Mini-Projecto · Sistema pneumático de ejeção e sistema hidráulico de fecho de um molde
Contexto
A "Formatec, Lda.", uma oficina de moldes para injeção de plástico, está a desenvolver um novo molde e precisa que o gabinete de projeto entregue a documentação de dois sistemas de transmissão de potência: o sistema pneumático de ejeção (que expulsa a peça moldada) e o sistema hidráulico de fecho (que mantém o molde fechado durante a injeção).
Foste destacado/a para dimensionar os dois sistemas, desenhar os respetivos esquemas com simbologia ISO 1219-1 em software de CAD, definir o diagrama de sequência da ejeção e entregar um dossiê técnico completo, pronto para ir para produção.
Trabalhas individualmente ou a pares, com acesso a software de CAD com biblioteca ISO 1219 e a catálogos de cilindros, válvulas e bombas.
Requisitos
Funcionais
- Sistema pneumático de ejeção: um cilindro de duplo efeito (A), comandado por uma válvula direcional pneumática, dimensionado para uma força de avanço mínima de 500 N a uma pressão de alimentação de 6 bar.
- Diagrama de sequência da ejeção, em notação A+/A−, coerente com o esquema desenhado.
- Sistema hidráulico de fecho: um cilindro de duplo efeito (B), alimentado por uma central hidráulica, dimensionado para uma força de avanço mínima de 40 000 N a uma pressão de alimentação de 160 bar.
- Os dois esquemas (pneumático e hidráulico) desenhados em CAD, com simbologia ISO 1219-1 e referências de componentes. Numeração de orifícios: 1, 2, 3, 4, 5, 12, 14 no esquema pneumático (válvula 5/2); 1, 2, 3, 4, 12, 14 no esquema hidráulico (válvula 4/3, sem orifício 5, porque em hidráulica o retorno é sempre à mesma via, a 3).
- Cálculo do consumo de ar do sistema de ejeção e da velocidade de fecho do sistema hidráulico.
Não-funcionais
- Esquemas organizados por layers (potência, pilotagem, anotações) e com legenda completa.
- Lista de materiais (BOM) dos dois sistemas, com referência, designação e catálogo.
- Secção de segurança e saúde no trabalho, com o EPI obrigatório, os procedimentos de despressurização e consignação (LOTO), o procedimento de emergência para suspeita de injeção de fluido, e os procedimentos de manutenção e limpeza, aplicáveis aos dois sistemas.
- Memória de cálculo apresentada passo a passo, com unidades explícitas em cada linha.
Fases
Fase 1 · Especificação e escolha dos cilindros (3h) Definir os requisitos de força de cada sistema; escolher, por cálculo, o diâmetro do êmbolo e da haste de cada cilindro a partir dos catálogos disponíveis, e justificar o tipo de fixação de cada cilindro.
Fase 2 · Dimensionamento pneumático (3h) Calcular a área do êmbolo, a área anelar, as forças de avanço e de recuo, a velocidade e o consumo de ar do sistema de ejeção.
Fase 3 · Dimensionamento hidráulico (3h) Calcular a área do êmbolo, a área anelar, as forças de avanço e de recuo e a velocidade de fecho do sistema hidráulico, a partir do caudal da bomba escolhida.
Fase 4 · Esquemas em CAD (4h) Desenhar os dois esquemas com simbologia ISO 1219-1, organizados em layers, com numeração de orifícios e referências corretas.
Fase 5 · Diagrama de sequência (2h) Definir e desenhar o diagrama trajeto-passo da ejeção, coerente com a válvula e o cilindro escolhidos.
Fase 6 · Segurança e BOM (3h) Redigir os procedimentos de segurança e gerar a lista de materiais dos dois sistemas. O dossiê de segurança tem de cobrir, no mínimo: (a) o EPI obrigatório para intervir nos dois sistemas (óculos ou viseira sempre, luvas resistentes a óleo, calçado de segurança, proteção auditiva junto do compressor e dos escapes); (b) a despressurização e a consignação (LOTO) antes de qualquer intervenção, e a regra de procurar fugas com um pedaço de cartão, de viseira posta, nunca sozinho e nunca com a linha à pressão máxima de serviço; (c) o procedimento de emergência perante suspeita de injeção de fluido sob a pele (ligar 112 de imediato, não aplicar calor nem espremer, informar a equipa médica de que é uma lesão por injeção a alta pressão, indicar o fluido pela ficha de dados de segurança do óleo e a pressão do circuito); (d) os procedimentos de manutenção e limpeza com EPI, purga do filtro, troca de vedantes, recolha do condensado oleoso e do óleo usado como resíduo perigoso, e a proibição de limpar componentes com ar comprimido dirigido ao corpo.
Fase 7 · Apresentação (2h) Apresentar o dossiê à turma, justificando as escolhas de dimensionamento e respondendo a perguntas sobre os cálculos.
Critérios de avaliação
| Critério | Peso |
|---|---|
| Dimensionamento pneumático (cálculos corretos e completos) | 20% |
| Dimensionamento hidráulico (cálculos corretos e completos) | 20% |
| Esquemas em CAD (simbologia ISO 1219-1, layers, numeração) | 20% |
| Diagrama de sequência | 10% |
| Segurança e saúde no trabalho | 15% |
| BOM e dossiê técnico | 10% |
| Apresentação | 5% |
Erros comuns
- Escolher o êmbolo pela força de avanço mas esquecer de verificar também a força de recuo exigida pela aplicação.
- Calcular o consumo de ar sem o fator de expansão para ar livre, subestimando o compressor necessário.
- Desenhar a válvula hidráulica com a numeração de orifícios da pneumática trocada (por exemplo, usar 6 e 7, que não existem nesta norma, ou atribuir um orifício 5, que não existe em hidráulica).
- Esquecer a válvula limitadora de pressão no esquema hidráulico, um componente de segurança obrigatório.
- Apresentar o diagrama de sequência sem coerência com a válvula desenhada no esquema (ex.: sequência biestável com válvula monoestável).
- Escolher a posição de repouso da monoestável do ejetor pela conveniência do ciclo em vez de pelo estado seguro do atuador em falha de energia (o ejetor deve ficar sempre recolhido em repouso).
- Omitir o EPI, o procedimento de emergência para injeção de fluido, ou os procedimentos de manutenção e limpeza no dossiê de segurança, além da despressurização e consignação.
Bónus (opcional)
- Acrescentar um multiplicador de pressão ao circuito hidráulico, para um ramo auxiliar de aperto a pressão mais elevada, com o respetivo cálculo da relação de multiplicação.
- Desenhar um esquema P&ID simplificado da central hidráulica, com os pontos de instrumentação (PI, FI).
- Propor uma segunda opção de cilindro pneumático (sem haste) para o mesmo requisito de força, comparando vantagens de espaço.
Reflexão
No dossiê final, responde: porque é que a força de recuo de um cilindro é sempre inferior à de avanço, e como é que isso condicionou a escolha do teu cilindro hidráulico de fecho? E descreve dois procedimentos de segurança que aplicarias antes de intervir fisicamente num dos dois sistemas que projetaste.