ENGENHARIA MECÂNICA Sistemas hidropneumáticos · 2019. 2. 18. · ENGENHARIA MECÂNICA Sistemas hidropneumáticos Dados necessários para o dimensionamento 1) Para condições normais

ENGENHARIA MECÂNICA

Sistemas hidropneumáticos

Atuadores pneumáticos




Os atuadores pneumáticos tem um papel significadtivo como

um drive, devido à:

Custo relativamente baixo;

Fácil instalação;

Construção simples e robusta and

Disponibilidade de vários comprimentos.




Os atuadores pneumáticos tem as seguintes caraterísticas

gerais:

Diâmetros de 2,5 à 320 mm;

Comprimento do curso de 1 à 2000 mm;

Força disponivel de 2 à 45000N at 6 bar;

Velocidade do pistão de 0,1 à 1,5 m/s;



Componentes de potência

Atuadores podeme ser divido nos seguintes grupos:

Atuadores lineares:

– Cilindro de ação simples;

– Cilindro de ação dupla.

Atuadores rotativos:

– Motores pneumáticos;

– Atuadores rotativos.



Atuadores pneumáticos – Ação Simples



Atuador de ação simples

TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

Eletropneumática



Atuadores pneumáticos – Ação dupla



Atuador de ação Dupla



Atuadores pneumáticos – Ação dupla, haste dupla



Atuadores pneumáticos – Sem haste



Atuadores pneumáticos – Forças estáticas



Atuadores pneumáticos – Peso e consumo de ar



Atuador pneumático rotativo






Princípio de operação

Para operação no sentido anti-horário, o ar é introduzido pela

conexão “A”, forçandoos pistões a rotacionar o pinhão do

atuador no sentido anti-horário. Durante a operação,o ar das

câmaras exteriores é esgotado através do ponto “B”. A

operação de rotação nosentido horário é conseguida

introduzindo o ar na conexão “B”.







Dados necessários para o dimensionamento

1) Para condições normais de funcionamento recomenda-se

um fator de segurança de 25% do torque da válvula a ser

automatizada.

2) Verificar se o comando de operação deve ser RETORNO

POR MOLAS ou DUPLA AÇÃO.

3) Verificar a pressão disponível para alimentação.

EXEMPLO: Torque 80Nm da válvula mais 25% = 100Nm e

pressão de ar de 5 Bar. Descendo a coluna de pressão de

5 Bar encontramos 119Nm, na coluna da esquerda tem-se

o modelo a ser utilizado SP4DA.



Dados necessários para o dimensionamento

EXEMPLO: Torque 80Nm da válvula mais 25% = 100Nm e

pressão de ar de 5 Bar.

Descendo a coluna de pressão de 5 Bar encontramos

119Nm, na coluna da esquerda tem-se o modelo a ser

utilizado SP4DA.





Atuadores pneumáticos lineares e rotativos

Festo Série DSL

Combinação entre um atuador linear e um giratório, formando

uma só unidade que soluciona diversas tarefas nas áreas de

montagem e manipulação.

Giros até 270°, disponíveis nos diâmetros de 16 a 32 mm e

cursos padrões até 100 mm para o movimento linear;

Os dois movimentos podem ser ativados individualmente,

separada ou simultaneamente facilitando ainda mais a sua

aplicação;



Atuadores pneumáticos lineares e rotativos

Festo Série DSL

Possuem êmbolo magnético para detecção precisa sem

contato direto;

Economia de espaço significativa quando comparado com

uma solução que utiliza um atuador para o movimento linear

e outro para o movimento giratório.



Geradores de vácuo



Vácuo

Pode ser definido tecnicamente como um sistema submetido a

uma pressão inferior à pressão atmosférica.



Efeito Venturi



Efeito Venturi



Seja qual for a aplicação, no projeto de um sistema de vácuo, é

importante serem observados os seguintes aspectos:

- O efeito do ambiente sobre os componentes do sistema;

- As forças necessárias para movimentação das peças ou

materiais;

- O tempo de resposta do sistema;

- A permeabilidade dos materiais a serem manipulados

ou transportados;

- O modo como as peças ou materiais serão fixados;

- A distância entre os componentes;

- Os custos envolvidos na execução do projeto.



Com relação à escolha correta dos componentes a serem

empregados num sistema de vácuo, deve-se considerar, de um

modo geral, a seguinte sequência:

- O tipo, o tamanho e o posicionamento das ventosas;

- O modelo ideal do elemento gerador de vácuo;

- As válvulas pneumáticas de comando e controle do

sistema;

- As características construtivas e de utilização de tubos,

mangueiras e conexões;

- O conjunto mecânico de sustentação das ventosas e

acessórios.



Elementos Geradores de Vácuo

Os geradores de vácuo encontrados com maior frequência na

indústria, em sistemas de fixação e movimentação de cargas,

são elementos pneumáticos que, utilizando-se do efeito Venturi,

empregam um bico injetor de ar comprimido capaz de produzir

vácuo.



Elementos Geradores de Vácuo



Capacidade de Geração de Vácuo

A principal característica a ser observada na escolha de um

elemento gerador pneumático de vácuo, para a realização de

um trabalho específico, é a capacidade de produzir vácuo a

uma determinada pressão e em um período de tempo

predeterminado.



Tabela de Tempos para Formação de 75% de Vácuo em um

Recipiente de 1 Litro



Capacidade de Geração de Vácuo



Tabela de Capacidade de Carga para Ventosas Planas a

75% de Vácuo



Válvulas pneumáticos



Tipos de Válvulas

Para facilidade de estudo, as válvulas pneumáticas foram classificadas nos

seguintes grupos:

• Válvulas de Controle Direcional

• Válvulas de Bloqueio (Anti-Retorno)

• Válvulas de Controle de Fluxo

• Válvulas de Controle de Pressão



Válvulas controle direcional

Para um conhecimento perfeito de uma válvula direcional, deve-se levar em conta

os seguintes dados:

• Posição Inicial

• Número de Posições

• Número de Vias

• Tipo de Acionamento (Comando)

• Tipo de Retorno

• Vazão




Escape não provido para conexão

Escape provido para conexão




Identificação dos orifícios




Tipos de acionamento – ISO 1219 - MUSCULAR




Tipos de acionamento – ISO 1219 – MECÂNICO




Tipos de acionamento – ISO 1219 – ELÉTRICO




Tipos de acionamento – ISO 1219 – PILOTAGEM



Válvula controle direcional

Tipos de acionamento – ISO 1219 – COMPOSTO



Válvula controle direcional

Descrição

Válvula de Controle Direcional 3/2 Acionada por Rolete, Retorno por Mola,

Normalmente Fechada



Diagrama Pneumático



Ciclo de vida de um circuito pneumático

Situação/Problema

Análise: Definir os

objetivos do sistema

Design: Desenvolver

a solução

Implementação:

Construção,

instalação e testes

Manutenção: manter o

sistema funcionando

como o requerido

Atualização: Atender

novas demandas




Análise

O primeiro passo é definir os objetivos do sistema.

Objetivos bem claros.




Design

Desenvolver o hardware;

Documentar o desenvolvimento;

Definição dos melhores requisitos;

Agendamento das implementações do projeto;

Lista de produtos e especificações;

Custos.




Implementação

Instalação do sistema;

Teste completo das funções do sistema;

Estabelecer a seqüência de operação;




Manutenção

Deve-se minimizar o tempo de manutenção;

Manutenção regular e cuidadosa ajuda na vida útil e

reduz o custo de operação.




Atualização

O acumulo de experiencia em operação,

manutenção e reparos de um sistema assegura a

melhoria do sistema enormemente



Estrutura de um

Diagrama Pneumático



Fonte de alimentação

Elementos de entrada

Elementos de Processamento

Elementos de

Controle

Elementos de

Força



Layout do diagrama

1S3 – Fim de curso quando atuador

estiver avançado



Layout do diagrama

Designação dos números

0Z1, 0Z2, etc Unidade de energia

1A, 2A, etc Componentes de força

1V1, 1V2, etc Componentes de controle

1S1, 1S2, etc Componentes de entrada



Layout do diagrama

Designação das Letras

1A, 2A, etc Componentes de força

1S1, 2S1, etc Limite fim de curso, ativado quando cilindro 1A, 2A estiverem no fim do recuo

1S2, 2S2, etc Limite fim de curso, ativado quando cilindro 1A, 2A estiverem no fim do avanço



Válvula de seqüência de pressão



Válvula Temporizadora



Válvula Ou



Válvulas de processamento de sinal



Válvulas de Controle de fluxo



Diagramas pneumáticos
























Exercícios – Identifique as válvulas









Método de Movimento



Representações dos movimentos dos cilindros

Os movimentos dos cilindros ou atuadores são representados com os

símbolos:

(+) mais – representa o avanço da haste de um cilindro.

(–) menos – representa o recuo da haste de um cilindro.



Representação dos Movimentos

Exemplo:

Pacotes que chegam por uma esteira transportadora de rolos são

levantados e empurrados pela haste de cilindros pneumáticos para outra

esteira transportadora.

Devido a condições de projeto, a haste do segundo cilindro só poderá

retornar após a haste do primeiro ter retornado.

Seqüência cronológica:

a haste do cilindro A avança e eleva o pacote.

a haste do cilindro B avança e empurra o pacote para a esteira II.

a haste do cilindro A retorna à sua posição inicial.

a haste do cilindro B retorna à sua posição inicial.



Método de Movimento

Esteira II



Formas de representação



Representação em forma de diagrama - Diagrama espaço-fase

São representadas todas as sequências das ações dos cilindros e dos sinais

de comando.

As representações são feitas através de eixos coordenados utilizando-se

valores binários (0 - 1) para eixo vertical.

• Adota-se o valor 0 para indicar a posição de repouso do elemento – motor

parado, cilindro com haste recuada, ausência de sinal.

• Adota-se o valor 1 para identificar o estado do elemento atuado – motor

funcionando, cilindro com haste avançada, sinal atuado.



Diagrama trajeto-passo

1

0

Movimento de avanço Movimento de recuo

Repouso do atuador



Diagrama trajeto-passo



Regras básicas da representação de diagramas

As linhas com diferentes inclinações indicam diferentes velocidades (avanço rápido

ou lento e retorno rápido ou lento).

As partidas e paradas de motores são representadas com linhas verticais, desde o

estado 0 a 1.

Quando existem vários elementos no sistema pneumático, os mesmos são

representados individualmente, um abaixo do outro.




Exemplo: Transporte de Produtos

Produtos que chegam por uma esteira transportadora de rolos são

levantados e empurrados pela haste de cilindros pneumáticos para outra

esteira transportadora.

Devido a condições de projeto, a haste do segundo cilindro só poderá

retornar após a haste do primeiro ter retornado.









Formas de representação - Exercícios






Métodos Sistemáticos



Métodos Sistemáticos

O caminho mais simples para a construção de qualquer

comando e de forma segura, consiste em desconectar o

sinal quando este não é mais necessário.

Anula-se a cada passo ou operação.



Método Intuitivo



Régra para determinar se o sistema é direto ou

indireto

Descrever a seqüência dos movimentos.




indireto

Dividir a seqüência ao meio;




indireto

Se os dois lados forem iguais:

Mesmas letras; e Seqüência Direta

Mesma ordem.

O circuito pode ser construido sem problemas de

sobreposição de sinais.




indireto




indireto

Se os dois lados:

Diferentes letras; ou Seqüência Indireta

Outra ordem.

O circuito pode ser construido apresentará sobreposição de

sinais.

Deve-se usar o método cascata para a construção do

circuito.




indireto




indireto

Quando uma letra aparece mais de uma vezes dos lados do

traço.



Divisão da seqüência indireta

Ler a seqüência da esquerda para a direita;

Colocar um traço vertical toda vez que uma letra for repetir;

O número de subdivisões é o número de setores.




Apesar da seqüência ter sido fragmentada em três partes, a

letra contida na terceira divisão não está na primeira.

Para economizar válvulas, pode-se considerar o retorno B

como parte da primeira divisão.




Como B está na primeira seção, não se pode empregrar a

mesma idéia do exemplo anterior.



Criado para evitar o problema da sobreposição de sinais e

pode resolver tanto seqüências diretas como indiretas.

A contrapressão é evitada porque dividimos a seqüência em

setores e cada setor pode conter somente um movimento de

cada cilindro pneumático.

Método Cascata -



Método Cascata

Válvulas em série;

Garante ar somente

em uma saída;



Método Cascata

A última linha(Linha IV)

começa pressurizada.



Método Cascata

A primeira ação é

pilotar a última válvula

5/2 vias, passando a

pressão para a linha I.



Método Cascata

A mudança do ar da linha II

para a linha III pode ser

feita pilotando-se a

penúltima válvula 5/2 vias.



Método Cascata

Para que o ar retorne para

a última linha, a de

número IV, é necessário

que as três válvulas sejam

pilotadas de volta,

voltando à posição

original.



Método Cascata



Método Cascata - Desenvolvimento

1º - Estabelecer a seqüência pelo diagrama trajeto passo




2º - Dividir em grupos – Para construção de um circuito

pneumático deve-se dividir a seqüência em setores.

Cada cilindro deve executar um movimento em cada

grupo.

A quantidade de memórias é igual ao número de grupos.

A + B + B – A –

I II




A linha II representa o setor II, no qual são feitos os

movimentos de retorno dos cilindros pneumáticos A e B e a

linha I representa o setor I, no qual são feitos os

movimentos de avanço dos cilindros A e B.




A partir daí determina-se o número de linhas pneumáticas que

controlam a mudança destes setores. Cada setor tem de

possuir uma linha pneumática. O número de válvulas 5/2 vias

ou 4/2 vias que controlam a mudança de setores é igual ao

número de linhas menos um.



A linha que inicia pressurizada é sempre a última.




Método Cascata -

3º - Elaborar o diagrama

pneumático com seus

respectivos componentes

e identificações.

Criar linhas de pressão

auxiliares.

Como são dois grupos,

deve-se ter duas linhas.



Método Cascata -

4º - Inserir as válvulas de

memória e de

simultaneidade.

Memória

Simultaneidade



Método Cascata -

5º - Interligar as linhas piloto com as linhas auxiliares.

Os primeiros movimentos de cada grupo devem executar

seus movimentos tão logo ocorra a inversão entre as linhas

auxiliares de pressão.

A + B + B – A –

1 2

Avanço de A(1º grupo)

Recuo de B(2º grupo)



Método Cascata -



Método Cascata -

6º - Interligar as válvulas

para a inversão.

A 1ª inversão ocorre

quando B+ chega em

2FC.

A 2ª inversão ocorre

quando A- chega em 1IC.

A + B + B – A –

1 2

2FC 1IC



Método Cascata -

7º - Interligar as

válvulas A+(1FC) e

B-(2IC)

2IC

2IC

1IC

1IC 2FC

2FC

1FC

1FC



Válvulas:

1IC: Ativ

1FC: Desa

2IC: Ativ

2FC: Desa

Atuador A

Avança

Atuador B

Recuado



Válvulas:

1IC: Desa

1FC: Desa

2IC: Ativ

2FC: Desa

Atuador A

Avança

Atuador B

Recuado

TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

Eletropneumática



Válvulas:

1IC: Desa

1FC: Ativ

2IC: Desa

2FC: Desa

Atuador A

Avançado

Atuador B

Avança



Válvulas:

1IC: Desa

1FC: Ativ

2IC: Desa

2FC: Ativ

Atuador A

Avançado

Atuador B

Avançado



Válvulas:

INVERSÃO

1IC: Desa

1FC: Ativ

2IC: Desa

2FC: Ativ

Atuador A

Avançado

Atuador B

Recua



Válvulas:

INVERSÃO

1IC: Desa

1FC: Ativ

2IC: Desa

2FC: Desa

Atuador A

Avançado

Atuador B

Recua



Válvulas:

INVERSÃO

1IC: Desa

1FC: Desa

2IC: Ativ

2FC: Desa

Atuador A

Recua

Atuador B

Recuado



Válvulas:

INVERSÃO

1IC: Ativ

1FC: Desa

2IC: Ativ

2FC: Desa

Atuador A

Recuado

Atuador B

Recuado



Válvulas:

1IC: Desa

1FC: Desa

2IC: Ativ

2FC: Desa

Atuador A

Avança

Atuador B

Recuado



Construindo Circuitos

Eletropneumáticos



Basicamente, existem quatro métodos de construção de

circuitos eletropneumáticos:

- intuitivo,

- minimização de contatos ou seqüência mínima,

- maximização de contatos ou cadeia estacionária,

- lógico.

Construindo circuitos eletropneumáticos















Exemplo: Ao acionar um botão de partida, dois cilindros

de ação dupla devem se movimentar, respeitando a seqüência

de movimentos A + A – B + B –.







S4 S1 S3





MEMÓRIA



















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