Introdução. Aula 1. Prof. Dr. Emílio Carlos Nelli Silva Prof. Dr. Rafael Traldi Moura
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1 Introdução Aula 1 Prof. Dr. Emílio Carlos Nelli Silva Prof. Dr. Rafael Traldi Moura
2 Introdução Os elementos da automação industrial são: Sensores; Controladores (comando e regulação); Atuadores (acionamento). As formas de energia utilizadas nestes elementos são: Pneumática; Hidráulica; Elétrica. PMR2481 Introdução 2
3 Introdução Definição: Pneumática é o ramo da engenharia que estuda a aplicação do ar comprimido para a tecnologia de acionamento e comando. Histórico Ano 2550 AC: foles e órgãos; Século 19: locomotivas e perfuratrizes; Século 20: mecanização e automação; Aplicações Atuais: Prensas pneumáticas, dispositivos de fixação, acionamento de portas, alimentação de peças, robô industrial, freios, parafusadeiras, lixadeiras, broca de dentista, sensores, pintura, correio pneumático. PMR2481 Introdução 3
4 Exemplo 1 Dispositivo de Dobra e Estampagem Cilindro 2 (dobra) Cilindro 1 (fixa) Chapa de metal Cilindro 3 (dobra) Cilindro 4 (fura) Cilindro 1 Cilindro 2 Diagrama de acionamento: Cilindro 3 Cilindro 4 PMR2481 Introdução 4
5 Exemplo 1 método cascata Circuito Pneumático de Máquina PMR2481 Introdução 5
6 Exemplo 2 método passo a passo Circuito Pneumático de Máquina PMR2481 Introdução 6
7 Vantagens de se utilizar o ar comprimido Facilidade de obtenção (volume ilimitado); Não apresenta riscos de faísca em atmosfera explosiva; Fácil armazenamento; Não contamina o ambiente (limpo e atóxico); Não necessita de linhas de retorno (escape para a atmosfera); PMR2481 Introdução 7
8 Comportamento do ar comprimido Composição do Ar Comprimido: Contém vapor de água (umidade); Baixa viscosidade vazamentos; Ar é compressível atuadores possuem apenas duas posições, uma vez que não é possível atingir posições intermediárias com precisão Circuitos pneumáticos são análogos aos circuitos eletrônico digitais; Gás: vapor superaquecido que apresenta uma certa temperatura de condensação (se torna líquido) muito baixa; PMR2481 Introdução 8
9 Tecnologia de Acionamento Pneumático Geração de ar comprimido: Compressor acionado por motor elétrico ou de combustão. Comando de potência: válvulas direcionais válvulas de retenção válvulas de vazão válvulas de pressão válvulas especiais Atuadores pneumáticos: motores cilindros ferramentas Sistemas de Comando: válvulas sistemas lógicos pneumáticos unidades programáveis Trabalho mecânico PMR2481 Introdução 9
10 Acionamento Energia Características dos Sistemas Pneumáticos Transmissão Distância econômica Velocidade de transmissão Acumular Custo de energia Produção de movimentos lineares e rotativos Velocidade de trabalho Velocidades uniformes Peso/potência Forças alcançáveis Rendimento Rotações alcançáveis Segurança à sobrecarga limitada e lenta até aprox. 1km m/s simples bem alto em relação às demais simples até 4 m/s não permite baixa limitadas até 20kN ruim até rpm completa PMR2481 Introdução 10
11 Acionamento Características dos Sistemas Pneumáticos Custo da instalação Manutenção e identificação de problemas Faixa econômica de trabalho Paradas intermediárias Proteção natural à explosão Linhas de retorno Preparação do ar baixo fácil 6 a 8 bar pouca precisão sim não é necessário importante PMR2481 Introdução 11
12 Sistemas de Comando mbar 3-8 bar Características dos Sistemas Pneumáticos Distância para transmissão do sinal Velocidade de transmissão do sinal Tempo de comutação Durabilidade Sensibilidade à sujeira, pó Sensibilidade à umidade Distância para transmissão do sinal Velocidade de transmissão do sinal Tempo de comutação Durabilidade Sensibilidade à sujeira, pó Sensibilidade à umidade aprox. 100m até max m/s 4 ms alta baixa baixa aprox. 300m até max. 300m/s 0,1 ms bem alta alta baixa PMR2481 Introdução 12
13 Exercício Qual a quantidade de ar, considerando o estado normalizado (1 bar, 20ºC) que contém o reservatório e qual a quantidade máxima utilizável? Solução: P abs =7+1=8 bar portanto: P 1abs *V 1 =P 2abs *V 2 e assim: V 2util = = 70 m 3 V=10m 3 P e =7bar T=20ºC Que pressão se forma com o reservatório fechado num aumento de temperatura para 65ºC? (desprezar dilatação do reservatório) Solução: P P 1a 2a T T 1 2 P 2 (273 8* (273 25) 20) 9,22 bar PMR2481 Introdução 13
14 Exercício Por quanto tempo a ferramenta poderá ser operada com o cilindro, em operação contínua? P i = 205 bar; V i = 40 L; P f =4+1 = 5 bar ; V f = 40 L 205*40= (1 bar ) * V i1 V i1 =8200 L; 5*40=(1 bar)*v f2 V f2 =200 L Assim: V util = = 8000L e portanto: t uso = 8000/200 = 40 min V=40 l P e =205bar T=20ºC Qual o tempo de funcionamento com 20% de vazão de utilização? Vazão = 0,2*200= 40 L/min e portanto: t uso =8000/40=3h 20min A qual valor de pressão se reduz o cilindro de gás que foi preenchido à 20ºC quando este for empregado ao ar livre a uma temperatura ambiente de - 5ºC? T3 268 P3 P1 205* 187,5bar T V=200 l/min P e =4 bar (1 bar, 20ºC) PMR2481 Introdução 14
15 Geração do Ar comprimido Qualidade do ar comprimido: Para que os equipamentos funcionem de forma confiável há exigências de qualidade do ar com relação a: pressão; vazão; teor de água; teor de partículas sólidas; teor de óleo. Assim, o ar deve passar por um tratamento rigoroso, que envolve filtros, secadores e lubrificadores, antes de ser distribuído na fábrica. PMR2481 Introdução 15
16 Geração do Ar comprimido Teor de água, óleo e impurezas Especificação do ar para diferentes aplicações PMR2481 Introdução 16
17 Geração do Ar comprimido Estação Geradora de Ar Comprimido Compressão Filtração Aspiração e Resfriamento Filtração Secagem Distribuição Armazenagem Tratamento Detalhe do tratamento PMR2481 Introdução 17
18 Compressores PMR2481 Introdução 18
19 Compressor de êmbolo Monoestágio Multiestágio Econômicos na faixa de pressão de 8 a 10 bar; Alta razão de compressão versão multiestágio ; Geração de oscilações de pressão e fluxo de ar pulsante. PMR2481 Introdução 19
20 Compressor rotativo Fluxo gerado é pouco pulsante; Opera em faixas de pressão menores do que a do compressor de êmbolo. PMR2481 Introdução 20
21 Compressor de parafusos Fornecimento de fluxo de ar extremamente contínuo; Dimensionamento pequeno Permitem alta rotação; Alto consumo de potência e caros; Operação à seco com ar comprimido isento de óleo. PMR2481 Introdução 21
22 Compressor Roots Transporte pneumático gerando baixas pressões; Pressão é exercida apenas pela resistência oferecida ao fluxo. PMR2481 Introdução 22
23 Turbo-compressores Compressor Axial Compressor Radial Eenergia cinética do fluxo de ar é convertida em pressão através de um difusor; Em cada estágio a pressão é muito baixa montagem de muitos estágios para alcançar pressões maiores; PMR2481 Introdução 23
24 Gráfico de Compressores PMR2481 Introdução 24
25 Secagem do ar comprimido O ar é equivalente a uma esponja. Temos: se a esponja estiver saturada de água, não poderá absorver mais água; comprimindo uma esponja não-saturada, diminuímos sua quantidade de água (equivalente a aumentar a pressão do ar e ocorrer condensação); ao resfriar a esponja, os poros diminuem de volume, eliminando água (equivalente a aumentar temperatura e ocorrer condensação). Os métodos de secagem de ar comprimido são: Resfriamento; Absorção; Adsorção; Sobrepressão. PMR2481 Introdução 25
26 Resfriamento Ponto de orvalho (umidade) alcançado com esse método situa-se entre 2ºC e 5ºC. PMR2481 Introdução 26
27 Adsorção Substância "Sílica gel ; Regeneradas através de ar quente; Ponto de orvalho: em torno de -20ºC, em casos especiais -90ºC. PMR2481 Introdução 27
28 Adsorção Água ou vapor d'água combina-se quimicamente com o elemento secador; Ponto de orvalho alcançável com esse método é 10ºC. PMR2481 Introdução 28
29 Tratamento do ar Situadas antes de cada máquina pneumática Detalhe do tratamento PMR2481 Introdução 29
30 Tratamento do ar filtro de ar Sem dreno Com dreno manual Com dreno automático A porosidade do elemento filtrante é da ordem de 30 a 70 mm. PMR2481 Introdução 30
31 Tratamento do ar válvula reguladora de pressão Válvula Reguladora de Pressão pressão primária pressão secundária furos para exaustão (escape) PMR2481 Introdução 31
32 Tratamento do ar - Lubrificador Princípio de Venturi PMR2481 Introdução 32
33 Distribuição de ar comprimido Circuito Aberto (declive de 1% a 2% na direção do fluxo) Circuito Fechado (ar flui em ambas as direções) Rede Combinada (estanqueidade) Tomadas de ar devem ser feitas na parte superior do tubo, para evitar água condensada. PMR2481 Introdução 33
PNEUMÁTICA PNEUMÁTICA COMPARAÇÃO DESVANTAGENS VANTAGENS: Preparação; Compressibilidade; Potência; Escape de ar; Custo;
PNEUMÁTICA PNEUMÁTICA É um sistema que torna possível a utilização do ar para geração de energia mecânica. SENAI CETEMP Mecânica Boa força Ótimas velocidades Ótima precisão Hidráulica Ótima força Baixas
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