Conceção de Equipamento de Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão

Conceção de Equipamento de Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão Vítor Rui Magalhães Veiga Dissertação do MIEM Orientador: Prof. Dr. Francisco Jorge Teixeira de Freitas Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica setembro de 2015 Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão ii Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão iii Success is where preparation and opportunity meet. Bobby Unser Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão iv Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão v Resumo Os ensaios de mangueiras hidráulicas têm como objetivo garantir a qualidade dos produtos comercializados pela Balflex. Esta necessidade de qualidade nos ensaios de certificação justificou a necessidade de conceção de um novo equipamento de ensaios de certificação de mangueiras. Este trabalho compreendeu três fases principais, a primeira de estudo da normalização aplicável, bem como de equipamentos similares e a elaboração de uma especificação para a conceção, a segunda fase referente à conceção de uma solução hidráulica para a realização do teste das mangueiras e uma terceira dedicada ao projeto estrutural do equipamento. No desenvolvimento do projeto hidráulico foi tomada em consideração a solução de esquema implementado num equipamento existente e a partir deste foi elaborado um novo circuito, utilizando tecnologias mais recentes e exploradas soluções alternativas mais vantojosas, tendo por base garantir maior rigor e autonomia do equipamento, associada a uma maior eficiência energética. Na conceção estrutural foi desenvolvido um modelo 3D da estrutura da máquina com base na necessidade de acomodação dos equipamentos hidráulicos necessários e a experiência de utilizadores deste tipo de equipamentos. O produto final consiste numa solução hidráulica final, e com os seus componentes dimensionados e selecionados. E também um projeto conceptual da estrutura final da máquina. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão vi Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão vii Design of High Pressure Hose Test Equipment Abstract Hydraulic hose testing has been designed to ensure the quality of products marketed by Balflex. This need for quality in the certification tests led to the design of a new equipment of hose certification test. This work has gone through three major phases, the first study of the applicable standards, analysis of similar equipment and preparation of a specification for the design, the second phase regarding the hydraulic circuit for the hose testing and a third dedicated to structural design for the equipment. For the development of the hydraulic design, it was important to analyze in detail the circuit implemented in an existing equipment. The new circuit was developed using the latest technologies and explored alternative solutions in order to improve quality, autonomy and energy efficiency. In the structural design it was developed a 3D model of the machine frame, based on the need for accommodation of the necessary hydraulic equipment and experience of users of such equipment. The final product consists of a hydraulic solution and its components sized and selected and also a conceptual design of the machine’s final structure. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão xiv Figura 4.10 Bomba Parker PVP 48 .............................................................................. 38 Figura 4.11 Circuito concebido com a utilização de elementos lógicos ...................... 39 Figura 4.12 Tampa de elemento lógico para função de válvula de retenção ............... 41 Figura 4.13 Tampa de elemento lógico para função direcional ................................... 41 Figura 4.14 Válvula Parker D1VW.............................................................................. 42 Figura 4.15 Válvula Parker C10 D*C .......................................................................... 42 Figura 4.16 Válvula limitadora de pressão Parker série RE*E*W .............................. 44 Figura 4.17 Válvula Reguladora de caudal proporcional TDP NG 40 [14] ................ 45 Figura 4.18 Vista do bloco hidráulico sem elementos lógicos .................................... 45 Figura 4.19 Bloco hidráulico completo ........................................................................ 46 Figura 4.20 Circuito utilizado para regulação de pressão do acumulador ................... 48 Figura 4.21 Electrohydraulic pumps EHP ................................................................... 49 Figura 4.22 Válvula limitadora de pressão proporcional ............................................. 50 Figura 4.23 Acumulador hidráulico de êmbolo [13] .................................................... 51 Figura 4.24 Modicon M241 [17].................................................................................. 52 Figura 4.25 Magelis iPC [17] ....................................................................................... 52 Figura 5.1 Modelo 3D de multiplicador de pressão hidráulico existente na Balflex ... 54 Figura 5.2 Esquema de projeto para novo multiplicador hidráulico ............................ 55 Figura 5.3 Transdutor Magnetoestrictivo [18] ............................................................. 56 Figura 5.4 Modelo 3D do corpo inferior ...................................................................... 57 Figura 5.5 Modelo 3D do corpo intermédio ................................................................ 58 Figura 5.6 Modelo 3D do corpo superior ..................................................................... 59 Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão xv Figura 5.7 Resultado de estudo de elementos finitos à pressão máxima do corpo superior .................................................................................................................................................. 59 Figura 5.8 Modelo 3D do êmbolo inferior ................................................................... 60 Figura 5.9 Resultado do estudo de elementos finitos do êmbolo inferior .................... 61 Figura 5.10 Modelo 3D do êmbolo superior ................................................................ 63 Figura 5.11 Resultados da simulação por elementos finitos ao êmbolo superior......... 63 Figura 5.12 Modelo 3D do corpo tubular inferior ........................................................ 65 Figura 5.13 Resultados da simulação por elementos finitos ao corpo cílindrico inferior .................................................................................................................................................. 65 Figura 5.14 Resultados da simulação por elementos finitos ao corpo cílindrico superior .................................................................................................................................................. 66 Figura 5.15 Haste de ligação entre os 2 êmbolos ......................................................... 66 Figura 5.16 Estrutura final do suporte do multiplador ................................................. 73 Figura 5.17 Multiplicador hidráulico completo ............................................................ 74 Figura 5.18 Detalhe de montagem dos tirantes no corpo superior do multiplicador.... 74 Figura 5.19 Detalhe de montagem dos tirantes no corpo intermédio do multiplicdor . 75 Figura 5.20 Detalhe de montagem dos tirantes no corpo inferior e suporte do multiplicdor .............................................................................................................................. 75 Figura 5.21 Êmbolo completo com vedantes já montados ........................................... 76 Figura 5.22 Modelo 3D da base da estrutura de ensaio ................................................ 77 Figura 5.23 Resultados da simulação por elementos finitos da base da estrutura ........ 77 Figura 5.24 Base da estrutura com reservatório de fugas ............................................. 78 Figura 5.25 Base da estrutura vista frontal e lateralmente ........................................... 78 Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão xvi Figura 5.26 Promenor da furação para fixação das calhas e guiamentos .................... 79 Figura 5.27 Vista da mesa de ensaio com os diversos elementos montados ............... 80 Figura 5.28 Pormenor da fixação dos veios de guiamento .......................................... 81 Figura 5.29 Porta exterior da banca de ensaio ............................................................. 82 Figura 5.30 Dobradiça com fecho de segurança PILZ ................................................. 82 Figura 5.31 Estrutura da base do módulo de comando ................................................ 83 Figura 5.32 Solução final da estrutura ......................................................................... 83 Figura 5.33 Visualização de ambas as portas do equipamento .................................... 84 Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão xvii Índice de Tabelas Tabela 2.1 Caraterísticas BIR 800 [6] .......................................................................... 12 Tabela 2.2 Propriedades de BI703 [6] .......................................................................... 13 Tabela 2.3 Caraterísticas técnicas da Impulse Test Stand with Flex System [7] ........... 14 Tabela 2.4 Caraterísticas da Impulse Test Stand for Industrial Requirements da BLUM [7] ............................................................................................................................................. 15 Tabela 2.5 Caraterísticas técnicas da Banca de ensaios SPT 80 [8] ............................. 17 Tabela 2.6 Caraterísticas técnicas da Banca de ensaios de Impulso da Hainzl [9] ...... 18 Tabela 2.7 Tabela comparativa dos equipamentos apresentados ................................. 19 Tabela 4.1 Caraterísticas técnicas da válvula 34 [12] .................................................. 31 Tabela 4.2 Caraterísticas da válvula limitadora de pressão do circuito de ensaio [12] 34 Tabela 4.3 Caraterísticas do motor de acionamento do circuito de comando .............. 37 Tabela 4.4 Caraterísticas da Bomba do circuito de comando [14] ............................... 38 Tabela 4.5 Elementos lógicos selecionados para bloco hidráulico .............................. 40 Tabela 4.6 Caraterísticas de válvulas C10 D*C [14].................................................... 43 Tabela 4.7 Caraterísticas da válvula limitadora proporcional [14] .............................. 43 Tabela 4.8 Caraterísticas da válvula reguladora de caudal proporcional [14].............. 44 Tabela 4.9 Carateríticas das válvulas de assento de tipo HRP [15] ............................. 46 Tabela 4.10 Caraterísticas do grupo hidráulico [16] .................................................... 49 Tabela 4.11 Válvula limitadora de pressão Bosch Rexroth [16] .................................. 50 Tabela 5.1 Cargas máximas admissíveis segundo o tipo de rosca ............................... 68 Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão xviii Tabela 5.2 Escolha e referência de vedantes e cintas de guiamento usados no multiplicador ............................................................................................................................ 73 Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 1 1 Introdução Nos dias de hoje, os consumidores têm uma expectativa de padrões de qualidade cada vez mais elevados, a custos sempre mais baixos. A garantia da qualidade de muitos produtos tem de ser assegurada por ensaios experimentais, quer para validação ao nível da sua conceção, quer para confirmação da qualidade de produção, por lote de fabrico. As mangueiras hidráulicas são um produto que, apesar de serem caraterizadas por um preço baixo, asseguram por vezes funções de enorme responsabilidade e até de segurança funcional de máquinas. Os ensaios de certificação e de controlo de qualidade de mangueiras hidráulicas constituem um elemento determinante na cadeia de qualidade de uma empresa fornecedora. No entanto, estes devem ser rigorosos, imparciais e independentes do operador, tanto por seguirem uma normalização com parâmetros de acordo com o tipo de mangueira a ensaiar, muito vulneráveis ao erro humano, quer pela qualidade que um ensaio autónomo garante aos clientes. Para atingir esse objetivo, o ensaio deve, na medida do possível, ser assegurado por meios totalmente automatizados. A automatização é tanto mais importante quanto se pretendam assegurar ensaios de longa duração, onde a fiabilidade, a eficácia e a eficiência energéticas dos equipamentos se tornam critérios de conceção fundamentais. É nesta perspetiva que este projeto é elaborado para proporcionar à Balflex mais uma garantia de qualidade dos produtos que fornece aos seus clientes, com um equipamento concebido para satisfazer as necessidades específicas da empresa. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 2 1.1 Apresentação da Balflex Estabelecida desde 1963, a Balflex é um grupo internacional de empresas dedicado ao design, produção e distribuição de todos os tipos de mangueiras, tubos flexíveis, conexões, conetores, adaptadores, engates rápidos e correias em V, com altos padrões de qualidade. Mais de meio século de profissionalismo e experiência nesta área, fazem da Balflex um fornecedor importante para a indústria em geral, nomeadamente a mineração, a agricultura, a indústria petrolífera, a exploração off-shore e a construção. Hoje, o Grupo Balflex abrange clientes no mundo inteiro, através de suas próprias empresas, instalações de produção e redes de distribuidores. [1] Figura 1.1 Presença global da Balflex 1.2 Apresentação da VMflex A VMflex tem por missão comercializar soluções hidráulicas, pneumáticas e de automação, rentáveis, eficientes e eficazes, destinadas ao mercado ibérico da gestão e manutenção industrial, visando a satisfação plena do cliente, contribuindo assim para o incremento da produtividade industrial e respeitando o indivíduo, a sociedade e o meio ambiente. A visão da empresa é ser uma das principais empresas do mercado ibérico no fornecimento de soluções hidráulicas e pneumáticas para o setor industrial. [2] Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 3 1.3 Motivação do projeto Hoje em dia, os consumidores exigem cada vez mais qualidade nos produtos adquiridos evitando a subida dos preços dos mesmos. Desta forma, os ensaios de certificação e de controlo de qualidade tornam-se de extrema importância. Contudo, esses devem ser imparciais e independentes do operador que realiza estes ensaios, quer por seguirem uma normalização parametrizada exigente e de acordo com o tipo de mangueira, quer para diminuir as possibilidades de erro humano. Para garantir estas condições e a melhor qualidade exigida pelos clientes o ensaio deve ser assegurado por meios totalmente automatizados e uma capacidade máxima de trabalho por parte dos equipamentos de teste com o mínimo recurso possível à intervenção humana. Com estas premissas em mente é proposto o projeto de conceção de uma máquina capaz de realizar ensaios de uma forma não requerente de mão de obra especializada e com possibilidade de solicitação segundo um grau de liberdade, e concebida especificamente para as necessidades da Balflex e para os produtos nela produzidos e comercializados. Figura 1.2 Stand da VMflex na EMAF 2013 Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 4 1.4 Organização da Dissertação A presente dissertação encontra-se dividida em 6 capítulos. No capítulo 1 são apresentadas as empresas para as quais o projeto está a ser desenvolvido e também a motivação para esta dissertação. No capítulo 2 é feita uma análise à tecnologia existente neste tipo de máquinas de ensaio. É também analisada a normalização referente a ensaios de impulso de mangueiras hidráulicas e são ainda apresentadas algumas soluções existentes no mercado para este tipo de equipamentos. No capítulo 3 é descrita a proposta especificação de conceção apresentada à Balflex e VMflex relativa às principais caraterísticas a ser implementas no produto final, baseada nos requisitos da Balflex e na oferta existente de mercado. No capítulo 4 é apresentado o circuito hidráulico proposto, as suas principais caraterísticas e o dimensionamento associado. É também apresentada uma seleção de material necessário para implementar o circuito final da máquina. No capítulo 5 são apresentados os projetos desenvolvidos para o multiplicador de pressão e para a estrutura final da máquina, de forma a garantir as condições apresentadas no capítulo 3. No capítulo 6 são referidas as conclusões mais relevantes seguidas pelas propostas para trabalhos futuros. Após as referências bibliográficas são apresentados anexos onde são apresentados o circuito hidráulico definido para a aplicação e os desenhos das peças produzidas ao longo desta dissertação. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 5 2 Máquinas de Ensaio de Mangueiras Hidráulicas Atualmente a óleo-hidráulica está presente nas mais variadas aplicações de processos, seja na utilização produtiva industrial ou na maquinaria pesada utilizada na construção civil. As mangueiras hidráulicas são sempre reconhecidas como elementos essenciais na ligação de partes hidráulicas com movimento relativo, mas também elementos que merecem preocupações em termos de segurança. Assim sendo, o teste dos diversos componentes e a garantia de qualidade dos mesmos assume-se como um ponto fulcral, no sentido da diminuição da possibilidade defeitos de cravação e possíveis rebentamentos das mangueiras em condições de trabalho adversas. Para evitar falhas nestes componentes estes devem ser testados por forma a diminuir a possibilidade de falha e, consecutivamente, colocar em risco a integridade física do sistema no qual estão aplicados bem como a dos seus utilizadores. 2.1 Normalização aplicada a ensaios Na identificação das normas a seguir foram analisados dos diversos organismos de normalização, nomeadamente:  a ISO - International Organization for Standardization,  a SAE - Society of Automotive Engineers,  a DIN - Deutsches Institut für Normung. As normas DIN são geralmente consideradas como as mais exigentes. Esta exigência não pode ser dissociada do padrão de inovação, qualidade e evolução técnica desenvolvida devido ao investimento, requisitos de qualidade e capacidade de produção industrial existente na Alemanha. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 12 Tabela 2.1 Caraterísticas BIR 800 [6] BIR800 Pressão de teste 80 a 800 bar Frequência de Impulso 0,05 …1,5 Hz Temp. Máxima de ensaio: 125 ºC Cilindrada de impulso 1594 cm3 Controlo Automático por PLC e computador Alimentação 400 V – 50 Hz – 230 kVA Frequência de flexão Até 1 Hz No entanto, a máquina que tem as caraterísticas mais semelhantes à que se pretende ver projetada no âmbito deste trabalho é a BI703 FLEX apresentada na figura 2.5. Esta apresenta a possibilidade de ensaio até 6 mangueiras, dependendo do seu diâmetro e de uma solicitação com 2 graus de liberdade que permitam que os ensaios estejam em conformidade com a norma ISO 6802-1. Figura 2.5 Banca BI 703 FLEX Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 13 As propriedades deste equipamento são apresentadas na tabela 2.2. Tabela 2.2 Propriedades de BI703 [6] 2.3.2 BLUM A Blum-Novotest Gmbh é reconhecida pelo desenvolvimento de tecnologia de teste e medição inovadoras e de alta qualidade. Esta empresa apresenta vários modelos possíveis para testar mangueiras de alta pressão no entanto, só serão apresentados dois. O primeiro modelo apresentado é denominado no site da empresa como Impulse Test Stand with Flex System, apresentado na figura 2.6. Neste modelo, a solicitação de flexão é feita através de um sistema biela-manivela, o que faz com que o seu movimento seja de amplitude constante sem necessidade de controlo de posição, podendo apenas variar a velocidade do acionamento. BI703 FLEX Pressão de teste 50 a 700 bar Frequência de Impulso 0,05 …1,5 Hz Temp. Máxima de ensaio: 150 ºC Cilindrada de impulso 485 cm3 Controlo Automático por PLC e computador Alimentação 400 V – 50 Hz – 79 kVA Frequência de flexão Até 1 Hz Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 14 Figura 2.6 Impulse Test Stand with Flex System da BLUM As caraterísticas deste equipamento são apresentadas na tabela 2.3. Tabela 2.3 Caraterísticas técnicas da Impulse Test Stand with Flex System [7] O outro modelo da Blum apresentado aqui é denominado por Impulse Test Stand for Industrial Requirements, apresentado na figura 2.7. Este modelo apenas faz testes estáticos e tem uma cilindrada inferior a todos os modelos até agora apresentados, o que pressupõe que neste caso é possível ensaiar um menor número de mangueiras relativamente aos anteriores. Impulse Test Stand with Flex System Pressão de teste Até 1500 bar Frequência de Impulso Até 1,7 Hz Temp. Máxima de ensaio: 160ºC Cilindrada de impulso Até 720 cm3 Alimentação 110 kW Controlo Automático por PLC Frequência de flexão Até 0,67 Hz Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 15 Figura 2.7 Impulse Test Stand for Industrial Requirements As caraterísticas deste equipamento são apresentadas na tabela 2.4. Tabela 2.4 Caraterísticas da Impulse Test Stand for Industrial Requirements da BLUM [7] Impulse Test Stand for Industrial Requirements Pressão de teste Até 1500 bar Frequência de Impulso Até 1,7 Hz Temp. Máxima de ensaio: 160ºC Cilindrada de impulso Até 360 cm3 Alimentação 37 kW/ 55 kW* Controlo Automático por PLC *depende da cilindrada e pressão máximas Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 16 2.3.3 SHINEEAST Jinan Shineeast Fluid Systems Equipment Co foi fundada em 2011 e é responsável pela produção de equipamentos capazes de gerar, guardar e controlar altas pressões em gases e líquidos. A SHINEEAST Impulse Test Benches são especializados em bancas de teste para pressão, impulso assim como rebentamento, vibração e outros testes funcionais. São alimentadas por uma bomba hidráulica produzida pela Shineeast e são capazes de ensaiar com liquidos como água, óleo e químicos não corrosivos [8]. Na figura 2.8 é apresentada o equipamento de ensaios de impulso deste fabricante. Figura 2.8 Banca de ensaios de Impulso SPT 80 da SHINEEAST As caraterísticas deste equipamento são apresentadas na tabela 2.5. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 17 Tabela 2.5 Caraterísticas técnicas da Banca de ensaios SPT 80 [8] 2.3.4 Hainzl Fundada há 50 anos, a Hainzl é uma empresa Austríaca que desenvolve soluções inovadoras para edifícios, fluidos e automação [9]. Este grupo apresenta como missão o alcance de tecnologia dos mais altos padrões e como tal identificaram 8 áreas onde se intitulam líderes tecnológicos, como:  Hidráulica  Eletromecânica  Automação Industrial  Sistemas eletrónicos embebidos  Otimização de sistemas  Sistemas robóticos e de manipulação  Tecnologia de processos  Automação de edifícios SPT 80 Pressão de teste Até 800 bar Frequência de Impulso Até 1,25 Hz Temp. Máxima de ensaio: 120ºC Cilindrada de impulso - Controlo Automático por PLC e IPC Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 18 Figura 2.9 Banca de ensaio da Hainzl As propriedades da banca de ensaio desenvolvida por esta empresa são apresentadas de seguida na tabela 2.6. Tabela 2.6 Caraterísticas técnicas da Banca de ensaios de Impulso da Hainzl [9] Hainzl Impulse test bench Pressão de teste Até 1500 bar Frequência de Impulso Até 1,25 Hz Temp. Máxima de ensaio: 150 ºC Cilindrada de impulso - Controlo IPC 2.4 Análise das soluções apresentadas Depois desta análise a vários equipamentos existentes no mercado é apresentada uma tabela que compara as principais caraterísticas destes. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 19 Tabela 2.7 Tabela comparativa dos equipamentos apresentados Bimal BI703 flex Blum Impulse Test Stand with Flex System Shineeast SPT 80 Hainzl Impulse test bench Pressão de teste (máx) 700 bar 1500 bar 800 1500 Frequência de Impulso (máx) 1,5 Hz 1,7 Hz 1,25 Hz 1,25 Hz Cilindrada de impulso 485 cm3 720 cm3 - - Frequência de solicitação (máx) 1 Hz 0,67 Hz - - Potência de alimentação 79 kW 37/55 kW - - Na tabela 2.7 podemos observar que a BI 703, apesar de ter a pressão mais baixa na comparação, a sua potência de alimentação é bastante elevada relativamente ao equipamento da Blum. Contudo para que as condições de pressão sejam próximas do equipamento concebido pela Bimal a potência terá de ser de 55 kW resultando numa pressão máxima 630 bar e uma cilindrada de 360 cm3. Noutra perspetiva podemos observar que apesar de a norma ISO 6803 definir a frequência de impulso entre os parâmetros de 0,5 e 1,25 Hz os equipamentos da Blum e da Bimal estabelecem uma frequência máxima acima de 1,25 Hz. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 20 Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 21 3 Proposta e discussão da solução de conceção Neste trabalho é de todo necessário cumprir os objetivos da empresa que requisitou a conceção do equipamento. Contudo é necessário ter em conta as ofertas variadas já existentes no mercado, interpretar as suas caraterísticas e adaptá-las às necessidades específicas da Balflex. Desta forma, após a análise de mercado foi elaborada uma proposta apresentada à empresa, apresentada no Anexo A, e na qual se descrevem as principais caraterísticas a implementar na conceção, que são as seguintes:  Capacidade de ensaio: 4 mangueiras em simultâneo;  Pressão máxima de ensaio: 700 bar;  Multiplicador de pressão desenvolvido especificamente para a aplicação em questão;  Introdução de uma solução de engate rápido, para conexão rápida das mangueiras, usado no ensaio de validação de mangueiras já cravadas;  Utilização de 2 fluidos de trabalho: o do circuito de ensaio e o do circuito de comando e de acionamento;  Divisão do sistema em 2 módulos, um deles com o circuito de comando e acionamento e o segundo a banca e circuito de teste;  Inclusão de um sistema de solicitação dinâmica com 1 grau de liberdade, correspondente a uma flexão horizontal;  Potência máxima instalada de, aproximadamente, 30 kW; A justificação para as tomadas de decisão é feita nos pontos seguintes. 3.1 Capacidade de ensaios simultâneos A capacidade de ensaios imposta deve-se à necessidade de, segundo a norma ISO 6803, ensaiar quatro provetes para que o ensaio de um tipo de mangueira seja válido. Contudo, Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 28 O circuito hidráulico usado para o ensaio de impulso é apresentado na figura 4.2. Figura 4.2 Circuíto hidráulico de ensaio de impulso [11] Como se pode observar no circuito apresentado, para a geração dos impulsos o equipamento em questão recorre também a pneumática, o que neste caso, se torna uma solução com vantagens visto que, no ensaio de rebentamento, são usados multiplicadores pneumohidráulicos. Contudo, este projeto não contempla a implementação de ensaio de rebentamento, o que torna o auxílio pneumático dispensável. 4.2 Circuito hidráulico proposto Com o estudo do circuito, foi elaborado um novo circuito, capaz de responder às condições de teste propostas à Balflex e que, simultaneamente, mantenha o consumo de energia no menor valor possível. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 29 O novo circuito é apresentado na figura 4.3, sendo que nos subcapítulos seguintes são apresentados os diversos subcircuitos (comando, ensaio e auxiliar) e os seus principais componentes e necessidades. Finalmente, no Anexo B é apresentado o circuito completo juntamente com a lista de componentes. Figura 4.3 Circuito hidráulico proposto Do circuito hidráulico acima presente, pode-se observar que no acoplamento bombamotor do subcircuito principal, em que o caudal é relevante, o motor elétrico é de velocidade variável. Isto deve-se ao interesse da Balflex em possibilitar a implementação do projeto, após concebido, em locais onde o fornecimento elétrico é feito a 60 Hz em detrimento dos 50 Hz, para os quais os cálculos de caudal foram aplicados. Esta regulação de caudal poder-se-ia compensar apenas com a utilização de uma bpomba de cilindrada variável, no entanto é pertinente usar motores de velocidade variável por motivos de eficiência energética. 4.2.1 Circuito de ensaio O circuito de ensaio, apresentado na figura 4.4, é o responsável por pressurizar os provetes e proceder à circulação do fluido de ensaio. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 30 A pressurização dos provetes é realizada através de um multiplicador de pressão. A despressurização dos provetes é realizada por uma válvula especial de descarga. A circulação (renovação) do fluido de ensaio é realizado durante a metade do ciclo em que o sistema se encontra em descarga, de modo a manter sempre tanto as mangueiras a ser testadas como a câmara do multiplicador de pressão com fluido de ensaio e, ao mesmo tempo, as condições ótimas de funcionamento do óleo de ensaio. Para esta divisão do equipamento é necessário ter em conta que este funcionará a altas temperaturas ( >100 ºC). Assim para o circuito que será apresentado de seguida será usado um óleo para aplicações a altas temperaturas neste caso o Renolim Xtreme TEMP 32. Figura 4.4 Circuito responsável pela circulação do fluido de ensaio Neste circuito todos os equipamentos na zona de teste são associados a temperaturas e pressões levadas, até 150 ºC. Assim, para diminuir os custos associados na compra destes equipamentos, a descompressão deste circuito, que obrigaria a necessidades de caudal muito elevados na válvula cód. 34, é assegurada a partir do circuito de comando do multiplicador de pressão. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 31 A válvula cód. 34 foi selecionada da marca Oilgear e é apresentado na figura 4.5 um desenho de conjunto deste equipamento sendo as suas caraterísticas apresentadas na tabela 4.1. Figura 4.5 Válvula 1400 bar Oilgear TOWLER Tabela 4.1 Caraterísticas técnicas da válvula 34 [12] Válvula Oilgear TOWLER Caudal admissível 40 l/min Pressão 1400 bar Temperatura admissível 150º C Esta válvula para além de ter corresponder a todas as necessidades de pressão e temperaturas máximas tem a possibilidade de a sua comutação ser feita através de um fluído diferente, sem existir mistura dos mesmos. Assim sendo, a comutação da válvula pode ser realizada através do circuito de comando, nomeadamente pela válvula cód.37, o que permite que este circuito trabalhe apenas numa pressão residual exceto na zona ativa de teste onde a pressão será regulável pelo multiplicador de pressão. No entanto a pressão da linha de pilotagem deve ser inferior a 70 bar por recomendação do construtor o que implica a utilização de uma válvula reguladora de pressão (cód.35). Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 32 O valor de caudal apresentado irá então limitar o caudal da bomba que possibilitará a renovação do fluido de teste existente no provete de ensaio. Não obstante, esta renovação será feita parcialmente, o que não provoca impossibilidades em termos de compatibilidade. Este circuito terá mais uma imposição, esta devido à normalização de ensaios de impulso que implica que na fase a baixa da pressão de ensaio o valor máximo da pressão seja apenas 10 bar. Esta condição influencia a escolha do grupo bomba motor, cuja potência será: 𝑃=𝑄 × 𝑝 600 = 40 × 10 600 =0,666 𝑘𝑊 A solução onde é utilizado um grupo bomba motor apresenta, no entanto, a questão de funcionar em contínuo, com um motor elétrico acoplado. Esta solução é, no entanto pouco rentável em termos de energéticos, devido ao funcionamento em contínuo, mesmo quando não existe necessidade de circulação de fluido. Para além de que a aquisição de uma bomba com caraterísticas necessárias para esta alicação implicar um investimento avultado. Assim sendo, foi proposta uma solução alternativa que engloba a conceção de um atuador simétrico, acionado através do circuito de comando e provocará a circulação de caudal no circuito de ensaio. Esta solução foi desenvolvida tendo em conta que o caudal máximo da válvula cód. 34 é de aproximadamente 40 l/min o que tendo em conta o tempo de baixa pressão de ensaio, sendo esta a zona onde se poderá proceder à circulação de caudal, implicará uma cilindrada na zona do deste atuador que funcionará como bomba de aproximadamente 300 cm3 de cilindrada. O equipamento terá então um funcionamento contínuo no início do ensaio para que todo o ar presente no circuito devido à montagem dos provetes seja retirado, sendo que depois atuará apenas no meio ciclo de baixa pressão, como já referido anteriormente. Este equipamento numa solução “ideal” apresentaria uma relação de áreas de 28:1 para reduzir a pressão efetiva do sistema de 280 bar para 10 bar, no entanto isto tornaria o equipamento de dimensões elevadas no êmbolo para além de ter um curso muito pequeno. Desta forma, foi concebido com uma relação de áreas de 5:1 ao qual terá agora de ser aplicada uma válvula limitadora de pressão regulada para 10 bar. Este equipamento terá um diâmetro de haste de 20 mm ao qual corresponderá uma diâmetro de êmbolo de 50 mm e curso adequado para realizar a cilindrada desejada. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 33 Por outro lado este equipamento terá de isolar termicamente um fluido relativamente ao outro e impedindo também a sua mistura. Então terá de ter uma zona de fugas relativa na qual todo o fluido resultante não será reaproveitado. Com estas exigências técnicas o modelo 3D deste equipamento foi elaborado tendo em conta o grande objetivo da utilização deste tipo de solução que é diminuir o investimento necessário para aquisição de um equipamento capaz de proceder à circulação do fluido de teste. De forma a assegurar o melhorar o funcionamento deste equipamento, este será executado a partir de peças de revolução o que torna mais fácil os acabamentos para garantir concentricidade, apresentado na figura 4.6. Figura 4.6 Desmultiplicador de pressão responsável pela renovação de fluido Na figura 4.7 é apresentado o desmultiplicador em corte com os vedantes já montados. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 34 Figura 4.7 Pormenor de montagem do desmultiplicador de pressão Este componente foi concebido a partir de 5 peças de geometria simples e concebidas através de maquinagem de revolução. A sua integridade estrutural é assegurada através de tirantes M10 fixos em 2 corpos anelares com 10 mm de espessura e que por sua vez fixam os corpos exteriores ao corpo cilíndrico central. Para o controlo de pressão máxima deste circuito, foi selecionada uma válvula limitadora de pressão da OilGear de comando manual e com possibilidade de utilização com fluidos sintéticos e cujas caraterísticas são apresentadas na tabela 4.2. Tabela 4.2 Caraterísticas da válvula limitadora de pressão do circuito de ensaio [12] Válvula limitadora de pressão Caudal admissível 155 l/min Pressão 350 bar Finalmente, neste circuito coloca-se também em evidência um segundo reservatório utilizado apenas para as fugas quando ocorre falha durante o teste, este reservatório estará equipado com sensor de nível (cód. 40). Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 35 4.2.2 Circuíto de comando Este subcircuito é o responsável pelos movimentos de avanço e recuo do multiplicador de pressão cuja capacidade da câmara superior será de 330 cm3. Sendo esta a cilindrada necessária para que sejam efetuados ensaios de quatro provetes em simultâneo até às dimensões de 1” e 1 m, como referido no capítulo 3. Como já referido na secção 3.7, a potência instalada do equipamento tem de ser o mais baixa possível, pois este tipo de ensaios pode prolongar-se ao longo de várias horas e até dias. Como tal, a utilização de um multiplicador de pressão é de extrema importância, mas é ainda importante definir a sua relação de áreas. No caso de um multiplicador com relação de áreas de 2:1 a pressão máxima de comando seria de 350 bar. No entanto nesta solução, devido às maiores pressões na linha, os componentes poderiam requerer maior manutenção e por vezes uma Figura 4.8 Circuíto proposto para o comando do movimento do multiplicador Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 36 longevidade menor. Optou-se então, por uma solução em que o multiplicador terá uma relação de áreas 3:1, baixando assim a pressão máxima do sistema de comando, para atingir a pressão de ensaio de 700 bar, para 233 bar, o que diminui as exigências aos componentes. Por outro lado, esta decisão aumenta os requisitos de caudal, pois é necessário na câmara inferior um volume total de 900 cm3, para satisfazer as necessidades do caudal de ensaio. Tendo em conta a normalização de ensaios de impulso, sabe-se que o aumento de pressão até ao seu pico tem de ser de 15% de um ciclo, isto é, para uma frequência de impulsos de 1 Hz traduz-se num intervalo de tempo 150 ms para avançar completamente o multiplicador hidráulico. Este intervalo de tempo reflete-se num caudal instantâneo, durante esse período de 150ms, de: 𝑄= 0.9 0.150 × 60=396 l/min Para que este valor de caudal seja possível torna-se absolutamente essencial a utilização de acumuladores hidráulicos para diminuir as necessidades de caudal instantâneo do conjunto bomba-motor, baixando assim a potência máxima do motor. Desta forma, foi selecionado um acumulador hidráulico com 10 l da Hydac, este valor de volume justifica-se com a diminuição da queda de pressão do acumulador causada pelo volume de fluido cedido. Figura 4.9 Acumulador hidráulico de bexiga [13] Assim sendo, as necessidades de enchimento do multiplicador passam a ser asseguradas quase totalmente pelos acumuladores e a central hidráulica terá o remanescente tempo de ciclo para encher novamente os acumuladores. Tendo em conta que após a cedência do volume necessário do acumulador é necessária a manutenção de uma pressão de 233 bar, que o volume cedido caso só o acumulador cedesse caudal seria de 0,9 l e que o volume útil do acumulador Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 37 será aproximadamente 50% do seu volume total, isto é, 𝑉𝑔0= 5l podemos calcular a pressão máxima do sistema. 𝑉𝑔0 𝑉𝑔1=𝑃𝑔1 𝑃𝑔0 5 5+0,9=233 𝑃𝑔0 𝑃𝑔0=275 𝑏𝑎𝑟 O caudal necessário será então, para um ciclo de 1 s, 𝑄=0.9 1 × 60=54 l/min Com estes valores de caudal e pressão podemos chegar ao valor de potência do motor 𝑃=54 × 275 600 =24,75 𝑘𝑊 Este valor implica que o motor terá de ter uma potência acima da calculada. Consultando os catálogos, o valor mais próximo é de 30 kW. Escolhido na WEG, na tabela 4.3 encontramse as suas caraterísticas principais. Tabela 4.3 Caraterísticas do motor de acionamento do circuito de comando W22 - Cast Iron Frame - Premium Efficiency - IE3 Potência 30 kW/ 40 Cv Nº de pólos 4 Frequência 50 Hz Corrente 56,5 A Fator de potência (𝐜𝐨𝐬∅) 0,83 O fornecimento de caudal será assegurado por uma bomba de êmbolos da Parker Hydraulics com cilindrada variável da série PVP. As caraterísticas mais importantes deste componente são apresentadas na tabela 4.4 e a bomba é apresentada figura 4.10. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 44 Figura 4.16 Válvula limitadora de pressão Parker série RE*E*W A válvula V6, que será responsável pela regulação do caudal de entrada no multiplicador, é, mais uma vez, uma válvula Parker, da série TDP e de tamanho NG40. Na tabela 4.8 são referidos os dados desta válvula. Tabela 4.8 Caraterísticas da válvula reguladora de caudal proporcional [14] 2-Way High-Response Valve Series TDP NG40 Pressão 350 bar Caudal 1500 l/min Massa 15 kg Alimentação 22 a 30 V Sinal de comando 0 a 10 V , ou 4 a 20 mA Da tabela 4.8 podemos observar que o caudal suportado por esta válvula é muito superior às necessidades do sistema (360 l/min). Contudo, na maquinagem do bloco, manter o custo de maquinagem o mais baixo possível tem todo o interesse, sendo isto conseguido através da diminuição do número de vezes de troca da ferramenta de trabalho. Noutra perspetiva, a válvula com o tamanho escolhido pode utilizar uma linha de pilotagem exterior, que neste caso particular será usada como linha principal. O fluido de pilotagem passará por um filtro de pressão, prolongando assim o tempo de vida do componente. Na Figura 4.17 é apresentado a válvula reguladora de caudal. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 45 Figura 4.17 Válvula Reguladora de caudal proporcional TDP NG 40 [14] Com base nestes pressupostos, foi elaborado um modelo 3D do bloco hidráulico, que é apresentado na figura 4.18 sem elementos montados e na figura 4.19 com todos os elementos lógicos montados e cujo desenho de definição e de conjunto se encontram no anexo D. Figura 4.18 Vista do bloco hidráulico sem elementos lógicos Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 46 Figura 4.19 Bloco hidráulico completo As ligações ao exterior do bloco, (acumuladores, multiplicador) serão feitas através de flanges SAE 6000 de 1”1/4, o que diminui a dificuldade de montagem e desmontagem, em caso de falha de algum componente. No dimensionamento do bloco, foi verificado que a inclusão da valvula Cód 8, presente no circuito da figura 4.8, faria com que este se tornasse demasiado grande. Portanto, esta válvula, da marca Hawe, de assento 2/2, será montada exteriormente ao bloco e as suas caraterísticas são apresentadas na tabela 4.9. Tabela 4.9 Carateríticas das válvulas de assento de tipo HRP [15] Hydraulically piloted check valves type HRP Pressão 700 bar Caudal 400 l/min Massa 7,9 kg Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 47 4.2.3 Circuito Auxiliar Para que o circuito principal de comando hidráulico funcione de modo otimizado, é necessário que o comando da pressão esteja devidamente ajustado às necessidades específicas de cada ensaio. Esse ajuste estará inevitavelmente associado também às condições de funcionamento do acumulador. A utilização de pressão indevida de funcionamento do acumulador acarretará uma baixa da eficiência do sistema. Assim, é proposta a incorporação de um circuito auxiliar para a regulação adequada da pressão de enchimento do acumulador, para cada requisito específico de cada ensaio. Em geral, este ajuste é feito com incorporação de novo azoto, sempre que se pretende aumentar a presão, ou libertação de azoto para a atmosfera, sempre que se pretende diminuir a pressão de enchimento do acumulador. Nesta circunstância, propõe-se que exista um segundo acumulador, de êmbolo, para servir de reservatório de azoto, de volume controlável. Neste subcapítulo será abordada a parte do circuito hidráulico responsável pelao regulação, sem desperdício, da pressão de enchimento do azoto dentro do acumulador principal do sistema. Na figura 4.20 é representado este sub-circuito. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 48 Figura 4.20 Circuito utilizado para regulação de pressão do acumulador Este circuito parcial tem como objetivo o controlo da pressão de enchimento do acumulador de bexiga, da forma mais precisa possível. Neste tipo de aplicação, é do máximo interesse que a pressão do acumulador seja regulada especificamente para a pressão de ensaio, possibilitando assim um uso mais eficiente de todo o óleo acumulado no seu interior e permitindo que haja uma diminuição do caudal fornecido pela bomba e consequentemente uma diminuição da potência consumida. A justificação apresentada torna-se ainda mais relevante devido à duração destes ensaios, um ensaio de 200.000 ciclos demora aproximadamente 2 dias, e o próximo que se possa seguir poderá requerer uma pressão de enchimento substancialmente diferente. Então, no sentido da saúde financeira de uma empresa, o consumo de energia elétrica deverá será o mais baixo possível, bem como o gasto em azoto. Neste caso, o circuito requere um grupo hidráulico que permita que o valor do volume de óleo a incorporar no acumulador de êmbolo seja bastante preciso. Isto implica que a bomba hidráulica instalada tenha uma cilindrada muito baixa. Com este preceito em mente foi Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 49 analisado o mercado e escolhida a opção existente na Bosch Rexroth que consiste num grupo hidráulico em que o motor é acionado em corrente contínua e a bomba acoplada pode ter cilindradas muito baixas. Na figura 4.21 é apresentado este grupo e na tabela 4.10 são apresentadas as várias caraterísticas deste sistema. Tabela 4.10 Caraterísticas do grupo hidráulico [16] Electrohydraulic pumps EHP Cilindrada 1 a 22,5 cm3/rev Pressão (funcionamento) Até 250 bar Pressão (pico) 300 bar Temperatura de trabalho -25 ºC a 60 ºC Acionamento 24 V 0.9 A Figura 4.21 Electrohydraulic pumps EHP Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 50 Para o controlo estável da pressão a que o azoto ficará sujeito, foi selecionada uma válvula da Bosch Rexroth com as caraterísticas referidas na tabela 4.11. Tabela 4.11 Válvula limitadora de pressão Bosch Rexroth [16] KBPS L 8 A A H C G24 K4 V Pressão 210 bar Caudal 2 l/min Massa 0,45 kg Figura 4.22 Válvula limitadora de pressão proporcional Por último, neste circuito parcial será usado um acumulador de êmbolo, cód.17, que servirá para alterar diretamente a pressão do azoto no acumulador de bexiga do circuito principal. Este acumulador será de êmbolo para que não exista perigo de danificação do mesmo causado por choques com as paredes interiores do acumulador na situação pressão máxima e mínima respetivamente, e já que só terá que ter um funcionamento quase estático. Desta forma, foi selecionado um acumulador de êmbolo da HYDAC International ,com capacidade de 25 l e controlo de posição, que terá a capacidade de assegurar os limites máximos e mínimos de pressão no acumulador principal, bem como a compressibilidade do azoto. A necessidade de um volume tão elevado deve-se à necessidade de realização de ensaios tanto a elevadas pressões como a baixas, isto é, como o acumulador do circuito principal é de 10 l no carregamento deste para a pressão de ensaio máxima o azoto no pré enchimento terá de Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 51 ser carregado a 140 bar para que seja atingido o valor máximo de pressão de 280 bar no circuito. No entanto, quando o for necessário realizar um ensaio onde a pressão de comando seja mínima, isto é, 80 bar o acumulador terá de ser carregado a 40 bar o que implica que o acumulador de êmbolo terá de ter 3,5 vezes o volume do acumulador de bexiga. Figura 4.23 Acumulador hidráulico de êmbolo [13] 4.3 Controlador e HMI O controlador para esta aplicação foi escolhido tendo em conta que é necessário que o tempo de ciclo seja baixo e que tenha a possibilidade de inclusão de módulos de segurança para contolo de acesso à máquina durante o ensaio. Com base nos factos anteriores, foi selecionado o Modicon M241, apresentado na figura 4.24, da Schneider Electric com porta CANopen que permite controlar o servomotor que fará a solicitação de 1 grau de liberdade correspondente à norma ISO 6802-2. Este controlador é escolhido, em detrimento do M251, porque torna possível a utilização de entradas e saídas rápidas, que é determinante nesta aplicação, já que no caso do M251 não existe módulos deste tipo. Tratando-se de um controlador modular, há ainda uma grande versatilidade no seu número de entradas e saídas mediante as necessidades. [17] Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 52 Figura 4.24 Modicon M241 [17] O interface assegurado através de uma solução iPC em vez de uma HMI, trará mais vantagens visto que adicionalmente à possibilidade de acesso remoto ao controlador, permite a manipulação de resultados no seu software, uma vez que utiliza o Windows como sistema operativo. [17] Figura 4.25 Magelis iPC [17] Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 53 5 Solução estrutural Ao longo deste capítulo são abordadas as soluções de dimensionamento e projeto ligadas à conceção deste equipamento. Será apresentada a solução para o multiplicador de pressão, que foi dimensionado especificamente para esta aplicação. O facto de ter sido dimensionado para este caso, permite condições de rendimento máximo, ao contrário das soluções disponíveis no mercado. É também abordada a solução estrutural do equipamento, que foi elaborada tendo em conta a segurança e as condições de trabalho dos colaboradores da Balflex e ainda as solicitações e sugestões apresentadas pelos representantes da Balflex. 5.1 Multiplicador de pressão hidráulico Os multiplicadores hidráulicos assentam o seu princípio de funcionamento na equação 𝑝1𝐴1=𝑝2𝐴2. Nestes equipamentos existem dois tipos básicos, os multiplicadores de duplo efeito e os de simples efeito, que se tratam dos que têm mais interesse. Como já foi referido, o multiplicador usado nesta aplicação é de simples efeito pelo que se tem como objetivo que o caudal seja fornecido com apenas um movimento do multiplicador. Os multiplicadores de pressão utilizados nas máquinas da Balflex foram estudados, servindo como base da solução final. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 60 na ordem dos 20 µm, as suas propriedades mecânicas não serão afetadas, no entanto é necessário ainda um estudo em termos de fadiga deste componente. 5.1.4 Êmbolo Inferior Este componente é sujeito a uma pressão máxima de 23,3 MPa apenas numa das faces nunca existindo pressão na outra face. Poderá ocorrer o choque com os corpos intermédio e inferior, pelo facto de ser este corpo o limitador de curso do multiplicador. Ao mesmo tempo, isto evitará que o componente superior do êmbolo fique sujeito a impactos com outros componentes. Neste corpo, é também importante que existam cavidades para o alojamento de vedantes e cintas de guiamento. Estes componentes serão especificados num subcapítulo posterior, juntamente com os restantes vedantes selecionados para este multiplicador. Ainda na montagem deste componente, é importante a sua ligação com a haste. Em conformidade com este facto, o corpo terá um furo com a dimensão da haste e um alojamento para o-ring, no sentido de garantir que não existe passagem de fluido de comando para a câmara secundária da parte inferior do multiplicador. Por último, foi ainda necessário criar um alojamento para o acondicionamento do íman do transdutor magnetoestrictivo e para um anel elástico para fixação, visto que o íman terá que possuir um movimento solidário relativamente ao conjunto que formará o êmbolo. Este transdutor obrigará ainda a que nesta peça exista um furo passante para a montagem da haste do transdutor. Este componente é apresentado na figura 5.9. Figura 5.8 Modelo 3D do êmbolo inferior Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 61 O diâmetro externo deste componente ficou definido para 90 mm, por ser um valor que iria conceder integridade estrutural ao componente em si. Por outro lado, não obriga a que o curso seja demasiado longo e o diâmetro do êmbolo superior será também de um diâmetro maior, o que concede maior facilidade de maquinagem. Este componente foi também submetido a um estudo por elementos finitos com uma carga aplicada de 23,3 MPa, a fim de se estudar o seu comportamento no caso do valor da carga ser superior ao valor máximo a que está previsto ser submetido. Figura 5.9 Resultado do estudo de elementos finitos do êmbolo inferior Na figura 5.9 pode observar-se que a deformação máxima é da ordem dos 37 μm. No entanto, como na aplicação concreta a pressão do fluido é exercida, essencialmente, em ambas as faces desta área anelar exterior, a deformação efetiva será, na sua maioria, anulada. 5.1.5 Êmbolo Superior Neste componente, os cálculos do seu diâmetro estavam dependentes do diâmetro especificado para o para o êmbolo inferior (∅ 90 mm) com o objetivo de se obter a razão de áreas de 1:3. 𝐴𝑖𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟= 902 4× 𝜋=6361,7 𝑚𝑚2 Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 62 Assim sendo, o raio inferior é calculado a partir de: 𝐴𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟= 𝐴𝑖𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 3=6361,7 3 =2120,6 𝑚𝑚2 ∅𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟=√4×𝐴𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝜋= √2120,6 𝜋= 52 𝑚𝑚 Conforme as equações, o diâmtero teria de ser de 52 mm. Porém, para a escolha de vedantes e para o dimensionamento da secção tubular, o diâmetro foi definido como 50 mm. Logo, vem que a área superior é igual a: 𝐴𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟= 502 4× 𝜋=1963,5 𝑚𝑚2 E a relação de áreas fica definida como: 𝑟á𝑟𝑒𝑎𝑠= 6361,7 1963,5=3,24 Baseado nos cálculos apresentados, o êmbolo superior do sistema foi então dimensionado prevendo cavidades para alojamento dos vedantes e cintas de guiamento, tal como no caso do êmbolo inferior. Para além disso, foi também projetada uma cavidade e um furo para fixação da haste a esta peça, apresentada na figura 5.10. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 63 Figura 5.10 Modelo 3D do êmbolo superior Tal como anteriormente, foi realizado um estudo de elementos finitos para a carga de 70 MPa, a carga máxima a que este componente estará sujeito. Os resultados são apresentados na Figura 5.11. Figura 5.11 Resultados da simulação por elementos finitos ao êmbolo superior Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 64 5.1.6 Haste, corpos tubulares e tirantes Estes componentes relacionam-se pelo comprimento. O corpo tubular inferior irá determinar o curso do êmbolo do multiplicador e os restantes elementos foram dimensionados relativamente ao comprimento deste componente. A haste e o corpo tubular superior foram ainda dimensionados de forma a garantir que não existe choque entre o êmbolo superior e os restantes componentes. Para o dimensionamento do corpo tubular inferior, é necessário ter em conta a cilindrada definida nos requisitos, 330 cm3. Como este corpo inferior limitará o curso do êmbolo do multiplicador, o seu comprimento mínimo tem de ser definido pela distância que o êmbolo superior terá de percorrer: 𝑐𝑢𝑟𝑠𝑜= 𝑐𝑐 𝐴𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟=330 000 1963,5 =168,1 𝑚𝑚 O curso percorrido pelo êmbolo tem de ser no mínimo 152,8 mm para garantir os requisitos iniciais definidos. Como o êmbolo inferior ficou definido por uma distância entre faces de 70 mm e o corpo inferior e intermédio têm faces de centragem de profundidade de 13 e 20 mm respetivamente, com estes valores foi calculada a altura mínima deste corpo, sendo que o seu diâmetro interno é de 90 mm. ℎ𝑚𝑖𝑛=168.1+70+13+20=271.1[mm] Com o objetivo de evitar o choque entre o êmbolo inferior e o corpo intermédio, mesmo com a necessidade de cilindrada máxima, a altura deste corpo foi definida em 280 mm e espessura de 5 mm, apresentado na figura 5.12. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 65 Figura 5.12 Modelo 3D do corpo tubular inferior Mais uma vez, este corpo foi alvo de uma simulação por elementos finitos, para se estudar o seu comportamento nas condições máximas de trabalho (23,3 MPa) como apresentado na figura 5.13. Figura 5.13 Resultados da simulação por elementos finitos ao corpo cílindrico inferior De seguida, foi dimensionado o corpo cílindrico superior que sendo calculado o seu comprimento a partir do comprimento do corpo inferior, este ficou com um comprimento de 290 mm mantendo-se a espessura de parede para um diâmetro interno de, agora, 50 mm. O estudo do comportamento deste componente com a carga máxima aplicada é relevante, devido a esta ser igual a 70 MPa, sendo os resultados apresentados na figura 5.14. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 66 Figura 5.14 Resultados da simulação por elementos finitos ao corpo cílindrico superior Na figura 5.14 é então percetivel que a avariação de diâmetro será de 2x480µm. A haste, que fará a ligação entre os dois êmbolos, foi então dimensionada. Será feita a partir de um varão com 30 mm de diâmetro e nos seus extremos serão maquinadas roscas M20, com 25 mm de comprimento para a fixação aos êmbolos. Para além disto, a haste terá de atravessar o corpo intermédio e garantir que não existe possibilidades de colisão do êmbolo superior. Para além da espessura do corpo intermédio, que separa as duas câmaras por 80 mm, para garantir ainda uma melhor fixação a haste terá um alojamento para o seu diâmetro máximo em ambos os êmbolos, como já referido anteriormente, o que aumenta ainda mais o comprimento necessário para a haste. Posto isto, o comprimento deste componente foi definido em 320 mm, após o estudo de todas as dimensões de componentes que interferem com este. Figura 5.15 Haste de ligação entre os 2 êmbolos Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 67 Na figura 5.15 pode observar-se a existência de 2 furos um em cada extremidade da haste onde serão roscados os êmbolos, pretende-se que estes fiquem concêntricos com os 2 furos passantes (presentes um em cada êmbolo) e que seja colocado um pino que por sua vez garanta que os três componentes se mantenham roscados. Após o dimensionamento destes três componentes, foi possível calcular as cilindradas finais, a cilindrada necesssária para o avanço total do multiplicador e a cilindrada que será fornecida para testar as mangueiras hidráulicas. O curso final do êmbolo ficou definido, como já foi referido, pelo comprimento do corpo tubular inferior, e o seu valor é de 170 mm. 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑎𝑑𝑎𝑖𝑛𝑓= 6361,7 × 170=1081 𝑐𝑚3 𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑎𝑑𝑎𝑠𝑢𝑝= 1963,5 × 170=333.8 𝑐𝑚3 O valor da cilindrada inferior não constituirá um problema, pois com a bomba selecionada o caudal fornecido por minuto é de 1184 𝑐𝑚3 pelo que, é reposto todo o fluido fornecido pelo acumulador num ensaio a 1 Hz a utilizar o caudal máximo. Os tirantes foram dimensionados a partir da espessura dos três corpos que terão de ligar e dos dois corpos tubulares. Devido a problemas de montagem, os tirantes superiores terão de ser roscados no corpo intermédio, caso contrário, a distância do furos de montagem dos tirantes ao centro dos corpos principais teria de aumentar, o que não é de todo interessante para a aplicação pois aumentaria os momentos fletores aplicados aos corpos. Os tirantes terão então o comprimento de 345 mm para os superiores e 400 para os inferiores. Esta diferença deve-se não só ao facto de os tirantes inferiores serem apenas de fixação por fêmea e de serem também os responsáveis pela fixação ao suporte que será apresentado na secção seguinte. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 68 Os esforços máximos aplicados ao conjunto de tirantes serão dados pelas pressões máximas nas câmaras inferior e superior ( 25 MPa na câmara inferior e 70 MPa na câmara superior). 𝐹𝑖𝑛𝑓= 6361,7 × 25=159 𝑘𝑁 𝐹𝑠𝑢𝑝= 1963,5 × 70=137,4 𝑘𝑁 A força total aplicada aos tirantes será a soma destes dois valores: 𝐹𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙= 159+137,4=296,4 𝑘𝑁 De seguida, é apresentada uma tabela que mostra a capacidade de carga máxima mediante o diâmetro da rosca do componente. Tabela 5.1 Cargas máximas admissíveis segundo o tipo de rosca Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 69 A rosca esolhida para os tirantes será então M16, que pela tabela apresentada, para um aço 1045, a força máxima será de 73,87 kN. Sabendo que cada grupo de tirantes terá de suportar Ftotal para garantir um coeficiente de segurança igual a 2, o número de tirantes terá de ser oito em cada grupo. A força total, por tirante, ficará: 𝐹𝑡𝑖𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒= 296.4 8=37 𝑘𝑁 Contudo, estes elementos estarão sujeitos a um esforço acrescido devido ao nmero de ciclos de ensaio. Tratando-se estes de elementos de grande relevância estrutural para o multiplicador, foi então necessário redimensioná-los para uma solicitação  fadiga. A solicitação  qual os tirantes são submetidos é classificada como uma solicitação repetida, pois o esforço oscila entre zero e um valor máximo [19], como representado no gráfico 5.1. Para os cálculos é importante determinar os valores de 𝜎𝑚á𝑥, 𝜎𝑚 e 𝜎𝑎. Gráfico 5.1 Gráfico de solicitação à fadiga dos elementos do multiplicador O 𝜎𝑚á𝑥 é calculado a partir da força máxima aplicada ao tirante (37 kN) e pela sua secção mínima. Assim, para uma rosca M16 será ∅𝑖= 13,835 mm. 𝜎𝑚á𝑥= 37 000 ∅𝑖2 4 × 𝜋=37 000 13,8352 4 × 𝜋=246,1 𝑀𝑃𝑎 Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 76 Figura 5.21 Êmbolo completo com vedantes já montados 5.2 Solução estrutural Nesta secção é abordada a solução concebida de forma a encontrar as melhores condições para a realização dos ensaios de mangueiras, quer sejam os ensaios de impulso quer os de validação. Esta solução foi desenvolvida para resolver pequenos problemas estudados a partir de feedback da utilização dos equipamentos já existentes na Balflex e ainda a implementação da solução para a ISO 6802-2. Apesar disto, este projeto estrutural terá de ser estudado de forma mais aprofundada para a averiguação do seu comportamento à fadiga, visto que devido ao ensaio de impulso ser basicamente um ensaio de fadiga aos provetes de teste, toda a vibração causada pelos picos de pressão podem-se tornar problemáticos para a estrutura. No entanto, a estrutura proposta tem ainda uma condição subjacente relativa à facilidade de montagem e desmontagem, o que implica que toda a estrutura seja maioritariamente constituída por painéis removíveis e ligações aparafusadas. Em primeiro lugar, foi estimada uma massa final de 1,5 toneladas. Este valor foi utilizado como base para o dimensionamento dos perfis a usar nas zonas estruturais do projeto. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 77 5.2.1 Base estrutural O perfil escolhido foi um perfil tubular quadrado com secção de 40 mm e 2 mm de espessura, em que serão usados dois comprimentos principais, 1750 e 2500 mm. Este perfil foi então testado por elementos finitos para a carga estática acima referida acima. Os apoios desta estrutura, são também de perfil tubular, mas têm 200 mm de comprimento. Esta distância relativa ao chão deve-se à necessidade de criar um reservatório para armazenamento de óleo em caso de falha de algum equipamento da máquina. Em seguida, é apresentada a base projetada para esta solução, que foi também testada em elementos finitos para uma carga total aplicada de 1,5 toneladas, como referido anteriormente. Figura 5.22 Modelo 3D da base da estrutura de ensaio Figura 5.23 Resultados da simulação por elementos finitos da base da estrutura A tensão máxima a que fica sujeita esta montagem é de 21,6 MPa, o que permite alguma margem no que toca à solução estrutural, em termos de massa total. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 78 5.2.2 Reservatório de fugas Este reservatório auxiliar resulta da necessidade de garantir que, em caso de falha de algum componente do equipamento, o fluido que passe nesse mesmo componente não seja derramado no chão da fábrica, sendo possível recuperá-lo. Contudo, nos equipamentos estudados na Balflex, este reservatório é de fundo plano o que obriga  utilização de uma bomba auxiliar para aspiração do óleo ou outras soluçes que diminuem a rentabilidade de tempo de trabalho dos funcionários. Por esta razão, foi criada uma solução que desempenha o papel de reservatório mas cuja recuperação do fluiido lá armazenado seja mais simples. Desta forma, foi proposta uma solução em que o reservatório tem uma forma prismática invertida em que a altura de um lado é maior que o outro, o que leva a que na zona de maior altura possa ser montado um acoplamento rápido e que todo o reservatório possa ser drenado a partir daquele ponto. Nas figuras 5.25 e 5.26, é apresentada a solução proposta. Figura 5.24 Base da estrutura com reservatório de fugas Figura 5.25 Base da estrutura vista frontal e lateralmente Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 79 5.2.3 Banca de ensaio A zona de ensaio terá que permitir que dois terminais de montagem de mangueiras possam ser implementados, onde um será móvel e outro será fixo. Esta mesa terá ainda que permitir que, caso se queira inserir mais graus de liberdade para além do previsto para este equipamento, não seja necessário refazer todo o projeto de máquina e se tenha apenas que alterar o terminal móvel deste equipamento. O terminal móvel será montado sobre dois guiamentos lineares, sendo que o movimento resultará da ação de um servomotor em conjunto com um sistema pinhão-cremalheira. Sendo assim, é importante que exista a possibilidade de montagem dos veios de guiamento na mesa de ensaio. Outra questão importante será o fecho da câmara de ensaio, que será feito através de portas deslizantes sobre perfis da Aluflex. Neste sistema, apenas serão precisos dois destes perfis, pois o sistema será composto por três secções, mas uma delas será fixa. Esta solução de fecho, concede ao utilizador uma abertura para montagem dos provetes de ensaio de 1700 mm. Para este efeito, serão necessários dois perfis LCX 28H com 2400mm de comprimento, para a porta que percorre a maior distância e dois perfis LCX 18 com 1760 mm, para a porta intermédia. Cada um destes perfis deverá ser acompanhado por duas carruagens para montagem acoplada  porta. A fixação destes perfis é feita através de parafusos M4 de assento cónico ou clindrico, mediante especificação. [22] Figura 5.26 Promenor da furação para fixação das calhas e guiamentos Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 80 Na figura seguinte é representada a mesa já com os veios de guiamento dos terminais de mangueira e os perfis que servirão para para conduzir as portas. Os terminais de mangeira serão feitos de um bloco inteiro, sendo depois maquinado. Os desenhos destas peças são apresentados nos anexos. O guiamento do terminal móvel nos veios será feito a partir de chumaceiras de flange da marca IGUS, com 20 mm de diâmetro interno, que serão montadas diretamente no terminal [23]. Neste terminal foram ainda incluídos seis furos M16 com o intuito de permitir a montagem de uma placa de assentamento para o servomotor responsável pelo seu acionamento. Figura 5.27 Vista da mesa de ensaio com os diversos elementos montados A fixação dos veios à mesa é feito a partir de anéis elásticos, como é mostrado na figura 5.28. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 81 Figura 5.28 Pormenor da fixação dos veios de guiamento 5.2.4 Acesso ao interior Na especificação inicial do projeto foi avançado que a máquina deveria ter capacidade para realizar ensaios de validação. Estes ensaios têm de ser aplicados a mangueiras para aplicações especiais, tendo normalmente dimensões ou capacidades diferentes das comuns que são produzidas na Balflex. Posto isto, é preciso que em caso de ser necessário realizar um ensaio deste tipo a uma mangueira com um comprimento demasiado elevado relativamente às dimensões da banca de ensaio, não se tenha que realizar o ensaio de forma a que os operadores da máquina possam aceder aos provetes durante o ensaio. Desta forma, o projeto foi desenvolvido tendo uma câmara exterior, relativamente à explicada na secção anterior, e que teria o remanescente de espaço para acomodar uma mangueira de comprimentos acima de 3m (apenas para ensaios de validação). Ao nível da programação, isto exigirá que quando é detetado que a porta que separa as duas câmaras esteja abera, só seja possível realizar ensaios de validação. Porém, a porta para o exterior deverá permancer fechada. A porta exterior, devido às suas possíveis dimensões, foi projetada como sendo uma porta bipartida (como representada na figura 5.29), com o objetivo de que quando aberta, o seu espaço ocupado seja baixo. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 82 Figura 5.29 Porta exterior da banca de ensaio O fecho desta porta será assegurado por um equipamento colocado na zona inferior da porta. Este funcionará como uma dobradiça, assegurando o fecho e será da marca PILZ e é apresentado na figura 5.30. Figura 5.30 Dobradiça com fecho de segurança PILZ 5.2.5 Módulo de Comando Este módulo terá de suportar a carga do depósito principal, os acumuladores, o motor do circuto de comando e o bloco hidráulico. Assim, este equipamento estrutural estará sob uma carga constante muito elevada. Por isso, serão usados os mesmos perfis para assegurar a sua integridade estrutural. Foi ainda sugerido pela empresa, que este fosse móvel, no sentido de facilitar as condições de mobilidade deste sistema sem que se tenha que recorrer a transporte por empilhador para ser carregado dentro da empresa, em distâncias curtas. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 83 Para assegurar este movimento, foram selecionados seis rodízios da Mecanarte, com uma capacidade de carga de 450 kg, com o objetivo de garantir que o sistema não falhe. Finalmente, será usado um reservatório similar ao do módulo de ensaio, representado na figura 5.31. Figura 5.31 Estrutura da base do módulo de comando 5.3 Solução final Nesta secção é apresentada a estrutura proposta para este equipamento. Figura 5.32 Solução final da estrutura Como podemos observar da figura 5.32, o multiplicador hidráulico deverá ser montado o mais próximo possível do acoplamento de mangueiras fixo, de forma a evitar a utilização de ligações flexíveis, em risco de ser sujeitas à pressão máxima de ensaio. O quadro elétrico será Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 84 colocado no local oposto à zona com maior profundidade do reservatório, para que não haja interferência entre as duas zonas. Na figura 5.33 são esquematizadas as portas deslizantes da mesa de ensaio e a porta que limita a zona exterior da máquina. Figura 5.33 Visualização de ambas as portas do equipamento Após a conceção de todas as peças apresentadas, o equipamento ficou com uma massa aproximada de 1.200 kg. Como este valor se encontra abaixo do valor usado nas simulações de comportamento mecânico não será necessário proceder a novas simulações estáticas. O valor apresentado foi calculado com recurso à ferramenta de avaliação de massa do software SolidWorks. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 85 6 Conclusões e trabalhos futuros 6.1 Conclusões O principal objetivo desta dissertação foi a conceção de uma solução de projeto estrutural e de automação para uma banca de ensaios de mangueiras hidráulicas, com uma diminuição do consumo energético necessário e um custo abaixo do custo de compra de um equipamento já existente no mercado. Este objetivo foi atingido a partir de um estudo inicial da normalização aplicada a estes ensaios e das caraterísticas das principais ofertas de mercado. Este projeto resultou numa redução de potência instalada necessária neste tipo de máquina e da pressão máxima de ensaio, visto não existir necessidade de uma pressão instalada tão elevada para os provetes testados na Balflex. O circuito desenvolvido agrupa novas tecnologias e permite uma grande versatilidade de utilização e capacidade de adaptação às melhores condições para o ensaio. O valor final da potência necessária para a realização dos ensaios foi definido para um valor aproximado de 31 kW, valor que satisfaz a proposta apresentada à Balflex e VMflex no decorrer desta dissertação. Foi desenvolvido um multiplicador de pressão, específico para esta aplicação, para ser possível aproveitar as máximas capacidades de todo o projeto hidráulico desenvolvido. Este multiplicador de pressão desenvolvido permite consoante diferentes necessidades de caudal alterar o comprimento dos corpos tubulares e da haste. Por outro lado, foi criado um sistema que garante a mobilidade de um dos terminais de conexão das mangueiras, para ser possível a inclusão da solicitação com um grau de liberdade, prevista na norma ISO 6802-2. Com uma alteração deste terminal, será possível a implementação do segundo grau de liberdade, previsto na norma. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 92 Deverá também garantir que os fluidos de comando e de ensaio não se possam misturar e que caso aconteça o resultado dessa mistura não pode ser recuperável. IV – Requisitos de comando Os ensaios de impulso requerem a aplicação de pressão segundo uma onda trapezoidal e para garantir a obtenção deste tipo de forma de onda, sem intervenção humana, deverá recorrer-se à utilização de válvulas de comando eletrónico proporcional. V – Requisitos de pressão Na aplicação pretendida pelo cliente prevê-se que a máquina em questão tenha de atingir pressões até ao limite de 700 bar. VI – Requisitos de potência Para a aplicação para a qual será desenvolvida esta máquina será de extrema importância o seu consumo energético, desta forma neste projeto a potência instalada será de nominalmente 30 kW. VII – Requisitos de número de provetes simultâneos Para que as exigências dos clientes em termos de número de provetes ensaiados, que deve ter um número significativo de amostragem relativamente ao lote, a máquina será capaz de realizar o ensaio de, pelo menos, 4 provetes em simultâneo. VIII – Requisitos de Caudal Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 93 A exigência imposta no ponto anterior impõe um caudal mínimo que deve garantir ser possvel ensaiar quatro provetes de 1’’ e de 2 tranças metálicas e 1m de comprimento sem existência de prolemas relacionados com caudal disponível. IX – Requisitos de condições de ensaio Os ensaios de impulso são também condicionados pelas temperaturas às quais são realizados, nomeadamente a altas temperaturas (até 150º C), condição que será atingida pelo equipamento a ser desenvolvido. Para uma melhor qualidade dos testes efetuados neste equipamento é desta forma proposta a inclusão de um eixo que será utilizado na solicitação com 1 grau de liberdade as mangueiras testadas, com velocidade ajustável. X – Requisitos para ensaios de validação Este tipo de ensaios, ao contrário dos ensaios de impulso, são ensaios de curta duração, ensaios onde a eficácia da soluçãode montagem das mangueiras a ser ensaiadas será uma importante condicionante da solução a propor. XI – Condições de manutenção Este tipo de equipamento requer uma manutenção e monitorização constante, assim sendo para garantir melhores condições de trabalho aos responsáveis pela manutenção destes equipamentos é de interesse que o equipamento seja dividido em 2 módulos, o primeiro onde estará o circuito de comando e todos os componentes necessários e um segundo a câmara onde é possível montar os provetes e onde são realizados os ensaios. XII – Produto Final Da conclusão deste projeto resultará um modelo tri-dimensional da máquina concebida com todos os componentes fisicos da mesma, bem como a especificação em termos de software que permitirá cumprir a especificação de projeto. Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 94 ANEXO B: Circuito de Impulso Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 95 Nº componente Nome Marca Quantidade 1 Reservatório 200 l 1 2 Bomba PVP 48 Parker 1 3 Motor 30 kW Universal Mortors 1 4/7 Válvula limitadora de pressão série RE*E*W Parker 1 5 Elemento lógico CE*F01 Parker 1 6 Válvula 2/2 de assento C10 D*C Parker 1 7/4 Válvula limitadora de pressão série RE*E*W Parker 1 8 Válvula tipo HRP Hawe 1 9 Elemento lógico CE*F07 Parker 1 10 Válvula reguladora de caudal TDP NG 40 Parker 1 11 Multiplicador de pressão --------- 1 12 Motor/bomba 24 V Bosch Rexroth 1 13 Limitadora de pressão proporcional Bosch Rexroth 1 14 Válvula de retenção Parker 1 15 Válvula de assento tamanho Ng10 Parker 1 16 Válvula estranguladora Parker 1 17 Acumulador de Pistão 25 l HYDAC International 1 18 Transdutor de pressão AEP transducers 1 19 20 Transdutor de pressão AEP transducers 1 21 Acumulador de Bexiga 10 l Bosch Rexroth 1 22 Reservatório 40 l 1 23 Resistência 4.5 kW 1 24 Desmultiplicador de pressão --- 1 25 Válvula 4/3 Parker 1 26 Válvula de retenção Parker 4 Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 96 27 Manômetro alta temperatura 1 28 Valvula limitadora de pressão OilGear 1 29 Transdutor de temperatura Analog Devices 1 30 Válvula de retenção Parker 1 31 Transdutor de temperatura Analog Devices 1 32 Banca de ensaio 1 33 Transdutor de pressão alta temp AEP transducers 1 34 Válvula de Alta pressão Oilgear 1 35 Válvula reguladora de pressão Parker 1 36 Válvula Piloto OilGear 1 37 Sensor de Nível 1 38 Filtro alta temperatura 1 39 Permutador de calor BOWMAN 1 40 Transdutor Piezoestrictitivo MTS Sensors 1 41 Termoestato 160º Parker 1 42 Sensor de posição de válvula 1 43 Motor elétrico 250 W WEG 1 44 Bomba de engrenagens exteriores série B Bosch Rexroth 1 45 Válvula de retenção Parker 1 46 Válvula de contrapressão Parker 1 47 Válvula 2/2 Danfoss 1 48 Estrangulador manual 1 49 Permutador de calor BOWMAN 1 50 Filtro de óleo 1 51 termoestato Parker 1 52 termoestato Parker 1 53 Manômetro 1 54 Acumulador 0.5 l HYDAC 1 Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 97 ANEXO C: Desenhos 2D  Desenho de conjunto do equipamento  Desenho de conjunto do multiplicador  Desenho de conjunto do desmultiplicador  Desenho de conjunto do bloco hidráulico  Desenho de definição do bloco hidráulico Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 98 Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 99 Lista de Componentes ITEM NO. PART NUMBER QTY. 1 2500 5 2 2500 limites a 45º 4 3 parapeito 2 4 paineis frontais 4 5 Dobradiça PILZ 10 6 apoio 14 7 Reservatório 1 8 porta interior fixa 1 9 portaintermédia 1 10 porta traseira 1 11 conexão mangueiras móvel 1 12 paineis de traseiros 2 13 perfil tubular portas interiores 38x2 2 14 conexão mangueiras 1 15 mesa 1 16 Multiplicador de pressão 3:1 1 17 Base de assentamento multiplicador 1 18 perfil T 1 19 Porta traseira 1 20 teto 1 21 perfis tubulares 38 x 2 8 22 Dobradiça com fecho de segurança PILZ 2 23 Guiamentos lineares IGUS 4 24 perfis de apoio de portas interiores 2 25 paineis laterais 2 26 1750 4 27 LCX_18-1760 Aluflex 2 28 LCX 28H- 2400 Aluflex 2 29 veio de guiamento 2 30 apoio conexão de mangueiras 1 Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 100 Conceção de Equipamento para Ensaio de Mangueiras de Alta Pressão 101 Lista de Componentes Multiplicador ITEM NO. PART NUMBER QTY. 1 tampa superior 1 2 cilindro superior 1 3 êmbolo superior 1 4 vedante alta pressão 1 5 cinta de guiamento êmbolo superior 1 6 vedante alta temperatura baixa pressão 1 7 vedante tampa intermédia alta temperatura 1 8 vedante êmbolo inferior baixa pressão 2 9 cinta de guiamento êmbolo inferior 1 10 vedante êmbolo inferior alta pressão 1 11 Anilha ISO 7090 - 20 24 12 Porca Hexagonal ISO - 4033 - M20 - W - N 24 13 suporte multiplicador 1 14 tampa inferior 1 15 tirante inferior 8 16 êmbolo inferior 1 17 cilindro inferior 1 18 haste 1 19 tampa intermédia 1 20 vedante tampa intermédia baixa temperatura 1 21 cinta de guiamento tampa intermédia 1 22 tirante superior 8