trabalho SHP (Jose Luiz e equipe)

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UNIVERSIDADE KROTON EDUCACIONAL
UNIDADE – 2 CAMPO GRANDE – MS
BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA
6º SEMESTRE /2016 NOTURNO
ADRIANO GOMES 
ANTÔNIO CESAR 
JOSÉ LUIZ OLIVEIRA JÚNIOR 
JULIO CESAR ROCHA
SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
PROFº: ARILSON FARIA 
Campo Grande - MS
11/2016
UNIVERSIDADE KROTON EDUCACIONAL
UNIDADE – 2 CAMPO GRANDE – MS
BACHARELADO EM ENGENHARIA MECÂNICA
6º SEMESTRE /2016 NOTURNO
ADRIANO GOMES - 8061784435
ANTÔNIO CESAR - 6277276564 
JOSÉ LUIZ OLIVEIRA - 8405990756
JULIO CESAR ROCHA - 8429152786
RELATÓRIO TÉCNICO 
PROJETO DE AUTOMAÇÃO
ELETROPNEUMÁTICA 
PROFº: ARILSON FARIA 
Campo Grande - MS
11/2016
PROJETO DE AUTOMAÇÃO ELETROPNEUMÁTICA DE UM TORNO MECÂNICO
 Trabalho entregue ao professor Arilson Faria na disciplina de sistemas hidráulicos e pneumáticos como avaliação parcial do segundo bimestre. Visando a revisão do conteúdo apresentado ao decorrer do semestre letivo.
RESUMO
Para atender uma demanda cada vez mais exigentes, com prazos cada vez mais curtos criou-se a necessidade de processos que acompanhem essa velocidade, contudo sem perder a qualidade dos produtos.
Como o objetivo de ganhar tempo de torneamento das peças, fez-se a necessidade de um processo continuo desde a alimentação da máquina com matéria-prima até a fabricação do produto acabado. Surgiu então a ideia de automatizar um torno mecânico que que este serviço fosse realizado.
Visando a melhor relação custo benefício optou-se por um sistema eletropneumático. Este relatório técnico almeja apresentar as diretrizes para implantação desde sitema de automatização pneumática contendo; base teórica, dimensionamentos, funcionamento, norma reguladora de segurança, com apoio de software onde serão realizados ensaios e simulações para garantir o pleno funcionamento do processo.
Palavras-chaves: dimensionamento; NR 12; automação; eletropneumático; agilidade de processo.
ABSTRACT
To meet an increasingly demanding demand, with shorter and shorter deadlines, the need for processes that accompany this speed has been created, but without losing the quality of the products.
 As the goal of gaining turn time of the parts, a continuous process was necessary from the feeding of the machine with raw material to the manufacture of the finished product. Then came the idea of ​​automating a lathe for this service to be performed. Aiming at the best cost-benefit ratio, an electro-pneumatic system was chosen.
This technical report aims to present the guidelines for implementation from pneumatic automation system containing; Theoretical basis, sizing, operation, safety regulatory standard, with software support where tests and simulations will be carried out to guarantee the full operation of the process.
Keywords: sizing; NR 12; automation; electro pneumatic; Process agility.
INTRODUÇÃO
“Pelas razões mencionadas e à vista, posso chegar à conclusão de que o homem dominará e poderá elevar-se sobre o ar mediante grandes asas construídas por si, contra a resistência da gravidade”. Leonardo da Vinci.
A frase de Leonardo da Vinci apresenta uma de várias utilidades para o uso do ar como fonte de energia, ora transformando-a em outras fontes como elétrica ou potencial, ora usada para gerar trabalho (energia cinética).
No entanto apenas depois da segunda metade do século XIX foi que o ar comprimido tomou um lugar de destaque no processo industrial.
Apesar dos gastos iniciais com a implantação de uma rede estruturada de ar comprimido suas vantagens superam os gastos. Com um sistema devidamente implantado pode-se iniciar um processo de automação dos equipamentos ganhando assim agilidade no processo e padronização dos produto, ou seja, ganho de tempo, aumento de produtividade e mantendo a qualidade o que fator de terminante em qualquer indústria. 
Em suma devido a relação custo/benefício a adoção por um sistema automatizado pneumaticamente se torna uma das melhores opções para otimizar um processo de pequeno, médio ou grande porte.
Assim chegamos a ideia central deste trabalho otimização de um equipamento de torneamento mecânico através da automação eletropneumática. Tendo como enfoque a segurança, qualidade e agilidade do processo.
REVISÃO
O capítulo aborda de modo prático e conceitual as teorias, as ferramentas e equipamentos envolvidos no processo de otimização de produção através de um sistema eletropneumático.
Metodologia de projeto 
Este projeto apresenta uma solução para implantação de um sistema eletropneumático de ciclo continuo, desejando seguir a metodologia de projeto apresentada em (VALDIERO 1997)
Para se chegar no melhor resultado qualquer projeto deve ter um conjunto de fases, assim sendo considerados os fatores segurança, eficiência e custo;
Estudo das Necessidades; 
Conceito do projeto; 
Projeto em software;
Testes em simulador;
Dimensionamento dos componentes; 
Descrição com detalhes do Projeto.
Estudo das necessidades
Em uma análise inicial descreveremos os pontos do projeto que necessitam de uma atenção especial.
2.1- proteção no acesso as partes moveis do equipamento seguindo as diretrizes da norma reguladora NR12.
2.2- otimizar o ciclo de produção, buscando melhorar o rendimento e agilidade do processo, planejando de forma adequada passo a passo o processo, enumerando funções tanto dos componentes quanto do operador, para que ao iniciar o ciclo de produção não haja dúvidas na execução das peças evitando assim atrasos indesejáveis, perca de matéria-prima e acidentes que coloquem em risco a integridade dos colaboradores envolvidos.
Breve histórico do equipamento alvo.
Torno mecânico se trata de um equipamento que possui como principal finalidade a usinagem de peças em movimentos cilíndricos ou de revolução. Hoje o torno é a principal ferramenta em qualquer indústria devido a sua vasta gama de aplicações, nas mãos de um profissional qualificado o torno é capaz de produzir as mais diversas peças para infinitos fins.
Exemplo da diversidade do trabalho com torno é este cubo com outros cubos dentro, feito exclusivamente no torno.
 
Figura 3
Tipos de torno ao longo da historia
Torno de vara - Tratava-se de uma corda com uma das extremidades presa na ponta de um galho ou uma vara e a outra ponta enrolada na peça. O trabalho era realizado quando a o galho subia e puxava a corda fazendo a peça girar.
 
Figura 3.1.1
Torno de fuso – utilizado a partir de 1600, necessitava de dois operadores, um girava o fuso o outro trabalhava com a ferramenta de corte na peça a ser usinada.
 
Figura 3.1.2
Torno de Leonardo da Vinci - já citado anteriormente o celebre inventor, pintor e artista também teve seu modelo, que tinha o mesmo princípio de uma máquina de tear antiga, operando em rotações continuas.
 
Figura 3.1.3
Torno paralelo - no século XIX, os ingleses, Henry Maudslay e Joseph Whitworth, criaram novos equipamentos no torno da época, o que proporcionou um grande avanço na produção de peças torneadas. Eles criaram o porta-ferramentas (que possibilitou trabalhar com materiais mais duros pois o torneiro não precisaria mais segurar as peças com as mãos), o recambio e o fuso para avanços automáticos, acoplaram o torno a um motor a vapor e adicionaram uma polia escalonada para fazer troca de rotações.
 
Figura 3.1.4
Desde então surgiram outras variações para atender determinadas situações-problemas que surgiram ao longo dos anos como:
Torno de placa - criado para tornear peças com grande diâmetro.
 
Figura 3.1.5.
Torno vertical - seu eixo arvore fora invertido de horizontal para vertical, para que se possa trabalhar com peças de alto peso e dimensão.
 
Figura3.1.6.
Torno universal – o mais comum e mais usado devido a gama de serviço realizado por ele.
 
Figura 3.1.7.
Torno CNC – o mais moderno dos tornos que trabalha em conjunto com uma matriz computacional onde transforma desenhos em códigos numéricos, estes são lidos pelo equipamentos e a partir dai esses códigos tomam forma. Eles são capazes de operar tanto nos três eixos x, y, z. esses tornos são capazes de feitos grandiosos como fabricação de grandes embarcações. Figura 3.1.9.
 
Figura 3.1.8.
 Figura 3.1.9.
Automação eletropneumática
 
Seu princípio parte da utilização em conjunto da energia elétrica e a energia pneumática, a Automação Eletropneumática é um ramo essencial na indústria, no ramo automotivo e nos equipamentos hospitalares, onde entre outros, podemos ver a presença dos dispositivos eletropneumáticos.
A utilização de sistemas eletropneumáticos possui grandes benefícios em diversas situações que envolvam velocidade de transmissão, perdas, segurança, etc. A escolha adequada dos elementos pneumáticos são de suma importância para dentro da cadeia de comando em função de seu tipo de construção, da segurança que apresentam e da velocidade de trabalho. 
2.1. Equipamentos pneumáticos
2.1.1. Compressores
Equipamento que converte movimentos mecânicos gerados por energia elétrica, ou eventualmente, alguma outra forma de energia como motores a diesel e gasolina em energia de pressão popularmente conhecida como ar comprimido.
2.1.2. unidade de manutenção ou conservação - 
são um conjunto de equipamentos:
Filtro separador;
Regulador de pressão;
Lubrificador;
 
Figura4.1.
- Atuadores:
Atuadores pneumáticos são elementos mecânicos que, por meio de movimentos lineares ou rotativos transformam a energia cinética gerada pelo ar pressurizado e em expansão em energia mecânica, fenômeno esse que produz trabalho. Existem diversos tipos de atuadores entre eles:
Atuador de simples ação;
Cilindros com avanço por força pneumática e retorno por mola.
Atuadores de dupla ação;
Tanto o avanço quanto o retorno se dão por acionamento pneumático.
 
Atuador com haste passante;
Atuador com haste que transpassa ambos os lados do cilindro.
A tabela a seguir traz alguns outros modelos de atuadores.
Tabela 1
Válvulas:
São aparelhos de comando ou regulagem de início, parada e direção. Controlando desde pressão até vazão.
Válvulas direcionais; tem como função orientar a direção que o ar deve seguir para realizar um trabalho qualquer.
Dependendo da necessidade cada válvula possui um tipo de acionamento como descrito na tabela a seguir:
1* um sentido de ação.
* dois sentidos de ação.
Elementos eletropneumático:
Elementos de trabalho – transformam energia elétrica e pneumática em outras formas de energia. (Motores, atuadores).
Elementos de comando - acionam os atuadores. (Válvulas, reles).
Elementos de processamento de sinal – recebem, interpretam os sinais recebidos pelos sensores e os direcionam da forma correta.
Acionamentos manuais - permitem a passagem ou bloqueiam a passagem de corrente para o sistema acionador.
Comutador – é o elemento que ora abre e ora fecha o sistema.
Sensores – usados para detectar medir ou gravar fenômenos físicos e transmitir para os elementos de processamento. Não necessitam de contato. Podendo ser magnéticos, de proximidade indutivo ou capacitivo, fotoelétrico, ótico com barreira de luz, de pressão, temperatura.
Reles – chaves elétricas que acionam válvulas por corrente.
DIMENSIONAMENTO DOS ELEMENTOS:
	A pressão total no sistema pneumático é 6 bar. 
1 bar é a pressão atmosférica. 
Equação do diâmetro do pistão:
proj
Onde:
Fa : Forca de avanço;
Fproj : Força de projeto (N);
: Fator de correção;
ptrab : Pressão de trabalho (bar).
Equação do diâmetro da haste:
Onde:
S : Coeficiente de segurança;
λ : Comprimento livre de flambagem (cm);
Fa : Força de avanço (N);
E : Módulo de elasticidade do material da haste (N/cm.
L : Deslocamento.
 	Levando em conta a massa de 20 kg que será movimentada, com o coeficiente de segurança de 5 e fator de correção ( de 1,5; calculamos a força de avanço e também calculamos o diâmetro do pistão , junto com o diâmetro da haste (.
Pistão 1:
L = 100 cm
Ptrab = 6 bar
Fproj = 20 kg = 196 N
Λ = (2.L) = 200 
S = 5 
E = 2.107 
Cálculo do diâmetro do pistão:
Cálculo do diâmetro da haste:
Pistão 2:
L = 200 cm 
Ptrab = 6 bar 
Fproj = 20 kg = 196 N 
 =(2.L) = 400 
S = 5 
E = 2.107 
Cálculo do diâmetro do pistão:
Cálculo do diâmetro da haste:
Pistão 3:
L = 150 cm 
Ptrab = 8 bar 
Fproj = 20 kg = 196 N 
= (L) = 150 
S = 5 
E = 2.107 
Cálculo do diâmetro do pistão:
Cálculo do diâmetro da haste:
Pistão 4:
L = 400 cm 
Ptrab = 6 bar 
Fproj = 20 kg = 196 N
 =(L) = 400 
S = 5 
E = 2.107 
Cálculo do diâmetro do pistão:
Cálculo do diâmetro da haste:
Deslocamento e velocidade da haste do cilindro. 
 	A velocidade recomendada pelo fabricante é de 0,5 m/s, mas também poderá ser regulada para menos ou para mais de acordo com necessidade do operante ou sistema.
Cálculo do consumo de ar nos cilindros. 
 	Para saber o consumo de ar nos cilindros, é preciso saber sua área 1 e área 2 da seção do pistão de cada cilindro, a partir do diâmetro do pistão e diâmetro da haste (, onde os mesmo já foram calculados. Assim, o consumo de avanço e retorno, se dá pelas fórmulas abaixo:
Onde:
Ca: Consumo de avanço
Cr: Consumo de retorno
Ct: Consumo total
L: Comprimento do avanço da haste
Ptrab: Pressão de trabalho 
T: Tempo
Área 1: Área do pistão 
Área 2: Área da haste 
Cilindro 1:
r1 = 12,5 mm 
r2 = 7,85 mm
A1 = 491 mm 
L = 100 
Ptrab = 6 bar, 
T = 2,5s
Cilindro 2:
r1 = 12,5 mm 
r2 = 11,5 mm 
A1 = 491 
L = 200 
Ptrab = 6 bar 
T = 5 s
Cilindro 3:
r1 = 11 mm 
r2 = 7 mm 
A1 = 380
L = 150 
Ptrab = 8 bar 
T = 2,5 s
Cilindro 4:
r1 = 12,5 mm 
r2 = 11,5 mm
A1 = 491 
L = 400 
Ptrab = 6 bar 
Ta = 270 s 
Tr = 60 s
Consumo total de ar no sistema: 
Cálculo da velocidade de avanço e retorno.
 	Levando em conta os valores de avanço, retorno e de tempo projetados acima para cada atuador pneumático, assim possibilitando calcular tais velocidades do mesmo, a partir das formulas a seguir:
Onde:
Va: Velocidade de avanço 
Vr: Velocidade de retorno
Ta: Tempo de avanço
Tr: Tempo de retorno
Cilindro 1:
L = 100 mm 
Ta = 2,5 s
Cilindro 2:
L = 200 mm 
Ta = 5 s
Cilindro 3:
L = 150 mm 
Ta = 2,5 s
Cilindro 4:
L = 400 mm 
Ta = 270 s
Aplicação das Normas Regulamentadoras; NR6, NR12.
4.1 NORMA REGULAMENTADORA 6 -  NR 6
A NR6 define que a empresa é obrigada a fornecer para os empregados, gratuitamente todos os Equipamentos de Proteção Individuais-EPI adequados para o trabalho a exercer. Os EPI devem estar em perfeitas condições conservação e funcionando corretamente, a fim de preservar a saúde, a segurança e a integridade física dos trabalhadores.
Todo EPI entregue aos empregados deve possuir o Certificado de Aprovação-CA para que possa ser utilizado. Os Equipamentos deverão ser fornecidos por empresas registradas no Departamento de Segurança e Saúde do Trabalho.
Cabe ao empregado, usar apenas para finalidade que se destina, se responsabilizar pela guarda e conservação, comunicar ao responsável qual quer coisa que torne improprio para uso e cumprir as determinações de uso adequado.
LISTAS DOS EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL
Óculos: Para proteção dos olhos contra eventuais impactos de partículas volantes.
 Figura 4.2.1. - Protetor dos olhos.
Protetores auditivos
Ajuda a reduzir a exposição aos níveis perigosos de ruído e outros sons indesejados, utilizado durante aprovação e conhecimento das áreas de higienes.Protetores de inserção podem ser descartáveis ou não, deverá ser usado corretamente para serem eficaz e cada protetor tem um nível de redução diferente sendo necessário verificar o valor no certificado de aprovação.
Figura 4.2.2. - Protetor auricular tipo plug
Figura 4.2.3 – Protetor abafador
Calçado de segurança com protetor frontal, garantindo proteção contra impactos e quedas.
Figura 4.2.4 – Calçado de segurança com biqueira protetora
Proteção tronco vestes inferiores – As roupas de segurança jaleco ou camisa ambos de mangas curta e em alguns casos avental pode ser usado. Esses são os EPI que ofereçam proteção para o tronco. Já as pernas do usuário, deverá utilizar calça, ela não pode ultrapassar o solado da bota.
Para evitar quaisquer tipos de ferimentos, deverá ser também vetado o uso de roupas largas ou de outros artifícios como brincos, anéis, bracelete, relógio e cabelo longo solto e etc...
Figura 4.2.5. - Proteção tronco vestes inferiores
NORMA REGULAMENTADORA NR12
Esta Norma Regulamentadora e seus anexos definem os parâmetros técnicos, princípios fundamentais e medidas de proteção para garantir a integridade física e a saúde dos trabalhadores e estabelece também requisitos mínimos para a prevenção de acidentes e doenças do trabalho nas fases de utilização de máquinas e equipamentos de todos os tipos. – NR aprovadas pela Portaria nº 3.214, de 8 de junho de 1978, nas normas técnicas oficiais e, na ausência ou omissão destas, nas normas internacionais aplicáveis.
Partes moveis: Colando protetor na placa de torno assim evitando contato direto com a placa, colocando protetor no fuso para protege-lo de resíduos. Protetores fixo e firmemente fixado no torno eletropneumático, eles apenas são removidos para limpezas e reajustes.
Descrição passo a passo do ciclo de produção das peças;
O processo de torneamento das peças devem seguir uma sequência lógica para melhor aproveitamento de recursos, energia, trabalho, e tempo.
Na automação o sincronismo de movimentos é crucial para a integridade do produto, do colaborador e do equipamento de trabalho.
Descreveremos aqui a sequência o passo a passo de um ciclo completo de na produção dos produtos. 
Antes do início do movimentos os atuadores (A¹, E², e C³) estão recuados e o atuador () está em posição de avanço.
O ciclo se inicia e no primeiro passo o atuador (A) avança alimentando o torno com a matéria prima a ser torneado.
Segundo movimento se dá pelo avanço do atuador (E) que tem como função introduzir o material na placa do torno.
Em seguida o atuador (P) recua e com movimento de pinça prende a peça a ser torneada na placa.
Com a placa devidamente apertada a peça está pronta para ser torneada, neste momento o atuador (E) recua e logo em seguida o atuador (A) também recua abrindo assim espaço para o carrinho torneador começar a modelar a peça.
Próximo passo o atuador (C) responsável pelo carrinho torneador avança lentamente para melhor acabamento da peça, ao fim do movimento o carrinho torneador retorna até o completo recuo do atuador. 
 Último passo do ciclo o atuador (P) avança liberando a peça e desligando o sistema, possibilitando ao operador ter acesso a peça já pronta.
*A¹ - atuador alimentador de matéria-prima. 
*E² - atuador do carrinho de entrada de peça na placa. 
*C³ - atuador do carro torneador.
* – atuador da placa do torno.
Simulação do projeto;
Passo um - equipamento parado apenas com o sistema pressurizado. 
										
Passo dois da simulação - início do ciclo, avanço do pistão (A).
														
Passo três da simulação – avanço pistao (E) entrada de matéria-prima na placa.
																															
								
Passo quatro da simulação – pistão (P) recua prendendo à placa o material a ser torneado.
Passo cinco da simulação – recuo do pistão (E).
Passo seis da simulação – recuo do pistão (A).
Passo sete da simulação – avanço do pistão (C), início do torneamento da peça.
Passo oito da simulação – o pistão (C) recua, fim do torneamento, o pistão (P) avança liberando a peça. Fim do ciclo.
FORMULÁRIO
Para o dimensionamento de todos os sistema eletropneumático são necessárias algumas formulas e leis para que seja feito os cálculos;
1ª Lei de Newton - Princípio da Inércia
Uma massa qualquer tende a manter sua condição de equilíbrio, seja em movimento constante, seja em repouso, até que uma força altere essa condição
 
2ª Lei de Newton - Princípio Fundamental da Dinâmica
A força resultante em um corpo será diretamente proporcional a sua massa e a aceleração adquirida por ele.
 em módulo: F = m. a
 
Onde:
F - Força resultante (em N);
m - é a massa do corpo (em kg);
a - é a aceleração adquirida (em m/s²).
  
3ª Lei de Newton - Princípio da Ação e Reação
Toda força gera uma outra força, está em reação, de mesma intensidade e direção contudo em sentido oposto.
Amortecedores de fim de curso
Ec = 
Diâmetro da haste
da = 
Força de avanço
Fa = proj
Diâmetro do pistão
dp = 2.
Número de Reynolds
ReD = = 
Velocidade ar na tubulação
V = 121,65.10-2 .p
Diâmetro da tubulação
Di = 
Perda de carga
 
 = f.
Diâmetro da tubulação
d = 10.
	
CONCLUSÃO
Ao final de mas esta etapa na busca pelo bacharel em engenharia mecânica, concluímos satisfatoriamente este relatório técnico.
Onde aprendemos como empregar na pratica todo conhecimento e orientações adquirido ao longo do curso, percebendo assim a importância de um planejamento adequado, dimensionamento correto onde foi necessário acionar todo conhecimento teórico acumulado ao decorrer dos semestres.
O trabalho em equipe foi um fator crucial para conclusão do mesmo, ao unir forças com minha equipe, e somar esforços com outras equipes percebemos o quão valoroso se tornou o trabalho, pois cada um contribuiu com uma parcela chave para o trabalho.
Um conjunto de fatores fazem o sucesso de um projeto entre eles trabalho em equipe, um bom professor orientador, dedicação, buscar novos conhecimentos e saber como usa-los.
Em suma com estes projeto aprendemos unir a teoria com a pratica e assim agregando valor a nossa formação, nos tornando melhores profissionais.
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