Soluções — Grupo I

1. V — A válvula de equilíbrio (counterbalance) tem uma pressão de abertura superior à gerada pela carga. Sem ela, a carga faria o cilindro descer livremente (descontrolado) mesmo sem sinal de comando.
2. F — A pressão típica de circuitos pneumáticos industriais é 4–12 bar. A pressão de 50–350 bar é característica de circuitos hidráulicos.
3. V — A notação A+/B+/A-/B- é standard: + = avanço do cilindro; - = recuo; a letra indica qual o cilindro.
4. V — Válvula 4/3 com centro aberto (open center/deriva): P+A+B+T todos ligados entre si → bomba circula em carga nula (vantajoso para bombas de caudal fixo quando não se necessita de força); o actuador move-se livremente.
5. V — v = Q/A. Para aumentar a velocidade (v), pode-se aumentar Q (caudal) ou diminuir A (área). Contudo, na prática, reduzir a área do êmbolo significa escolher um cilindro mais pequeno, o que reduz a força disponível.
6. V — Os sensores magnéticos (reed switch ou Hall effect) são montados externamente na calha do cilindro e detectam o campo magnético do anel magnético incorporado no êmbolo, através da parede de alumínio do corpo do cilindro.
7. F — A válvula de sequência actua baseando-se na pressão (abre quando a pressão a montante atinge o setpoint), não na posição física. Para actuar por posição, usa-se um sensor de posição ligado a uma electroválvula.
8. V — No FluidSIM, pode-se adicionar instrumentos de medição (manómetros, caudalímetros) em qualquer nó do circuito, e os valores são visualizados em tempo real durante a simulação.
9. F — As válvulas 5/2 com solenóide duplo não têm bloqueio mecânico entre os dois solenóides; têm apenas bloqueio mecânico na posição (carretel) que impede os dois solenóides de actuar o carretel em sentidos opostos. É necessário bloqueio eléctrico no circuito de comando para evitar activação simultânea dos dois solenóides.
10. V — Um contacto NC (normalmente fechado) de relé ou PLC implementa a função NOT: quando o relé está activado (bobine energizada), o contacto NC abre — o sinal de saída é a negação do sinal de entrada.

Soluções — Grupo II

a) Sequência: A+ B+ B- A- (confirmado pelo enunciado)

b) Diagrama trajectória-passo:

Passo:    0      1      2      3      4
          │      │      │      │      │
A:   0────┤  A+  │──────┤      │  A-  ┤ 0
          │      │  1   │      │      │
          │      │──────┼──────┤      │
                        │      │
B:   0────┼──────┤  B+  │──────┤  B-  ┼ 0
          │      │      │  1   │      │
          │      │      │──────┤      │

Sinais de transição:
  0→1: S_start AND a0 AND b0 → YA1 ON
  1→2: a1 → YA1 OFF; YB1 ON
  2→3: b1 → YB1 OFF; YB2 ON
  3→4: b0 → YB2 OFF; YA2 ON
  4→0: a0 → YA2 OFF; ciclo completo

c) Forças de avanço:

Cilindro A (Ø100mm): $$A_A = \frac{\pi \times 100^2}{4} = 7854 \text{ mm}^2$$ $$F_A = 8 \text{ bar} \times 7854 \text{ mm}^2 = 0,8 \text{ N/mm}^2 \times 7854 = \mathbf{6283 \text{ N} \approx 6,3 \text{ kN}}$$

Cilindro B (Ø40mm): $$A_B = \frac{\pi \times 40^2}{4} = 1257 \text{ mm}^2$$ $$F_B = 0,8 \text{ N/mm}^2 \times 1257 = \mathbf{1005 \text{ N} \approx 1,0 \text{ kN}}$$

d) Tabela de lógica de activação dos solenóides:

Nota: A lógica requer memória de estado (para não confundir a0 inicial com a0 do fim do ciclo). Utilizar SET/RESET em PLC ou flip-flops.

Equações com PLC (usando flags M):

M1 (A em marcha): SET por S_start; RESET por a0_fim
YA1 = M1 AND a0 AND NOT a1 (sinal durante avanço de A)
YB1 = a1 AND NOT b1 (sinal durante avanço de B)
YB2 = b1 AND NOT b0_retorno (sinal durante recuo de B)
YA2 = b0_retorno AND M1 AND NOT a0_fim (sinal durante recuo de A)

Solução — Grupo III

a) Pressão hidráulica necessária:

F = 50 000 N; A = 7 854 mm²

$$P = \frac{F}{A} = \frac{50\,000 \text{ N}}{7\,854 \text{ mm}^2} = 6,37 \text{ N/mm}^2 = \mathbf{63,7 \text{ bar}}$$

Pressão de alívio (10% acima): P_alívio = 63,7 × 1,10 = 70 bar

b) Circuito hidráulico:

CIRCUITO HIDRÁULICO — PRENSA 50kN
─────────────────────────────────────────────────────────────
         [MOTOR ELÉCTRICO 7,5kW]
                    │
         [BOMBA CAUDAL FIXO 8L/min, 100 bar]
                    │
                    ├── [VÁLVULA DE ALÍVIO 70bar]──► T (reservatório)
                    │
         [MANÓMETRO (0-100bar)]
                    │
  ┌─────────────────┴──────────────────────────────┐
  │  ELECTROVÁLVULA DIRECCIONAL 4/2               │
  │  (solenóide + retorno por mola)               │
  │  Y1 ON: P→A, B→T  |  Y1 OFF: A→T, P bloqueado │
  └────┬──────────────────────┬────────────────────┘
       A                      B
       │                      │
  [VRC: regulador caudal       │
   meter-out (saída)]          │
       │                      │
       [CILINDRO Ø100mm / 150mm curso]
       ║════════════════════════║
       a0 (sensor recuado)   a1 (sensor avançado)
       │                      │
       └───────────────────────┘
                    │
                    T (retorno ao reservatório)
                    │
              [FILTRO DE RETORNO]
                    │
              [RESERVATÓRIO 20L]
                    │
            [FILTRO DE ASPIRAÇÃO]

Manómetro: entre bomba e válvula direccional
Temperatura: controlar; se T > 60°C → adicionar arrefecedor

c) Caudal necessário para v = 50 mm/s:

$$Q = A \times v = 7854 \text{ mm}^2 \times 50 \text{ mm/s} = 392\,700 \text{ mm}^3/s = 392,7 \text{ cm}^3/s$$

Conversão: 1 L/min = 1000/60 cm³/s = 16,67 cm³/s

$$Q = \frac{392,7}{16,67} = \mathbf{23,6 \text{ L/min}}$$

A bomba de 8 L/min não é suficiente para 50 mm/s! → precisaria de bomba de ≥ 24 L/min.

d) Velocidade real com bomba de 8 L/min:

$$Q = 8 \text{ L/min} = 8000/60 \text{ cm}^3/s = 133,3 \text{ cm}^3/s = 133\,300 \text{ mm}^3/s$$

$$v = \frac{Q}{A} = \frac{133\,300 \text{ mm}^3/s}{7\,854 \text{ mm}^2} = \mathbf{17,0 \text{ mm/s}}$$

A velocidade de avanço real é 17 mm/s (vs. 50 mm/s desejado). Conclusão: para a velocidade pretendida, a bomba deve ser especificada para ≥ 24 L/min.