Departamento de Engenharia Mecânica

Automação I

Ano lectivo 2002/2003 - 11 de Setembro de 2003 Duração: 2h00m

1. Suponha que o acumulador de uma instalação de ar comprimido tem uma capacidade de 4m3. Qual

a quantidade de água em estado líquido que se “armazena” no fundo do acumulador quando este armazena ar a 6 bar de pressão relativa. A temperatura ambiente é 20º e a humidade relativa é de 60%. No reservatório a temperatura é de 10º.

Dimensões e características standards para cilindros pneumáticos

2. Um cilindro pneumático de duplo efeito é usado numa linha de montagem para colocar e apertar uma peça com uma massa de 20 Kg, que se desloca na vertical solidária com a haste do cilindro. O aperto deve ser realizado com uma força mínima de 200N. Considere também que o cilindro trabalha a 70% da carga. a) Seleccione, justificando, o cilindro comercial para aplicar na linha que trabalha a 6 Bar. b) Suponha que a cadência da linha é de 5 peças por minuto. Qual o volume da ar atmosférico consumido supondo que o processo de compressão é isotérmico. c) Desenhe um circuito pneumático para comandar este cilindro através de electro-válvulas. A velocidade de descida deverá ser limitada. Justifique as escolhas feitas. 3. Simplifique o diagrama Ladder da figura. Sugestão: Uso das propriedades da álgebra de Boole ou uso dos mapas de Karnaugh.

4. Considere o circuito hidráulico da figura.

a) Aponte vantagens e inconvenientes na regulação da velocidade do cilindro através do comando secundário b) Supondo que a secção da válvula reguladora de caudal é de

5 212 10 m−× e que o caudal é turbulento, determine a velocidade de avanço do cilindro. A pressão de trabalho é de 60 bar e o diâmetro do êmbolo é de 50mm e o diâmetro da haste é de 16mm. Equação de caudal em orifícios em regime turbulento:

2 PQ Cd Aρ⋅∆

= ⋅ onde Cd = 0.7 (coeficiente de descarga);

31000Kgmρ −= (massa específica); A (secção de passagem); P∆ (diferença de pressão)

5. Considere a seguinte aplicação industrial: Um tanque de 0.5 metro de diâmetro é usado para aquecimento de um óleo vegetal usado num processo de mistura de rações para animais.

Esboço da aplicação industrial para aquecimento de óleo vegetal

O óleo considera-se em estado de ser utilizado quando a sua temperatura está entre 130ºC e os 150ºC. A electrónica associada ao sensor de temperatura gera dois sinais on-off para sinalizar quando T < 130 (TempOn) e quando T > 150 (TempOff). Para o aquecimento do óleo é utilizada uma bateria de resistências eléctricas, accionadas pelo contactor Ca, que transformam toda a potência eléctrica fornecida em calor. O óleo deve ser usado quando a temperatura está dentro dos requisitos e o nível do tanque excede 1 metro. O sensor de nível também detecta duas posições gerando dois sinais on-off: h >= 1m (hOk); h < 0.2m (hMin). O nível de óleo do tanque não deve ser inferior à altura mínima (hMin). O comando de enchimento, vazamento e aquecimento é realizado por duas eléctro-válvulas on-off : Vin e Vout.

a) Descreva um controlador em Grafcet para o controlo deste processo. O controlador deverá

controlar a temperatura e o nível do tanque dentro dos valores permitidos, actuando nas válvulas de entrada (Vin) e de saída (Vout) e no contactor (Ca) do sistema de aquecimento.

b) Implemente, a partir do Grafcet, o programa de controlo em linguagem Ladder. Suponha a utilização do autómato que usou nas aulas laboratoriais.