma alta velocidade do veio e combinar uma elevada taxa de fluxo com reduzidas dimensões exteriores.
Capacidade de compressão:A gama de parafuso rotativo CompAir tem potências entre 4 kW e 250 kW (5 cv a 535 cv), produzindo pressões operacionais entre 5 e 13 bars (72 a 188 psi).Tipos de aplicações típicas:Alimentos, Bebidas, Fabrico de Cerveja, Militar, Aeroespacial, Automóvel, Industrial, Electrónica, Manufactura, Petroquímica, Médica, Hospitalar, Farmacêutica, Ar Instrumental
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Palhetas rotativas
Baseado em tecnologia tradicional comprovada, o compressor de palhetas é accionado directamente a uma velocidade muito baixa (1450 rpm), proporcionando uma fiabilidade sem rival. O rotor, a única peça em movimento contínuo, possui várias ranhuras ao longo do seu comprimento, nas quais se encaixam as palhetas que deslizam numa película de óleo.
O rotor roda dentro do estator cilíndrico. Durante a rotação, a força centrífuga prolonga as palhetas a partir das ranhuras, formando células de compressão individuais. A rotação reduz o volume das células, aumentando a pressão do ar.
O calor gerado pela compressão é controlado por injecção de óleo pressurizado.
O ar comprimido a alta pressão é libertado pela porta de saída, sendo os resíduos restantes de óleo removidos pelo separador final do óleo.
Capacidades de compressão:A gama de compressores de palhetas CompAir tem potências entre 1,1 kW e 75 kW (1,5 cv a 100 cv), produzindo pressões operacionais entre 7 a 8 e 10 bars (101 a 145 psi).Aplicações Comuns:OEM, Impressão, Pneumática, Laboratórios, Odontologia, Instrumentos, Máquinas ferramentas, Embalamento, Robótica
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Pistão definido parafuso rotativo
Filtros Coalecentes, Secadores Resfriadores, Drenos e Separadores
ETAPA 4Definir o tipo e a dimensão do atuador, e como fazer uma representação
de um circuito pneumático. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.
PASSO 1:
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Pesquisar em catálogos de fabricantes sobre tipos de atuadores, suas aplicações mais utilizadas na indústria, com ênfase em prensas e alimentadores, vantagens e desvantagens, e apresentá-los em uma tabela.
Tipo Linear Giratórios Linear compacto
Vantagem Rapidez Rotação ajustável. Hermeticamente isolado.
Desvantagens Movimento unidirecional
Complexa montagem.
Utilizável apenas em situações de risco.
Aplicações Atmosfera sujeita a explosão.
Ambientes onde se precisa de isolação.
Para alto esforços.
Passo 2:
Definir, com base na pesquisa do passo anterior, qual o atuador que será utilizado no sistema de alimentação pneumático, justificando essa escolha.
No projeto devida a aplicação de uma presa onde se é utilizado estamparia optou-se pelo Cilindro Linear.
Passo 3;
Calcular, aplicando o número de Reynolds, a vazão, a velocidade e o tipo das válvulas para o sistema, juntamente com os tipos de acionadores que serão utilizados.
Re = k.Q/v.D
Q=Re.v.D/K
Vcr = Kcr.v/D
Válvulas
Direcional
Bloqueio
AcionadoresDupla ação
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Passo 4 (Equipe)1 Fazer a montagem do circuito pneumático e a representação gráfica do sistema conforme etapas anteriores.Sequência de Acionamento para 4 ciclos A+A- .
Ciclos 1 2 3 4
A1
0
Circuito Pneumático:
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