Autor Tópico: CNC de corte Waterjet - Jato d'água  (Lida 21504 vezes)

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Offline minilathe

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Re:CNC de corte Waterjet - Jato d'água
« Resposta #30 Online: 08 de Julho de 2016, 15:31 »
Eu imaginei isso, por isso mesmo que pretendo utilizar os bicos prontos, um jato mais fino, mas ainda assim sem risco de entupimento...

Apenas a água passa pelo orifício, o pó abrasivo entra depois, sendo arrastado e misturado à água. Se ocorrer, o entupimento se apresenta após o orifício por onde passa a água, no trecho de mistura. Ver figura.
« Última modificação: 08 de Julho de 2016, 15:33 por minilathe »

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Re:CNC de corte Waterjet - Jato d'água
« Resposta #31 Online: 08 de Julho de 2016, 15:45 »
A vazão pode ser calculada através da equação de Bernoulli (https://pt.wikipedia.org/wiki/Equa%C3%A7%C3%A3o_de_Bernoulli), considerando que a pressão à montante do orifício de safira seja muito maior que a atmosférica (fato: 100 kgf/cm2 >> 1,013 kgf/cm2), então:

P/Rho = V2/2

Onde:
V: velocidade (m/s) = Vazão de água (m3/s) / Área de passagem do orifício de safira (em m2)
Rho: masa específica da água = 1000 kg/m3
P: pressão à montante do orifício (em kgf/m2)
« Última modificação: 08 de Julho de 2016, 15:51 por minilathe »

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Re:CNC de corte Waterjet - Jato d'água
« Resposta #32 Online: 08 de Julho de 2016, 16:08 »
quanto de água passaria pelo bico de 0,25mm a 30kpsi

P=30.000 psi = 2040 kgf/cm2 = 20,4 x 106kgf/m2
Diâmetro do orifício: 0,25 mm
Área de passagem do orifício: A= 4,91 x 10-8 m2

Velocidade de escoamento da água: V = 2 x Raiz(P/Rho) = 285 m/s
Vazão de água: 285 x A = 285 x 4,91 x 10-8 m3/s = 0,014 litros/s
« Última modificação: 08 de Julho de 2016, 16:14 por minilathe »

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Re:CNC de corte Waterjet - Jato d'água
« Resposta #33 Online: 08 de Julho de 2016, 17:17 »
Gil, vou tomar a liberdade de chamá-lo assim, pois depois dessa ajuda, já o considero íntimo a ponto de dever uma caixa de cerveja, ou uma boa garrafa de vinho.. hehhe
Muito obrigado, elucidou totalmente minhas dúvidas. Inclusive, com sua ajuda defini que realmente o bico será de 0,2mm, assim sendo, precisarei de um fluxo de 0,48 LPM, o que fica muito mais fácil de conseguir, apesar de a velocidade de corte cair um pouquinho...
Muito obrigado mesmo.
Vou aproveitar o final de semana para fazer a ficha técnica da máquina, e volto a postar aqui.
Grande abraço, e ótimo final de semana!

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Re:CNC de corte Waterjet - Jato d'água
« Resposta #34 Online: 09 de Julho de 2016, 14:35 »
A bomba pressuriza o líquido em um armazenador (acumulador) que tem a finalidade de regularizar o fluxo de saída desse líquido (no caso a água), em forma de jato, que gera um vácuo criado pela passagem dela, arrastando o abrasivo que se misturará em seguida à água, saindo juntos para o corte numa espécie de trompa de ar ou venture (isso já se sabe).

Mas já que você gosta de calcular tudo, e isso é importante mesmo, observe que vai ter que calcular também a resistência à compressão de cada material que for cortar, baseando-se na potência do jato para que o corte aconteça.

Sobre os resultados dos cortes terá que considerar alguns fatores fundamentais, porque mais de 85% do corte são efetuados pelo abrasivo e não pela água, o qual apresenta-se com características variadas, como natureza e granulometria (você vai ter que fazer mais uma relação entre dureza, orifício de saída do jato, acabamento pretendido, tempo de corte e mais outras coisas...)

Observa-se também que a distância do bico para o material a ser cortado faz variar a abertura do jato, aumentando largura do corte.

A velocidade de corte também tem relação com a granulometria do abrasivo, pois, quanto maior, maior a velocidade, sendo que abrasivos mais finos melhoram muito o acabamento das peças.

Lembre-se que pó não corta nada e que o abrasivo tem que ter uma determinada granulometria que otimize o corte sem entupir nada.

Em relação aos diâmetros nas saídas dos bicos, sabemos que a pressão é quem determina o nível de energia das moléculas da água, e seu fluxo é responsável pelo índice de remoção do material, podendo você aumentar a pressão da água ou aumentar o orifício do bico, cujos diâmetros vão variar de acordo com o que você quer. Por isso verifique com mais detalhes todos os componentes, em especial os bicos que também são caros por serem de rubi ou diamante.

Seguindo as regras da qualidade na construção da sua máquina, poderá obter larguras de cortes de 1,5mm, precisões de 0,1mm e repetibilidades em torno de 0,05mm em certos materiais.




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Re:CNC de corte Waterjet - Jato d'água
« Resposta #35 Online: 10 de Julho de 2016, 21:42 »
Corrigindo a velocidade e a vazão:


quanto de água passaria pelo bico de 0,25mm a 30kpsi

P=30.000 psi = 2040 kgf/cm2 = 20,4 x 106kgf/m2
Diâmetro do orifício: 0,25 mm
Área de passagem do orifício: A= 4,91 x 10-8 m2

Velocidade de escoamento da água: V = 2 x Raiz(P/Rho) = 285 m/s
Vazão de água: 285 x A = 285 x 4,91 x 10-8 m3/s = 0,014 litros/s

Velocidade de escoamento da água: V = Raiz(2 x P/Rho) = 201 m/s
Vazão de água: 201 x A = 201 x 4,91 x 10-8 m3/s = 0,00987 litros/s = 0,592 l/min

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Re:CNC de corte Waterjet - Jato d'água
« Resposta #36 Online: 11 de Julho de 2016, 13:05 »
Obrigado pela correção, Gil.
Agora, ficou até mais fácil para mim,  a bomba que escolhi está com até um pouco de folga para trabalhar.. heheheh

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Re:CNC de corte Waterjet - Jato d'água
« Resposta #37 Online: 13 de Julho de 2016, 17:57 »
Pessoal, conforme prometido, vou passando tudo que vou definindo aqui.
A parte de definição técnica está quase pronta, segue o que está 99% definido, para apreciação dos senhores:
 Tamanho X - 2300mm (util 2000mm).
Tamanho Y - 2300mm (util 2000mm).
Movimentação: Cremalheira y, duas cremalheiras em X (uma ao lado de cada guia).
Guias lineares de 15mm.
Motores X: 2x 52kgf.cm.
Motor Y: 52kgf.cm.
Drivers: Akiyama (tenho eles aqui já).

Detalhes da parte de corte:
Bomba: Hidropneumática Haskel  Haskel ASFD202 - Saida 30KPSI @ 0,7LPM  e 46 Ciclos/Min (segundo calculo do Gil, dá conta, muito obrigado, Gil).
Alimentação: Compressor 80PCM (teórico) - Alimentaçao para bomba 36PCM @ 150 PSI (segundo meu calculo, conferido no site da Haskel, ainda preciso fazer a ultima conferência, para não ter erro, mas creio que esteja correto).
Cabeça de corte: DTI Slice2 com orificio de diamante 0,25mm( é possível também utilizar 0,23 e 0,2 para menor vazão).

Bom, dito isto, tem alguns pontos que são o 1% que ainda estou pensando.
1- A vazão do compressor, quero refazer os cálculos, para não ter problemas (o representante me falou em 80pcm se não for dedicado para alimentar a bomba, porém, está completamente diferente do meu cálculo, e do que diz no calculador de bombas do próprio site da Haskel, além de que irei utilizar  compressor dedicado).

2- Guias lineares: minha idéia é utilizar guias lineares pela precisão, e movimentação mais leve e suave, porém, devido à abrasão e umidade, cogitei a possibilidade de utilizar guias de Igus, em alumínio, com elemento deslizante. Alguém tem alguma opinião sobre isso?

3- É o que está me quebrando a cabeça agora, as válvulas do sistema. Por toda pesquisa que fiz, encontrei três sistemas:
   1- Apenas uma valvula na saida da bomba, que quando o bico está acionado, direciona o fluxo para o bico. Quando o mesmo está desligado, direciona o fluxo para a caixa d´água.
   2- Apenas uma valvula na cabeça, mesmo funcionamento, quando o bico está acionado, o fluxo é direcionado para o bico, e quando está desligado, vai para a caixa.
   3- É o que vi nas máquinas grandes. Duas válvulas, uma no bico, apenas abrindo e fechando o fluxo para o bico, e outra na saida da bomba, direcionando para o bico, ou para a caixa. Este, como falei, é o normalmente utilizado em máquinas grandes, e de alta pressão, porém, sinceramente não me agrada por dois pontos. O primeiro, é precisar de duas válvulas, e o mais importante, é que tenho grande receio de que caso a valvula do bico dê algum defeito, ou trave, e a outra continue aberta, a alta pressão no sistema de manqueiras pode fazer com que o sistema colapse, causando sérios acidentes.

Algum input sobre isso? Prós, contras? Eu, particularmente estou muito inclinado a utilizar uma valvula com desvio direto na saida da bomba, porém, não tenho certeza quais problemas isso pode causar...
Talvez um lag na saida do bico?
Talvez com um baixo fluxo quando a valvula é fechada, seria possível que o abrasivo entupa o bico?

Bom, muita informação por hora, mas estou bem feliz que está tudo se encaixando.
Grande abraço!
Guilherme




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Re:CNC de corte Waterjet - Jato d'água
« Resposta #38 Online: 18 de Julho de 2016, 10:37 »
Bom pessoal.. mais um pouco da evolução.
Tive uma reunião ontem com meu tio, que é engenheiro mecânico, e sobre a questão da valvula chegamos ao consenso de utilizar a opção 2, uma valvula apenas na saida da bomba, direcionando o fluxo para o bico, ou devolta ao tanque...
A idéia por trás disso é utilizar o mínimo possível de manqueira, até por conta da vida útil dela, sendo movimentada pelo cabeçote.
Além disso, decidimos por instalar uma valvula de segurança antes desta valvula, assim, caso haja algum entupimento no sistema, ou problema com a valvula, a chance de acidente por pressão elevada diminui muito.

Sobre as guias, decidimos por utilizar lineares mesmo.

Só o que faltou confirmar ainda foi sobre a vazão do compressor em relação à bomba.
Abraços!


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Re:CNC de corte Waterjet - Jato d'água
« Resposta #39 Online: 18 de Julho de 2016, 18:52 »
Bom pessoal.. mais um pouco da evolução.
Tive uma reunião ontem com meu tio, que é engenheiro mecânico, e sobre a questão da valvula chegamos ao consenso de utilizar a opção 2, uma valvula apenas na saida da bomba, direcionando o fluxo para o bico, ou devolta ao tanque...
A idéia por trás disso é utilizar o mínimo possível de manqueira, até por conta da vida útil dela, sendo movimentada pelo cabeçote.
Além disso, decidimos por instalar uma valvula de segurança antes desta valvula, assim, caso haja algum entupimento no sistema, ou problema com a valvula, a chance de acidente por pressão elevada diminui muito.

Sobre as guias, decidimos por utilizar lineares mesmo.

Só o que faltou confirmar ainda foi sobre a vazão do compressor em relação à bomba.
Abraços!

Com esses parâmetros que você está usando, trata-se de um sistema inerentemente seguro e uma válvula de segurança é necessária, mas o sistema não chega a ser explosivo, tendo em vista que a vazão da bomba é muito pequena e vai usar água. Só não dá para ficar na frente do fino jato em alta velocidade.

Num sistema hidráulico (com óleo ou água) o fluido é praticamente incompressível e a pressão pode subir bastante (30.000 psi), mas se houver um diminuto vazamento a pressão cairá rapidamente. Diferentemente de um sistema com ar (ou outro gás) comprimido, que pode se expandir catastroficamente. Num sistema com fluido compressível (ar ou outros gases comprimidos), um pequeno vazamento (furo) não é capaz de despressurizar o sistema. Além disso, devido aos esforços mecânicos da pressão e se o dimensionamento não for adequado, um pequeno furo pode evoluir para um rasgo e um rompimento brusco acompanhado de onda de choque (explosão), a depender do volume de gás em expansão.

Sistemas hidráulicos costumam usar uma válvula limitadora / reguladora de pressão, quando a pressão atinge certo limite, o fluido é direcionado ao tanque. Quando uma válvula solenóide abre, o fluido sob pressão é direcionado para comandar algo (em seu caso cortar algo). Nesse caso, cabe a utilização de um pequeno acumulador para manter a pressão no sistema, pois ao ocorrer um desvio do fluxo a pressão tende a cair.
« Última modificação: 18 de Julho de 2016, 19:31 por minilathe »

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Re:CNC de corte Waterjet - Jato d'água
« Resposta #40 Online: 19 de Julho de 2016, 11:52 »
Obrigado novamente, Gil. Muito esclarecedores seus comentários..

Eu fiz um desenho bem básico, no Paint mesmo, de como pretendo fazer o sistema.
Eu estou desenhando tudo no Catia, mas fiz este básico agora, para confirmar tudo antes de desenhá-lo lá.
Eu já vi que a valvula para 30000 psi terá que ser agulha mesmo, então tive que mudar um pouco..
A idéia do sistema seria basicamente:
Bomba (se necessário, um reservatório/acumulador)
2 valvulas agulha
Bico

Onde uma Valvula NA direciona o liquido ao tanque, quando o bico não está em uso.
Quando o bico está em uso, a valvula NA se fecha, e a NF se abre, direcionando o liquido ao bico.

Inseri uma valvula de segurança logo na saida da bomba, onde talvez instale também um manômetro.

As valvulas que encontrei são deste tipo: http://www.ebay.com/itm/1pc-HIP-High-Pressure-Equipment-Needle-Valve-60-000-PSI-1-4-60-11HF4-/231788217186?hash=item35f7a78362:g:05sAAOSwoBtW22mG
Creem que possa utilizá-las sem problemas? Automatizaria as mesmas, porém, minha dúvida é: Motor de passo? Solenoide? Outro atuador?

Segue o desenho (Tosquissimo):
http://i67.tinypic.com/30lf310.jpg
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Abraços

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Re:CNC de corte Waterjet - Jato d'água
« Resposta #41 Online: 19 de Julho de 2016, 13:17 »
Onde uma Valvula NA direciona o liquido ao tanque, quando o bico não está em uso.
Quando o bico está em uso, a valvula NA se fecha, e a NF se abre, direcionando o liquido ao bico.

Inseri uma valvula de segurança logo na saida da bomba, onde talvez instale também um manômetro.

As valvulas que encontrei são deste tipo: http://www.ebay.com/itm/1pc-HIP-High-Pressure-Equipment-Needle-Valve-60-000-PSI-1-4-60-11HF4-/231788217186?hash=item35f7a78362:g:05sAAOSwoBtW22mG
Creem que possa utilizá-las sem problemas? Automatizaria as mesmas, porém, minha dúvida é: Motor de passo? Solenoide? Outro atuador?

Segue o desenho (Tosquissimo):
http://i67.tinypic.com/30lf310.jpg
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Abraços

Para apenas abrir e bloquear (abrir e fechar) o fluxo basta uma simples válvula solenóide. É mais barato, simples e confiável. A Parker (por exemplo), um destacado fabricante, possui uma extensa linha de válvulas para sistemas hidráulicos.
https://www.parker.com/literature/Literature%20Files/IHD/SVsection.pdf

As tubulações devem ser finas (1/4", por exemplo) e em aço inox. Quanto mais fino o tubo (diâmetro menor, não a espessura da parede), maior sua resistência à pressão. As conexões devem resistir à pressões altas (exemplo: https://www.swagelok.com/downloads/WebCatalogs/PT/MS-01-147.pdf).

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Re:CNC de corte Waterjet - Jato d'água
« Resposta #42 Online: 19 de Julho de 2016, 13:22 »
Sim, Gil.
Eu cotei as tubulações e mangueiras tudo com 5mm (não tem 1/4, apenas as conexões).

Sobre as valvulas, o problema das valvulas solenoide é que em todos os fabricantes que encontrei, o máximo suportado era 20000 psi, por isso, pensei em automatizar aquelas..
O que me diz?

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Re:CNC de corte Waterjet - Jato d'água
« Resposta #43 Online: 19 de Julho de 2016, 14:10 »
Eu cotei as tubulações e mangueiras tudo com 5mm (não tem 1/4, apenas as conexões).

Verifique a espessura de parede, que é essencial para resistir à pressão. Sendo que o aço inox é ligeiramente mais resistente que o aço carbono.

As conexões adequadas são essenciais!!

Sobre as valvulas, o problema das valvulas solenoide é que em todos os fabricantes que encontrei, o máximo suportado era 20000 psi, por isso, pensei em automatizar aquelas..
O que me diz?

Há válvulas para altas pressões, basta procurar. Exemplos:
http://ph.parker.com/us/en/medium-and-high-pressure-needle-valves (válvula agulha)
http://www.ivsparts.com/Products/Ultra-high-Pressure-Needle-Valve.htm (válvula agulha)
http://www.ivsparts.com/Products/Ultra-high-Pressure-Actuators.htm (atuador - pneumático ou hidráulico. O fluido de controle pode ser pilotado por uma válvula solenóide)

Você também pode adaptar um motor de passo com redução à uma válvula agulha (para ultra alta pressão) para obter um ajuste da vazão. Se bem que o ajuste de vazão pode ser mais adequadamente realizado controlando a rotação do motor da bomba, pois é uma bomba volumétrica (alternativa).
« Última modificação: 19 de Julho de 2016, 14:29 por minilathe »

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Re:CNC de corte Waterjet - Jato d'água
« Resposta #44 Online: 19 de Julho de 2016, 16:53 »
Obrigado, Gil!
Quando eu falei que não encontrava, quis dizer nos Brasil, me expressei mal, me desculpe.
Mas vamos lá, eu encontrei, e tive já a cotação também.
Achei os custos bem proibitivos, por isso antes perguntei sobre automatizar as valvulas.
A cotação que tive, da Flutrol pe R$1326,00 cada valvula, e R$5800,00 cada atuador pneumático. daria mais de R$7000,00 por valvula completa, não vale a pena, nunca!
Por isso, pensei na solução que falei, utilizar uma valvula normal, claro, de ultra alta pressão, como as que passei, e automatizá-la (seria apenas para abrir e fechar mesmo, o fluxo vou controlar através da bomba mesmo...
Aquelas valvulas que encontrei, para até 60000psi, ficam US$65,00 no Ebay, se eu chutar alto, creio que com menos de R$1500,00 tenho as duas valvulas automatizadas, não?

A valvula de alivio/segurança foi outro susto, R$9000,00 . Como é para segurança, vou instalar uma, mas com certeza vou procurar no exterior...
E por ultimo as mangueiras para a máquina, ficaram em R$2200,00 tudo, uma peça de 5m, e uma peça de 1m, com conectores e  tudo mais, para trabalhar até 40000 psi.
Achei bem justo o preço.
Abraços

 

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