Exercícios de Especificações de Circuitos Pneumáticos

Exe${}_1$$_1$: Se faz necessário elevar uma carga de 70 Kg em 1 segundos à uma altura de 500 mm. A pressão disponível na linha pneumática é de 6 bar. Especifique a válvula e cilindros necessários e o sistema de preparação de ar, considerando os dados informados pelo fabricante IMI Precision Engineering. Obs.: usar fator de segurança de 50% (caso de movimentação de carga).

Solução:

Provável circuito pneumático:

Nota-se o uso de uma válvula 5/2 com acionamento mecânico com trava.

Dados: Pressão, $P=$$P=$ 6 (bar); Força necessária, $F=$$F=$ 70 (Kgf); Distância do deslocamento, $l=$$l=$50 (cm); Tempo para deslocamento, $t=$$t=$ 1 segundo.

Dimensionamento do cilindro:

Considerando-se o fator de segurança de 50%, a força necessária aumenta para: $F=70\cdot 1,5=105$$F=70 \cdot 1,5 = 105$ (Kgf)

Consultando-se uma tabela de Forças Teóricas $\times$$\times$ Consumo de ar, e considerando: - diâmetro do cilindro = 50 mm (5 cm);

Encontramos "K1" (Consumo de ar no avanço, em l/cm de curso), K1 = 0,136 (l/cm) de curso.

Com estes dados, pode-se especificar o cilindro Norgren PRA/182050/M/500; on (a série *P*A/182***/***/*** envolve atuadores cilíndricos de $\varphi =32\dots 125$$\phi=32 \ldots 125$ (mm) - 3 dígitos após "182", de baixo atrito e alta longevidade; suportantando pressões de $1\dots 16$$1 \ldots 16$ (bar), duplo efeito, amortecimento ajustável e pistão magnético (double acting, adjustable cushioning, magnetic piston: /M suffix required); o "M" refere-se à um cilindro "standard", isto é, com pistão magnético; o útimo número "500" se refere à excursão máxima, neste caso de 500 (mm); esta série permite até 3000 (mm) no máximo).

O próximo passo é dimensionar a válvula. Para isto, deve-se calcular a vazão (fluxo) necessária para mesma, e também o $C_v$$C_v$ (Coeficiente de Vazão) da válvula.

Fluxo, $Q={\displaystyle \frac{K\cdot L}{t}}={\displaystyle \frac{\text{Seção}\cdot \text{Distância}}{\text{Tempo}}}$$Q=\dfrac{K \cdot L}{t}=\dfrac{\text{Seção} \cdot \text{Distância}}{\text{Tempo}}$

$Q={\displaystyle \frac{0,136(l/cm)\cdot 50(cm)}{1(s)}}=6,8(l/s)$$Q=\dfrac{0,136 \; (l/cm) \cdot 50 \; (cm)}{1 \; (s)}=6,8 \;(l/s)$

O Coeficiente de vazão da válvula é calculado como: $C_v=0,09\cdot Q$$C_v=0,09 \cdot Q$, então: $C_v=0,09\cdot 6,8=0,612$$C_v=0,09 \cdot 6,8 = 0,612$ (l/s)

Com estes dados, a válvula escolhida será a Norgren X3 067702.

O último componente a se dimensionar neste circuito é a unidade de preparação de ar. O dado mais importante para dimensioná-la é a vazão necessária ao sistema. Considerando a vazão de 6,8 (l/s) calculada, baseando-se na Tabela 2 (dimensionamento de preparação de ar — filtro, regulador e lubrificador), temos a seguinte preparação de ar: BL72-221G.

Exe${}_2$$_2$: O problema aqui é elevar uma carga e 300 Kgf em 2 segundos a uma altura de 600 mm. Sabe-se que a pressão disponível na linha é de 6 bar. O acionamento deverá ser feito à distância.

Solução:

Provável circuito pneumático:

Dados: $F=$$F=$ 300 (Kgf) $t=$$t=$ 2 (segundos) $L=$$L=$ 600 (mm) $P=$$P=$ 6 (bar)

Fator de segurança $=50\mathrm{\%}$$=50\%$, assim:

$F=300\cdot 1,5=450$$F=300 \cdot 1,5=450$ (Kgf)

Consultando-se a tabela de Forças Teóricas $\times$$\times$ Consumo de ar, e considerando-se diâmetro do cilindro = 100 (mm), temos: K1=0,543 (l/cm) de curso.

Com estes dados, pode-se especificar o cilindro: Norgren RA/8100/M/600.

Dimensionando a válvula que comanda o cilindro… Calcula-se a vazão necessária para a mesma e, também, o $C_v$$C_v$ da válvula:

$Q={\displaystyle \frac{K\cdot L}{t}}={\displaystyle \frac{0,543\cdot 60}{2}}=16,29$$Q=\dfrac{K \cdot L}{t}=\dfrac{0,543 \cdot 60}{2}=16,29$ (l/s).

$C_v=0,09\cdot Q=0,09\cdot 16,29=1,46$$C_v=0,09 \cdot Q=0,09 \cdot 16,29 = 1,46$ (l/s).

Com estes dados, deve-se dimensionar a válvula 5/2, considerando também suas características de acordo com o circuito pneumático projetado. Assim, a válvula escolhida será V60A5D7A-X5090.

O próximo componente a escolher é a válvula auxiliar 3/2 vias com alavanca/trava utilizada para pilotar a outra válvula; não é necessário que esta apresente uma grande vazão. Assim, a válvula escolhida será: Norgren 03 0637 02.

O último componente a se dimensionar neste circuito é a preparação de ar. O dado mais importante para dimensioná-la é a vazão necessária ao sistema. Considerando a vazão de 16,29 l/s calculada, baseando-se na Tabela 2 (dimensionamento de preparação de ar — filtro, regulador e lubrificador), temos a seguinte preparação de ar: Norgren BL72-221G.

Um circuito electro-pneumático poderia ser desenvolvido, algo como:

Parte pneumática	Parte elétrica

Em relação ao circuito anterior, o cilindro e a preparação de ar continuam sendo os mesmos.

O único componente que sofrerá alteração será a válvula que aciona o cilindro, que passará de acionamento pneumático para elétrico. Desta forma, analisando o coeficiente de vazão necessária para a válvula ($C_v=$$C_v =$ 1,71) pode- se usar o seguinte produto:Norgren V61B513A-A213C.

Exe${}_3$$_3$: Um soldador elaborou um dispositivo com o intuito de fixar um equipamento para executar uma solda. Para a fixação estão previstos 2 cilindros pneumáticos com força de 100 kgf e um curso de 200 mm. O acionamento da operação deve ser realizado dos dois lados da peça para melhor comodidade do operador. A pressão disponível na rede é de 6 bar e o tempo de operação de 3s.

Solução:

Provável circuito pneumático:

Dados: $F=$$F=$ 100 (Kgf); $t=$$t=$ 3 (segundos); $L=$$L=$ 200 (mm); $P=$$P=$ 6 (bar).

Fator de segurança à ser adotado = 10% (caso de fixação da peça).

Calculando força necessária:

$F=100\times 1,1=110$$F=100 \times 1,1=110$ (Kgf).

Consultando-se a tabela de Forças Teóricas $\times$$\times$ Consumo de ar, e considerando-se diâmetro do cilindro = 50 (mm), encontramos: K1=0,136 (l/cm) de curso.

Com estes dados, pode-se especificar os dois cilindros: RA/8050/M/200 e PRA/182050/M/200.

O próximo passo é dimensionar a válvula que comanda os cilindros. Para cada cilindro necessitamos da seguinte vazão:

$Q={\displaystyle \frac{0,136\times 20}{3}}=0,906$$Q=\dfrac{0,136 \times 20}{3}=0,906$ (l/s)

Como temos apenas uma válvula acionando os dois cilindros, devemos somar a vazão necessária para acionar ambos ao mesmo tempo:

$Q_T=Q_1+Q_2$$Q_T=Q_1+Q_2$

$Q_T=0,906+0,906=1,81$$Q_T=0,906+0,906=1,81$ (l/s)

Calcula-se também o $C_v$$C_v$ da válvula:

$C_v=0,09\cdot Q=0,09\cdot 1,813=0,1629$$C_v=0,09 \cdot Q = 0,09 \cdot 1,813 = 0,1629$

Com estes dados, deve-se dimensionar a válvula, considerando também suas características de acordo com o circuito pneumático projetado. Assim, a válvula escolhida será Norgren V60A5DDA-X5020.

Os próximos componentes a escolher são as válvulas OU: Norgren T65C1800.

Deve-se dimensionar também as válvulas auxiliares 3/2 vias alavanca/mola utilizadas para o operador comandar o sistema. Como estas válvulas estarão sendo utilizadas apenas para pilotar uma outra válvula, não é necessário que estas apresentem uma grande vazão. Assim, as quatro válvulas escolhidas serão do seguinte modelo: Norgren 03 0638 02.

O último componente a se dimensionar neste circuito é a preparação de ar. O dado mais importante para dimensioná-la é a vazão necessária ao sistema.

Considerando a vazão de 1,813 l/s calculada e baseando-se na Tabela 2 (dimensionamento de preparação de ar — filtro, regulador e lubrificador), temos a seguinte preparação de ar: Norgren P1H-100-M1QG.