APOSTILA PNEUMÁTICA BÁSICA

_________________________________________Pneumática Básica; Princípios e Fundamentos

1 – CAMPOS DE UTILIZAÇÃO DA PNEUMÁTICA

1.1– MECANIZAÇÃO E AUTOMAÇÃO

Formas de energia empregadas na técnica de acionamento:

o Pneumáticao Hidráulicao Elétrica

Formas de energia empregadas na técnica de comando e regulação:

o Pneumáticao Hidráulicao Eletrônica

A energia consumida na utilização, no caso a energia secundária, é obtida de outras formas de energia, neste caso chamaremos de energia primária.

Custos da EnergiaConsiderando um valor 01 para a energia elétrica, avaliaremos as outras energias secundárias da seguinte forma:

o de 7 a 10 para pneumáticao de 3 a 5 para a hidráulica

Esta avaliação serve apenas para efeito de orientação, podendo variar de país para país.

A mecanização e a automatização têm como principal objetivo reduzir, no homem, a quantidade de carga nos trabalhos físicos repetitivos, permitindo uma produção em escalas consideravelmente maior e competitividade diante de concorrentes. Para que este objetivo seja alcançado, é preciso: Energia em abundancia e Atuadores com elementos de comando.

MecanizaçãoO homem é liberado de trabalhos físicos pesados graças a dispositivos e máquinas. As funções de manejo e comando desses mecanismos são executados pelo homem através de ferramentas ou aparelhos de trabalho tais como:

o Ferramentas, unidades de fixação e de avanço

o Atuadores lineares ou rotativoso Aparelhos de controle de energia.

AutomatizaçãoAlém da execução do trabalho, a automação eleva as funções do homem retirando-lhe também as funções de comando e regulação ficando apenas com as de monitoração e controle.Um processo é considerado automatizado, quando este é executado sem a intervenção do homem e quando é realizado sempre do mesmo modo e com o mesmo resultado.Na automatização, existem sistemas de comando e regulação que são indispensáveis para uma boa performance do processo, esses sistemas podem ser:

o Analógicos (grandezas)o Digitais (numérico)

1.2– CONCEITOS E APLICAÇÃO

Pneumática(do grego “Pneuma” – fôlego, sopro)O conceito Pneumática descreve a utilização do ar comprimido para a tecnologia de acionamento e comando.

HistóricoEncontramos registros de utilização de ar comprimido no ano 2500 AC

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aproximadamente em foles na fundição e forjaria de metais. Mais tarde o ar comprimido passou a ser utilizado em equipamentos de som como os órgãos, mineradoras e usinas siderúrgicas.Somente em meados do século 19, o ar comprimido foi utilizado de maneira sistemática para a tecnologia do momento. Ferramentas, perfuratrizes, correio de tubos, locomotivas e outros mecanismos passaram a ser acionados por ar comprimido.A Pneumática como tecnologia de acionamento teve inicio em meados do séc. 20.

Äreas de UtilizaçãoAtualmente, encontramos ar comprimido em quase todas as áreas técnicas, por exemplo:

o Indústriao Artesanatoo Transporte sobre trilhoso Transporte aéreoo Transporte rodoviárioo Mineraçãoo Navegaçãoo Medicinao Construção civilo Tecnologia de defesa

Aplicação Produção de movimentos

lineares Morsas – disp. Fixação Unidades de avanço Levantar e baixar Abrir e fechar Bascular Prensas pneumáticas Acionamento de portas Mesas rotativas cíclicas Alimentação de peças Estações inversoras Vibradores Transferência de peças

Freios

Produção de movimentos rotativos

Chaves de parafusos Lixadeiras Furadeiras Rosqueadeiras Corte Debicador

Aplicação como energia de comando

Comando de seqüências Vigilâncias Segurança Travamentos Contagem Desacelerar Armazenamento Sensores

Outros Ar para uso geral Pintura Correio Pneumático Soprar Unidades de vigilância

1.3– CARACTERÍSTICAS DA PNEUMÁTICA

o Baixa densidade de potência dos acionamentos

o Baixo peso/potência em altas velocidades alcançáveis

o Proteção natural contra explosãoo Insensível contra influências

externas como: altas temperaturas, sujeira, oscilações mecânicas, umidades e outras

o Acionamentos podem ser sobrecarregados até pararem

o Sem necessidade de linha de retorno

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o Simples transformação da energia tanto em movimentos rotativos quanto em movimentos lineares

o Velocidade e força podem ser comandadas de modo simples através de extensa faixa

o A energia pode ser transmitida através de longa distância

o Manutenção de seus componentes é simples

o Grande confiabilidade, segurança de operação e durabilidade de acionamentos e componentes de comando

o Funcionamento seguro mesmo em severas condições de trabalho

o Utilização econômica para a tecnologia de comando e acionamento

o Exige uma preparação prévia do ar

o O ar por ser compressível, não garante velocidade estável

o Energia carao Perdas por vazamentos reduzem

a eficiência econômica

1.4– TRANSMISSÃO DA ENERGIA PNEUMÁTICA

AtuadoresÉ possível realizar a conversão da energia pneumática em energia mecânica através dos seguintes equipamentos:

o Cilindros – movimentos lineareso Motores pneumáticos – rotativoso Unidades de trabalho

Controle de energiaPode ser realizado com:

o Válvulas direcionaiso Válvulas de controle de fluxoo Válvulas de bloqueio (retenção)o Válvulas de controle de pressão

Acionamentoso Manualo Elétricoo Eletrônicoo Pneumático

Geração da energia pneumáticaA energia pneumática é obtida através da compressão do fluido (ar), tratado anteriormente por unidades específicas. A compressão é feita em compressores acionados por energia mecânica. Neste ponto, a energia mecânica é convertida em energia pneumática.

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1.5 – TECNOLOGIA DE ACIONAMENTO

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Conversão de energiaAlinhamento de energia

Trabalho mecânico

ComandoSistemas de informação de comando

Comando de energia

Componentes de comando de potência

Conversão de energiaAcionamentos

Trabalho mecânico


1.6– COMPARATIVO DAS FORMAS DE ENERGIA

Tecnología de acionamento

9


Sistema de comando

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2 – PRINCÍPIOS BÁSICOS DA FÍSICA

2.1– UNIDADES, GRANDEZAS E SÍMBOLOS.

Para um melhor entendimento dos processos e equipamentos técnicos, faz-se necessários alguns conhecimentos básicos das características físicas de cada gerador de energia, desta forma, descreveremos algumas grandezas físicas com suas respectivas unidades e fórmulas.O sistema de unidades aplicado neste material obedece a DIN 1301, ou seja, utilizaremos o sistema SI.

Unidades BásicasGrandeza Símbo

lismoUnidade e a

correspondente abreviação

Comprimento L, s Metro (m)Massa M Kilograma (kg)Tempo T Segundo (s)Temperatura δ

TGrau Célcius (°C)Kelvin (K)

Intensidade de corrente elétrica

I Ampére (A)

Unidades DerivadasGrandeza Simbo

lismoUnidade e a correspondente abreviação

Força F Newton (N)1N = 1kg.m.s

Pressão p Pascal (Pa)1 Pa = 1N/mBar1 bar = 10N/cm

Trabalho W Joule (J) 1 J = 1N.m

potência P Watt (W)1W = 1N.m.s

Letras Gregas

As letras gregas são utilizadas em fórmulas e em expressões matemáticas usadas neste material. A seguir o alfabeto grego:

Α α -alfaΒ β - betaΓ γ - gammaΔ δ - deltaΕ ε - épsilonΖ ζ - zetaΗ η - etaΘ θ - thetaΙ ι - iotaΚ κ - kappaΛ λ - lambdaΜ μ - myΝ ν - nyΞ ξ - xiΟ ο - ómicronΠ π - piΡ ρ - rhoΣ ς - sigmaΤ τ - tauΥ υ - ypsilonΦ φ - phiΧ χ - jiΨ ψ - psiΩ ω - omega

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Grandeza Fórmula Unidade Nova Antiga Conversão de unidades

Velocidade vPercurso s na unidade de

tempo tv =

Aceleração aVariação da velocidade d

na unidade de tempo d

a =

Velocidade angular ωÂngulo de giro φ

(em radianos) na unidade de tempo t

ω = φ/ t = 2πn

Rotação nnúmero de z de rotaçõesna unidade de tempo t

n = ,

,

Força FEla se define como sendo

o produto da massa m pela aceleração a, à qual essa massa está sujeita

Newton (N)

1 N = Kilopond

kp1 kp = 9,81 N

1 N = 0,102 kp

Força peso FÉ produzida pela

aceleração da gravidade g sobre a massa m. A

massa de 1kg produz na superfície terrestre uma

força peso de 9,81 Newton

F =m.g= A.h.ρ.g

Newton (N)g = 9,81 m/s

(superfície terrestre)

Torque MProduto da força F pelo

braço de alavanca rM = F.r

(N.m)Newton.metro

Pressão pÉ a atuação da força F

sobre uma área AP =

Pascal (Pa)

1 Pa = 1

bar1 bar = 10 Pa

= 10

= 10

Kp/cmAt

Atűata

1 N/m =1Pa=10 bar

1 Kp/cm =0,981bar1 bar=1,02 Kp/cm

Grandeza Fórmula Unidade Nova Antiga Conversão de

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unidades

Trabalho WÉ o produto da força F e

do deslocamento s provocado pela mesma

W = F.s

Joule (J)1J = 1N.m

= kpm

1J = 1Nm = 1Ws1kpm = 9,81 J

1J = 0,102 kpm1J = 2,39.10 kcal

1kcal = 4,19 kJEnergia W

É a capacidade de um corpo de realizar trabalho

W Joule (J) kpm

Energia potencial (energia de posição)

resulta da força peso e da altura h

= .h

Energia cinética (energia de movimento)é a energia que possui um corpo de massa m com uma velocidade v

=

Energia de pressão É a energia acumulada de

um gás comprimido desconsiderando a

energia térmica

=p.V

Potência PÉ o trabalho W realizado na unidade de tempo t

Watt (W)

1W=1 =1CV

1W =1 =1

1kpm/s = 9,81 W1 W = 0,102 kpm/s

1CV= 75kpm/s= 736W

1 kw = 1,36CVPotência em movimento

linear é o produto da força F pela velocidade v

P = F.v

Potência em movimento rotativo é o produto do

torque M pela velocidade angular ω

P=M. ω

Potência hidráulica P é o produto da pressão p pela

vazão QP = p.Q

Potência elétrica é o produto da tensão U pela

P=U.I

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corrente IVazão Q

É o produto da área A pela velocidade v do

fluido

Q=A.vl/s

m /s(l/min)

m /hl/min

1 m /s=6.101m /h=16,67 l/min1 l/min = 0,06 m /h

2.2– PRESSÃO ATMOSFÉRICA

É a pressão produzida pelo peso da camada de ar que envolve a Terra e depende da densidade da mesma e da sua altitude, ou seja, é uma pressão que não tem um valor constante.Quando se fala em pressão ou em valores numéricos de pressão, é necessário mencionar o sistema de referência adotado, sempre levando em conta que sobre tudo e todas as coisas a pressão atmosférica está agindo constantemente.

Pressão atmosférica absolutaA DIN determinou que pressão absoluta é o resultado das medidas feitas ao nível do mar nos valores:1013 mbar = 1013 hpa = 760 Torr

Pressão atmosférica absoluta em função da altitude

Altitude (m) Pressão (mbar)0

5001000200050008000

1013955899795540356

Faixa de pressão e pontos de referênciaAs indicações de pressão podem ter como ponto de referência o ponto zero absoluto ou a pressão atmosférica, por este motivo, fala-se de pressão absoluta ou de pressão relativa.

Definição de pressão0 - zero absoluto da pressão

1 – pressão atmosférica2 – pressão absoluta 3 – pressão relativa positiva + 4 – pressão relativa negativa - 4 – depressão (vácuo)Por definição = - 1bar

Obs: Usando o zero absoluto como ponto de referência, os dados de pressão se definem como pressão absoluta.Usando a pressão atmosférica como ponto de referência considerada a zero (0), os dados de pressão se definem como pressão relativa ou sobrepressão.

Dispositivos de medição de pressãoO valor da pressão é normalmente indicado com um manômetro de diferentes tipos e execução.

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o Manômetro de mola tubular (tubo de Bourdon)

o Manômetro de diafragma ondulado

o Manômetro de êmbolo com molao Manômetro de diafragma com

glicerina

Símbolo

2.3– FÍSICA DOS GASES

Os gases são formados de moléculas, que são facilmente deslocáveis entre si. Os gases ocupam a totalidade do espaço disponível, e produzem forças de compressão devido ao movimento das moléculas. A pressão é a resultante do choque entre as moléculas.O movimento das moléculas é ocasionado pelo efeito do calor.

Mistura de GasesEm uma mistura gasosa, cada gás se comporta como se os outros não

existissem. A pressão total da mistura é igual a soma das pressões individuais (pressão parcial).

VaporesO vapor é produzido pela evaporação dos líquidos. Dependendo da temperatura pode haver evaporação até a pressão máxima de vapor. Neste caso trata-se de vapor saturado.

Gases e VaporesOs gases podem ser entendidos como vapores fortemente insaturados ou vapores super aquecidos. Eles obedecem aproximadamente às leis dos gases, porém, se o vapor estiver na faixa de pressão de saturação, eles não obedecerão às leis gerais dos gases.

Gases Ideais e Gases ReaisOs gases são ditos ideais quando suas moléculas não se influenciam, isto é, as colisões das moléculas ocorrem conforme as leis da colisão elástica. Eles não condensam no resfriamento até o ponto zero absoluto. Este estado ideal facilita o estudo e o tratado teórico, porém não ocorre na prática.Os gases reais podem ser tratados, em muitos casos, com suficiente exatidão como os gases ideais. Eles têm um ponto de condensação, no qual eles diferem bastante no seu comportamento em relação aos gases ideais. Este ponto de condensação se encontra em baixas temperaturas e em altas pressões.

2.4– MUDANÇA DE ESTADO DOS GASES

O estado de um gás é determinado através das três grandezas: pressão, volume e temperatura. A relação para os gases ideais é mostrada no estudo de Gay-Lussac e de Boyle-Mariotte.

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2.4.1 – Pressão e VolumeConsiderando a temperatura constante e reduzindo o volume, a pressão aumentará (reação isotérmica).

p.V = const.

2.4.2 – Volume e TemperaturaSe a pressão se mantiver constante, o volume do ar será diretamente proporcional à sua temperatura absoluta.

2.4.3 – Pressão e Temperatura

Com o volume constante, a pressão do ar será diretamente proporcional à temperatura absoluta.

Equação geral dos gases perfeitosO resumo dessas três leis resulta na equação geral do estado dos gases, assim temos:

ou de outra maneira:

Densidade dos gasesA densidade de um gás depende da pressão e da temperatura.

Grandezas

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: Densidade (massa/volume)V: VolumeM: MassaT: Temperatura absolutaR: Constante do gás, para o ar:

R=287 P: Pressão

2.5– AR E AR COMPRIMIDO

O ar é uma mistura composta de diversos gases. Para a prática, na faixa de temperatura e pressão normais, o ar pode ser considerado aproximadamente como gás ideal, e com isso pode ser calculado através da equação do estado dos gases.

Composição do ArO ar é uma mistura composta aproximadamente de 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e o restante 1% é composto de dióxido de carbono, argônio e resíduo de outros gases.O ar também é composto de água em forma de vapor.

Ar e Vapor de ÁguaA capacidade de absorção de vapor de água no ar depende da temperatura, não da pressão.Se a capacidade máxima de absorção for ultrapassada, o vapor de água condensa precipitando em forma de água condensada (neblina, pingos, etc.).

Ar ComprimidoO ar comprimido é ar atmosférico condensado, onde neste estado, possui energia de pressão armazenada, tendo com isso, condições de realizar trabalho. No processo de compressão o ar aquece e na expansão, ocorre um resfriamento.

Estado Normal

Como os volumes do gás só podem ser comparados entre si quando os mesmos se referem à mesma temperatura e pressão, foi definida uma norma para o estado que nessas condições é chamado de Normal, ou seja:

Para o estado físico normalizado: (0º C)

Para o estado técnico normalizado: (20ºC)

2.6– OS TIPOS DE FLUXO

Lei da conservação da massa(equação de continuidade)

A vazão V que passa por um tubo de diferentes secções A na unidade de tempo t, são constantes. Para o movimento do fluido permaneça, ocorrerá um aumento da velocidade v no trecho onde a redução da área ocorrer.

2.6.1 – Fluxo laminar

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No fluxo laminar, as camadas de fluido se movem paralelamente entre si. Nas perdas de carga entram as perdas por atrito entre as camadas do fluido. A configuração da velocidade assume o ponto médio do fluxo.

2.6.2 – Fluxo TurbulentoAs camadas de fluido não se movem somente paralelamente entre si, como no fluxo laminar, mas também, perpendicular e no sentido contrário ao principal do fluxo, desta maneira, ocorre a turbulência. Neste caso, a perda de carga é maior, a velocidade é linear sobre uma grande faixa de trajetos.

Perda de pressão em tubulaçõesAtravés de perdas por atrito e fluxo, ocorre uma queda de pressão na tubulação por onde passa o fluido. Esta queda de pressão é variável e depende de alguns fatores:

o Secção Ao Velocidade do fluxo vo Regime de fluxoo Rugosidade da parede do tubo

2.7– EXERCÍCIO

2.7.1 - Reservatório

Considere um reservatório de ar comprimido de uma estação compressora que tenha 10m . O reservatório está totalmente preenchido com ar comprimido a uma sobrepressão

= 7bar e a uma temperatura de 20 ºC. Pede-se:1 – Qual a quantidade de ar em estado normalizado (1 bar, 20ºC), que contém o reservatório e qual é a quantidade máxima utilizável?2 – Que pressão se forma com o reservatório fechado submetido a um acréscimo de temperatura para 65ºC (desconsiderar a dilatação do reservatório)?3 – Qual a quantidade de energia armazenada no reservatório à 20ºC e qual a quantidade de energia máxima utilizável?4 – Que potência é liberada, quando a quantidade total de ar é expandida no tempo de 100ms?

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2.7.2 – Cilindro de ar

Uma ferramenta pneumática é operada por um cilindro de gás cheio de ar comprimido. A pressão de preenchimento é de 250 bar absoluto, a uma temperatura de 20ºC e a capacidade do cilindro é de 40L. A ferramenta é operada com uma pressão de trabalho = 4bar e consome 200l/min de ar, referentes a 1 bar e 20ºC. Pede-se:1 – Por quanto tempo a ferramenta poderá ser operada com o cilindro, em operação contínua?2 – Qual é o tempo de funcionamento com 20% de tempo de utilização?3 – A que valor de pressão se reduz o cilindro que foi preenchido à 20ºC quando este for empregado ao ar livre a uma temperatura ambiente de -5ºC?

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3 – PRODUÇÃO, PREPARAÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DO AR COMPRIMIDO

3.1– QUALIDADE DO AR COMPRIMIDO

Para que os equipamentos e componentes pneumáticos possam confiar de modo confiável, com bom rendimento e poucas falhas, é necessário que algumas exigências sejam asseguradas no que se refere à qualidade do ar comprimido.Essas exigências são:

o Pressãoo Vazãoo Teor de águao Teor de partículas sólidaso Teor de óleoo Esterilização

Pressão e VazãoA pressão e a vazão estão diretamente relacionadas entre si e atuam sobre a capacidade do equipamento e dos componentes. Isto significa que, para cada componente deve estar disponível o ar comprimido necessário bem como a pressão de trabalho necessária.Os critérios para um bom desempenho são:

o Vazão do compressoro Pressão da rede de distribuiçãoo Tubulação corretamente

dimensionada em função da vazão

o Correto dimensionamento das tubulações de distribuição, conexões e equipamentos nas linhas de alimentação da instalação (purgadores).

Preparação do Ar ComprimidoÁgua, óleo e impurezas têm grande influência sobre a durabilidade e confiabilidade dos componentes

pneumáticos. Além disso, as exigências são diferentes para vários campos de aplicação. Uma sub-divisão em classes de qualidade para cada faixa de utilização é um meio de definir claramente um catálogo de exigências e de assegurar a correta preparação conforme as condições de trabalho. Como exemplo podemos mostrar que o nível de exigência para preparação de ar comprimido para serviços sopragem e bem diferente do nível para ar comprimido utilizado em hospitais.As classes de qualidade são:

Aplicação Part.Sólidasclasse

Águaclasse

Óleoclasse

InstrumentosMineraçãoPintura (pistola)Ind. AlimentíciaAr para oficinaFer. PneumáticaSist. comando

2323434

1213332

4653665

Estação de TratamentoUma estação de tratamento de ar deve possuir as seguintes funções:

o Filtraçãoo Resfriamentoo Secagemo Separação das impurezas sólidas

e líquidas, inclusive vapor de água.

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3.2 – PREPARAÇÃO DO AR COMPRIMIDO

O ar comprimido é produzido de modo centralizado na fábrica ou no local de sua utilização. O custo para produção e tratamento depende das exigências impostas à natureza e qualidade do ar

comprimido, ou seja, se custo será variável em função do tipo de aplicação (alimentícia, hospitalar, oficina, etc.).O quadro abaixo representa as estações de tratamento, agentes contaminantes e os mecanismos de tratamento.

Esquema simbólico do balanço energético na produção do ar comprimido

3.3 – PRODUÇÃO DO AR COMPRIMIDO E CONCEITOS

Ar comprimido é ar atmosférico comprimido. Ele tem armazenado energia de pressão através do processo

de compressão, que é convertida novamente em trabalho mecânico pelos acionamentos, ou é utilizada para regulação de processos ou para medições através de comandos, regulagens ou aparelhos de medição.

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Estação Contaminante Dispositivo

Aspiração Poeira Filtro Impurezas diversas Vapor de água

Compressão Óleo Fuligem Partículas de Desgaste

Resfriamento Água Filtro Separador

Secagem Vapor de água Secador

Armazenagem Ferrugem

Distribuição Óxido

Tratamento Água Filtro Lubrificador Reg. Pressão


Durante a compressão do ar, somente uma parte da energia empregada é convertida na energia de pressão. Uma grande parte é consumida por perdas de atrito e perda térmica e com isto diminui-se o rendimento do equipamento.

A relação entre a potência de consumo do compressor e a razão fornecida , resulta na potencia de específica

de compressão.

Para a análise de viabilidade econômica, existem ainda outros critérios paralelamente aos custos de energia:

o Investimentos e amortizaçõeso Custo de instalaçãoo Aproveitamento de espaçoo Manutenção – conservaçãoo Equipamentos adicionais

Os pontos de vista importantes para a seleção de um equipamento de compressão apropriado são:

o Pressão de trabalho o A vazão Qo O tipo de ar comprimido (isento

de óleo ou com óleo)o A característica do consumo

Em função do que acabamos de ver, a seleção do equipamento de compressão resulta conforme:

o Tipo construtivo – Compressor rotativo, de pistões ou turbo compressor

o Lubrificação – A seco, a óleo ou injeção de óleo

o Execução – Monoestágio ou multiestágio

o Refrigeração – A ar, a água, intermediária ou por injeção de óleo

o Filtração – Filtro de aspiração, para ar comprimido, filtro de óleo ou por separador de óleo

o Regulação – Da rotação, do excesso de pressão, da pressão de aspiração, da interrupção, em vazio e da recirculação.

3.4 – TIPOS DE COMPRESSORES

Os compressores podem ser classificados em dois grupos principais:

o Compressor Volumétrico – neste tipo, o ar é aspirado e comprimido em um volume que vai diminuindo até a pressão de saída.

o Compressor Dinâmico – Nesse tipo de compressor ao ar aspirado é imposta uma velocidade através das rodas da turbina, a energia cinética do fluxo de ar é convertida em pressão.

3.4.1 – Compressor Monoestágio de Pistões (A)

Durante o curso de admissão o ar é aspirado através da válvula de aspiração, comprimido no curso de compressão e após atingir a pressão, ele é recalcado pela válvula de pressão.Os compressores de pistão garantem uma operação segura e confiável e são fornecidos em várias execuções, faixas de pressão e de vazão. Vale ressaltar que nos compressores de um estágio, a perda de carga é elevada, em função disto, podemos dizer que esses tipos de compressores são economicamente viáveis a partir de uma faixa de pressão de 8 a 10 bar para pequenas vazões, do contrário, somente até 4 bar.

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3.4.2 – Compressor Multiestágio (B)

Em compressores de multiestágio escolhe-se por estágio uma razão de compressão menor e o ar é resfriado antes dos estágios seguintes. Desta maneira, se obtém um melhor rendimento.

3.4.3 – Compressor de Parafusos

São compressores rotativos com dois eixos de rotação. Eles operam conforme o princípio do deslocamento e deslocam continuamente, com isto, não ocorrem golpes e oscilação de pressão. Uma vez que estes não possuem válvulas de aspiração e de pressão, eles têm baixa manutenção, são pequenos no tamanho e permitem alta rotação, no entanto o consumo de potência é mais alto que nos compressores de pistões.

Os compressores de parafusos são construídos para operarem a seco para ar comprimido isento de óleo, ou no caso normal com injeção de óleo para lubrificação, vedação e resfriamento.3.4.4 – Compressor de Palhetas

Trata-se de um compressor rotativo de um eixo que opera conforme o princípio de deslocamento. A aspiração e o recalque são por fendas, o espaço forma-se pelo rotor disposto excentricamente na carcaça. Esta execução é simples, com muitos cursos de operação e por isso, contam com fluxo pouco pulsante. A lubrificação é feita por injeção de óleo.

3.4.5 – Compressor Roots

O compressor roots funciona sem compressão interna. A pressão é gerada pela resistência oferecida ao fluxo. Com este princípio somente se obtêm baixas pressões. Através de um acionamento sincronizado pode se obter uma operação sem contacto entre os pistões rotativos, não sendo necessária uma lubrificação. Compressores roots são principalmente utilizados para o transporte pneumático.

3.4.6 – Compressor Axial

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Os compressores axiais são máquinas de fluxo, onde o ar ao passar por rodas girantes atinge alta velocidade e no último estágio, através de um difusor, a energia cinética do fluxo de ar é convertida em pressão.

No mercado, este compressor pode aparecer com o nome de Turbocompressor.

Os compressores axiais são fabricados para elevadas vazões de ar. Visto que por estágio a pressão é muito baixa, faz-se necessário a montagem de muitos estágios (até 24), para alcançar pressões maiores.

3.4.7 – Compressor Radial

Os compressores radiais são máquinas de fluxo como os compressores axiais, nos quais a energia cinética é convertida em pressão. Nesta a aspiração do ar também ocorre no sentido axial sendo em seguida conduzido radialmente para a saída. Estes compressores também são fabricados para grandes vazões. São de baixa manutenção e para que se possa alcançar grandes pressões, adicionam-se vários estágios onde o ar aspirado passa de câmara para câmara em direção a saída.

3.5 – SECAGEM DO AR COMPRIMIDO

O ar possui água na forma de vapor. Este vapor é aspirado pelo compressor junto com o ar e aparece em forma concentrada no ar comprimido recalcado.

Eliminação da Água do Ar ComprimidoA água acumulada pode ser eliminada através de filtros separadores de água, para isso, deve-se prever um bom sistema de drenagem, no entanto, um filtro não pode eliminar a água no estado de vapor. A solução é a utilização de secadores.

Eliminação do Vapor de Água do Ar ComprimidoDependendo do processo de secagem e do ponto de orvalho, os custos para o ar comprimido podem aumentar variando de 10 a 20%, porém uma boa secagem é essencial para um funcionamento adequado e sem falhas dos equipamentos pneumáticos.

Os métodos de secagem mais usuais são: por resfriamento, por adsorção, por absorção e por sobrecompressão.

3.5.1 – Secagem por Resfriamento

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Na secagem por resfriamento obtém-se uma boa eliminação de água. Na prática, o ponto de orvalho alcançável situa-se entre +2ºC e +5ºC.

3.5.2 – Secagem por Adsorção

A secagem por adsorção opera através de substâncias secadoras que por vias físicas (efeito capilar), adsorvem o vapor de água do ar. Neste tipo de secagem, os pontos de orvalho alcançáveis estão em –20 ºC e em casos especiais até –90 ºC.

3.5.3 – Secagem por Absorção

Na secagem por absorção o vapor de água é absorvido de modo químico através de sais. Neste tipo, o ponto de orvalho alcançável chega até +10ºC.

3.5.4 – Sobrecompressão

Se o ar comprimido for novamente descomprimido total ou parcialmente, ocorre uma redução do ponto de orvalho.

3.6 – REPRESENTAÇÃO SIMBÓLICA DA PRODUÇÃO DO AR COMPRIMIDO

No quadro abaixo representamos simbolicamente a produção de ar comprimido nas suas estações, funções e descrição.

3.7 – TRATAMENTO DO AR COMPRIMIDO

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Tratamento

Distribuição

Armazenagem

Secagem

Filtração

Resfriamento

Compressão

Aspiração/Filtração


3.7.1 – Filtro de ArTem como função eliminar partículas sólidas e líquidas (impurezas, água e óleo). A filtração ocorre em duas etapas. Uma pré-eliminação é feita por rotação do ar produzida através de chapas condutoras na entrada, obtendo assim, uma força centrífuga. A eliminação fina é feita pelo elemento filtrante.

3.7.2 – Redutora de PressãoTem a função de manter de maneira constante a pressão de trabalho no equipamento consumidor.A redutora de pressão só pode executar sua função quando a pressão a ser regulada for inferior que a no sistema de alimentação.

3.7.3 - Lubrificador3.7.3 – Lubrificador

Tem a função de lubrificar os aparelhos pneumáticos de trabalho e de comando

onde a presença do óleo não seja nociva.A alimentação do óleo é feita por um tubo ascendente do qual goteja óleo no fluxo de ar e devido a alta velocidade do mesmo, o óleo é atomizado, ficando em forma de névoa.

Grupo Integrado ou Unidade de Conservação ou LubrefilConjunto de filtro, redutora e lubrificador montados de forma compacta para facilitar o tratamento do ar e ajustada em função do consumo de ar.

Simbologia.

4 – ATUADORES PNEUMÁTICOS

Os atuadores são equipamentos que convertem energia de pressão em energia mecânica (pressão e vazão em força e velocidade).

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De acordo com a forma de movimento e a faixa de aplicação, os atuadores podem ser:

o Atuador linearo Atuador rotativoo Unidades de trabalhoo Ferramentaso Utensílios de elevação

Características dos atuadores pneumáticos de trabalho:

o Fator operacional limitadoo Favorável relação peso/potênciao Dimensões reduzidaso Plena segurança à sobrecargao Facilidade de inversãoo Ajuste simples e progressivo da

força e velocidade

o Total proteção à explosãoo Insensível contra influências

ambientais como umidade, calor e outros

Critérios essenciais para a seleção de um atuador:

o Tipo de movimento – rotativo ou linear

o Sentido de rotação – inversãoo Número de rotações –

velocidadeso Torque – forçao Potênciao Uniformidade da força e

velocidadeo Características em relação às

influências ambientais internas e externas

o Aspectos ergonômicos

Aparelhos da Técnica PneumáticaAcionamentos Ferramentas Manuais Unidades Construtivas

Movimento rotativoMotor de palhetasMotor de pistões axiaisMotor de pistões radiaisMotor de engrenagensTurbina

Movimento linearCilindro de simples açãoCilindro de membranaCilindro tipo foleCilindro de dupla açãoCil. dupla ação com haste passanteCil. dupla ação sem hasteCil. Múltiplas posiçõesCilindro tandemCilindro com cabo de açoCilindro rotativoCilindro golpeadorCilindro telescópico

Movimento rotativoFuradeiraRosqueadeiraLixadeiraAparafusadeiraSerraDebicadorTesoura para chapa

Movimento de percussãoMarteloBritadeiraRebitadeiraEstampo de gravaçãoPregador

Unidade de avanço hidro-pneumáticoUnidade de fixaçãoEsteira transportadoraMesa giratória posicionadoraUnidade furadoraUnidade rosqueadoraAparafusadeira múltipla

4.1 – TIPOS DE CILINDROS PNEUMÁTICOS 4.1.1 – Cilindro de Simples Ação

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A atuação de força é feita por ar comprimido em um sentido, o movimento no sentido oposto é efetuado por uma mola ou força externa.

Abaixo temos a simbologia de um cilindro de simples ação com retorno por mola conforme a norma DIN/ISSO 1219.

Características deste cilindro:o Consumo de ar somente em um

sentidoo Posição definida mesmo sem

energiao Força de avanço reduzida (aprox.

10%) devido à molao Maior comprimentoo Cursos limitadoso Baixa força de retorno (aprox.

10% da força de avanço)o A mola é peça adicional de

desgaste

Campo de aplicaçãoEm todos os casos onde a força somente é necessária em um sentido onde o retorno possa ocorrer livre e sem carga.

Nos casos em que na falta de energia uma posição definida precisa ser mantida por motivos de segurança.4.1.2 – Cilindro de Dupla açãoA atuação é feita por ar comprimido nos dois sentidos.

Características:o Atuação de força nos dois

sentidoso A força de retorno é inferior à

força de avanço devido à redução da área no lado da haste.

o Não é possível a atuação de cargas radiais sobre a haste

o Haste de diâmetro reduzido para permitir uma elevação na força de retorno

o Montagem simpleso Características favoráveis

Campo de aplicação:O cilindro de dupla ação é empregado quando se necessita de movimentos lineares de pequena ou média força nos dois sentidos.

4.1.3 – Cilindro de MembranaDevido a sua forma construtiva, obtêm-se comprimentos bastante reduzidos. Na maioria das vezes este cilindro é utilizado na execução de simples ação.

Campo de aplicação:Utilizados em máquinas com função de fixar, dobrar, estampar, extrais, freios etc.

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Características:o Montagem simpleso Dimensões reduzidas e forças

muito elevadas (até aprox. 25.000N)

o Curso muito limitado (aprox. 60mm)

o Instalação simpleso Custo viável

4.1.4 – Cilindro tipo FoleSão cilindros que não possuem peças móveis que os deixam isentos de manutenção.

Características:o A limitação do curso ocorre por

batentes externoso Não dispõe de força de retorno

por ar ou molao Variação da força ao longo do

curso

o Curso limitadoo Possibilidade de inclinação das

placas terminais até aprox. 15º

Campo de aplicação:Em plataformas de elevação, mesas elevatórias.Movimentos transportadores.Dispositivos de fixaçãoCompressão de rolos entre outros

4.1.5 – Cilindro com Dispositivo de Bloqueio da Haste

Uma parada estável de cilindros pneumáticos em posições intermediárias pode ser realizada através de um dispositivo mecânico de frenagem.

Características:o Bloqueio mecânico em qualquer

posição intermediária.o Força de bloqueio maior do que a

maior força possível de avanço.

Campo de aplicação:Os cilindros com dispositivo de bloqueio são indicados para todos os casos onde se exige, por motivos de segurança, uma parada segura do cilindro.

4.1.6 – Cilindro de Dupla Ação com Haste PassanteNeste cilindro existe a possibilidade de realizar trabalho nos dois sentidos.Além disso, a guia é melhorada através dos dois mancais.Abaixo temos a simbologia do cilindro de dupla ação com haste passante.

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Características:o Possibilidade de trabalho nos

dois lados.o Distância constante dos mancais.o Possibilidade de absorver

pequenas cargas laterais.o As áreas ativas do âmbito são

iguais nos dois lados, com isso a força é igual nos dois sentidos.

Campo de aplicação:Na presença de cargas laterais; quando forças iguais nos dois sentidos são necessárias; parada com contra-pressão; montagem de elementos sinalizadores no lado traseiro entre outros.

4.1.7 – Cilindro Sem HasteEstes cilindros encontram aplicação onde surgem problemas de flambagem de hastes com cursos muito grandes.

Campo de aplicaçãoPara grandes cursos e limitadas massas de montagem.Exemplos: Introduzir, deslocar, abrir, fechar, levantar, acionamento de portas, transportar, alimentador de peças. Tipos de execuçãoa) Com tubo fendido e aplicação lateral de carga.

o A fixação do êmbolo permite absorver elevados momentos e forças transversais.

o Boa guia pelo curso totalo Áreas iguais do êmbolo nos dois

lados, com isso, a intensidade da força é igual nos dois sentidos

o A vedação representa um ponto crítico

b) Com transmissão de força por ímão Transmissão limitada da força

devido à ação do ímão Sistema fechado,

conseqüentemente isento de problemas de vedação

c) Com cabo ou fita como hasteo A haste do êmbolo é substituída

por um cabo ou fitao A dimensão axial é limitadao Nenhum problema de flambagemo Possibilidade de grandes cursos

4.1.8 – Cilindro de Múltiplas Posições

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Para permitir alcançar várias posições estáveis, dois ou mais cilindros são montados em conjunto. Também chamado de Cilindro Geminado.

Características:o Com n cilindros com cursos

desiguais, pode-se obter posições distintas

Campo de aplicação:Utilizado em funções como a de selecionar, mudança de desvios, acionamento de válvulas, comportas, escotilhas, ajuste de encosto, etc.

4.1.9 – Cilindro TandemEstes atuadores são compostos de dois cilindros de dupla ação, acoplados mecanicamente em série.

Características:o Grande força com pequeno

diâmetroo Grande dimensão do

comprimentoo Somente para pequenos cursoso Necessidade de 4 conexões de

alimentação

Campo de aplicação:Aplicações com pequenos cursos e elevadas forças como por exemplo pregadores, máquinas especiais nas quais a dimensão dos diâmetros é limitada

4.1.10 – Cilindro de PercussãoNo cilindro percussor, adicionalmente à força normal é aproveitada a energia cinética. O êmbolo recebe rapidamente o ar de um reservatório adicional, sendo consideravelmente acelerado.

Características:o Reservatório adicional de ar para

altas velocidadeso A conversão da energia cinética

somente é possível sobre um pequeno curso

Campo de aplicação:Utilizado em prensas pneumáticas, em máquinas de rebordear, estampagem, gravação, para furar, cortar, rebitar, etc.

4.1.11 – Cilindro TelescópicoÉ o cilindro que é composto de vários cilindros montados em série um dentro do outro.

Características:o Dimensões reduzidas de

comprimento, mas de curso longo

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o Diâmetro relativamente grande em relação à força obtida.

Campo de aplicação:Nos casos onde são necessários longos cursos em comprimentos reduzidos.

4.1.12 – Cilindro RotativoTambém chamado de atuador rotativo, são cilindros que transformam o movimento linear em movimento rotativo com ângulo limitado de rotação.

Características:o Conversão de movimento linear

em rotativoo Ângulo limitado de rotação

Campo de aplicação:Em giro e inversão de peças, acionamento de válvulas para água, gás, produtos químicos entre outros; dobramentos, etc.

4.1.13 – Cilindro Hidro-pneumáticoEm função da compressibilidade do ar, algumas funções como velocidade

constante de avanço ou retorno em cilindros , não podem ser realizadas de maneira simples, principalmente na presença de cargas variáveis. Através da inclusão de um circuito hidráulico é possível estabilizar tanto a velocidade como também as paradas intermediárias.

Característica:o Um êmbolo acionado por ar

comprimido provoca o deslocamento do fluido hidráulico

o O circuito hidráulico pode ser ajustado através de um estrangulamento variável

o Através de um registro no circuito hidráulico, é possível uma parada estável.

Campo de aplicação:Em todas as aplicações onde sejam necessárias velocidades constantes e paradas precisas em posições intermediárias e onde não seja conveniente a aplicação de um equipamento hidráulico.

4.2 – Amortecimento de Fim de Curso

A massa em movimento possui uma energia cinética que durante a frenagem tem que ser absorvida.Para se obter uma frenagem suave, podem ser empregados métodos de amortecimento externos e internos.A energia cinética pode ser calculada através da seguinte expressão:

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Amortecimento externoo Pneumaticamente através da

ligação de estranguladores na saída de ar

o Por elementos amortecedores mecânicos

o Por amortecimento hidráulicoo Por válvulas proporcionaiso Por unidades posicionadoras

Amortecimento internoo Mecanicamente por elementos

amortecedores integradoso Pneumaticamente por aumento

de pressão.

Simbologia

4.3 – Tipos de Vedação de Cilindros

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Com O`ring

Com Quad`ring

Labial

Labial reforçado

Taça

Taça dupla


4.4 – Flambagem nos cilindrosCondições de carga conforme Euler

Se a haste de um cilindro for submetida a uma carga de compressão, a mesma pode sofrer uma flambagem. Uma verificação pode ser efetuada pelos dados do fabricante ou por um recálculo. Uma flambagem somente pode ocorrer na zona elástica.

Fatores que influenciam a carga de flambagem:

o Condições de carga conforme Euler

o Carga sobre a haste que depende da pressão e da área do êmbolo

o Diâmetro da hasteo Comprimento da haste

As condições de carga conforme Euler são:

Caso 1 – Cilindro montado de modo fixo, carga livre

Caso 2 – Cilindro montado articulado, carga articulada

Caso 3 – Cilindro montado de modo fixo, carga articulada

Caso 4 – Cilindro montado de modo fixo, carga fixa

Cálculo da flambagem

onde: - carga máxima admissível - comprimento livre (totalmente

extendido)E – módulo de elasticidade (

para o aço)J – momento de inércia (para secções circulares)D – diâmetro da hasteC – coeficiente de segurança (de 2,5 a 5)I – cursoL – comprimento real submetido a flambagem

4.5 – Exercício

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1 – Um cilindro de dupla ação possui um diâmetro de êmbolo de 80m e um diâmetro da haste de 25mm. A pressão de trabalho é de bar (60 N/cm ). Quais as forças teóricas que ele desenvolve no curso de avanço e retorno?

2 – Um cilindro deve elevar verticalmente uma massa de 48 kg por um curso de 1m imprimindo à mesma uma aceleração de 10 m/s . Qual o diâmetro do êmbolo necessário se a pressão relativa máxima de trabalho é de 5bar (50 N/cm )?

4.6 – MOTOR PNEUMÁTICO

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São equipamentos que transformam energia de pressão em trabalho mecânico com movimento rotativo.

Os parâmetros característicos para movimentos rotativos são:

o Torque M(N.m)o Rotação n (rpm)o Velocidade angular ω ( )o Potência P (Watt)

Símbolo gráfico dos motores

Características e campo de aplicação:

Os motores pneumáticos caracterizam-se pelas mesmas propriedades de outros componentes pneumáticos, onde, em muitos casos, possibilitam uma utilização econômica e tecnicamente otimizada.

o Possibilidade de sobrecarga total até a parada

o Tempo ilimitado de atuaçãoo Total proteção antiexplosãoo Nenhum aquecimento próprioo Insensível contra influências

ambientais como poeira, água, umidade, etc.

o Manutenção simpleso Possui a mais simples regulagem

progressiva de rotação e torqueo Inversão simples e direta no

sentido de rotaçãoo Forma construtiva compacta,

favorável relação peso/potênciao Possibilidade de operação

também com outros fluidos

4.7 – Tipos Construtivos e Critérios

de Escolha de Motores Pneumáticos

Critérios de Escolha de Motores Pneumáticos:

o Torque necessário sob carga e no arranque

o Rotação com carga correspondente

o Potência requeridao Uniformidade necessáriao Desvio admissível da rotação

com variação da cargao Consumo de ar, custos

operacionais e rendimentoo Comportamento ergonométricoo Perturbação admissível do meio

ambiente por ruídos e emissões

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Motores de Turbina

Motores Rotativos

Motoresde

Palhetas

Motoresde

Engrenagens

Motor

Roots

Motores de Pistões

Pistões

Axiais

Pistões

Radiais

PistõesRadiais

corrediços


o Influências ambientais (poeira, umidade, calor, irradiação e perigo de explosão)

o Ar comprimido em quantidade e qualidade

o Possibilidades para manutenção e conservação.

A escolha do motor apropriado para cada caso é feita sob consideração dos critérios de escolha e conforme as características dos individuais tipos construtivos.

Devido às características físicas do ar comprimido, os motores pneumáticos sofrem um comportamento funcional quando este é submetido a altos torques. Quando é exigida uma alta potência e quando a uma eventual variação do consumo específico do ar.

4.8 – Motor Pneumático de Palhetas

O ar comprimido age sobre a superfície das palhetas produzindo uma força que coloca o motor em movimento rotativo. Como o rotor é montado excentricamente, surgem câmaras de trabalho em forma de foice onde o ar se descomprime parcialmente, neste caso, a expansão do ar também é aproveitada.

A vedação das palhetas na parede da carcaça é reforçada pela ação da força centrífuga e para a partida por subcorrente ou em alguns casos, por mola.

Características:o Disponibilidade de execução

para:Rotação à direitaRotação à esquerdaOperação reversível

o Favorável relação peso/potencia e pequena forma construtiva

o As perdas por vazão são inevitáveis, por isso, o rendimento é limitado

o Reduzidos custos de manutenção, boa confiabilidade

o De qualquer forma, deve ser bem lubrificado

o Faixa de potencia: aprox. 50w até 20kw

o Faixa de rotação: aprox. 200 até

80.000rpm.

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Controle da velocidade:O controle da velocidade dos motores pneumáticos é feito através de massa centrífuga que reduz a entrada de ar na medida que a velocidade aumenta.

Campo de aplicação:Em ferramentas pneumáticas, aparelhos de elevação, agitadores, máquinas especiais, etc.

Acessórios:o Redutores: destinam-se a

redução de altas rotações para as condições de trabalho, geralmente são utilizados redutores planetários.

o Regulador: destinado a limitar a rotação em vazio de um motor assegurando uma menor rotação em vazio para a mesma rotação nominal e menor alteração da rotação na presença de variação da carga.

4.9 – Tipos de Execução de Motores Pneumáticos

4.9.1 – Motor de PistãoNo motor de pistão, a energia de pressão é primeiramente convertida em movimento linear. Através de um correspondente mecanismo de transformação, se obtém o movimento rotativo.

Dependendo do tipo de transformação, podem ser:

o Motor de pistões radiais em execução estrela. Neste caso a transformação ocorre por eixo de manivelas

o Motor de pistões radiais em execução corrediça. A

transformação ocorre por uma corrediça

o Motor de pistões axiais. Neste tipo a transformação ocorre através de um disco oscilante.

Características:Mesmo diante de diferentes formas construtivas, os motores pneumáticos de pistões apresentam certas características básicas comuns:

o Ótima característica de partidao Elevado torque de partidao Reduzida perda de ar por

vazamento, tanto no repouso como sob carga

o Elevado torque mesmo na máxima rotação

o Facilidade de inversão do sentido de rotação

o O comando de fornecimento de ar é feito por distribuidor rotativo

o Peso e dimensões superiores se comparado com o motor de palhetas

o São de baixas rotações (max. 5.000rpm)

4.9.2 – Motor de EngrenagemO ar comprimido atua sobre os flancos dos dentes das duas engrenagens, onde uma delas é rigidamente fixada ao eixo de acionamento, enquanto a segunda gira livremente. O torque

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gerado é produto da pressão pela área do flanco.

Podem ser:o Com dentes retoso Com dentes helicoidaiso Com dentes em “V”

Características:o Forma construtiva simpleso Elevada segurança de operaçãoo Favorável relação peso/potência

e pequenas dimensõeso Elevado consumo de aro Faixa de potência até aprox.

70kw. Para motores com dentes em “V”, até aprox. 330kw

o Faixa de rotação aprox. 1.000 a 3.000rpm (baixa rotação)

Campo de aplicação:Em trabalhos subterrâneos, acionamento de transportadores e bobinadeiras.Na indústria química em acionamento de bombas e dispositivos de segurança.Na indústria siderúrgica em acionamentos de conversores, misturadores, lanças, torres giratórias, fornos, etc.Na indústria pesada como motor de arranque para motores diesel.

4.9.3 – Motor de TurbinaA energia cinética do ar em movimento é convertida em movimento rotativo. Geralmente são utilizadas uma ou duas rodas livres mais uma roda guia fixa. Devido ao seu princípio construtivo, em relação aos motores de palhetas, os tipos turbina alcançam rotações muito elevadas, porém com torques reduzidos.

Características:

o Construção simples, poucas peças móveis

o Nenhum atrito (exceto nos mancais), com isso, pouco desgaste e operação mais segura

o Altas rotações em vazio, com isso a necessidade de redutores para baixas reduções que são caros e expostos a elevadas cargas

o Elevada perda de ar por vazamento, conseqüentemente, péssimo rendimento

o Somente econômico para baixas potências

o A relação peso/potência é muito favorável (superior ao motor de palhetas)

o Faixa de rotação aprox. 80.000 até 400.000rpm

Campo de aplicação:Usado para esmerilhamento em alta rotação – retificadoras – e ferramentas odontológicas – brocas.

4.9.4 – Motor de ParafusosTrata-se de uma máquina que funciona inversamente ao compressor de parafusos, seu emprego é muito limitado.

Características:o A fabricação dos parafusos é

cara principalmente para pequenas dimensões

o Na execução sem lubrificação, é necessário um redutor externo de sincronização dos dois parafusos

4.10 – Tipos de Motor Pneumático de Pistão

4.10.1 – Motor de Pistões RadiaisO movimento dos pistões é convertido em movimento rotativo através de um

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eixo de manivelas ou transmissão de corrediça. A quantidade de cilindros pode estar entre 4 e 6 (motor estrela). A entrada de ar e o comando é feito por um distribuidor rotativo.

Características:o Grandes dimensões se

comparado com outros tiposo Faixa de potência aprox. 1 até

20kwo Motor de corrediça: aprox. até

5,5kwo Faixa de rotação que varia de

100 até 4.000rpm

Campo de aplicação:Em grandes equipamentos de elevação, acionamento de veículos de construção, acionamento de unidades hidráulicas na área de construção civil.

4.10.2 – Motor de Pistões AxiaisO movimento linear, paralelo ao eixo, efetuado pelos êmbolos nos cilindros é convertido em movimento rotativo por meio de um disco oscilante.Características:

o Uniformidade do movimento de rotação, mesmo a baixas rotações

o Funcionamento silencioso e sem vibrações

o Ótimo ajuste da rotação, mesmo a baixas rotações

o Perdas mínimas por vazamentoso Forma construtiva compacta em

comparação aos motores de pistões radiais

o Faixa de potência: aprox. 0,4 até 3kw

o Faixa de rotação: aprox. 70 até 5.000rpm

Campo de aplicação:Utilizado na indústria em equipamentos de elevação.

4.11 – Simbologia dos Atuadores Pneumáticos

40


5 – ELEMENTOS DE COMANDO: VÁLVULA DIRECIONAL

5.1 – Válvula Pneumática, Tipo e FunçãoAs válvulas comandam e influenciam o fluxo do ar comprimido. São as responsáveis para conduzir o ar comprimido de forma dosada e no instante certo aos componentes a elas ligados.De acordo com a função de cada uma, as válvulas distinguem-se nos tipos:

o Válvulas direcionais – Comandam a partida, parada e sentido de movimento do atuador

o Válvulas de bloqueio – Bloqueiam o fluxo de ar preferencialmente em um sentido e liberam o sentido oposto.

o Válvulas de fluxo – Influenciam a vazão do ar comprimido

o Válvulas de pressão – Influenciam a pressão do ar comprimido ou são comandadas pela pressão

1 – estrangulamento, reguladora de fluxo – controle de velocidade.2 – Válvula de retenção, válvula de

bloqueio – by-pass do estrangulamento

3 - Válvula direcional 3/2 vias – controle direcional

5.2 – Função e Representação das Válvulas Direcionais

Abaixo, temos uma válvula direcional destinada a comandar o movimento de avanço e retorno de um cilindro de simples ação com retorno por mola.

Posição de retorno

Posição de avanço

Para obter a possibilidade de comando para o avanço e para o retorno do cilindro, a válvula deve permitir:

o A liberação ou o bloqueio

opcionais da pressão para o cilindro

o A descompressão da linha do cilindro no retorno.

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Requisitos impostos à válvula direcional:

o Número de conexões requeridas – 3; linha de ligação ao cilindro, linha de pressão e linha de escape.

o Número de posições de comutação – 2; avanço e retorno do cilindro.

Obs: A válvula descrita acima é dita válvula direcional de 3/2 vias porque possui 3 conexões e 2 posições de comutação.Cada posição é representada por um quadrado, ou seja, o número de posições é igual ao número de quadrados.O número de conexões é igual ao número de interseções das linhas do esquema interno com a borda do quadrado.

5.3 – Símbolo Gráfico da Válvula Direcional

Características marcantes dos símbolos

o Número de posições de comutação = número de quadrados

o Número de conexões = número de pontos de ligação (nas conexões, contamos apenas as principais, não as de comando)

o Se o símbolo gráfico é representado adicionalmente com duas linhas paralelas, significa que a válvula pode assumir com progressividade, uma infinidade de posições.

Linhas de retornoo Em válvulas direcionais

pneumáticas distingue-se entre escape conectado (com rosca

para conexão) e escape livre (sem rosca para conexão).

o Em válvulas direcionais hidráulicas distingue-se entre linhas de tanque e linhas de óleo de dreno.

Posições de partidao Posição zero: posição definida

que a válvula assume se não existir qualquer força externa atuante (válvula com retorno por mola)

o Posição básica: posição em que a válvula está representada e ligada no esquema (válvula sem retorno por mola)

o Posição intermediária: é a posição central de uma válvula de três posições de comutação

Indicação das conexõesAs indicações são efetuadas através de letras ou por números, conforme a tabela abaixo:

Indicação das conexões

Letra Nº

Conexões de serviçoConexão de pressãoDescompressão/tubulações ao reservatórioConexões de dreno de óleoConexões de pilotagem

A,B...P

R, S, TL

X, Y, Z

2, 4..1

3, 5-

10, 12, 14

A simbologia apresentada é conforme DIN/ISO 1219.5.4 – Estrutura da Válvula Direcional

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Indicações necessárias para

descrever a válvula direcional:o Número de conexõeso Número de posições de

comutaçãoo Tipo de retorno na condição de

repousoo Tipo de acionamento (comando)o Tamanho nominalo Execução

Exemplo de denominação – conforme válvula ilustrada a baixoVálvula direcional 3/2 viasFechada no repousoPor comando manual (com botoeira)

Retorno por mola

Acionamento (comando)Para comutar a válvula direcional de uma posição para outra, é necessário um dispositivo de acionamento (comando), que pode ser.

o Manualo Mecânicoo Pneumáticoo Elétrico

Condição de repouso (posição zero)

Exemplo construtivo em repouso

Posição comutada

Exemplo construtivo comutada

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2 posições de comutação

3 posições de comutação

Válvula 2/2 vias

Válvula 4/2 vias

Válvula proporcional

Válvula 4/3 vias centro bloqueado

Escape ligado

Escape livre

Com ligação hidráulica no reservatório

Com ligação de dreno de óleo ao reservatório


5.5 – Acionamento das Válvulas Direcionais

5.6 – Funcionamento das Válvulas Direcionais

Tomaremos como exemplo o comando de um cilindro pneumático de dupla ação. A força de deslocamento do cilindro deve ser obtida nos dois sentidos de movimento pelo fluido de pressão. A válvula utilizada deve permitir a conversão da energia de um lado do cilindro para o outro, além disso, deve possibilitar uma descompressão do lado oposto.A válvula utilizada será:

o 4 conexões (A, B, C, D)o 2 posições de comutaçãoo Válvula 4/2 vias

Posição de retorno

Posição de avanço

Forma construtiva da válvula de 5/2 vias:

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manual

botoeira

alavanca

pedal

Comutador à chave

Manual

Pino

Rolete

Rolete articuladoMola

antenaMecânico

Piloto por pressão pneum.

Pressão hid.

Decréscimo depressão pneum.

Acréscimo de pressão hid.Pressão

Sol. Simples

Sol. Duplo concordante

Sol. DuplodiscordanteElétrico


São duas as diferenças entre uma válvula de 4/2 e 5/2 vias:

o A válvula de 4/2 vias possui uma linha única de retorno para as duas conexões do cilindro

o Na válvula de 5/2 vias, cada lado do cilindro conduz a uma conexão em separado.

Exemplo construtivo

5.7 – Tipos de Válvulas Direcionais

Existem diversos tipos de válvulas direcionais com diversas utilizações. A seguir temos a simbologia gráfica de algumas válvulas conforme DIN/ISO 1219.

5.8 – Exercício

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Válvula 2/2 vias fechada no repouso

Válvula 2/2 vias aberta no repouso

Válvula 3/2 vias fechada no repouso

Válvula 2/2 vias aberta no repouso

Válvula 4/2 vias

Válvula 5/2 vias

Válvula 4/3 vias com posição central bloqueada

Válvula 4/3 vias com posição central p/escape

Válvula 5/3 vias com posição central bloqueada

Válvula 5/3 vias com posição central p/escape


5.8.1 - Completar os símbolos das válvulas direcionais que se encontram na tabela abaixo.

5.8.2 – Desenhar os circuitos para os seguintes problemas:1 – Um cilindro de simples ação deve efetuar o movimento de avanço, comandado por uma válvula acionada por botoeira. Após a liberação da botoeira, o cilindro deverá retornar imediatamente para a posição de partida.

2 – Um cilindro de dupla ação deve efetuar o movimento de avanço e de retorno controlado por uma válvula manual.

3 – Um cilindro de dupla ação deve avançar quando for acionada uma válvula com comando manual e em seguida deve retornar quando uma segunda válvula com comando manual for acionada.4 – Um cilindro de dupla ação deve avançar quando for acionada uma válvula manual e deve retornar

automaticamente quando atingir a posição de fim de curso externo.

5.9 – Tipos Construtivos de Válvulas Direcionais

Características muito importantes:

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o Execução construtiva – de assento ou de êmbolo

o Tipo de acionamento – direto ou pilotado

o Recobrimento estático – ausente ou presente

Características construtivas:o Acionamento – força, curso, tipoo Estanqueidadeo Sensibilidade a impurezaso Funcionamento com ou sem

lubrificação

5.9.1 – Válvula de AssentoSão válvulas que podem realizar estanqueidade perfeita, porém requerem elevada força de acionamento, comutam rapidamente com curso reduzido, são insensíveis a impurezas e podem funcionar sem lubrificação. Apresentam um ponto de comutação exatamente definido e comutam de modo brusco.

5.9.2 – Válvula de Êmbolo DeslizanteSão de construção simples e possuem pequeno volume construtivo, pequenas forças de acionamento, cursos de

comutação relativamente longos. São estanques apenas condicionalmente, são muito mais sensíveis a impurezas que as de assento, contudo, apresentam a vantagem que o acionamento pode ser de qualquer tipo e ser aplicado em ambos os lados.

5.10 – Características Construtivas das Válvulas Direcionais

Exemplo de válvula direcional 3/2 vias de assento.

Exemplo de válvula direcional 5/2 vias de êmbolo deslizante.

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SobreposiçãoO termo sobreposição descreve o comportamento da válvula na fase de comutação.

Na figura abaixo:o A válvula principal apresenta

sobreposição, isto é, durante as comutações as conexões A, P e R são reciprocamente interligadas

o A válvula piloto não tem sobreposição, isto é, a interligação de P com A somente se abre após o fechamento da conexão R.

Mola pneumáticaO retorno de uma válvula para a posição de repouso pode ocorrer por uma mola mecânica ou também por pressão. No reposicionamento integrado constante através da pressão, fala-se de uma mola de ar.Comando manual auxiliarEm válvulas de acionamento pneumático ou eletromagnético é comumente instalado um comando manual auxiliar de fácil manuseio. Assim a comutação também é possível sem energia de comando.

Válvula de acionamento diferencialNo caso de válvulas de dupla pilotagem pneumática, o comando pode ser realizado por êmbolos com áreas iguais de pilotagem ou por êmbolos com áreas diferentes de pilotagem. O segundo caso é representado abaixo.

5.11 – Tamanho das Válvulas Direcionais

RoscasRosca p/ tubo

Dia. externo (mm)

Rosca Métrica

Diâ.nominal

(mm)

G 1/8G 1/4G 3/8G 1/2G 3/4

9,713,216,721

26,5

M 5M10 x 1

M 14 x 1,5M 18 x 1,5M 22 x 1,5M 26 x 1,5

2 – 2,73 - 46 - 78 - 9

12 – 1319 - 20

Exemplo de valores de vazão

Rosca da conexão Vazão (l/min)M 5

G 1/8G 1/4

60 – 180150 – 400

600 – 1200

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G 1/2G 3/4

2000 – 40004500 – 8500

5.12 – Execução Prática da Válvula Direcional

Símbolo gráfico, denominação e execução.

Válvula de 4/2 vias com acionamento por botoeira, retorno por mola, execução de êmbolo deslizante.

Válvula de 3/2 vias, aberta na posição de repouso, acionamento mecânico com pré-operação pneumática, retorno por mola, execução de assento, com sobreposição.

Válvula de 3/2 vias, bloqueada na posição de repouso, acionamento mecânico com pré-operação pneumática, retorno por mola, execução de assento, com sobreposição.

Válvula de 3/2 vias fechada na posição de repouso, acionamento por rolete, retorno por mola, execução de assento, sem sobreposição.

49


Válvula de 5/2 vias, acionamento por botoeira, retorno por mola, execução por êmbolo (posição acionada)

Válvula 3/2 vias, acionamento por botoeira, fechada na posição de repouso, retorno por mola, execução de assento.

5.13 – Resumo das Válvulas Direcionais

As válvulas direcionais são caracterizadas por:

Função:o Número de conexõeso Número de posiçõeso Tipo de retorno para a posição de

repouso ou central

Acionamento:o Manualo Mecânicoo Pneumáticoo Por solenóide

Tamanho:o Dimensões das conexõeso Tamanho nominalo Valores admissíveis de vazão

Execução:o Válvula de assento ou de êmboloo Acionamento direto ou pré-

operadao Sobreposição – com ou semSimbologia dos tipos de válvulas

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Simbologia dos tipos de acionamentos

6 – ELEMENTOS DE COMANDO, VÁLVULA DE BLOQUEIO, DE PRESSÃO E ESTRANGULAMENTO

6.1 – Válvula de BloqueioSão válvulas que bloqueiam o fluxo em um sentido e permitindo passagem livre no lado oposto.

Pertencem às válvulas de bloqueio:o Válvulas de retençãoo Válvulas alternadoraso Válvulas de duas pressõeso Válvulas de escape rápido

6.1.1 – Válvula de Retenção

Permitem a passagem do fluxo em um único sentido, deixando o oposto totalmente livre. São construídas com ou sem mola e como são de execução de assento, garantem uma boa estanqueidade.

Os corpos vedantes podem ser esferas, cones ou pratos.

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Válvula 2/2 vias, pos. de repouso fechada.

Válvula 2/2 vias, pos. de repouso aberta.

Válvula 3/2 vias, pos. de repouso fechada.

Válvula 3/2 vias, pos. de repouso aberta.

Válvula 4/2 vias

Válvula 5/2 vias

Válvula 4/3 vias posição central fechada

Válvula 4/3 vias posição central de descarga

Válvula 5/3 vias posição central fechada

Válvula 5/3 vias posição central de descarga

Válvula 4/3 vias posição central de circulação

Válvula 4/2 vias posição de repouso fechada

Válvula 2/2 vias execução de assento

Botoeira, acionamento manual em geral

Botoeira

Alavanca

Pedal

Dispositivo por chave

Mecanismo em geral

Rolete

Rolete articulado ou escamoteável

Mola

Antena

Acréscimo de pressão pneumática

Acréscimo de pressão hidráulica

Pilotagem hidráulica


Campo de aplicação:o Em combinação com um

estrangulamento para o ajuste de velocidade de acionamentos pneumáticos e para o retardamento de sinais.

o Para bloqueio de um refluxo em diversas aplicações

6.1.1.1 – Válvula de Retenção PilotadaNa válvula de retenção pilotada existe a possibilidade de anular o bloqueio no sentido bloqueado por meio de um sinal de comando numa adicional conexão de pilotagem, dessa maneira, a válvula pode opcionalmente permitir o fluxo nos dois sentidos.

Campo de aplicação:o Para a parada de cilindros

pneumáticos em posições intermediárias mediante bloqueio das ligações do cilindro. O bloqueio pode ocorrer caso haja uma queda de pressão. O desbloqueio é efetuado por um sinal pneumático

6.1.2 – Válvula Alternadora ou Elemento“Ou”

Uma válvula alternadora somente emite um sinal de saída quando, pelo menos, tiver pressão em uma conexão de entrada. Simultaneamente, o lado oposto é bloqueado. Como elementos vedantes são usados esferas, cones e pratos.

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Válvula de retenção

Válvula de retenção pilotada


Emprego:o Comutação paralela de aparelhos

pneumáticoso Pilotagem alternativa de diversos

processos

Obs: para uma correta aplicação desta válvula, deve-se prever uma rápida formação de pressão na pilotagem, caso contrário pode ocorrer uma passagem direta, acarretando assim interferências na comutação.

Exemplo de aplicação:

6.1.3 – Válvulas de Duas PressõesTambém chamado de Elemento “E”. É uma válvula que emite um sinal de saída quando existirem pressões nas duas conexões de entrada.

Um êmbolo com vedações em ambos os lados assegura um correspondente comportamento de comutação. Via de regra, o ar na saída é cedido pelo último sinal de entrada.

Emprego:o Interconexões funcionais,

intertravamentos

o Em todos os casos cujo desenvolvimento de um determinado processo só pode ser liberado quando diversas situações foram alcançadas.

Exemplo de emprego:

Simbologia gráfica:

6.1.4 – Válvula de Escape Rápido

Através da válvula de escape rápido é possível exaurir grandes volumes de ar comprimido devido às grandes dimensões de passagem.

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Devido a diferença de pressão entre a linha de alimentação e a linha de saída, se obtêm um deslocamento do elemento interno de vedação, isto permite a conexão rápida da saída com o duto de escape diretamente para a atmosfera.

A linha tracejada de pilotagem visível no simbolismo na verdade não existe, pois esta função é executada pela vedação que permite o fluxo em um sentido único.

Emprego:o Aumento da velocidade em

cilindroso Em combinação com um

reservatório assume a função de expulsor pneumático

o Descarga intermediária de tubulações longas

Advertência:o É recomendável a montagem

direta da válvula de escape rápido diretamente ao reservatório com uma conexão de maior passagem

o Para garantir uma satisfatória descarga rápida é recomendável

uma tubulação de alimentação não muito longa

6.2 – Exercícios

6.2.1 – Um cilindro de dupla ação deve avançar através do comando de uma válvula de botão. Uma vez alcançada a posição final, o cilindro deve automaticamente retornar à posição original por intermédio de uma válvula acionada por rolete no fim do curso. Pede-se que a velocidade do cilindro seja incrementada com uma válvula de escape rápido.

6.2.2 – O movimento de avanço de um cilindro de dupla ação deve ser comandado por uma válvula de atuação manual T1 ou de outra válvula T2. O movimento de retorno deve ocorrer automaticamente tão logo o cilindro alcance o fim de curso.

6.2.3 – O movimento de avanço de um cilindro de dupla ação deve ser subordinado à existência de duas condições: um sinal parcial de uma válvula fim de curso e o sinal de uma válvula de acionamento por botão. O movimento de retorno deve ocorrer automaticamente através de outra válvula de atuação mecânica no fim de curso do cilindro.

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6.3 – Válvulas de Fluxo

Estas válvulas servem para reduzir a secção de passagem com o objetivo de modificar a vazão do ar comprimido e por conseqüência controlar a velocidade dos atuadores. Para uma determinada secção de passagem, a vazão depende somente

da diferença de pressão existente nas duas extremidades da restrição.

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Diafragma fixo


Estrangulador

Diafragma

Estrangulador Variável

a) estrangulador fixo, b) estrangulador variável, c) diafragma, d) diafragma variável

6.4 – Válvula Reguladora de Fluxo UnidirecionalA combinação em paralelo de uma válvula estranguladora (variável) e uma válvula de retenção resultam em uma válvula estranguladora de fluxo unidirecional. Esta válvula é sempre

utilizada quando se deseja estrangular o fluxo num único sentido.

Alguns critérios devem ser observados:o Precisão de calibragem e

sensibilidadeo Passagem totalmente livre

quando o estrangulador estiver completamente aberto

o Passagem livre através da válvula de retenção

Emprego:o Redução da velocidade de

atuadores pneumáticos (cilindros e motores)

o Criação de tempos de retardoo Influência na vazão do ar

comprimido

Válvula reguladora de fluxo e sua simbologia

Tipos de estranguladores

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Estrangulamento de agulha

Estrangulamento de fenda

Estrangulamento de entalhe


Exemplo de aplicação:

6.5 – Exercício

6.5.1 – A velocidade de um cilindro de dupla ação deve ser ajustada agindo na entrada do ar comprimido. A partida deve ser dada através de uma válvula de botão T1 e o retorno também por uma válvula T2 somente quando desejado. A indicação da pressão nas câmaras do cilindro é feita por dois manômetros.

6.5.2 – A velocidade de um motor pneumático deve ser ajustada agindo na saída do ar. O mesmo deve girar nos dois sentidos através de duas válvulas acionadas por alavanca.

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Estrangulamento na entrada do ar

Estrangulamento na saída do ar


6.6 – Válvulas de Pressão

6.6.1 – Válvula Redutora de PressãoAs válvulas de pressão agem sobre a pressão do ar comprimido e reagem a determinados valores da mesma.

As reguladoras de pressão ou redutoras de pressão tem a tarefa de manter constante a pressão do ar comprimido mesmo havendo oscilação de pressão na rede de distribuição ou uma demanda variável nos consumidores. Os parâmetros para o emprego das válvulas reguladoras são:

o Queda de pressão referente à vazão

o Sensibilidade de reaçãoo Campo de pressão para um

funcionamento eficaz (valor mínimo e valo máximo)

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o Tempo de reação (característica de regulação em caso de variação da pressão)

Os componentes são:1 – Mola2 – Membrana ou diafragma3 – Sede da válvula que regula a vazão4 - Entrada5 - Saída6 – Sede da válvula de alívio (no caso de reguladora provida de escape)

Simbologia gráfica:

Emprego:o Alimentação centralizada em

instalações pneumáticas

o Conjunto para o tratamento do ar a montante da instalação

o Regulagens das forças desenvolvidas pelos cilindros

o Regulagem do torque em motores pneumáticos

o Em todas as aplicações que requerem uma pressão constante para desenvolver um trabalho seguro e confiável

Advertência:O regulador permite a passagem do ar regulado apenas em um sentido, portanto é necessário verificar corretamente a posição de montagem

Uma melhora no comportamento da regulação na presença de fortes oscilações da pressão se consegue:

o Colocando um volume estabilizador adicional

o Conectando vários reguladores em série

6.6.2 – Válvula de Seqüência

Esta válvula tem a função de emitir um sinal de comando quando uma determinada pressão for alcançada. O sinal de saída pode ser pneumático ou

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elétrico. A pressão de referência é quase sempre ajustável.

Características e critérios de escolha:o Campo (faixa) de pressão de

ajusteo Repetibilidadeo Precisão de ajusteo Histerese (diferença entre a

pressão de comutação e a pressão de desligamento)

o Vazão nominalo Compatibilidade do comando

com diversos fluidoso Princípio de funcionamento da

válvula

Emprego:o Tomada de pressão da tubulação

do cilindro para o controle da força do mesmo

o Controle de pressões nas diversas faixas e acionamento de comutações

o Sinal de comando para a parada de cilindros em função da pressão de entrada

o Acionamento de dispositivos de segurança quando da superação de pressões previamente ajustadas.

6.6.3 – Válvula Limitadora de Pressão

Essas válvulas são utilizadas principalmente como válvulas de segurança e alívio contra sobrepressão.No momento em que a pressão pré-estabelecida for superada, abre-se uma passagem no interior das válvula e o ar comprimido é exaurido para a atmosfera. Existem válvulas que possuem um comando manual e é comum possuírem um lacre para evitar manuseio por pessoas estranhas.

Características e empregos são os mesmos da válvula de seqüência.

6.7 – Exercício

Por intermédio de um pulsador T1 deve-se comandar um cilindro de dupla ação com uma pressão reduzida. Na posição final do cilindro, através de outra válvula de botão T2, deve-se inserir a pressão total do sistema.

Alcançada a pressão ajustada, o cilindro deve retornar automaticamente. Na posição final de retorno, o cilindro deve acionar uma válvula de rolete S1 que terá a função de reintroduzir a pressão reduzida no sistema.

A solução do problema se baseia na utilização de uma válvula redutora de pressão E e uma válvula de seqüência F.

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7 – APARELHOS E VÁLVULAS ESPECIAIS

7.1 – Temporizadores PneumáticosNa pneumática, a temporização serve para criar um retardo no envio ou na interrupção de um sinal de comando.A temporização pode ser feita das seguintes maneiras:

o Retardo na formação de pressão de pilotagem obtido através da pressurização de um reservatório e de um estrangulador

o Descompressão através de fole e estrangulador

o Mecanismos com contactos de comutação pneumática

Retardo na comutação com saída positiva:

61


Retardo na comutação com saída negativa:

Símbolos gráficos

Ao realizar um projeto, pode-se utilizarSímbolos simplificados em vez de símbolos detalhados como nas figuras acima. Assim, temos as simbologias simplificadas:

7.2 – Exemplos construtivos

7.2.1 – Com retardo na emissão do sinal

62


A aplicação do sinal em X provoca, após um tempo de retardo, o aparecimento de um sinal de saída em A. A temporização é obtida através de um progressivo aumento de pressão no pequeno reservatório provocado pela entrada do sinal X que por sua vez passa através de um estrangulamento. Após um tempo t a pressão é suficiente para comandar o êmbolo da válvula de 3/2 vias, normalmente fechada, interligando as conexões P com A.

7.2.2 – Retardo na interrupção do sinal

A aplicação do sinal X provoca, após um tempo de retardo o cancelamento do sinal de saída na conexão A. A temporização é obtida através de um progressivo aumento de pressão no pequeno reservatório provocado pela entrada do sinal X que por sua vez passa através de um estrangulador variável. Após um tempo t, a pressão de pilotagem é suficiente para comandar o êmbolo da válvula de 3/2 vias, normalmente aberta, interrompendo a passagem do ar de P para A.

7.2.3 – Com retardo na emissão do sinal

O elemento de comutação é composto por uma válvula de 3/2 vias normalmente fechada. O princípio de funcionamento é igual ao item 01. Neste caso a temporização é obtida através da dilatação do fole.

7.3 – Exercício7.3.1 – Acionando o botão liga, um cilindro de dupla ação deve avançar. Ao chegar no seu fim de curso, deve

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permanecer parado por um tempo regulável e retornar automaticamente à posição inicial.

7.3.2 – O avanço de um cilindro de dupla ação se dá por intermédio de uma válvula de botão. O cilindro deve avançar até o fim de curso e retornar automaticamente mesmo que o botão continue sendo acionado. Uma nova partida só deve ser possível soltando-se o botão e acionando-o novamente.

7.4 – Sensores Pneumáticos

Utilizados para detecção sem contacto de posição, de estado ou mesmo para

escopo de medida. São elementos pneumáticos dinâmicos.

Esses elementos detectam as condições de pressão no fluxo de ar. Em base ao tipo de funcionamento se distinguem:

o Pelo princípio de reflexãoo Pelo princípio de barreira de ar

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Execução prática

Simbologia gráfica


o Pelo princípio pressostático

7.5 – Sensor de Reflexão

São elementos fluídicos que aproveitam o fenômeno da interação entre um anular e sua reflexão em uma espécie de escudo que resulta num desvio parcial do fluxo em direção ao canal existente no centro do bocal. São utilizados como emissores de sinais sem contacto e também como escopo de medição.Fatores que determinam o sinal de saída:

o A pressão de alimentaçãoo A forma construtiva do sensor.

7.6 – Barreira de Ar

As barreiras de ar são elementos fluídicos capazes de detectar a presença de objetos entre os dois bocais.

As barreiras são compostas de:o Bico emissor - passivoo Bico receptor – ativo

Campo de aplicação:Para emissão de sinais sem contacto em casos de distâncias reduzidas de detecção. A desvantagem do princípio por barreira de ar é de ser esta muito sensível a interferências externas, mas a grande vantagem reside na simplicidade construtiva.

7.6.1 – Barreira de ar em duas partes

Utilizados para detectar sinais a uma distância de até 80mm e em casos especiais até distâncias maiores, porém com anteparos e bico receptor alimentado

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Reflexão

Barreira de ar

Pressostático

Barreira de ar simples

Barreira de ar com bico receptor alimentado

Barreira de ar tipo garfo


7.6.2 - Barreira de ar monobloco

Neste caso, o bico emissor e o bico receptor ficam alojados no mesmo corpo. Este tipo também pode ter o bico receptor alimentado.

Devido as suas dimensões reduzidas, esses modelos são menos sensíveis às influências externas.

Usos práticos:o Detecção de peças finaso Detecção de códigos de

informaçãoo Leitura de aparelhos de medida

As barreiras tipo monobloco podem ser do tipo garfo e tipo garfo com receptor alimentado.

Comportamento na comutação da barreira de arPara que se possa ter uma eficácia no comportamento e para limitar o consumo de ar, é recomendável alimentar estes sensores com uma pressão de 0,1 a 0,5 bar. O sinal de saída passa a ser aproveitado a partir

de 0,5 mbar, ou seja, faz-se necessário o uso de amplificador. Neste caso, o

sinal de saída é positivo na ausência de objetos a detectar.

7.7 - Símbolos Gráficos

Devido à ausência de normalização as representações esquemáticas são diferentes de fabricante para fabricante.

A seguir, segue algumas representações existentes:

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Barreira de ar tipo garfo com bico receptor alimentado

Barreira de ar simples

Barreira de ar com bico receptor alimentado

Barreira de ar tipo garfo

Barreira de ar tipo garfo com bico receptor alimentado


Esquema de ligaçãoComo a pressão de alimentação é muito baixa, a emissão do sinal apresenta um valor muito baixo. Por este motivo é necessário uma redução na pressão de alimentação e uma amplificação no sinal de saída. O amplificador deve ser normalmente aberto uma vez que o sinal do sensor é positivo em repouso.A seguir um exemplo de esquema de ligação. O sinal em A é positivo se entre os bicos não existir nenhum obstáculo.

7.8 – Sensores e Interruptores Pressostáticos

Baseiam-se no acúmulo da pressão. A característica principal destes sensores é sua simplicidade construtiva e pequenas dimensões. O ar de alimentação após um estrangulamento se bifurca se deslocando uma parte para o bico de saída e para o canal do sinal que varia de pressão em relação à distância do objeto detectado. Caso o objeto obstrua completamente a saída, a pressão do sinal é igual à pressão de alimentação. São sensores que podem ser alimentados com a pressão normal do sistema não necessitando com isso de amplificação do sinal.

7.8.1 – Bicos pressostáticos.

Pelo fluxo de ar que sai livremente do bico, cria-se uma pressão negativa no canal de comando. A cobertura parcial do orifício de saída gera um incremento de pressão no canal de comando que pode chegar à pressão de alimentação caso a obstrução seja total.

Símbolo gráfico

7.8.2 – Interruptores pressostáticosDiferente do bico o canal do sinal no interruptor pressostático está incorporado numa válvula de 3/2 vias.

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Bico pressostático

Amplificador monoestágio


Isto permite realizar a detecção interligando, através do tubo plástico, o canal de saída do bico com o canal de entrada do interruptor. O comprimento da tubulação pode influir no tempo de resposta.

Símbolo gráfico

7.9 – Amplificadores Pneumáticos

A amplificação de pressão pneumática baseia-se no aproveitamento das relações de superfícies para obter um valor alto de pressão de saída p em relação baixo sinal de entrada p . Define-se como fator de amplificação (adicional) V a relação entre pressão de entrada e a pressão de saída.

7.9.1 – Amplificador de pressão monoestágio.

Simbologia gráfica

7.9.2 – Amplificador de pressão de duplo estágio

7.10 – Conversores pneumáticos-elétricos

Também conhecido com P/E ou Pressostático tem a função de transformar um sinal de entrada pneumática em um sinal de saída elétrico.

São aplicados em todos os sistemas geradores de energia pneumática tendo como principais objetivos reduzir o consumo de energia elétrica, reduzir o

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Interruptor pressostático

Amplificador de duplo estágio

Simbologia gráfica


desgaste das peças e proporcionar segurança na sua utilização.

7.10.1 – Conversores de calibragem fixa

Apresentam uma pressão de comutação fixa e normalmente pré-estabelecida entre 1 e 3 bar.

7.10.2 – Conversor com calibragem variável

8 – ELEMENTOS DE CONEXÃO

As interligações entre os componentes e os comandos são realizadas através de tubulações, mangueiras e conexões.

Esses elementos geram uma resistência à passagem do ar comprimido produzindo uma queda de pressão que pode influir negativamente no bom funcionamento da instalação.

Com uma escolha acertada e correta de todos os componentes, esses inconvenientes podem ser reduzidos a limites toleráveis.

Algumas considerações sobre uma perfeita adaptação dos elementos:

o Resistência ao fluxo – perda de carga

o Estabilidade contra influências externas

o Compatibilidade com os tipos de aplicação

o Espaço ocupadoo Custos de montagemo Características técnicaso Facilidade de montagem e

desmontagemo Ausência de estrangulamento

As considerações acima descritas são relativas a:

o Tubulações e mangueiraso Conexõeso Juntaso Derivaçõeso Distribuidoreso Conexões de passagem

8.1 – Conexões e Juntas

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Conversor com calibragem fixa

Símbolos gráficos

Conversor de calibragem variável

Simbologia gráfica


Na pneumática as roscas das conexões são indicadas de acordo com a rosca gás para tubo, em polegadas. Uma vez que esta indicação corresponde ao diâmetro interno do tubo, é necessário recorrer a tabelas para encontrar as medidas das roscas.Exemplo de tabela:

Denominação da rosca

Diam. Externo

(mm)

Diam. Interno (mm)

Dia. Interno

do tubo

G 1/8G 1/4G 3/8G 1/2G3/4

9,7313,1616,6620,9626,44

8,5711,4514,9518,6324,12

3,186,359,5312,7

19,05

Comparação entre o sistema métrico e gás:

Em polegadas Métrica-

G 1/8G 1/4G 1/2G 3/4

M 5M 10 x 1

M 14 x 1,5M 22 x 1,5M 26 x 1,5

Critérios para avaliação e escolha das conexões e juntas:

o Perda de carga

Secção nominal de passagem livre

Vazão – conexão direta ou curva

o Dados técnicos Faixa de pressão admitida Facilidade de montagem e

desmontagem Tipo de tubulação utilizada Vedação e estanqueidade

o Interligação Número de peças Tempo para a realização da

montagem Tempo para a desmontagem

o Montagem Volume ocupado pelas

conexões Volume ocupado pela

montagem Ferramentas Tempo e despesas Cuidados com a qualidade

o Resistência Solicitações mecânicas Calor Umidade Ações químicas

8.2 – Tipos de Conexões

8.2.1 – Conexão com porca

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8.2.2 – Conexão tipo espigão

8.2.3 – Conexão rápida

8.2.4 – Conexão de anel de pressão

8.3 - Tubulação

Medidas e tolerâncias de mangueiras plásticas para conexões de inserção rápida.

Dimensões da

mangueira(mm)

Tolerância no

diâmetro externo

Raio mínimo de curvatura

2 x 42,7 x 4

+ 0,05- 0,07

r = 8r = 15

4 x 65,5 x 87 x 10

+ 0,05- 0,10r = 25

r = 20r = 25r = 30

8 x 10 + 0,05- 0,10

r = 75

Como são utilizados diversos tipos de materiais para tubulação, temos:

o Conexões rígidas Aço preto ou zincado Material plástico Aço inoxidável Cobre

o Conexões flexíveis Borracha com ou sem trama de tecido Material plástico (PVC)

Critérios para escolha e emprego

o Dados técnicos1 – campo de pressão admitido2 – Perda de carga e Δp admitido3 - Rugosidade4 – Medidas e tolerâncias

o Resistência1 – Calor2 - Umidade3 – Solicitações mecânicas4 – Ações químicas5 - Envelhecimento

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E para finalizar é necessária uma observação criteriosa se a instalação será fixa, móvel, ao ar livre ou coberta.

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Documents

APOSTILA PNEUMÁTICA BÁSICA