Guia CNC Brasil - Tudo sobre CNC, Router, Laser, Torno e 3D Print
PROJETOS => Projetos - Mecanica => Tópico iniciado por: gazequipamentos em 27 de Março de 2017, 18:19
-
Boa tarde pessoal, este é um novo projeto.
Estou buscando informações, e verificando a possibilidade de produzir uma bomba de alta pressão de acionamento direto, com três pistões, como as bombas triplex de alta pressão e vazão.
Eu sei que terei muitas dificuldades, e muitos dirão que não vale a pena, mas isso tudo li e ouvi quando iniciei o projeto da waterjet cutter, mas eu gosto de desafios.
Eu atualmente utilizo uma bomba hidropneumática na nossa waterjet, mas devido à alguns problemas nos selos e retentores, tive que demontá-la praticamente toda hoje, e, ao que me parece, exige precisão, mas não é o fim do mundo para fazer uma bomba.
A idéia seria utilizar o princípio do cabeçote da hidropneumática, e acioná-la com bielas e um motor direto.
Alguns dados.
Meu projeto seria fazer uma bomba que inicialmente desenvolvesse +-0,7L a 1000-1500 bar.
A bomba que tenho aqui me dá até 2400bar (vazão 0), ou 0,5L @1800 bar.
O cilindro dela tem 16cm de diâmetro interno, o que pelos meus cálculos exige 1600 kgf para empurrar o pistão na parte pneumática, e gerar a pressão na parte hidráulica do pistão. Porém, como na ação direta terei três pistôes, caso o curso seja o mesmo, o diâmetro pode diminuir, e caso o diâmetro seja o mesmo, o curso pode diminuir..
Outro ponto é que com o motor eu terei uma frequência/ciclo no pistão muito maior do que na bomba hidropneumática, assim, também me faria diminuir o diâmetro e curso, para ter a mesma pressão e vazão.
Minha idéia seria na cabeça de cada um dos três pistôes ter uma check valve de entrada, e uma de saida, assim, a água seguiria sempre na mesma direção.
Na prática, pelo meu cálculo minha bomba teria o cabeçote da seguinte forma...
3 pistões
Rotação do motor: 300 RPM
Deslocamento por ciclo por pistão (necessário para 0,5LPM): 0,00055L
diâmetro do pistão: 6mm
curso do pistão: 20mm
Deslocamento por ciclo por pistão com pistão e curso escolhidos: 0,000565L
Força necessária para deslocar pistão: 135 KGF
Sendo que sempre teremos 2 pistões em ação, e a distância ao centro do eixo 2cm (deslocamento do pistão) a força necessária no motor seria 540 KGF.cm, correto?
Algum input à respeito disso? Poderia funcionar? Quais seriam os pontos cruciais?
Obrigado!
-
Prosseguindo. Esse torque seria no eixo, utilizando um motor com redução, para ter a rotação correta, facilmente atingiria esse torque.
Outro ponto que pensei, caso seja dificil conseguir um virabrequim e bielas, pensei até em utilizar de algum automóvel, seria fácil de encontrar, barato, e com uma boa resistência..
Será que serviria?
-
Eu iria sugerir o uso de virabrequins forjados, mas acredito que mesmo escolhendo os menores, o curso de cada pistão excederia em muito os previstos 20mm...
Pensei que talvez (à titulo de experimentação) poderia usar um comando de válvulas de algum motor - dimensões generosas e curso relativamente curto...
Outra fonte de peças talvez sejam os pulverizadores de alta pressão agrícolas - muitos tem virabrequins forjados, bielas preparadas para o serviço e pistões em cerâmica.
Neste caso talvez tenha que criar alguma solução, pois estas bombas tem vazão muito maior (pelo diâmetro dos pistões) e consequentemente pressão muito menor do que você procura.
-
Num motor de automóvel, de ciclo Otto, as pressões não são tão elevadas e a rotação é bem mais alta. Já num motor ciclo diesel, as pressões são maiores e a mecânica bem mais robusta.
Uma bomba lavadora de alta pressão se aproximaria mais do que quer fazer. Contudo, eu faria algo de acionamento elétrico mais direto, sem bielas e manivelas, permitindo além disso, melhor controle.
-
Obrigado Gil e Fabio, estou fazendo uns Sketchs do que eu penso em fazer, mas ótimos inputs.
À parte disso, nossa bomba hidropneumática, que eu desmontei para fazer a manutenção, estava com praticamente todos os o-ring seals danificados. Isso não poderia acontecer com tão pouco tempo de uso.. mas agora, preciso reparar para voltar ao trabalho...
Troquei todos, e esta parte está perfeita, porém, na parte de alta pressão, um dos selos está danificado.
O fabricante está para me enviar as especificações, mas acho quase impossível encontrar esse selo aqui. Ele é feito de algum polímero, é como uma luva, que fica dentro do cilindro de alta pressão, algo como este: https://d17kynu4zpq5hy.cloudfront.net/igi/accustream/DfWMkfWo5CDRKpq2.medium (https://d17kynu4zpq5hy.cloudfront.net/igi/accustream/DfWMkfWo5CDRKpq2.medium)
Minha dúvida é, como eu dificilmente encontrarei este selo aqui (creio eu), seria possível fabricá-lo?
A pressão máxima da bomba é 2400 bar.
O mais próximo que encontrei seria este material, que pode trabalhar em baixo d´água, e suporta uma certa pressão.
http://www.igus.com.br/wpck/1913/iglidur_X_Werkstoffdaten (http://www.igus.com.br/wpck/1913/iglidur_X_Werkstoffdaten)
Acreditam que funcionaria, ou eu teria que trabalhar com outro material?
Tem algum que recomendam?
Obrigado!
-
Tenta esse material da Igus - eles tem material para ser usinado...
-
Hoje peguei para dar mais uma estudada no caso. A força necessária para gerar os 2800 seria +- 1400 kgf (sem contar distancia reduções e vantagens mecanicas).
Acho que a biela teria que ser bem parruda mesmo..
Gil.. você comentou que utilizaria um acionamento mais direto, como pensaria em fazer isso?
-
Hoje peguei para dar mais uma estudada no caso. A força necessária para gerar os 2800 seria +- 1400 kgf (sem contar distancia reduções e vantagens mecanicas).
Acho que a biela teria que ser bem parruda mesmo..
Gil.. você comentou que utilizaria um acionamento mais direto, como pensaria em fazer isso?
Teria que profundar as idéias, fazer alguns cálculos, testes ... Como trabalhei muito com sistemas eletro-hidráulicos de potência, vislumbro alguns arranjos:
(1) Um servo-motor acionando um fuso que faz mover o cilindro. Há uma conversão de movimento rotativo (do motor) em linear (do cilindro). O servo-motor pode fazer o cilindro deslocar de um lado para outro invertendo a rotação.
(2) Um atuador linear acionando diretamente a haste do cilindro.
(3) Um sistema mais indireto. Uma servo válvula (válvula eletro-hidráulica) pode acionar um cilindro amplificador de pressão (dois cilindros de áreas distintas acoplados) com movimento alternativo. Um sistema à óleo hidráulico, de pressão mais baixa (10 a 50 kgf/cm2) poderia pressurizar a água diretamente através do referido cilindro.
-
Boa noite!
Eu dei uma boa estudada no caso, e o que me pareceu a melhor solução seria uma junção da idéia 1 do gil, com a bomba hidropneumática que já tenho.
A idéia é fazer "2 bombas" ligadas em paralelo.
Cada uma dessas bombas seria acionada por um motor (servo?) e ela moveria um fuso para um lado, acionando um pistão, e depois retornando, acionando o pistão oposto.
Assim creio que seria uma solução bem similar à bomba hidropneumática, e simples, porém efetiva.
Minha pergunta agora, antes de projetar em 3d é a seguinte: Teria alguma opção além do Servomotor, que eu poderia utilizar?
Motor de passo tem torque e rotação baixos, não seria funcional. E o servo ficou um tanto quanto caro, mas caso não haja outra opção, utilizaria ele mesmo.
Pelas minhas contas, eu conseguiria os 0,7LPM @ 2800 bar que eu preciso, acionando com um motor de 12NM @ 1200 RPM.
Grande abraço!
Guilherme
-
Boa noite!
Eu dei uma boa estudada no caso, e o que me pareceu a melhor solução seria uma junção da idéia 1 do gil, com a bomba hidropneumática que já tenho.
A idéia é fazer "2 bombas" ligadas em paralelo.
Cada uma dessas bombas seria acionada por um motor (servo?) e ela moveria um fuso para um lado, acionando um pistão, e depois retornando, acionando o pistão oposto.
Assim creio que seria uma solução bem similar à bomba hidropneumática, e simples, porém efetiva.
Minha pergunta agora, antes de projetar em 3d é a seguinte: Teria alguma opção além do Servomotor, que eu poderia utilizar?
Motor de passo tem torque e rotação baixos, não seria funcional. E o servo ficou um tanto quanto caro, mas caso não haja outra opção, utilizaria ele mesmo.
Pelas minhas contas, eu conseguiria os 0,7LPM @ 2800 bar que eu preciso, acionando com um motor de 12NM @ 1200 RPM.
Grande abraço!
Guilherme
Um servo motor é capaz de gerar mais torque e velocidade, que um motor de passo, como possui feed-back de posição, também permite melhor controle de posição ou de torque. O ideal seria um motor brushless, que seria mais confiável, mas, tem que fazer uma análise de custo-benefício.
Outra opção seria uma válvula servo-operada hidráulica (à óleo), com atuação elétrica linear (voice-coil) - exemplo: http://www.engineerlive.com/content/22450, (http://www.engineerlive.com/content/22450) podendo comandar diretamente um cilindro de potência, com uma relação de áreas adequada, para pressurizar a água. Seria um sistema sem motores rotativos, a ser desenvolvido, com partes já disponíveis, e até patenteado...
-
Bom dia pessoal, e desculpas ao Gil por não ter respondido o ultimo retorno dele.
Eu acabei não vendo, e vi agora, quando fui encaminhar mais uma mensagem.
Como estamos finalizando os desenhos (finalmente) eu fui atras de servos para utilizar na bomba, e acabei encontrando alguns no ferro velho, por sorte.
São servos não tão potentes quanto esperava, tem 38kgf de torque, porém com velocidade de até 3000 RPM.
https://nicontrols.com/uk/ds56s-baumuller.html
Iguais a este aí de cima.
Como nunca trabalhei com servos, e os tópicos à respeito aqui são um tanto vagos, tenho algumas dúvidas.
Eu teria que ter um driver específico para esse servo? Ou um driver para servo (que suporte a potencia, claro) genérico poderia ser utilizado?
Outra opção seria pegar direto da China, demoraria um pouco, mas já tem o kit completo.
Grande abraço
Guilherme
-
Um projeto desse tipo requer uma engenharia e cálculos para determinar como tal bomba iria funcionar e quais requisitos de vazão x pressão. Um aspecto não menos importante é a confiabilidade mecânica, ou seja, quanto tempo deveria durar. Alguns arranjos são bem conhecidos para o acionamento de bombas alternativas (por exemplo: biela / manivela), bem como o respectivo cilindro. Num sistema inovador, há que se fazer estudos análises e simulações prévias. A "coisa" não nasce pronta!!
-
Bom dia Gil,
Sim, eu entendo perfeitamente, estamos fazendo todos os calculos com a maior calma do mundo, por isso que está demorando mais do que o normal para o desenvolvimento desta bomba...
A minha dúvida no momento seria apenas para o acionamento do servo, mesmo.. Pois encontrei muita informação aqui, mas muita informação confusa, então, estou meio que descartando a possibilidade de utilizar esses servos do ferro velho, pra evitar dor de cabeça.. hehe
-
Bom dia Gil,
Sim, eu entendo perfeitamente, estamos fazendo todos os calculos com a maior calma do mundo, por isso que está demorando mais do que o normal para o desenvolvimento desta bomba...
A minha dúvida no momento seria apenas para o acionamento do servo, mesmo.. Pois encontrei muita informação aqui, mas muita informação confusa, então, estou meio que descartando a possibilidade de utilizar esses servos do ferro velho, pra evitar dor de cabeça.. hehe
Neste caso, eu usaria um servo e respectivo driver, de mesmo fabricante, para obter o melhor desempenho.
-
Farei isso, Gil, até por que encontrei servos mais fortes, com menos rotação, o que é minha preferência.
Muito obrigado pelas considerações até agora...
-
Estou ainda penando na parte do motor que acionará a bomba, pois os servos com a potencia que preciso, aqui no Brasil estão MUITO caros.
Então, estive pensando em possíveis soluções. Talvez não tão boas quanto o servo, mas que podem funcionar.
Pensei em utilizar um motor trifásico (seria muito mais fácil achar um motor com os 3kw que preciso, e seu respectivo inversor), e deixar a rampa de aceleração/des bem curta, tipo 0,1s ou 0,2s, desse modo, eu precisaria acionar o motor, movimentar o fuso, parar o motor, inverter o sentido, e ligá-lo novamente, repetindo esse ciclo enquanto a bomba estivesse funcionando.
Na visão de vocês, seria possível e viável fazer isso?
Ligar/Desligar e inverter o sentido de rotação frequentemente traria um desgaste muito prematuro? Ou posso fazê-lo sem problemas?
O que estive pensando, é que como o servo também faria isso, o desgaste dele também seria similar, não?
Abs!
-
Não entendí direito - a idéia é usar um motor trifásico para acionar a bomba ou controlar algum deslocamento de eixo?
-
Então, estive pensando em possíveis soluções. Talvez não tão boas quanto o servo, mas que podem funcionar.
Pensei em utilizar um motor trifásico (seria muito mais fácil achar um motor com os 3kw que preciso, e seu respectivo inversor), e deixar a rampa de aceleração/des bem curta, tipo 0,1s ou 0,2s, desse modo, eu precisaria acionar o motor, movimentar o fuso, parar o motor, inverter o sentido, e ligá-lo novamente, repetindo esse ciclo enquanto a bomba estivesse funcionando.
Na visão de vocês, seria possível e viável fazer isso?
Ligar/Desligar e inverter o sentido de rotação frequentemente traria um desgaste muito prematuro? Ou posso fazê-lo sem problemas?
O que estive pensando, é que como o servo também faria isso, o desgaste dele também seria similar, não?
Abs!
Pelo jeito, você quer acionar um motor trifásico como se fosse um servo-motor. O problema é a aceleração elevada na movimentação, continuamente de um lado para o outro. Um motor trifásico não foi feito para ser acionado desse jeito e nem conseguiria se mover com a aceleração que você espera desse modo (invertendo a rotação rapidamente), possui inércia elevada e baixa relação torque x corrente (em comparação a um servo-motor de mesma dimensão e potência).
Um inversor também poderia sofrer danos, com essas inversões contínuas, que poderiam acarretar frequentes transitórios de tensão elevados. Para acionamento desse tipo, um driver para servo-motor seria mais indicado.
Nesse caso, com motor trifásico, seria mais viável acoplar um sistema mecânico, do tipo biela / manivela, entre o eixo do motor e o cilindro da bomba.
-
Era isso, senhores, muito obrigado pela ajuda. Já desisti, e vamos em frente no Servo.
Já encomendei, estamos esperando chegar. Vou seguir os conselhos de quem entende, e me ajudou bastande já (Fábio e Gil), e fazer esta bomba com este conceito, e muito capricho.
Enquanto isso, tenho outra situação.
Tenho uma máquina pequena para montar, que trabalhará com uma pressão de 1000-1200 Bar @ 0,5LPM.
Tive uma outra idéia para acionamento dessa máquina, que gostaria de compartilhar com os senhores, afim de ver seus pontos de vista.
Pensei na possibilidade de pegar uma bomba triplex de pressão mais baixa, tipo 150 Bar, e uma vazão de +-10lpm e utilizar apenas a carcaça e a parte de acionamento (biela, virabrequi, carcaça), modificando o cabeçote(valvulas e pistões).
Como a bomba está dimensionada para 150 bar, para atingir a pressão que eu preciso, teria que aumentar +-7x a pressão, porém, eu teria liberdade em diminuir a vazão em até 20x.
A pergunta é, se eu fizesse um cabeçote com as valvulas dimensionadas para a pressão que desejo, e os pistões tendo uma área 7x menor, teoricamente eu atingiria a pressão que preciso. Estou correto? Conseguiria trabalhar assim?