SHP Aula 1

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SISTEMAS HIDRÁULICOS & PNEUMÁTICOS
Professor: José Antonio S. Corbacho
Hidráulica e Pneumática - são
tecnologias associadas a geração,
controle e transmissão de fluídos
pressurizados.
Conceitos e princípios básicos Hidráulica e Pneumática
pressurizados.
Fluído - substância que se deforma
continuamente sob a aplicação de uma
pressão (tensão de cisalhamento), não
importando quão pequena possa ser.
Existem situações em que somente a
energia hidráulica e/ou pneumática
oferece uma solução mais eficiente e de
baixo custo, pois em algumas aplicações
Conceitos e princípios básicos Hidráulica e Pneumática
baixo custo, pois em algumas aplicações
não é permitido a ocorrência de faíscas
elétricas (pintura de automóvel, mina de
carvão, fábrica de armamentos, etc.).
Conceitos e princípios básicos Hidráulica e Pneumática
Conceitos e princípios básicos Hidráulica e Pneumática
A seleção da tecnologia para atuação depende de vários aspectos como
custos, condições ambientais, mantenabilidade, confiabilidade, etc.
Sob o ponto de vista de requisitos técnicos, o gráfico apresenta os
domínios de utilização dos sistemas em função Força x Velocidade de
atuação:
São acionamentos que utilizam o fluido líquido sob
pressão.
São utilizados quando cargas da ordem de até
centenas de toneladas estão envolvidas.
Sistemas Hidráulicos
centenas de toneladas estão envolvidas.
Exemplo: tratores, guindastes.
Ou quando se deseja uma alta precisão de
posicionamento.
Exemplo: máquinas de usinagem de precisão, micro
manipuladores, etc., que em geral não podem ser
obtidos com motores e sistemas elétricos.
São acionamentos que utilizam o fluido gasoso sob
pressão.
São utilizados quando estão envolvidas cargas da
ordem de até uma tonelada onde se deseja
Sistemas Pneumáticos
ordem de até uma tonelada onde se deseja
movimentos de duas posições (início e fim)
limitadas por batentes mecânicos, como em
máquinas de fixação ou transporte de peças, ou
quando se deseja altas rotações (milhares de
r.p.m.), como no caso de fresadoras pneumáticas,
broca de dentista, etc.
Introdução à pneumática
Pneumática - parte da física que se ocupa da
dinâmica e dos fenômenos físicos
relacionados com os gases ou vácuos.
Pneumática - estudo da conservação da
energia pneumática em energia mecânica,
através dos respectivos elementos de
trabalho.
O termo pneumática é derivado do grego
Pneumos ou Pneuma (respiração, sopro).
Introdução à pneumática
Como meio de racionalização do trabalho, o
ar comprimido vem encontrando, cada vez
mais, campo de aplicação na indústria,
assim como a água, a energia elétrica, etc.assim como a água, a energia elétrica, etc.
Somente na segunda metade do século XIX
é que o ar comprimido adquiriu importância
industrial.
Sua utilização é anterior ao inventor
Leonardo Da Vinci, que em diversos inventos
dominou e usou o ar.
Introdução à pneumática
No velho testamento, são encontradas
referências ao emprego do ar comprimido:
na fundição de prata, ferro, chumbo e
estanho.estanho.
A história demonstra que há mais de 2000
anos os técnicos construíam máquinas
pneumáticas, produzindo energia
pneumática por meio de um pistão - como
instrumento de trabalho utilizavam um
cilindro de madeira dotado de êmbolo.
Introdução à pneumática
Um longo caminho foi percorrido, das máquinas
impulsionadas por ar comprimido na Alexandria -
centro cultural vigoroso no mundo helênico - onde
foram construídas as primeiras máquinas reais, no
século III a. C., aos engenhos pneumoeletrônicosséculo III a. C., aos engenhos pneumoeletrônicos
de nossos dias - Evangelista Torricelli, o inventor
do barômetro, um tubo de mercúrio para medir a
pressão atmosférica, James Watts - com a
invenção da máquina a vapor, tendo início a era da
máquina, entre outros nomes.
Introdução à pneumática
Portanto, o homem sempre tentou aprisionar
esta força para colocá-la a seu serviço, com
um único objetivo: controlá-la e fazê-la
trabalhar quando necessário.trabalhar quando necessário.
Atualmente, o controle do ar suplanta os
melhores graus da eficiência, executando
operações sem fadiga, economizando
tempo, ferramentas e materiais, além de
fornecer segurança ao trabalho.
Introdução à pneumática
Na pratica, pneumática é uma técnica em
que o ar comprimido é empregado como
principal elemento de trabalho.
A energia pneumática provém da
compressão do ar atmosférico por meios
mecânicos, confinado em um reservatório,
transformando-o em ar comprimido a uma
dada pressão de trabalho.
Introdução à pneumática
Vantagens da pneumática
Quantidade - o ar existe em quantidades
ilimitadas;
Incremento da produção - com
investimento relativamente pequeno;
Transporte - o ar comprimido é transportado
por meio de tubulações, não existe a
necessidade de linhas de retorno como nos
sistemas hidráulicos;
Vantagens da pneumática
Armazenagem - o ar pode ser comprimido e
armazenado em um reservatório sem a
necessidade do compressor trabalhar
continuamente.continuamente.
O compressor somente irá operar quando a
pressão no reservatório cair a um
determinado valor mínimo ajustado em um
pressostato.
No caso da hidráulica, há a necessidade do
contínuo trabalho da bomba;
Vantagens da pneumática
Segurança - o ar comprimido não apresenta
perigos de explosão ou incêndio.
A pressão do ar comprimido utilizado na
pneumática é relativamente baixa (6 a 12
bar) comparada a hidráulica (350 bar);
Temperatura - o ar é insensível às variações
de temperatura.
Já o óleo tem sua viscosidade afetada pela
temperatura;
Vantagens da pneumática
Limpeza - como o fluido de utilização é o ar
comprimido, não há risco de poluição ambiental,
mesmo com eventuais vazamentos.
Este fato torna a pneumática a opção maisEste fato torna a pneumática a opção mais
eficiente para as indústrias alimentícias e
farmacêuticas;
Construção - o custo construtivo é relativamente
menor comparado aos sistemas hidráulicos.
Isso se deve ao fato das pressões serem mais
baixas possibilitando que os elementos sejam
menos robustos e mais leves.
Vantagens da pneumática
Velocidade - o ar comprimido permite alta
velocidade de deslocamento, entre 1 e 2m/s, pode
chegar a 10m/s em cilindros especiais e 500.000
r.p.m. em turbinas pneumáticas;r.p.m. em turbinas pneumáticas;
Regulagem - as velocidades e forças são
reguláveis conforme a necessidade da aplicação;
Segurança contra sobrecarga – os elementos
pneumáticos podem ser solicitados em carga até
parar sem danificá-los.
Desvantagens da pneumática
Preparação - para que se tenha um ar de boa qualidade,
isento de impurezas e umidade, é necessário uma boa
preparação do ar, isso é possível através da utilização de
filtros e purgadores;
Compressibilidade - esta é uma característica de todos osCompressibilidade - esta é uma característica de todos os
gases, o que impossibilita a utilização da pneumática com
velocidades precisas, constantes e uniformes, além disso, é
impossível obter paradas intermediárias;
Força - os elementos pneumáticos são normalmente
projetados para uma pressão relativamente baixa, as forças
envolvidas são pequenas se comparadas a outros sistemas;
Desvantagens da pneumática
Escape de ar - sempre que o ar é expulso de um
atuador provoca um ruído relativamente alto, este
problema pode ser atenuado através do uso de
silenciadores;silenciadores;
Custos - os custos de produção (compressão),
armazenamento, distribuição e manutenção podem
ser considerados significativos.
Entretanto o custo da energia é em parte
compensado pelos elementos de preços
vantajosos e da rentabilidade do equipamento;
Propriedades físicas do ar
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.forma própria.Apesar de insípido, inodoro e incolor, percebemos
o ar através dos ventos, aviões e pássaros que
nele flutuam e se movimentam, sentimos também o
seu impacto sobre o nosso corpo.
Concluímos, facilmente, que o ar tem existência
real e concreta, ocupando lugar no espaço.
Propriedades físicas do ar
Compressibilidade - é a propriedade que o ar tem
de permitir a redução do seu volume sob a ação de
uma força exterior.
Propriedades físicas do ar
Elasticidade – é a propriedade que possibilita ao
ar voltar ao seu volume inicial uma vez extinto o
efeito (força) responsável pela redução do volume.
Propriedades físicas do ar
Difusibilidade – é a propriedade do ar que lhe
permite misturar-se homogeneamente com
qualquer meio gasoso que não esteja saturado.
Propriedades físicas do ar
Expansibilidade – é a propriedade do ar que lhe
possibilita ocupar totalmente o volume de qualquer
recipiente, adquirindo o seu formato.
Propriedades físicas do ar
Peso do ar – como toda matéria concreta, o ar tem
peso.
Colocando dois balões idênticos, numa balança de
precisão, hermeticamente fechados, contendo arprecisão, hermeticamente fechados, contendo ar
com a mesma pressão e temperatura, os pratos da
balança se equilibram.
Propriedades físicas do ar
Se de um dos balões, retira-se o ar através de uma
bomba de vácuo, e o coloca sobre a balança (já
sem o ar), haverá um desequilíbrio causado pela
falta do ar.falta do ar.
Um litro de ar, a 0°C e ao nível do mar, pesa
1,293x10-3 Kgf.
Propriedades físicas do ar
Atmosfera - camada formada por gases,
principalmente por oxigênio (O2 - 21%), nitrogênio
(N2 - 78%) e 1% de outros gases, que envolve toda
a superfície terrestre, responsável pela existênciaa superfície terrestre, responsável pela existência
de vida no planeta.
Propriedades físicas do ar
Pelo fato do ar ter peso, as camadas inferiores são
comprimidas pelas camadas superiores.
As camadas inferiores são mais densas que as
superiores, portanto, um volume de ar comprimido ésuperiores, portanto, um volume de ar comprimido é
mais pesado que o ar à pressão normal ou à
pressão atmosférica.
Quando dizemos que um litro de ar pesa 1,293x10-3
Kgf ao nível do mar, isto significa que, em altitudes
diferentes, o peso tem valor diferente.
Propriedades físicas do ar
Pressão Atmosférica - a atmosfera exerce sobre
nós uma força equivalente ao seu peso, mas não a
sentimos, pois ela atua em todos os sentidos e
direções com a mesma intensidade.
O valor da pressão atmosférica ao nível do mar, a uma
temperatura de 20°C e a uma umidade relativa de 36% é de
1 atm ou 760 mmHg (milímetros de coluna de mercúrio) ou
1 bar ou 14,5 lbf/pol2.
Propriedades físicas do ar
A pressão atmosférica varia proporcionalmente à
altitude considerada, esta variação pode ser
notada.
Propriedades físicas do ar
Medição da pressão atmosférica – geralmente pensa-se que o ar não
tem peso, mas, o oceano de ar cobrindo a terra exerce pressão sobre
ela.
Torricelli, o inventor do barômetro, mostrou que a pressão atmosférica
pode ser medida por uma coluna de mercúrio.
Enchendo-se um tubo com mercúrio e invertendo-o em uma cuba cheia
com mercúrio, ele descobriu que a atmosfera padrão, ao nível do mar,
suporta uma coluna de mercúrio de 760 mm de altura.
Qualquer elevação acima desse nível deve medir
evidentemente menos do que isso.
Num sistema hidráulico, as pressões acima da
pressão atmosférica são medidas em kgf/cm2.
As pressões abaixo da pressão atmosférica são
medidas em unidade de milímetros de mercúrio
(mmHg).
Conceitos de força, pressão e temperatura
Força - é um agente capaz de deformar
(efeito estático) ou acelerar (efeito dinâmico)
um corpo.
A unidade no SI é denominada 1 newton =A unidade no SI é denominada 1 newton =
1N, em homenagem a Isaac Newton.
Embora seja bastante usada no dia a dia, o
kgf não é a unidade de força no SI, tendo
sua correspondência de 1kgf = 9,81N.
Conceitos de força, pressão e temperatura
Pressão - é o quociente da divisão da intensidade
de uma força pela área onde ela atua.
A pressão é resultante da colisão das moléculas do
gás com as paredes do recipiente que o contém, é
força por unidade de área.força por unidade de área.
É medida em atmosfera (atm), milímetros de
mercúrio (mmHg), torricelli (torr), Bar (bar) ou
kilograma força por centímetro quadrado (kgf/cm2).
1 atm = 760 mmHg = 76 cmHg
1mmHg = 1 torr
1 atm = 1,0332275 kgf/cm2
]/[
A
P 2cmkgfF
Conceitos de força, pressão e temperatura
Unidades de Pressão
Conceitos de força, pressão e temperatura
Temperatura - é uma medida da energia cinética das
moléculas que constituem o gás.
Quanto mais alta a temperatura do gás, mais altas serão as
velocidades das moléculas que o formam.
A escala Kelvin considera como ponto zero a situação de total
ausência de movimento das partículas que constituem aausência de movimento das partículas que constituem a
matéria.
Para converter a temperatura Celsius em Kelvin (temperatura
absoluta):
T(K) = T(°C) + 273.15
Nos cálculos envolvendo gases, costuma-se definir as
condições normais de temperatura e pressão (CNTP), que
seria o gás na temperatura de 0 °C (273.15 K) e 1 atm (760
mmHg) de pressão.
Leis dos gases
Lei de Boyle-Mariotte - estabelece que à temperatura
constante, a massa de um dado gás ocupa um volume que
é inversamente proporcional à pressão exercida sobre o
mesmo.
Se a pressão é dobrada, o volume cai para a metade.
Se a pressão cai para a metade, o volume dobra.Se a pressão cai para a metade, o volume dobra.
Transformações gasosas à temperatura constante são
chamadas de isotérmicas.
2211 PP VV 
Leis dos gases
Lei de Charles/Gay-Lussac estabelece que à pressão constante, o
volume ocupado por uma massa gasosa é diretamente proporcional à
temperatura absoluta.
Transformações gasosas à pressão constante são chamadas de
isobáricas.
Se a temperatura do gás dobra, seu volume também dobrará.Se a temperatura do gás dobra, seu volume também dobrará.
Se a temperatura do gás cair para metade, o volume também cairá para
metade.
2
2
1
1
T
V
T
V 
Leis dos gases
Outra constatação de Charles/Gay-Lussac é a de que à
volume constante, a pressão exercida por uma massa de
gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta.
Transformações gasosas à volume constante são
chamadas de isocóricas ou isovolumétricas.chamadas de isocóricas ou isovolumétricas.
2
2
1
1
T
P
T
P 
Equação Geral dos Gases
As equações apresentadas se prestam a situações
em que uma das variáveis do gás se mantém
constante.
Para o caso em que as três variáveis se modifique
durante o processo temos a equação geral dosdurante o processo temos a equação geral dos
gases, que é obtida a partir das leis apresentadas
anteriormente.
2
22
1
11
T
VP
T
VP 
Cálculo envolvendo a equação geral dos gases
(Estácio-RJ) Mediu-se a temperatura de 20 L de
gás hidrogênio (H2) e o valor encontrado foi de 27
ºC a 700 mmHg. O novo volume desse gás, a 87
ºC e 600 mmHg de pressão, será de:
a. 75 L.
b. 75,2 L.
c. 38 L.
d. 40 L.
e. 28 L.
Cálculo envolvendo a equação geral dos gases
(Estácio-RJ) Um volume de 10 L de um gás
perfeito teve sua pressão aumentada de 1 para 2
atm e sua temperatura aumentada de -73 °C para
+127 °C. O volume final, em litros, alcançado pelo
gás foi de:gás foi de:
a. 50 L
b. 40 L
c. 30 L
d. 20 L
e. 10 L
Cálculo envolvendo a equação geral dos gases
(UCDB-MS) Certa massa de gás estava contida em um
recipiente de 20L, à temperatura de 27ºC e pressão de 4
atm. Sabendo que essa massa foi transferida para um
reservatório de 60L, à pressão de 4 atm, podemos afirmar
que no novo reservatório:que no novo reservatório:
a. A temperatura absoluta ficou reduzida a 1/3 da inicial.
b. A temperatura emº C triplicou o seu valor inicial.
c. A temperatura em º C ficou reduzida a 1/3 de seu valor inicial.
d. A temperatura absoluta triplicou seu valor inicial.