SOUZA,CAMPOS,KOLIGOSKI
TRANSMISSAO HIDROSTATICA
CURSO DE TECNOLOGIA EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
Felipe Campos Luciano Koligoski Gilmar Souza
Trabalho integrador da UC 33
Porto Alegre, 29 junho de 2012 1
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TRANSMISSAO HIDROSTATICA
1. INTRODUÇÃO
A presente prática profissional visa dimensionar um sistema industrial,que tem por objetivo controlar e monitorar o funcionamento de uma transmissão hidrostática com circuito aberto, aplicando os conhecimentos adquiridos ao longo do atual semestre na UC33 do curso superior de automação industrial da Faculdade SENAI de Tecnologia.
2. DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DO CIRCUITO
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3. LISTAGEM DE MATERIAL:
CODIGO 1 2 3 4 5 6 7 8 9
DESCRITIVO DO COMPONENTE Válvula de alívio Transmissor de temperatura 4-20mA modelo Tx-Rail Novus Filtro de linha Controlador de temperatura projetado na UC32 (arrefecimento do ar) Transmissor de vazão modelo SVTL Contech Transmissor de pressão TP 511 0 a 400 bar Novus Motor hidráulico de pistões axiais modelo A2FM Rexroth Válvula de frenagem Transmissor de temperatura 4-20mA modelo Tx-Rail Novus Termopar tipo J com haste e rosca de fixação Novus CLP modelo Duo Altus Motor elétrico para bomba monobloco 22CV WEG JM Sensor de presença de água no óleo modelo EASZ-1 Avimach Bomba hidráulica de pistões axiais com deslocamento variável do tipo placa inclinada modelo A4VSO Rexroth
4. Princípio de Funcionamento
O fluido que se desloca no interior da tubulação aciona um rotor montado axialmente dentro do medidores de vazão. A velocidade deste rotor é proporcional à velocidade de deslocamento do fluido no processo. Um sensor (pick-up magnético) acoplado ao corpo do medidor, tem seu campo magnético alterado a cada passagem de uma das pás do rotor, gerando um pulso elétrico que é amplificado e processado na forma de freqüência ou corrente. Um indicador digital, prédeterminador e totalizador fornecido pela CONTECH, interpretam este sinal, propiciando a visualização da vazão instantânea, bem como a sua totalização no tempo.
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5.1 Circuito de Comando e Declaração de Variáveis no Master tool: PROGRAM AC_HIDRAULICO (*PROGRAMA DE ACIONAMENTO DO CIRCUITO HIDRAULICO DO TRABALHO INTEGRADOR DA UC 33*) VAR_INPUT
BOMBA: BOOL;
LIGA: BOOL;
DIREITA: BOOL;
EMERG: BOOL;
ESQUERDA: BOOL;
DIR: BOOL;
VENTILADOR: BOOL;
PARAR: BOOL;
END_VAR
TEMP: BOOL;
VAR
PRESSAO: BOOL;
tempe: WORD;
ESQ: BOOL;
pres: WORD;
END_VAR
END_VAR
VAR_OUTPUT
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Algoritmo Básico
DESLIGA
LIGA
PRESSÃO/TEMPERATURA
DIREITA OU ESQUERDA
+12V +12V
4
+12V +12V
4
+12V 3
1
10
2
8 9
11
11
1
66.0
VOUT
2
+12V
+88.8 Volts
3
+88.8
Lâmpada incandescente. Simula aquecimento: resistência elétrica; atrito (em rolamento, por exemplo).
+88.8 Volts
Cooler (Ventilador).
+88.8
+88.8
Volts
Volts
+12V
Circuito Analógico- Controlador de Temperatura com Histerese 5 29/06/12 FATEC –SENAI POA RS
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Algoritmo SFC
5. Dimensionamento Bomba Hidráulica e Motor Elétrico Utilizando como parâmetro a bomba hidráulica variável de pistões axias A4VS0 da Rexroth com tamanho nominal de 40 mm para trabalhar numa pressão máxima de 350 bar com o seguinte fluido operacional: Óleo minera hidráulico ISO VG 46 DIN 51519, t=50°C, calculamos o rendimento total através dos dados extraídas da tabela abaixo:
Gráfico 1 – Catálogo de Bombas A4VSO Rexroth 6 29/06/12 FATEC –SENAI POA RS
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Assim, para uma rotação de 1500 rpm para uma vazão de 55 l/min temos uma potência de acionamento de 30kW quando trabalhamos a 315 bar calcula-se o rendimento total:
A princípio o motor hidráulico A2FM escolhido da fabricante Rexroth com tamanho nominal 5 MM terá que absorver um volume de óleo 4,93cm por rotação cúbicos para trabalhar numa rotação máxima 10000 rpm, logo o rendimento volumétrico será:
Logo pelo rendimento total calcula-se o rendimento mecânico será:
Pelo rendimento mecânico hidráulico calcula-se o torque de acionamento do motor elétrico:
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----------------------------------------------------------------------------------------------------------------6. Características componentes hidráulicos e Motor Elétrico:
Figura 1 – Bomba de Pistões A4VSO Axiais e Deslocamento Variável- Rexroth
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Figura 2 – Motor Hidráulico A2FM Rexroth
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Figura 3 – Motor Elétrico WEG JM W22
Motor escolhido para potencia de acionamento de 30Kw= 22CV:
Características: Rendimento Plus – em conformidade com a nova lei de eficiência energética, em vigor desde janeiro de 2010; Trifásico, 60 Hz Grau de proteção: IP55 - TEFC – Totalmente fechado auto-ventilado; Potências: 2 cv a 75 cv; Polaridade: 2 e 4 pólos; Carcaças: 90S a 225S/M; Carcaças em ferro fundido FC-200; Tensão: 220/380V para as carcaças 90S a 200L e 220/380/440 V com 12 cabos para a
carcaça 225S/M; Fator de serviço: 1,15; Forma Construtiva: B34D; Tampa defletora de chapa de aço para as carcaças 90S a 132M/L e de ferro fundido a
partir da carcaça 160M; Dreno de plástico automático para as carcaças 90S a 132M/L e de borracha fechado a
partir da carcaça 160M; 10 29/06/12 FATEC –SENAI POA RS
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Sistema de vedação V'ring para as carcaças 90S a 200L e retentor para a carcaça
225S/M; Classe de isolamento "F" (ΔT 80 K); Aterramento simples (interior da caixa de ligação e carcaça) para as carcaças 90S a
200L e duplo aterramento + adicional (1 na caixa + 3 na carcaça) para a carcaça 225S/M; Pino graxeiro para a carcaça 225S/M; Plano de pintura: 207A para as carcaças 90S a 132M/L e 203A a partir da carcaça
160M; Cor: RAL 5007 – Azul; Sem protetor térmico; Categoria: N. 7. Dimensionamento do Eixo de Transmissão
Para cálculos do diâmetro do eixo acoplado ao motor hidráulico escolhemos o material de aço carbono ABNT 1035 trefilado com tensão de escoamento de 4700kgf/cm². Dessa forma podemos calcular tensão norma admissível considerando um coeficiente de segurança de 6usando a seguinte fórmula:
Logo calculamos em seguida a tensão de cisalhamento:
Com estes dados podemos calcular finalmente o diâmetro mínimo do eixo a ser acoplado ao motor hidráulico através do torque calculado anteriormente no dimensionamento da bomba hidráulica de 25,27N.m=257,86 kg.cm: √
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√ Todavia para facilitar na escolha do acoplamento no comércio escolheremos um eixo de 14mm que atenderá com a demanda de carga estimada para o motor hidráulico numa rotação máxima de 10000rmp.:
8. Componentes Eletrônicos do Circuito
Figura 4 – CLP e IHM DUO Altus
Monitoramento de temperatura do fluido hidráulico: Utilizaremos um termopar tipo J (Ferro(+) / Constatam(-) Indicado para serviços contínuos até 370 °C em atmosfera neutra ou redutora com rosca de fixação na tubulação, Bitola 24 AWG (Ø 0,51 mm) conectado a transmissor de 4 a 20 mA modelo com fixação para trilho din 35mm e alimentação de 24vcc, obtida através de uma fonte de alimentação com o mesmo sistema de fixação do transmissor. O sinal de 4 a 20mA será injetado no canal do CLP modelo Duo.
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Figura 5: transmissor de temperatura
Ficha técnica do transmissor:
Entrada programável: termopares J, K, T, E, N, R, S, Pt100 a 2 ou 3 fios e tensão 0 a 50 mV.
- Faixa de medida programável pelo usuário.
- Saída 4-20 mA ou 20-4 mA a 2 fios com alimentação pelo loop.
- termopares com saída linearizada.
- Compensação de junta fria para termopares.
- Software configurador para ambiente Windows® (opcional).
- Configuração pelo PC através de interface
- Ajuste de zero (offset) pode ser feito no campo por 2 teclas frontais
- Filtro digital de entrada selecionável.
- Alimentação: 12 a 35 Vcc.
- Precisão: termopares ± 0,3% da faixa máxima.
- Efeito da temperatura: 0,003% da faixa / °C.
- Temperatura de trabalho: -40 a +85 °C.
- Sinalização de ruptura do sensor programável para upscale ou downscale. 13
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- Dimensões: 72 x 78 x 19 mm
Figura 6: Fonte de 24Vcc
Ficha técnica da fonte de alimentação:
- Tensão de entrada (Vin): 100~240 Vac/dc / 50~60 Hz.
- Tensão de saída (Vout): 24 Vdc/ac, ±1 %.
- Potência na saída: 3 W.
- Tensão de Isolamento entre Entrada/Saída: 600 V.
- Grau de Proteção: IP40.
- Temperatura de Operação: -40 a 85 °C.
- Umidade Ambiente: 0 a 90 % UR.
- Modo de Fixação: Trilhos TS32 e TS35.
- Secção do fio utilizado: 0,14 a 1,5 mm².
- Torque recomendado: 0,8 Nm.
- Invólucro dos Terminais em poliamida.
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Figura 7 - Conexões elétricas do transmissor – Termopar
Monitoramento da pressão do sistema: Utilizaremos um transmissor de pressão com sinal de saída de 4 a 20 mA modelo com rosca de fixação a tubulação e alimentação de 24vcc, obtida através de uma fonte de alimentação. O sinal de 4 a 20mA será injetado no canal do CLP modelo Duo
Figura 8 – Transmissor de pressão
Ficha técnica do transmissor: 15 29/06/12 FATEC –SENAI POA RS
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- Faixas de medição: 0 a 2 até 0 a 120 bar
- Sinal de saída: 4-20 mA, em dois fios
- Tensão de Excitação (Vexc): 12 a 28 Vcc
- Carga Máxima (RL): RLmáx = (Vcc - 12 V) / 20 mA
- Precisão: < 1 % do fundo de escala (FE) (incluindo não-linearidade, histerese e repetibilidade)
- Sobre-Pressão: 1,5 vezes o FE
- Pressão de Ruptura: 3 vezes o FE
- Conexão elétrica 3-Pin Metric Pack
- Grau de Proteção IP65
- Peso: 90 gramas
- Temperatura do Ambiente: -40 a 75 °C
- Temperatura do Fluido de processo: -40 a 100 °C
- Resposta Dinâmica: < 10 ms (0~99 %)
- Conexão ao Processo: Rosca externa ¼ - 18 NPT
- Grau de Proteção do Conector: IP65
- Partes molhadas: Inox 304
Diafragma cerâmico (Al2O3 - 96%)
- Vedação: Borracha Nitrílica Buna-N (NBR)
- Compatibilidade: todos os gases e líquidos usados em refrigeração,exceto Amônia, e compatíveis com inox 304.
- Compatibilidade Eletromagnética: EN50081-1/-2 e EN50082-2
Monitoramento da vazão do sistema: Utilizaremos um transmissor de vazão com sinal de saída de 4 a 20 mA e alimentação de 24vcc por ligação direta, obtida através de uma fonte de alimentação . O sinal de 4 a 20mA será injetado no canal do CLP modelo Duo
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Figura 9: Transmissor de vazão
Ficha técnica do transmissor:
Acoplados diretamente a tubulação do processo.
Conexões sanitárias, roscas ou flanges.
Invólucro à prova de tempo e explosão. Grau de proteção: BR-Ex d llB T4 IP66
Versões para fluidos ou gás.
Sinais de saída em pulso ou 4 a 20 mA.
Opcional: Hart
Opcional módulo eletrônico a bateria
Aplicações & Características Os medidores de vazão tipo turbina são acoplados diretamente a tubulação do processo através de conexões sanitárias, roscas ou flanges. Com diâmetros de até 12”, estes medidores são utilizados na medição de vazão em líquidos e gases, podendo ser fabricados em diferentes materiais para atender a uma extensa gama de tipos de fluidos. 17 29/06/12 FATEC –SENAI POA RS
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Princípio de Funcionamento O fluido que se desloca no interior da tubulação aciona um rotor montado axialmente dentro do medidores de vazão. A velocidade deste rotor é proporcional à velocidade de deslocamento do fluido no processo. Um sensor (pick-up magnético) acoplado ao corpo do medidor, tem seu campo magnético alterado a cada passagem de uma das pás do rotor, gerando um pulso elétrico que é amplificado e processado na forma de freqüência ou corrente.
Monitoramento da presença de água no fluido hidráulico do sistema: Utilizaremos um sensor para monitoramento de água em óleo com sinal de saída de 4 a 20 mA O sinal de 4 a 20mA será injetado no canal do CLP modelo Duo
Figura 10 – Sensor presença de água no óleo
Ficha técnica do sensor:
3 escalas de Nível de água em óleo: 0-1% ; 0-10%; 0-25%
Mede água Total, ou seja a soma de água livre + água dissolvida
Trabalha com qualquer tipo de óleo
Respostas imediatas a alterações de nível de água no óleo
Alimentação 24 VCC ou 2-wire Loop
Resolução: +/- 35 ppm 18
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Leve e robusto
Saída analgica 4-20 mA ou RS232 Full Duplex;
RS-485 opcional; Protocolo Hart
opcional
Empregado em lubrificantes, óleos hidráulicos, combustíveis, etc.
9.
Conclusão
Após duas semanas de muita pesquisa, cálculos e acima de tudo muitas dúvidas, fica evidente a importância e o grau de conhecimento que se pode adquirir de atividades com este tipo de formatação, pois esta metodologia transfere para o aluno, total responsabilidade pelo resultado e pela qualidade do trabalho, pois grande parte do conteúdo virá das suas pesquisas e conclusões. O aluno aprende a buscar soluções por meios próprios, superando as dificuldades e as dúvidas que virão pela frente, comportamento que faz a diferença do profissional no mercado de trabalho. A principal dificuldade encontrada foi o tempo para elaboração do trabalho integrador, especialmente a parte da UC11 por seus inúmeros detalhes que somados á nossa inexperiência, tornou este tempo bastante enxuto. Mas esta foi mais uma dificuldade superada.
Figura 11
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10. BIBLIOGRAFIA: é proporcional à velocidade BOSCH REXROTH. Válvula direcional proporcional. <www.boschrexroth.com.br>. Acesso em: 18 jun. 2012.
Disponível
em:
BOSCH REXROTH. A2FM. Disponível em: <www.boschrexroth.com.br>. Acesso em: 18 jun. 2012. BOSCH REXROTH. Pressure relief valve. Disponível em: <www.boschrexroth.com.br>. Acesso em: 18 jun. 2012. NOVUS PRODUTOS . Tx rail. Disponível em: <www.novus.com.br>. Acesso em: 17 jun. 2012. NOVUS PRODUTOS . Fonte FTL. Disponível em: <www.novus.com.br>. Acesso em: 17 jun. 2012. NOVUS PRODUTOS . TP 511. Disponível em: <www.novus.com.br>. Acesso em: 17 jun. 2012. ALTUS, CLP DUO. Disponível em: <www.altus.com.br>. Acesso em: 18 jun. 2012.
AVIMACH, EASZ1. Disponível em: <www.avimach.com.br>. Acesso em: 18 jun. 2012.
BOSCH REXROTH. A4VS. Disponível em: <www.boschrexrothl.com.br>. Acesso em: 18 jun. 2012. WEG, MOTOR 35CV. Disponível em: <www.WEG.com.br>. Acesso em: 18 jun. 2012.
CONTECH,SVTL. Disponível em: <www.contech.com.br>. Acesso em: 18 jun. 2012.
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