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Hidraulica e Pneumatica
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20/2/2008
1
A
F
SFAENG
Engenharia Mecatrônica
HIDRÁULICA &
PNEUMÁTICA
Prof. André Cavalheiro
Turma:Data:
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 Pneumáticos e Hidráulicos
08 - Método de maximização de contatos
09 - Método de minimização de contatos
10 – Processamento elétrico de Circuitos
OBJETIVO
AVALIAÇÃO
•Provas 80%
•Trabalho e 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, ButterworthHeinemann, 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-Pressão de 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 20% (Atuadores Elétricos até 60%)-Precisão de acionamento de 0,05 a 0,1mm
INTRODUÇÃO
Quadro de comparação entre as tecnologiasElementos
PneumáticosReles Elementos
EletrônicosControlador Programável
Tempo Aproximado de Atuação 15ms 15ms 30ns 2ms
Número de Comutações (Vida Útil) 109 107 ilimitado ilimitado
Temperatura de Operação -20oC a +60oC -20oC a +60oC 0oC a +70oC 0oC a +55oC
Perturbação em campos elétricos não não uso limitado uso limitado
Perturbação devido a impurezas pouco sim não não
Uso em ambiente explosivo sim não limitado limitado
Ocupação de espaço média grande média pequena
Possibilidade de reutilização pequena pequena média boa
Reprodução (possibilidade de copiar) difícil muito difícil difícil simples
Possibilidade de mudanças difícil difícil difícil simples
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 ARFundamentos Físicos
Grandeza (o que se quer medir)
Unidade e seus símbolos
SI MK*S CGS
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) Kelvin (k) grau Celsius ( 0 C)
grau Celsius ( 0 C) grau fahrenheit ( 0 F)
grau Celsius ( 0 C)
Área (A) metro quadrado (m2)
metro quadrado (m2)
centímetro quadrado (cm2 )
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
Força
Fundamentos Físicos
Pressão
Para: 1N 105dym1kp 9,81N1kp 1kgf1kp 981 000dyn
Para cálculos aproximados considera-se:1kp 10N
As unidades de pressão mais utilizadas são: atm, bar, kgf / cm2 e PSI ( lb/pol2).Para cálculos aproximados: 1atm = 1bar = 1kgf /cm2 = 14,7PSI
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COMPRESSIVIDADE DO ARFundamentos Físicos
Pressão ba (dyn/cm2)
Pa (Nm2) atm bar atm
(kp/cm2) Torr
(mm de Hg) metro da coluna
de água
1 ba (dyn/cm2) 1 0,1 (0,987x10-6) 10-6 0,102x10-5 7,5x10-4 10,2x10-6
1Pa (N/m2) 10 1 9,87x10-5 10-5 0,102x10-4 7,5x10-3 10,2x10-6
1 atm 1,013x106 1,013x10-5 1 1,013 1,033 760 10,33
1 bar 106 105 0,987 1 1,02 750 10,2
1 atm (kp/cm2) 9,81x105 9,81x104 0,968 0,981 1 736 10
1 Torr (mm de Hg) 1,33x103 133 1,31x10-3 1,36x10-3 1,36x10-3 1 13,6x10-3
1m da coluna de água 9,81x104 9,81x103 9,68x10-2 9,81x10-2 0,1 73,6 1
COMPRESSIVIDADE DO AR
Temperatura
Fundamentos Físicos
5tC =
932 - tF =
5273 - tK
COMPRESSIVIDADE DO AR
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
Fundamentos Físicos
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COMPRESSIVIDADE DO AR
Exemplo:Um volume V1 = 1m3 , sob pressão atmosférica F1, tem pressão p1 = 1bar e é reduzido pela F2
para volume V2 = 0,5m3, mantendo-se a temperatura constante. A pressão p2 resultante será:
p1 . v1 = p2 . v2
1bar . 1m3 = p2 . 0,5m3
p2 = = 2bar
O volume V1 será ainda comprimido pela força F3 para o volume V3 = 0,05m3, resultando uma pressão de
p3 = = = 20bar
Os termos de comparação para o exemplo acima foram considerados a partir de:
p1 = 1bar e v1 = 1m3
Fundamentos Físicos
3
3
m5,01m . bar1
3
11
vv . p
3
3
0,05m1m . bar1
COMPRESSIVIDADE DO AR
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:
Vt2 = Vt1 + Vt1 . (T2 - T1) /273
Vt1 = volume a temperatura T1Vt2 = volume a temperatura T2
Fundamentos Físicos
Vt1 Vt2
F1
F1
COMPRESSIVIDADE DO AR
Exemplo0,8m3 de ar com temperatura T1 = 295K (22oC) serão aquecidos para T2 = 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 .
Fundamentos Físicos
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COMPRESSIVIDADE DO AR
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
Fundamentos Físicos
COMPRESSIVIDADE DO AR
ExemploUm certo volume de ar, a uma temperatura T = 293k (200C) e pressão p1 = 1bar, foi aquecido para T = 586k (3130C). 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
Fundamentos Físicos
COMPRESSIVIDADE DO AR
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
Fundamentos Físicos
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COMPRESSIVIDADE DO AR
Vídeo 2
Fundamentos Físicos
COMPRESSIVIDADE DO AR
Exercícios1) Um reservatório contém 12m3 de ar comprimido a uma pressão de 3bar. Reduzindo o volume para 8m3, determinar a pressão final. V1 = 12m3, P1 = 3bar, V2 = 8m3, P2 = ?
2) Um tanque contém 10m3 de ar comprimido a uma temperatura de 300k. Aumentando a temperatura para 420K, determinar o volume final. V1 = 10m3, T1 = 300k, T2 = 420k, V2 = ?
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, P2 = 9bar, T2 = ?
4) Um tanque possui 16m3 de ar comprimido a uma pressão de 4bar e a uma temperatura de 320k. Reduzindo o volume para 15m3, a temperatura subiu para 450k. Determinar a pressão final. V1 = 16m3, P1 = 4bar, T1 = 320k, V2 = 15m3, T2 = 450k, P2 = ?
Fundamentos Físicos