Aula 1 - Hidraulica e Pneumatica Fundamentos Físicos Rev0

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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


Temperatura


5tC =

932 - tF =

5273 - tK


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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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


3

3

m5,01m . bar1

3

11

vv . p

3

3

0,05m1m . bar1


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


Vt1 Vt2

F1

F1


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 .


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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



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



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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Vídeo 2



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 = ?


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