DIMENSIONAMENTO DO CIRCUITO HIDRÁULICO PARA EQUIPAMENTO DE CORTE DE CHAPAS DE AÇO

INSTITUTO FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

CURSO SUPERIOR DE ENGENHARIA MECÂNICA

EDUARDO DOS SANTOS CAETANO

DIMENSIONAMENTO DO CIRCUITO HIDRÁULICO PARA EQUIPAMENTO DE CORTE DE CHAPAS DE AÇO

SÃO MATEUS

2016

EDUARDO DOS SANTOS CAETANO

DIMENSIONAMENTO DO CIRCUITO HIDRÁULICO PARA EQUIPAMENTO DE CORTE DE CHAPAS DE AÇO

Trabalho apresentado à Disciplina de Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos do Curso de Engenharia Mecânica do Instituto Federal do Espírito Santo, como requisito parcial para avaliação.

Orientador: Prof. Dr. Renato do Nascimento Siqueira.

SÃO MATEUS

2016

SUMÁRIO

1.        INTRODUÇÃO        

2.        DETALHAMENTO DO EQUIPAMENTO        

3.        DETERMINAÇÃO DA FORÇA NO ATUADOR HIDRÁULICO        

4.        SELEÇÃO DO ATUADOR HIDRÁULICO        

5.        PRESSÃO DE TRABALHO        

6.        VAZÕES DO CIRCUITO E VELOCIDADES DE AVANÇO E RETORNO        

7.        DIMENSIONAMENTO DA TUBULAÇÃO E CÁLCULO DA PERDA DE CARGA NO SISTEMA        

8.        DIMENSIONAMENTO E SELEÇÃO DA BOMBA        

9.        DIMENSIONAMENTO DO RESERVATÓRIO        

CONCLUSÃO        

REFERÊNCIAS        

1. INTRODUÇÃO

A utilização de circuitos hidráulicos em máquinas e equipamentos está relacionada com transmissão de força e potência por meio da pressão exercida pelo fluido. Os campos de aplicação de circuitos hidráulicos são os mais variados, vão desde pequenas máquinas para uso em pequenas instalações até maquinas de grande porte, utilizadas em navios e grandes instalações.

Os sistemas hidráulicos oferecem uma série de vantagens frente a sistemas elétricos, mecânicos e pneumáticos. As vantagens dos sistemas hidráulicos são: alta densidade de energia, rápida reversão, rápida resposta de operação, movimento uniforme, longa vida de serviço, dentre outras (MANNESMANN, 1988).

O presente trabalho propõe o dimensionamento de um sistema hidráulico de uma guilhotina para o corte de chapas de Aço ABNT 1010 e 1020 com até 5 mm de espessura e até 1000 mm de largura. O projeto seguirá a seguinte sequência: detalhamento do equipamento, determinação da força no atuador hidráulico, seleção do atuador hidráulico, determinação da pressão de trabalho, cálculo das vazões no sistema, dimensionamento da tubulação, determinação da perda de carga total no sistema, dimensionamento da bomba e dimensionamento do reservatório.

1. DETALHAMENTO DO EQUIPAMENTO

Guilhotina para chapa metálica é um tipo de ferramenta para realizar corte de chapas de metal, podem ser pneumáticas, elétricas ou hidráulicas, dependendo da espessura da chapa a ser cortada (MECÂNICA INDUSTRIAL, 2015). As guilhotinas são utilizadas numa grande variedade de indústrias, desde oficinas mecânicas até no processo de corte de chapas na indústria automobilística e aeronáutica.

Uma característica de guilhotinas de corte é a inclinação da faca (Figura 1) no objetivo de realizar o corte com menor esforço em relação ao corte com faca sem inclinação. Uma limitação deste tipo de equipamento é a necessidade de maior curso devido ao desalinhamento (BENAZZI JUNIOR E CAVERSAN, 2012).

Figura 1 – Esquema básico de uma guilhotina com faca inclinada.

[pic 1]

Fonte: BENAZZI JUNIOR E CAVERSAN, 2012 (adaptado)

Figura 2 – Modelo representativo de guilhotina hidráulica.

[pic 2]

Fonte: GRABCAD, 2016.

A Figura 3 mostra o circuito hidráulico proposto para o equipamento.

Figura 3 – Circuito hidráulico proposto.

[pic 3]

1. DETERMINAÇÃO DA FORÇA NO ATUADOR HIDRÁULICO

De acordo com Benazzi Jr. e Caversan (2012), a força Fc exercida pela lâmina da guilhotina em faca inclinada será dada pela Equação 1

[pic 4]

(1)

onde  é a tensão de cisalhamento do material a ser cortado (aço = 420 N/mm²) e Ac é a área de corte, que é determinada pela equação 2[pic 5][pic 6]

[pic 7]

(2)

onde e é a espessura da chapa a ser cortada em milímetros (neste trabalho, adotou-se e = 5mm) e θ o ângulo de inclinação da faca da guilhotina. De acordo com Benazzi Jr e Caversan (2012) os valores típicos de θ variam de 8º a 10º. Adotou-se θ = 8°. Definidos tais os parâmetros e realizando as devidas substituições em na Equação 1, calculou-se a força de corte:

[pic 8]

1. SELEÇÃO DO ATUADOR HIDRÁULICO

Após o cálculo da força atuante no cilindro é preciso consultar catálogos a fim de escolher um atuador para o circuito. Caso não seja possível selecionar um atuador com a força calculada, é desejável selecionar aquele que suporte uma carga maior, garantindo-se a capacidade de realização da força calculada. Cilindros comerciais estão padronizados de acordo com a norma ISO/TC 39/SC 1N.5, onde estão definidos diâmetros de pistão de 25 a 400 mm.  (FIALHO, 2007).