Introdução Aula 2 Prof. Dr. Emílio Carlos Nelli Silva

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1 Introdução Aula 2 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. 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

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. 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

4 Exemplo 1 Dispositivo de Dobra e Estampagem Diagrama de acionamento:
Cilindro 1 (fixa) Cilindro 2 (dobra) Chapa de metal Cilindro 3 (dobra) Cilindro 4 (fura) Cilindro 1 Cilindro 2 Diagrama de acionamento: Cilindro 3 Cilindro 4 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

5 Exemplo 1 – método cascata
Circuito Pneumático de Máquina 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

6 Exemplo 2 – método passo a passo
Circuito Pneumático de Máquina 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

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); 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

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; 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

9 Tecnologia de Acionamento Pneumático
Comando de potência: válvulas direcionais válvulas de retenção válvulas de vazão válvulas de pressão válvulas especiais Geração de ar comprimido: Compressor acionado por motor elétrico ou de combustão. Atuadores pneumáticos: motores cilindros ferramentas Sistemas de Comando: válvulas sistemas lógicos pneumáticos unidades programáveis Trabalho mecânico 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

10 Características dos Sistemas Pneumáticos
Transmissão limitada e lenta Distância econômica até aprox. 1km Velocidade de transmissão m/s Acumular simples Custo de energia bem alto em relação às demais Produção de movimentos lineares e rotativos Velocidade de trabalho até 4 m/s Velocidades uniformes não permite Peso/potência baixa Forças alcançáveis limitadas até 20kN Rendimento ruim Rotações alcançáveis até rpm Segurança à sobrecarga completa Energia Acionamento 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

11 Características dos Sistemas Pneumáticos
Custo da instalação baixo Manutenção e identificação de problemas fácil Faixa econômica de trabalho 6 a 8 bar Paradas intermediárias pouca precisão Proteção natural à explosão sim Linhas de retorno não é necessário Preparação do ar importante Acionamento 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

12 Características dos Sistemas Pneumáticos
Distância para transmissão do sinal aprox. 100m Velocidade de transmissão do sinal até max m/s Tempo de comutação 4 ms Durabilidade alta Sensibilidade à sujeira, pó baixa Sensibilidade à umidade aprox. 300m até max. 300m/s 0,1 ms bem alta 3-8 bar Sistemas de Comando mbar 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

13 Exercício V=10m3 Pe=7bar T=20ºC
Qual a quantidade de ar, considerando o estado normalizado (1 bar, 20ºC) que contém o reservatório e qual a quantidade máxima utilizável? Solução: Pabs=7+1=8 bar portanto: P1abs*V1=P2abs*V2 e assim: V2util= 80 – 10 = 70 m3 Que pressão se forma com o reservatório fechado num aumento de temperatura para 65ºC? (desprezar dilatação do reservatório) V=10m3 Pe=7bar T=20ºC 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

14 Exercício V=40 l Pe=205bar T=20ºC V=200 l/min Pe=4 bar (1 bar, 20ºC)
Por quanto tempo a ferramenta poderá ser operada com o cilindro, em operação contínua? Pi = 205 bar; Vi= 40 L; Pf =4+1 = 5 bar ; Vf= 40 L 205*40= (1 bar ) * Vi1  Vi1=8200 L; 5*40=(1 bar)*Vf2  Vf2=200 L Assim: Vutil = = 8000L e portanto: tuso = 8000/200 = 40 min Qual o tempo de funcionamento com 20% de vazão de utilização? Vazão = 0,2*200= 40 L/min e portanto: tuso=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? V=40 l Pe=205bar T=20ºC V=200 l/min Pe=4 bar (1 bar, 20ºC) 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

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. 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

16 Geração do Ar comprimido
Teor de água, óleo e impurezas Especificação do ar para diferentes aplicações 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

17 Geração do Ar comprimido
Estação Geradora de Ar Comprimido Aspiração e Filtração Compressão Resfriamento Armazenagem Secagem Distribuição Tratamento Detalhe do tratamento 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

18 Compressores 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

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. 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

20 Compressor rotativo Fluxo gerado é pouco pulsante;
Opera em faixas de pressão menores do que a do compressor de êmbolo. 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

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. 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

22 Compressor Roots Transporte pneumático gerando baixas pressões;
Pressão é exercida apenas pela resistência oferecida ao fluxo. 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

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; 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

24 Gráfico de Compressores
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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. 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

26 Resfriamento Ponto de orvalho (umidade) alcançado com esse método situa-se entre 2ºC e 5ºC. 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

27 Adsorção Substância "Sílica gel”; Regeneradas através de ar quente;
Ponto de orvalho: em torno de -20ºC, em casos especiais -90ºC. 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

28 Adsorção Água ou vapor d'água combina-se quimicamente com o elemento
secador; Ponto de orvalho alcançável com esse método é 10ºC. 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

29 Situadas antes de cada máquina pneumática
Tratamento do ar Situadas antes de cada máquina pneumática Detalhe do tratamento 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

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. 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

31 Tratamento do ar – válvula reguladora de pressão
primária pressão secundária furos para exaustão (escape) 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

32 Tratamento do ar - Lubrificador
Princípio de Venturi 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução

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. 07 de Agosto de 2017 PMR2481 – Introdução