Sistemas hidráulicos e pneumáticos Aula 1

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Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos
Professor: Leonardo Leite
Engenheiro Mecânico
Introdução à sistemas Hidráulicos e pneumáticos
Aula 01
Cronograma de Aula
	Módulo	Datas	Conteudo	Atividades	Local
	1	01/04/2024
02/04/2024
03/04/2024 06/04/2024	Aula 01
Introdução às sistemas Hidráulicos e pneumáticos - nesta aula, os alunos serão apresentados aos
conceitos básicos e princípios fundamentais dos sistemas pneumáticos, incluindo o funcionamento
e os componentes principais.
Aula 02
Elementos pneumáticos - nesta aula, os alunos serão introduzidos aos componentes
pneumáticos, incluindo compressores, válvulas, tubos e conectores, e aprenderão sobre suas
funções e aplicações.
Aula 03
Projeto de comandos combinatórios e sequenciais - nesta aula, os alunos aprenderão
sobre os conceitos, tipos e aplicações de comandos combinatórios e sequenciais em sistemas
pneumáticos, incluindo a programação e a implementação de sistemas automatizados.
Aula 04 
Laboratório software FluidSim
	Atividade 01 - Pesquisar sobre programa FluidSim Pneumático
 
Atividade 02 - Lista de exercícios sobre os componentes de um sistema pneumático
Atividade 03 - Lista de exercícios sobre os comandos combinatórios e sistemas automatizados.
Atividade 04 -Questionário com respostas objetivas sobre os sistemas feitos em laboratório
	Sala de Aula (Aulas 01,02 e 03) Laboratório (aula 04 )
Introdução: O que são sistemas Hidráulicos?
Os sistemas hidráulicos são usados para transmitir e controlar energia mecânica através de fluidos, geralmente óleo, em tubulações e componentes. Eles acionam atuadores, como cilindros hidráulicos e motores, para realizar tarefas mecânicas, como levantar cargas e controlar posições. 
Introdução: O que são sistemas Pneumáticos?
Sistemas pneumáticos são mecanismos que utilizam ar comprimido ou gases para transmitir e controlar energia mecânica. Eles empregam componentes como válvulas, cilindros pneumáticos, filtros e reguladores de pressão para gerenciar o fluxo, pressão e direção do ar comprimido.
Diferença entre sistemas hidráulicos e pneumáticos
Fluido utilizado:
Os sistemas hidráulicos utilizam fluidos, geralmente óleo, para transmitir energia mecânica.
Os sistemas pneumáticos utilizam ar comprimido ou gases para a mesma finalidade.
Propriedades dos fluidos:
Os fluidos hidráulicos são incompressíveis, o que significa que não são facilmente comprimidos. Isso permite uma transferência eficiente de força mesmo em sistemas de alta pressão.
Os gases usados nos sistemas pneumáticos são compressíveis, o que significa que podem ser comprimidos e expandir-se facilmente. Isso os torna adequados para aplicações que exigem movimentos rápidos e precisos.
Diferença entre sistemas hidráulicos e pneumáticos
Força e pressão:
Os sistemas hidráulicos são capazes de gerar forças extremamente altas, mesmo com pequenas áreas de pistão, devido à incompressibilidade dos fluidos.
Os sistemas pneumáticos podem gerar forças consideráveis, mas geralmente operam em pressões mais baixas do que os sistemas hidráulicos.
Aplicações típicas:
Os sistemas hidráulicos são frequentemente usados em aplicações que exigem forças extremamente altas, como guindastes, prensas hidráulicas, freios de veículos, entre outros.
Os sistemas pneumáticos são comuns em aplicações que requerem movimentos rápidos e precisos, como automação industrial, sistemas de transporte de materiais, ferramentas pneumáticas, entre outros.
Diferença entre sistemas hidráulicos e pneumáticos
Manutenção:
Os sistemas hidráulicos tendem a exigir uma manutenção mais frequente devido à possibilidade de vazamentos de fluido.
Os sistemas pneumáticos geralmente exigem menos manutenção, pois o ar comprimido é menos propenso a vazamentos e não apresenta riscos ambientais como os fluidos hidráulicos.
Em resumo, embora ambos os sistemas sejam usados para transmitir energia mecânica, eles diferem significativamente em termos de fluidos utilizados, propriedades dos fluidos, força gerada, aplicações típicas e exigências de manutenção. A escolha entre sistemas hidráulicos e pneumáticos depende das necessidades específicas de cada aplicação.
Exemplo de sistemas hidráulicos
Exemplo de sistemas hidráulicos
Exemplo de sistemas hidráulicos
Exemplo de sistemas Pneumáticos
Exemplo de sistemas Pneumáticos
Perda de Carga (∆P)
A perda de carga é uma função complexa de diversos elementos, tais como: 
Rugosidade do conduto;
Viscosidade e densidade do fluido; 
Velocidade de escoamento;
Grau de turbulência do movimento;
Comprimento percorrido.
Perda de Carga (∆P)
A perda de carga é uma função complexa de diversos elementos, tais como: 
Rugosidade do conduto;
Viscosidade e densidade do fluido; 
Velocidade de escoamento;
Grau de turbulência do movimento;
Comprimento percorrido.
Perda de carga localizada
Tipos de Escoamento:
Este conceito é importante para identificarmos o comportamento do escoamento, definidos a seguir:
Escoamento Laminar: ocorre quando as partículas de um fluido movem-se ao longo de trajetórias bem definidas, apresentando lâminas ou camadas, cada uma delas preservando suas características no meio. No escoamento laminar, a viscosidade age no fluido no sentido de amortecer a tendência de surgimento da turbulência . Este escoamento ocorre geralmente a baixas velocidades e em fluidos que apresentam grande viscosidade.
Tipos de Escoamento:
Escoamento Turbulento: ocorre quando as partículas de um fluido não movem-se ao	longo de trajetórias bem definidas, ou seja, as partículas descrevem trajetórias irregulares, com movimento aleatório, produzindo uma transferência de quantidade de movimento entre regiões de massa líquida. Este escoamento é comum em água, cuja viscosidade é relativamente baixa.
Número de Reynolds (Re)
A importância fundamental do número de Reynolds é a possibilidade de se avaliar a estabilidade do fluxo podendo obter uma indicação se o escoamento flui de forma laminar ou turbulenta. O número de Reynolds constitui a base do comportamento de sistemas reais, pelo uso de modelos reduzidos.
Tabela da Viscosidade Dinâmica
Perda de Carga Distribuida: 
Geralmente ocorre em trechos retilíneos dos condutos;
A	pressão total imposta pela parede dos dutos diminui gradativamente ao longo do comprimento;
Permanece constante a geometriade suas áreas molhadas;
Essa perda é considerável se tiver trechos relativamente compridos dos dutos;
A fórmula universal para o cálculo da perda de carga distribuída:
Esta fórmula de Darcy-Weissbach, permite calcular a perda de carga ao longo de um determinado comprimento do conduto, quando é conhecido o parâmetro f, denominado como coeficiente de atrito (dependente do número de Reynolds, rugosidade e diâmetro do conduto).
Perda de Carga Distribuida: 
Onde: 
hf: perda de carga distribuída ;
f: fator de atrito ;
L: comprimento da tubulação;
D: diâmetro da tubulação ;
V: velocidade do escoamento ;
G: aceleração da gravidade .
Perda de Carga Localizada: 
, onde: 
K = coeficiente de perda de carga localizada de um determinado acessório;
Sistemas de Medidas: 
Os sistemas de medidas usados na pneumática são: o Sistema Internacional (SI) e o técnico
Sistemas de Medidas: 
Ar Comprimido: 
O ar comprimido é, provavelmente, uma das mais antigas formas de transmissão para ampliar sua capacidade física. O primeiro homem que, com certeza, sabemos que se interessou pela pneumática, isto é, o emprego do ar comprimido como meio auxiliar de trabalho, foi o grego Ktesibios; há mais de 2000 anos ele construiu uma catapulta a ar comprimido.
O termo pneumática é derivado do grego Pneumos ou Pneuma (respiração, sopro) e é definido como parte da Física que se ocupa da dinâmica e dos fenômenos físicos relacionados com os gases ou vácuos. É também o estudo da conservação da energia pneumática em energia mecânica, através dos respectivos elementos de trabalho.
Hoje, o ar comprimido tornou-se indispensável, e nos mais diferentes ramos industriais instalam-se equipamentos pneumáticos.
Vantagens do ar comprimido 
Disponibilidade e Acessibilidade: O ar comprimido é facilmente acessível e econômico, tornando os sistemas pneumáticos convenientes de implementar.
Segurança: O ar comprimido é seguro, não inflamável, minimizando os riscos de incêndio em comparação com fluidos hidráulicos inflamáveis.
Limpeza: O ar comprimido é limpo e não deixa resíduos nos sistemas, importante para aplicações sensíveis à contaminação.
Versatilidade: Os sistemas pneumáticos podem ser adaptados para diversas aplicações industriais.
Controle Preciso: Permitem um alto nível de controle sobre movimentos e operações.
Baixo Custo de Manutenção: Geralmente têm custos de manutenção mais baixos que sistemas hidráulicos.
Eficiência Energética: Podem ser altamente eficientes, resultando em economias de energia.
desvantagens do ar comprimido 
Compressibilidade: Gases são compressíveis, o que pode reduzir a precisão em comparação com fluidos não compressíveis como nos sistemas hidráulicos.
Vazamentos de Ar: Propensos a vazamentos, resultando em perda de pressão e eficiência, exigindo manutenção frequente.
Menor Força de Atuação: Capacidade de geração de força inferior aos sistemas hidráulicos.
Ruído: Funcionamento ruidoso devido à liberação de ar comprimido e movimento dos componentes.
Sensibilidade à Temperatura: Variações de temperatura podem afetar a densidade do ar comprimido, exigindo ajustes frequentes.
Necessidade de Filtragem: Requer filtragem para remover contaminantes, adicionando complexidade e custos adicionais.
Menor Capacidade de Transmissão de Potência: Capacidade de transmissão de potência geralmente menor em comparação com sistemas hidráulicos.
Propriedades físicas do ar:
Compressibilidade: O ar, assim como todos os gases, tem a propriedade de ocupar todo o volume de qualquer recipiente, adquirindo seu formato, já que não tem forma própria. Assim, podemos fechá-lo em um recipiente com volume determinado e posteriormente provocar-lhe uma redução de volume usando uma força exterior.
Propriedades físicas do ar:
Elasticidade: Propriedade que possibilita ao ar voltar ao seu volume inicial uma vez extinto a força responsável pela redução do volume.
Propriedades físicas do ar:
Difusibilidade: Propriedade do ar que lhe	permite misturar-se homogeneamente com qualquer meio gasoso que não esteja saturado
Propriedades físicas do ar:
Expansibilidade: Propriedade do ar que lhe possibilita ocupar volume de qualquer recipiente, adquirindo seu formato.
Produção e distribuição de ar comprimido
Compressor
Resfriador posterior ar/ar
Reservatório
Secador
Instalação de Produção: 
Para a produção de ar comprimido são necessários compressores, os quais comprimem o ar para a pressão de trabalho deseja. Na maioria dos acionamentos e comandos pneumáticos se encontra, geralmente, uma estação central de distribuição de ar comprimido. Não é necessário calcular e planejar a transformação e transmissão da energia para cada consumidor individual. A instalação do compressor fornece o ar comprimido para os devidos lugares através de uma rede tubular.
Já ao projetor, devem-se ser consideradas a ampliação de novos aparelhos pneumáticos. Por isso é necessário sobredimensionar a instalação para que mais tarde não venha se constatar que ela está sobrecarregada. Uma ampliação da instalação se torna geralmente muito cara.
Muito importante é o grau de pureza do ar. Um ar limpo garante uma longa vida útil da instalação. A utilização correta dos diversos tipos de compressores também deve ser considerado.
Preparação do ar comprimido
Umidade: 
O ar atmosférico é uma mistura de gases, principalmente de oxigênio e nitrogênio, e contém contaminantes de três tipos: água, óleo e poeira. As particulas de poeira, em geral abrasivas, e o óleo queimado no ambiente de lubrificação do compressor, são responsáveis por manchas nos produtos.
O compressor, ao admitir ar, aspira também os seus compostos e, ao comprimir, adiciona a esta mistura o calor sob a forma de pressão e temperatura, além de adicionar óleo lubrificante. Componentes com água sofrerão condensação e ocasionarão problemas. Sabemos que a quantidade de água absorvida pelo ar está relacionada com a sua temperatura e volume.
Quando o ar é resfriado à pressão constante, a temperatura diminui, então a parcial do vapor será igual à pressão de saturação no ponto de orvalho. Qualquer resfriamento adicional provocará condensação da umidade. Denomina-se Ponto de Orvalho o estado termodinâmico correspondente ao início da condensação do vapor d’água, quando o ar úmido é resfriado e a pressão parcial do vapor é constante. 
Preparação do ar comprimido
A presença desta água condensada nas linhas de ar, causada pela diminuição de temperatura, terá como consequência:
Oxidação da tubulação e componentes pneumáticos;
Dissolução da película lubrificante existente entre duas superfícies que estão em contato, acarretando desgaste prematuro e reduzindo a vida útil das peças, válvulas, cilindros, etc;
Aumenta o índice de manutenção;
Prejudica a produção de peças;
Arraste de partículas sólidas que prejudicarão o funcionamento dos componentes pneumáticos;
Portanto, é da maior importância que grande parte da água, bem como dos resíduos de óleo, seja removido do ar para evitar redução de todos os dispositivos e máquinas pneumáticas.Distribuição do ar comprimido
Cada máquina e equipamento necessita de uma determinada quantidade de ar, sendo abastecidos por um compressor, através da rede tubular de distribuição.
O diâmetro da tubulação deve ser escolhido de maneira que, se o consumo aumentar, a queda de pressão entre o depósito e o consumidor não ultrapasse 10kPa (0,1bar).
Rede de Distribuição: a rede tem duas funções básicas:
comunicar a fonte produtora com os equipamentos consumidores;
funcionar como um reservatório para atender às exigências local.
Distribuição do ar comprimido
Um sistema de distribuição perfeitamente executado deve apresentar os seguintes requisitos:
Pequena perda de pressão entre o compressor e as partes de consumo;
Não apresentar escape de ar;
Apresentar grande capacidade de realizar separação de condensado;
O	layout	apresenta	a rede principal de distribuição, suas ramificações, todos os pontos de consumo, incluindo futuras aplicações.
Distribuição do ar comprimido
Anel fechado (circuito fechado) ou circuito aberto – deve-se analisar as condições favoráveis e desfavoráveis de cada uma – deste anel parte as ramificações para os diversos pontos de consumo.
Circuito aberto
Circuito em malha
Circuito fechado
Circuito – auxilia na manutenção de uma pressão constante; distribuição uniforme do ar comprimido; dificulta a separação da umidade.
Distribuição do ar comprimido
Curvatura: maior raio possível;
Inclinação: no sentido do fluxo – 0,5 a 2%;
Drenagem de umidade: drenos ou purgadores colocados no pontos mais baixos (20 a 30m um do outro);
Tomadas de ar: feitas pela parte superior da tubulação principal
Unidade de conservação: 
Filtro;
Regulador de pressão;
Lubrificador.
Filtro: 
Livra o ar comprimido de impurezas, inclusive água condensada.
O ar entra no filtro, é colocado em rotação pelas fendas condutoras, onde a força centrífuga separa o ar, os corpos indesejáveis e as partículas maiores de sujeira
Simbologia
Regulador de pressão:
Mantém a pressão de trabalho constante, independente da pressão oscilante e o consumo do ar.
Pressão de entrada maior que a da saída.
regulagem através do parafuso.
Simbologia
Lista de exercícios
As respostas deverão ser conforme o entendimento de vocês.
O que são sistemas Hidráulicos?
O que são sistemas Pneumáticos?
Quais as principais diferenças entre eles?
O que é escoamento laminar?
O que é escoamento turbulento?
Quais são as vantagens e desvantagens de utilizar ar comprimido em sistemas? Cite pelo menos 3 cada.
Quais são as propriedades físicas do ar?
O que é circuito dentro dos sistemas pneumáticos?
Quais são os itens que compõe a unidade de conservação?
Qual a função do filtro nos sistemas pneumáticos?
Para que serve o regulador de pressão?
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