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COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
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COMANDOS
HIDRÁULICOS
PNEUMÁTICOS
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COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
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PREFÁCIO
Aos meus (minhas) queridos (as) alunos (as).
O material a seguir é o resultado da compilação do conteúdo de vários livros, apostilas,
artigos, etc. e da experiência acumulada ao longo dos anos dentro da área de COMANDOS
HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS. De maneira alguma, este material busca esgotar todo o
conteúdo relacionado no programa da disciplina, nem tampouco é fonte única para o
desenvolvimento de atividades futuras, mesmo dentro da disciplina, mas antes, é uma forma de
orientar o estudo de tal disciplina fornecendo um ponto de partida para consultas e
direcionamentos. Este material dá suporte às aulas teóricas da disciplina COMANDOS
HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS do curso de Engenharia Mecânica, sendo desenvolvidas e
complementadas em sala de aula.
O conteúdo apresentado nas aulas expositivas deve ser enriquecido nas práticas de
laboratório, visitas técnicas e através da bibliografia e referências recomendadas.
O programa da disciplina acompanha o dinamismo das tecnologias, impondo revisões
periódicas para atualização deste material.
Espero que esta compilação oferecida a vocês possa abrir os horizontes dentro da área
de COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS em geral e ajude-os (as) no dia-a-dia
profissional de cada um (a).
Atenciosamente,
Prof.a. Mara Nilza Estanislau Reis
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
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ÍNDICE
1ª PARTE – PNEUMÁTICA 14 15 1 – Considerações Gerais 15 2 – Características do Ar Comprimido 15
2.1 – Vantagens 16 2.2 – Desvantagens 16
3 – Produção do Ar Comprimido 16 3.1 – Compressores 17 3.2 – Simbologia 17 3.3 – Tipos de Compresssores 17
3.3.1 – Compressor de Embolo 18 3.3.1.1 – Compressor de Embolo com Movimento Linear 18 3.3.1.2 – Compressores de Membrana 20
3.3.2 – Compressor Rotativo 20 3.3.2.1 – Compressor Rotativo Multicelular 20 3.3.2.2 – Compressor Rotativo de Duplo Parafuso (2 Eixos) 21 3.3.2.3 – Compressor Roots 22
3.3.3 – Turbo Compressores 22 3.4 – Diagrama de Volume e Pressão Fornecida 22 3.5 – Refrigeração 23 3.6 – Lugar de Montagem 24 3.7 – Regulagem da Capacidade 24
3.7.1 – Readmissão do Ar By-Pass 25 3.7.2 – Partida e Parada Automática do Motor Elétrico 25 3.7.3 – Alívio nas Válvulas de Adminissão 26
3.8 – Manutenção 27 4 – Resfriamento 27
4.1 Resfriamento do Ar 27 4.1.1 – Intercooler 28 4.1.2 – Aftercooler 28
5 – Armazenamento e Distribuição do Ar Comprimido 29 5.1 – Reservatório de Ar Comprimido 29
5.1.1 – Localização 30 5.2 – Rede de Distribuição de Ar Comprimido 31
5.2.1 – Vazamentos 33 5.2.2 – Material da Tubulação 34
5.2.2.1 – Tubulações Principais 34 5.2.2.2 – Tubulações Secundárias 35
5.2.3 – Conexões para Tubulações 35 5.2.3.1 – Conexões para Tubos Metálicos 35
6 – Preparação do Ar Comprimido 36 6.1 – Impurezas 36
6.1.1 – Secagem por Absorção 37 6.1.2 – Secagem por Adsorção 38
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6.1.3 – Secagem por Resfriamento 39 6.1.4 – Filtro de Ar Comprimido 40
6.1.4.1 – Funcionamento do Dreno Automático 42 6.1.5 – Regulador de Pressão com Orifício de Escape 43 6.1.6 – Regulador de Pressão sem Orifício de Escape 44 6.1.7 – Lubrificador 45
6.1.7.1 – Funcionamento do Lubrificador 45 6.1.8 – Unidades de Conservação 46
6.2 – Manutenção 47 7 – Elementos Pneumáticos de Trabalho 48
7.1 – Elementos Pneumáticos de Movimento Retilíneo 48 7.1.1 – Cilindros de Simples Ação 48 7.1.2 – Cilindro de Dupla Ação 50
7.1.2.1 – Cilindro de Dupla Ação com Haste Passante 50 7.1.2.2 – Cilindro Tandem 51 7.1.2.3 – Cilindro de Dupla Ação com Amortecimento 51 7.1.2.4 – Cilindro Rotativo com Amortecimento 52 7.1.2.5 – Cilindro de Múltiplas Posições 53 7.1.2.6 – Cilindro de Membrana 54
7.1.3 – Tipos de Fixação 54 7.1.4 – Vedações 56
7.2 – Elementos Pneumáticos com Movimento Giratório 57 7.2.1 – Motores de Pistão 57 7.2.2 – Motor de Palhetas 58 7.2.3 – Motores de Engrenagem 59 7.2.4 – Turbo Motores 59 7.2.5 – Características dos Motores Pneumáticos 60
8 – Válvulas 60 8.1 – Válvulas Direcionais 61
8.1.1 – Simbologia das Válvulas 61 8.1.2 – Tipos de Acionamentos de Válvulas 64 8.1.3 – Funcionamento 67 8.1.4 – Características de Construção das Válvulas Direcionais 68
8.1.4.1 – Válvulas de Sede ou de Assento 68 8.1.4.1.1 – Válvula de Sede Esférica 68 8.1.4.1.2 – Válvula de Sede de Prato 69
8.1.4.2 – Válvulas Corrediças 76 8.1.4.2.1 – Válvula Corrediça Longitudinal 77
8.1.4.2.2 – Válvula Corrediça Giratória 80 8.2 – Válvulas de Bloqueio 82
8.2.1 – Válvula de Retenção 82 8.2.2 – Válvula Alternadora ou de Isolamento (Elemento “ou”) 83 8.2.3 – Válvula de Escape Rápido 84 8.2.4 – Expulsor Pneumático 84 8.2.5 – Válvula de Simultaneidade 85
8.3 – Válvula de Fluxo 86 8.3.1 – Válvula Reguladora de Fluxo Unidirecional 86
8.4 – Válvulas de Pressão 88
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8.4.1 – Válvula de Sequência 88 8.5 – Combinações Especiais 89
8.5.1 – Acionamento Pneumático com Comutação Retardada 89 8.5.1.1 – Temporizador (Normalmente Fechado) 89 8.5.1.2 – Temporizador (Normalmente Aberto) 90
9 – Simbologia 91 10 – Comandos Pneumáticos 104
10.1 – Introdução 104 10.2 – Classificação dos Grupos 104 10.3 – Cadeia de Comandos 105
11 – Circuitos Complexos 112 11.1 – Circuito para Desligamento de Sinais 122 11.2 – Métodos Sistemáticos de Esquemas 126 11.3 – Condições Marginais 142
EXERCÍCIOS 151 2ª PARTE – HIDRÁULICA 177 12.1 – Introdução à Hidráulica 178 12.2 – Sistema Óleo Hidráulico 179 12.3 – Exemplos de Aplicações 179
12.3.1 – Hidráulica Industrial 180 12.3.2 – Hidráulica em Construções Fluviais, Lacustres e Marítimos 180 12.3.3 – Hidráulica em Aplicações Técnicas Especiais I 180 12.3.4 – Hidráulica em Aplicações Técnicas Especiais II 180 12.3.5 – Hidráulica na Indústria Naval 180
12.4 – Classificação 180 12.4.1 – Quanto à Pressão 180 12.4.2 – Quanto à Aplicação 180 12.4.3 – Quanto ao Tipo de Bomba 180 12.4.4 – Quanto ao Controle de Direção 181
12.5 – Esquema Geral de um Sistema Hidráulico 181 12.6 – Transmissão de Energia Hidráulica 181 12.7 – Vantagens e Desvantagens do Sistema Hidráulico 182
12.7.1 – Vantagens do Sistema Hidráulico 182 12.7.2 – Desvantagens do Sistema Hidráulico 183
12.8 – Um Pouco de História 183 12.8.1 – A Lei de Pascal 184
12.9 – Definição de Pressão 186 12.10 – Pressão em uma Coluna de Fluido 186 12.11 – Princípio da Multiplicação de Pressão 187 12.12 – Conservação de Energia 187 12.13 – Como é Gerada a Pressão 189 12.14 – Fluxo em Paralelo 189 12.15 – Fluxo em Série 190 12.16 – Princípio de Fluxo 191
12.16.1 – Vazão de Velocidade 191 12.16.1.1 – Velocidade 191
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12.16.1.2 – Vazão 192 12.16.2 – Atrito e Escoamento 194 12.16.3 – Queda de Pressão através de uma Restrição (Orifício) 195 12.16.4 – Tipos de Escoamento 197
12.16.4.1 – Fluxo Laminar 197 12.16.4.2 – Fluxo Turbulento 197
12.17 – Princípio de Bernoulli 198 12.18 – Perda de Carga na Linha de Pressão de um Sist. Hidráulico 199
12.18.1 – Determinação do Fator “f” 200 12.18.2 – Determinação de Ls,L1 e L 201 12.18.3 – Determinação de “D” 201 12.18.4 – Determinação de v 202 12.18.5 – Determinação de γ 202 12.18.6 – Procedimento de Cálculo 202 12.18.7 – Perda Térmica 203 12.18.8 – Tabela de Perda de Carga 204
12.19 – Trabalho e Energia 205 12.19.1 – Potência Hidráulica 205
12.20 – Fluidos Hidráulicos 206 12.20.1 – Funções dos Fluidos Hidráulicos 206 12.20.2 – Propriedade dos Fluidos Hidráulicos 208
12.20.2.1 – Índice de Viscosidade 209 12.20.2.1.1 – Conversão de Viscosidades 209
12.20.2.2 – Ponto de Fluidez 209 12.20.2.3 – Capacidade de Lubrificação 209
12.20.2.4 – Resistência à Oxidação 211 12.20.2.4.1 – Prevenção da Ferrugem e Corrosão 211
12.20.2.5 – Demulsibilidade 212 12.20.2.6 – Uso de Aditivos 212
12.20.3 – Fluidos Resistentes ao Fogo 213 12.20.3.1 – Características 213 12.20.3.2 – Água Glicóis 214 12.20.3.3 – Emulsões de Água em Óleo 215 12.20.3.4 – Óleo em Água 216 12.20.3.5 – Outras Características 216
12.20.4 – Fluidos Sintéticos Resistentes ao Fogo 217 12.20.4.1 – Características 217
12.20.5 – Manutenção do Fluido 218 12.20.6 – Armazenagem e Manipulação 219 12.20.7 – Cuidados durante a Operação 219
12.21 – Tubulação e Vedação Hidráulica 219 12.21.1 – Tubulação 219 12.21.2 – Tubos Rígidos 220
12.21.2.1 – Vedações para Tubos Rígidos 220 12.21.2.2 – Conexões 221
12.21.3 – Tubulação semi-Rígida 222 12.21.3.1 – Especificação de Tubulação 222 12.21.3.2 – Conexões para Tubos Semi-Rígidos 223
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
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12.21.4 – Mangueira Flexível 224 12.21.4.1 – Conexões para Mangueiras 225
12.21.5 – Consideração de Pressão e Fluxo 225 12.21.6 – Considerações sobre o Material 227 12.21.7 – Recomendações de Instalação 227 12.21.8 – Retentores de Vazamento 230 12.21.9 – Materiais de Vedação 238 12.21.10 – Como Evitar Vazamentos 240
12.22 – Reservatórios 242 12.22.1 – Armazenamento de Óleo 243 12.22.2 – Construção do Reservatório 243 12.22.3 – Acessórios 244
12.22.3.1 – Respiro 244 12.22.3.2 – Chicana 244 12.22.3.3 – Local de Enximento 245 12.22.3.4 – Indicadores de Nível 245 12.22.3.5 – Magnetos 246
12.22.4 – Conexões e Montagens de Linha 246 12.22.5 – Dimensionamento de um Reservatório 246 12.22.6 – Regra da Altura do Filtro de Sucção 247 12.22.7 – Resfriamento do Fluido 247 12.22.8 – Circulação Interna de Ar 248
12.23 – Filtros 249 12.23.1 – Filtros para Linhas de Sucção 250 12.23.2 – Filtros para Linhas de Pressão 252 12.23.3 – Filtros para Linhas de Retorno 253 12.23.4 – Materiais Filtrantes 255 12.23.5 – Os Tipos de Elementos Filtrantes 255 12.23.6 – Filtros de Fluxo Total 256 12.23.7 – Filtros Tipo Indicador 256
12.24 – A Pressão Atmosférica Alimenta a Bomba 257 12.25 – Bombas Hidráulicas 258
12.25.1 – Especificações de Bombas 259 12.25.1.1 – Pressão Nominal 259 12.25.1.2 – Deslocamento 260 12.25.1.3 – A Vazão (lpm) 260 12.25.1.4 – Rendimento Volumétrico 261
12.25.2 – Classificação e Descrição das Bombas 261 12.25.3 – Tipos de bombas 265
12.25.3.1 – Bombas Manuais 266 12.25.3.2 – Bombas de Engrenagens 267 12.25.3.3 – Bombas de Rotores Lobulares 268 12.25.3.4 – Bombas de Palhetas 269
12.25.3.4.1 – Bombas Tipo Não Balanceado 270 12.25.3.4.2 – Bombas Tipo Balanceado 270 12.25.3.4.3 – Bombas Duplas Redondas 271
12.25.3.4.4 – Bombas de Palhetas Tipo “Quadrado” 271 12.25.3.4.5 – Bombas de Palhetas de Alto Rendimento 273
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
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12.25.3.4.5.1 – Intrapalhetas 274 12.25.3.4.5.2 – Conj. Rotativo Pré-Montado “cartucho” 275 12.25.3.4.5.3 – Posições dos Pórticos 276 12.25.3.4.5.4 – Carac. de Op. de Bombas de Palhetas 276
12.25.3.5 – Bombas de Pistão Axial com Placa Inclinada 277 12.26 – Válvulas de Pressão 280
12.26.1 – Válvula de Segurança (Alívio de Pressão) 282 12.26.1.1 – Válvula de Alívio e Seg. de Op. Direta (Simples) 283 12.26.1.2 – Válvula de Alívio e Segurança Diferencial 285 12.26.1.3 – Válvula de Alívio e Seg. de Operação Indireta 286 12.26.1.4 – Válvula de Segurança Pré-Operada 287 12.26.1.5 – Válvula Limtadora de Pressão Pré-Operada com
Descarga Por Solenóide 291
12.26.2 – Válvula de Descarga 292 12.26.3 – Válvula de Sequência 292
12.26.3.1 – Válvula e Sequência de Pressão Pré-Operada 293 12.26.4 – Válvula de Contrabalanço 294 12.26.5 – Válvula Redutoras de Pressão 294
12.26.5.1 – Válvula Redutoras de Pressão de Ação Direta 295 12.26.5.2 – Válvula Redutoras de Pressão Pré-Operadas 296 12.27 – Válvulas Direcionais 297
12.27.1 – Válvulas Centradas por Molas, com Molas Fora de Centro e Sem Mola
297
12.27.1.1 – Tipos de Centros Dos Carretéis 298 12.27.2 – Válvulas de Desaceleração 300
12.28 – Válvulas de Bloqueio 301 12.28.1 – Válvulas de Retenção 301
12.28.1.1 – Válvulas de Retenção em Linha 302 12.28.1.2 – Válvulas de Retenção em Ângulo Reto 303 12.28.1.3 – Válvulas de Retenção com Desbloqueio Hidráulico 304
12.28.2 – Válvula de Sucção ou de Pré-Enximento 310 12.29 – Controle de Vazão 312
12.29.1 – Os Métodos de Controlar o Fluxo 312 12.29.2 – Válvulas de Controle de Vazão 314 12.29.3 – Válvula Contr. de Vazão com Compensação de Temp. 316
12.30 – Pressão Induzida em um Cilindro 317 12.31 – Vazão Induzida em um Cilindro 318 12.32 – Sistema Regenerativo 319 12.33 – Cálculos 320 SIMBOLOGIA 323 EXERCÍCIOS 336 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 368
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
8
Figuras e Tabelas
Pneumática
Figuras
Figura 1 - Equipamentos e acessórios ideais na geração de ar comprimido 17 Figura 2 - Tipos de compressores 18 Figura 3 – Compressor de êmbolo de 1 estágio 19 Figura 4 – Compressor de dois estágios com refrigeração intermediária 19 Figura 5 – Compressor de membrana 20 Figura 6 – Compressor rotativo multicelular 21 Figura 7 – Compressor duplo parafuso 21 Figura 8 – Compressor Roots 21 Figura 9 – Compressor axial 22 Figura 10 – Compressor radial 22 Figura 11 – Diagrama de Volume e Pressão fornecido 23 Figura 12 – Aletas de refrigeração 24 Figura 13 – Readmissão do ar ou by-pass 25 Figura 14 – Partida e parada automática do motor elétrico 26 Figura 15 – Alívio nas válvulas de admissão 26 Figura 16 - Intercooler 28 Figura 17 - Aftercooler 29 Figura 18 – Reservatório de ar comprimido 30 Figura 19 – Rede de distribuição de circuito aberto 31 Figura 20 – Tubulação com circuito fechado 32 Figura 21 – Rede combinada 32 Figura 22 – Tomada de ar 33 Figura 23 - Conexão com anel de corte permite várias montagens e desmontagens
35
Figura 24 - Conexão com anel de pressão para tubos de aço e cobre com anel interno especial serve também para tubos plásticos
36
Figura 25 - Conexão com reborbo prensado 36 Figura 26 - Conexão com reborbo flangeado 36 Figura 27 – Secagem por absorção 38 Figura 28 – Secagem por adsorção 39 Figura 29 – Secagem por resfriamento 40 Figura 30 – Filtro 41 Figura 31 – Dreno automático 42 Figura 32 – Regulador de pressão com orifício de escape 43 Figura 33 – Regulador de pressão sem orifício de escape 44 Figura 34 – Princípio de Venturi 45 Figura 35 – Lubrificador 46 Figura 36 – Conjunto lubrefil 47 Figura 37 – Conjunto lubrefil (detalhado/simplificado) 47 Figura 38 – Cilindro de simples ação 49 Figura 39 – Cilindro de simples ação 49
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
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Figura 40 – Cilindro de dupla ação 50 Figura 41 – Cilindro de dupla ação com haste passante 51 Figura 42 – Cilindro Tandem 51 Figura 43 - Cilindro de dupla ação com amortecimento nos fins de curso 52 Figura 44 - Cilindro rotativo com amortecimento nos fins de curso 53 Figura 45 – Cilindro de múltiplas posições 53 Figura 46 – Cilindro de membrana 54 Figura 47 – Tipos de fixação 55 Figura 48 – Tipos de vedações para êmbolos 57 Figura 49 – Motor radial e motor axial 58 Figura 50 – Motor de palhetas - sentido de rotação 59 Figura 51– “Esqueleto” de uma válvula direcional 67 Figura 52 – Válvulas direcionais – de sede esférica 69 Figura 53 - Válvulas direcionais (NA) – de sede de prato 69 Figura 54 - Válvulas direcionais (NF) – de sede de prato 70 Figura 55 – Válvula direcional de 3 vias por 2 posições (normal aberta) 70 Figura 56 - Válvula direcional de 3 vias (3/2) (sede de prato) acionada pneumaticamente
71
Figura 57 – Válvula direcional de 3 vias por 2 posições (acionamento pneumático)
71
Figura 58 - Válvula direcional de 3 vias por 2 posições com princípio de assento de prato
72
Figura 59 - Válvula direcional de 5 vias por 2 posições (Princípio de assento). 73 Figura 60 - Válvula direcional de 3 vias com 2 posições (acionamento eletromagnético)
73
Figura 61 – Válvula direcional de 4 vias por 2 posições (solenóide e servocomando)
74
Figura 62 – Válvula direcional de 3 vias por duas posições, com acionamento por rolete, servocomandada (normal fechada)
75
Figura 63 – Válvulas direcionais de 3 vias por duas posições, com acionamento por rolete, servocomandada (normal aberta)
76
Figura 64 – Válvula direcional de 4 vias por 2 posições (servopilotada) 76 Figura 65 – Válvula direcional de 5 vias por 2 posições (princípio de corrediça longitudinal)
77
Figura 66 – Tipos de vedação entre êmbolo e corpo da válvula 78 Figura 67 – Válvula corrediça longitudinal manual. Válvula direcional de 3 vias por duas posições
79
Figura 68 – Válvula direcional corrediça plana longitudinal de 4/2 vias comando por alívio bi-lateral de pressão
80
Figura 69 - Esquema de comando por impulso negativo 80 Figura 70 – Válvulas corrediça giratória 81 Figura 71 – Válvula de retenção 83 Figura 72 – Válvula alternadora 83 Figura 73 – Válvula de escape rápido 84 Figura 74 – Expulsor pneumático 85 Figura 75 – Válvula de simultaneidade 86 Figura 76 – Válvula reguladora de fluxo unidirecional 87 Figura 77 – Válvula reguladora de fluxo unidirecional com acionamento 87
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
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mecânico regulável (com rolete) Figura 78 – Válvula de seqüência 88 Figura 79 - Temporizador (normalmente fechado) 89 Figura 80 - Temporizador (normalmente aberto) 90 Figura 81 – Disposição segundo o esquema da cadeia de comando 106 Figura 82 – Esquema pneumático 108 Figura 83 – Representação de um elemento de sinal 110 Figura 84 – Rolete escamoteável 122 Figura 85 –Circuito temporizado 125 Figura 86 – Circuito para desligamento de sinais 125 Figura 87 - Válvulas de inversão (memória) 126 Figura 88 – “Caixa preta” 126
Tabelas
Tabela1 27 Tabela 2 – Vazamentos e perda de potência em furos 34 2. Forma de tabela 113
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
11
Hidráulica
Figuras
Figura 1 - A pressão (força por unidade área) é transmitida em todos os sentidos de um líquido confinado
184
Figura 2 - A alavanca hidráulica 185 Figura 3 - Pressão hidrostática 186 Figura 4 - Multiplicador de pressão 197 Figura 2.1 – A energia não pode ser criada nem destruída 188 Figura 5 - Pressão causada por uma restrição e limitada por uma válvula controladora de pressão
189
Figura 6 - Fluxo em paralelo 190 Figura 7 - Fluxo em série 191 Figura 8 - Leis da vazão 193 Figura 9 - Vazão e velocidade 194 Figura 10 - Atrito e queda de pressão 194 Figura 11 - Queda de pressão e fluxo de óleo através de uma restrição 196 Figura 12 - Fluxo laminar 197 Figura 13 - Fluxo turbulento 198 Figura 14 - A altura das colunas de fluido representa as pressões em cada posição
199
Figura 15 – Propriedades de lubrificação dos óleos 210 Figura 16 - Vedações para canos 221 Figura 17 - Tipos de conexões 221 Figura 18 - Conexões flangeadas para tubos rígidos de grande diâmetro 222 Figura 19 - Conexões e adaptadores rosqueados usados com tubos semi-rígidos
223
Figura 20 - Construção das mangueiras (tubos flexíveis) 225 Figura 21 – Retentores 232 Figura 22 – Anel de secção redonda 233 Figura 23 - Anel de encosto 234 Figura 24 - Retentores de secção retangular (cortados em torno) 234 Figura 25 - Anel tipo "T" 235 Figura 26 - Retentor labial 235 Figura 27 - Retentor tipo copo 236 Figura 28 - Anéis de pistão 236 Figura 29 - Gaxetas de compressão 237 Figura 30 - Retentor de face 238 Figura 31 - Partes de reservatório 244 Figura 32 - Chicana vertical 245 Figura 33 - Bujões magnéticos 250 Figura 34 - Filtro de sucção 251 Figura 35 – O filtro de sucção (entrada) protege a bomba 252 Figura 36 - Filtro de pressão 253 Figura 37 - O filtro para linha de pressão é instalado na saída das bombas 253
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
12
Figura 38 - Filtro de retorno 254 Figura 39 - O filtro de retorno é instalado no retorno para o reservatório 254 Figura 40 - Elemento filtrante (tipo de superfície) 255 Figura 41 - Filtro de fluxo total 256 Figura 42 - Filtro tipo indicador 257 Figura 43 - Bombas centrífugas 258 Figura 44 - Bomba de êmbolo de simples efeito 263 Figura 45 - Bomba de êmbolo de simples efeito 263 Figura 46 - Bomba alternativa de pistão de simples efeito 264 Figura 47 - Bomba alternativa de pistão de duplo efeito 264 Figura 48 - Bombas rotativas 265 Figura 49 - Bomba manual de dupla ação 266 Figura 50 - Bomba de engrenagens externas 267 Figura 51 - Bombas de engrenagens internas 267 Figura 52 - Bomba de rotores lobulares 268 Figura 53 - Funcionamento de uma bomba de palhetas não balanceadas 269 Figura 54 - Deslocamento de uma bomba de palhetas 269 Figura 55 - Bomba de palhetas de deslocamento variável compensado por pressão
270
Figura 56 - Princípio de balanceamento em uma bomba de palhetas 271 Figura 57 - Bomba dupla redonda 271 Figura 58 - Bomba de palheta tipo "quadrado" 272 Figura 59 - Princípio de funcionamento 272 Figura 60 - Bomba dupla "quadrada" 273 Figura 61 - Bomba de palhetas de alta eficiência 274 Figura 62 - Construção de bomba dupla de alto rendimento 274 Figura 63 - Princípio de funcionamento 275 Figura 64 - Conjunto rotativo pré-montado 276 Figura 65 e 66 - Bomba de pistões em linha 277 Figura 67 - Princípio de funcionamento 278 Figura 68 - Variação do deslocamento da bomba de pistões em linha 279 Figura 69 - Funcionamento do compensador 280 Figura 70 – Símbolo e válvula de segurança 283 Figura 71 - Válvula de segurança composta 285 Figura 72 – Operação de válvula de segurança de pistão balanceado 287 Figura 73 - "Ventagem" de uma válvula de segurança 289 Figura 74 - Válvula de segurança simples acoplada ao pórtico de ventagem 289 Figura 75 - Válvula limitadora de pressão tipo DB, pré-operada 290 Figura 76 - Válvula limitadora de pressão pré-operada com descarga por solenóide
291
Figura 77 - Válvula de seqüência de pressão pré-operada 293 Figura 78 - Válvula redutora de pressão 295 Figura 79 – Válvula redutora de pressão operada por piloto 296 Figura 80 -Válvula redutora de pressão com válvula de retenção integral 297 Figura 81 - Válvula com mola fora de centro 298 Figura 82 - Tipos de centros dos carretéis 299 Figura 83 - Posição dos êmbolos 300 Figura 84 - Princípio de funcionamento e simbologia de uma válvula de 301
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
13
retenção Figura 85 - Válvula de retenção em linha 302 Figura 86 - Princípio de funcionamento de uma válvula de retenção em linha
302
Figura 87 - Válvula de retenção em ângulo reto 303 Figura 88 - Funcionamento de uma válvula de retenção em ângulo reto 303 Figura 89 - Placa retificadora com 4 válvulas de retenções e válvula reguladora
304
Figura 90 - Corte de uma placa retificadora tipo Z4S com indicação do sentido do fluxo
304
Figura 91 a) a esquerda: Válvula de retenção pilotada, com conexão por roscas
305
Figura 92 - Construção sem conexão para dreno 305 Figura 93 - Construção com conexão para drenos externos 308 Figura 94 - Válvula de retenção com desbloqueio hidráulico geminada 309 Figura 95 - Válvula de sucção 310 Figura 96 - Válvula de sucção em corte 311 Figura 97 - Controle de vazão na entrada (Meter-in) 312 Figura 98 - Controle de vazão na saída do atuador (Meter-Out) 313 Figura 99 - Controle de vazão em desvio (Bleed-off) 314 Figura 100 - Válvula controladora de vazão não compensada 315 Figura 101 - Válvula controladora de vazão compensada por pressão 315 Figura 102 - Válvula controladora de vazão com válvula de retenção incorporada
316
Figura 103 - Funcionamento de uma válvula controladora de vazão compensada por pressão e temperatura
317
Tabelas
Tabela de perda de carga 204 Tabela 1- Compatibilidade entre os tipos de materiais e os fluidos hidráulicos
218
Tabela 2 - Tabela para selecionar diâmetro interno dos tubos 226 Tabela 3 - Dimensionamento de tubos 227 Tabela 4 – Tabela Típica de Especificações 260
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
14
PNEUMÁTICA (1a PARTE)
Professora: Mara Nilza Estanislau Reis
Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais IPUC - Departamento de Engenharia Mecânica
Comandos Hidráulicos e Pneumáticos
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
15
1 - CONSIDERAÇÕES GERAIS
A maioria das indústrias possui instalações de ar comprimido, dependendo da aplicação,
consumirão grandes quantidades de ar ou este será apenas um elemento secundário no processo.
O ar comprimido é relativamente caro e, portanto, é conveniente assegurarmos que o sistema
trabalhe com ótimo rendimento, evitando perdas na instalação.
O usuário geralmente desconhece o aspecto econômico e por tratar-se de “ar”, um fluido
econômico e não perigoso, não se dá a devida importância às pequenas perdas.
Contrariamente ao vapor, o ar comprimido não condensa nas tubulações, portanto, não existem
perdas fixas, o que torna relativamente fácil detectar sua existência.
Durante as paradas da fábrica o consumo deve ser nulo. Se este não for, indicará uma perda.
Evitar as perdas não é o único ponto a levar-se em conta. Em qualquer parte de uma instalação
de ar comprimido pode-se melhorar o rendimento.
• Conceito: É a tecnologia que estuda os movimentos e fenômenos dos gases.
• Etimologia: Do antigo grego provém o termo Pneuma, que expressa vento, fôlego.
2 - CARACTERÍSTICAS DO AR COMPRIMIDO
2.1 – Vantagens
• Volume - O ar a ser comprimido encontra-se em quantidades ilimitadas praticamente
em todos os lugares;
• Transporte - Facilmente transportável por tubulações;
• Armazenagem - O ar pode ser sempre armazenado ou transportado em reservatórios;
• Temperatura - Garantia de funcionamento seguro, apesar das oscilações de
temperatura;
PNEUMÁTICA
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
16
• Segurança - Não existe o perigo de explosão ou de incêndio;
• Limpeza - O ar comprimido é limpo, não polui o ambiente;
• Construção - Os elementos de trabalho são de construção simples;
• Velocidade - O ar comprimido permite alcançar altas velocidades de trabalho;
• Regulagem - As velocidades e forças dos elementos a ar comprimido são reguláveis
sem escala;
• Segurança contra sobrecarga - Os elementos e ferramentas a ar comprimido são
carregáveis até a parada final e, portanto, seguros contra sobrecarga.
2.2 - Desvantagens
• Preparação - O ar comprimido requer uma boa preparação. Impureza e umidade devem
ser evitadas, pois provocam desgastes;
• Compressibilidade - Não é possível manter uniformes e constantes as velocidades dos
pistões mediante o ar comprimido;
• Escape de ar - O escape de ar é ruidoso;
• Custos - O ar comprimido é uma fonte de energia muito custosa. O custo de ar
comprimido torna-se mais elevado se na rede de distribuição e nos equipamentos
houver vazamentos consideráveis.
3 - PRODUÇÃO DO AR COMPRIMIDO
3.1 – Compressores
Para a produção de ar comprimido são necessários compressores, os quais comprimem o ar
para a pressão de trabalho desejada. Na maioria dos acionamentos e comandos pneumáticos se
encontra, geralmente, uma estação central de distribuição de ar comprimido. Não é necessário
calcular e planejar a transformação e transmissão da energia para cada consumidor individual.
A instalação de compressão fornece o ar comprimido para os devidos lugares através de uma
rede tubular.
Instalações móveis de produção são usadas, principalmente, na indústria de mineração, ou para
máquinas que freqüentemente mudam de local.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
17
Já ao projetar, devem ser consideradas a ampliação e aquisição de outros novos aparelhos
pneumáticos. Por isso é necessário sobredimensionar a instalação para que mais tarde não se
venha constatar que ela está sobrecarregada. Uma ampliação posterior da instalação se torna
geralmente muito cara.
A geração ideal de ar comprimido, equipamentos e acessórios, é demonstrada abaixo:
Compressor
Separador de Umidade
Sistema de Controle de Temperatura
Pulmão
Aftercooler
Sistema de Drenagem
Figura 1 - Equipamentos e acessórios ideais na geração de ar comprimido.
Muito importante é o grau de pureza do ar. Um ar limpo garante uma longa vida útil de
instalação. O emprego correto dos diversos tipos de compressores também deve ser
considerado.
3.2 Simbologia
3.3 - Tipos de Compressores
Sempre, conforme as necessidades fabris, em relação à pressão de trabalho e ao volume, são
empregados compressores de diversos tipos de construção.
Serão diferenciados dois tipos básicos de compressores:
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
18
• O primeiro se trata de um tipo baseado no princípio de redução de volume. Aqui se
consegue a compressão, sugando o ar para um ambiente fechado, e diminuindo-se
posteriormente o tamanho deste ambiente. Este tipo de construção denomina-se compressor
de êmbolo ou pistão (compressores de êmbolo de movimento linear).
• O outro tipo de construção funciona segundo o princípio de fluxo. Sucção de ar de um lado
e compressão no outro por aceleração de massa (turbina).
Figura 2 - Tipos de compressores.
3.3.1 - Compressor de Êmbolo
3.3.1.1 Compressor de êmbolo com movimento linear
Este tipo de compressor é hoje o mais utilizado.
Ele é apropriado não só para a compressão a baixas e médias pressões, mas também para altas
pressões. O campo de pressão é de cerca de 100 kPa (1 bar) até milhares de kPa.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
19
Figura 3 – Compressor de êmbolo de 1 estágio. Figura 4 – Compressor de dois estágios
com refrigeração intermediária.
Para se obter ar a pressões elevadas, são necessários compressores de vários estágios de
compressão. O ar aspirado será comprimido pelo primeiro êmbolo (pistão), refrigerado
intermediariamente, para logo, ser comprimido pelo segundo êmbolo (pistão). O volume da
segunda câmara de compressão é, em relação ao primeiro, menor. Durante o trabalho de
compressão se forma uma quantidade de calor, que tem que ser eliminada pelo sistema de
refrigeração.
Os compressores de êmbolo podem ser refrigerados por ar ou água. Para pressões mais elevadas
são necessários mais estágios, como segue:
até 100 kPa (4 bar), 1 estágio
até 1500 kPa (15 bar), 2 estágios
acima de 1500 kPa (15 bar), 3 ou mais estágios.
Não é muito econômico, mas podem ser utilizados compressores:
de 1 estágio, até 1200 kPa (12 bar)
de 2 estágios, até 3000 kPa (30 bar)
de 3 estágios, até 22000 kPa (220 bar)
Para os volumes fornecidos, ver figura (diagrama).
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
20
3.3.1.2 Compressores de membrana
Este tipo pertence ao grupo dos compressores de êmbolo. Uma membrana separa o êmbolo da
câmara de trabalho; o ar não tem contato com as peças móveis. Portanto, o ar comprimido está
isento de resíduos de óleo.
Estes compressores são empregados com preferência nas indústrias alimentícias, farmacêuticas
e químicas.
Figura 5 – Compressor de membrana.
3.3.2 - Compressor Rotativo
Neste tipo, se estreitam (diminuem) os compartimentos, comprimindo então o ar contido em
seu interior.
3.3.2.1 Compressor rotativo multicelular
Em um compartimento cilíndrico, com aberturas de entrada e saída, gira um rotor alojado
excentricamente. O rotor tem, nos rasgos, palhetas que em conjunto com as pareces, formam
pequenos compartimentos (células). Quando em rotação, as palhetas serão, pela força
centrífuga, apertadas contra a parede. Devido à excentricidade de localização do rotor há uma
diminuição e aumento das células.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
21
As vantagens deste compressor estão em sua construção um tanto econômica em espaço, bem
como em seu funcionamento silencioso, contínuo e equilibrado, e no uniforme fornecimento de
ar, livre de qualquer pulsação.
Figura 6 – Compressor rotativo multicelular.
3.3.2.2 Compressor rotativo de duplo parafuso (dois eixos)
Dois parafusos helicoidais, os quais, pelos perfis côncavo e convexo comprimem o ar que é
conduzido axialmente. O volume fornecido está na figura que contém diagrama.
Figura 7 – Compressor duplo parafuso. Figura 8 – Compressor Roots.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
22
3.3.2.3 Compressor Roots
Nestes compressores o ar é transportado de um lado para outro, sem alteração de volume. A
compressão (vedação) efetua-se no lado da pressão pelos cantos dos êmbolos.
3.3.3 - Turbo Compressores
Estes compressores trabalham segundo o princípio de fluxo e são adequados para o
fornecimento de grandes vazões. Os turbo compressores são construídos em duas versões: axial
e radial. Em ambas as execuções o ar é colocado em movimento por uma ou mais turbinas, e
esta energia de movimento é então transformada em energia de pressão.
Figura 9 – Compressor axial. Figura 10 – Compressor radial.
A compressão, neste tipo de compressor, se processa pela aceleração do ar aspirado no sentido
axial do fluxo. O ar é impelido axialmente para as paredes da câmara e posteriormente em
direção ao eixo e daí no sentido radial para outra câmara sucessivamente em direção à saída.
3.4 - Diagrama de volume e pressão fornecida
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
23
Neste diagrama estão indicadas as capacidades, em quantidade aspirada e pressão alcançada,
para cada modelo de compressor.
Figura 11 – Diagrama de Volume e Pressão fornecido.
3.5 - Refrigeração
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
24
Provocado pela compressão do ar e pelo atrito, cria-se no compressor, o qual deve ser
dissipado. Conforme o grau de temperatura no compressor, é necessário escolher a refrigeração
mais adequada.
Em compressores pequenos são suficientes algumas aletas de refrigeração, para que o calor seja
dissipado. Compressores maiores são equipados com um ventilador para dissipar o calor.
Figura 12 – Aletas de refrigeração.
Tratando-se de uma estação de compressores com uma potência de acionamento de mais de 30
KW (40 HP), uma refrigeração a ar seria insuficiente. Os compressores devem então ser
equipados com uma refrigeração de água circulante ou a água corrente. Freqüentemente não é
levada em consideração uma instalação de refrigeração completa, com torre de refrigeração,
devido ao seu alto custo, porém uma refrigeração adequada prolonga em muito a vida útil do
compressor e produz um ar melhor refrigerado o que em certas circunstâncias, torna
desnecessária uma refrigeração posterior, ou a mesma pode ser feita com menor empenho.
3.6 - Lugar de montagem
A estação de compressores deve ser montada dentro de um ambiente fechado, com proteção
acústica para fora. O ambiente deve ter boa ventilação. O ar sugado deve ser fresco, seco e livre
de poeira.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
25
3.7 - Regulagem da capacidade
A regulagem da capacidade dos compressores visa adequar o volume de ar comprimido
produzido pelo compressor à demanda real. Os tipos mais utilizados são:
3.7.1 - Readmissão do ar By-pass
Figura 13 – Readmissão do ar ou by-pass.
Quando a pressão do reservatório atinge um valor preestabelecido, ela aciona, através de um
pressostato, uma válvula direcional que dirigirá o fluxo para a admissão, economizando
trabalho.
3.7.2 - Partida e parada automática do motor elétrico
O reservatório de ar é conectado a um pressostato de modo que a pressão, ao alcançar um valor
prefixado, fará com que este desligue a chave magnética que comanda o motor elétrico. A
pressão diminui com o consumo e, quando chega abaixo de um determinado valor, a chave
magnética é ligada automaticamente, permitindo nova marcha do compressor.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
26
Figura 14 – Partida e parada automática do motor elétrico.
3.7.3 - Alívio nas válvulas de admissão
É o sistema mais empregado. Ao atingir uma pressão fixada, as válvulas de admissão do
compressor são mantidas abertas, por meio de um gana acionada por comando pneumático,
permitindo que o compressor trabalhe em vazio. Quando a pressão diminuir ou estiver
estabilizada, o trabalho de compressão é reiniciado.
Figura 15 – Alívio nas válvulas de admissão.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
27
3.8 - Manutenção
A seguir, são apresentados alguns problemas observados nos compressores com as possíveis
causas.
Tabela 1
PROBLEMAS POSSÍVEIS CAUSAS
Aquecimento excessivo
*Falta de óleo no cárter
*Válvulas presas
*Refrigeração insuficiente
*Válvulas sujas
*Óleo muito viscoso
*Filtro de ar entupido
Barulho anormal
*Carvão no pistão
*Folga ou desgaste nos pinos que prendem as
buchas ou pistões mancais do virabrequim
defeituosos
*Válvula mal assentada
Períodos longos de
funcionamento
*Entupimento do filtro de ar
*Perda de ar nas linhas
*Válvulas sujas ou empenadas
*Consumo excessivo de ar
4 – RESFRIAMENTO
4.1 - Resfriamento do ar
A finalidade de uma instalação de ar comprimido é ministrar ar nos pontos de consumo nas
melhores condições - limpo, seco e com o mínimo de queda de pressão. Qualquer falha poderá
aumentar o desgaste de ferramentas; diminuir a eficiência em equipamentos como pistolas de
pintura, e os custos operacionais serão maiores do que deveriam ser.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
28
4.1.1 - Intercooler
Resfriamento intermediário feito entre os estágios num compressor de multi estágios. Sua
função é resfriar o ar quente entre um estágio e outro.
Esse resfriamento reduz o volume, o que aumenta o rendimento do compressor, mas ao mesmo
tempo provoca a condensação de parte da água contida no ar.
É necessário drenar o condensado do intercooler. Esta drenagem pode ser feita por meio de um
purgador, específico para ar comprimido, conforme Fig. 16.
Purgador de BóiaouPurgador Eletrônico
Compressor
Intercooler
Figura 16 - Intercooler.
4.1.2 – Aftercooler
Em compressores de dois estágios com resfriador intermediário (intercooler), boa parte da
umidade é retirada. Porém, o ar é descarregado na linha a uma temperatura ainda elevada,
devendo passar por um resfriador posterior, conhecido como aftercooler. Este é um trocador de
calor de resfriamento que deve ser instalado após o compressor para a obtenção de uma melhor
temperatura. A maior parcela de umidade contida no ar condensa nesses dois resfriadores,
sendo eliminada, preferencialmente, por meio de separadores de umidade, instalados após o
aftercooler e no tanque de armazenamento (pulmão).
A temperatura do ar, após o aftercooler, depende do dimensionamento do mesmo e da
temperatura do fluido refrigerante. Normalmente, o aftercooler é refrigerado com água da rede
ou a ar, para pequenos compressores.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
29
A fim de evitar desperdícios da água, pode-se utilizar uma válvula controladora de temperatura
para resfriamento.
A perda de carga em um aftercooler não deve exceder a 0,2 bar. Nesse tipo de equipamento
consegue-se temperaturas de saída do ar entre 10 e 15 oC acima da temperatura de entrada da
água, condições estas que satisfazem as exigências normais de aplicação industrial.
Ar para o Pulmão
Sistema de Controlede Temperatura
Sistema de Drenagem
Ar do Compressor
Figura 17 - Aftercooler.
5 - ARMAZENAMENTO E DISTRIBUIÇÃO DO AR COMPRIMIDO
5.1 - Reservatório de ar comprimido
Um sistema de ar comprimido é dotado, geralmente, de um ou mais reservatórios,
desempenhando grandes funções junto a todo o processo de produção.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
30
Figura 18 – Reservatório de ar comprimido.
Em geral, o reservatório possui as seguintes funções:
• Armazenar o ar comprimido
• Resfriar o ar auxiliando a eliminação de condensado
• Compensar as flutuações de pressão em todo o sistema de distribuição
• Estabilizar o fluxo de ar
• Controlar as marchas dos compressores, etc.
Os reservatórios são construídos no Brasil conforme a norma PNB 109 da ABNT que
recomenda: Nenhum reservatório deve operar com uma pressão acima da Pressão Máxima de
Trabalho permitida, exceto quando a válvula de segurança estiver dando vazão; nesta condição,
a pressão não deve ser excedida em mais de 6% do seu valor.
5.1.1 - Localização
Os reservatórios devem ser instalados de modo que todos os drenos, conexões e aberturas de
inspeção sejam facilmente acessíveis.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
31
Em nenhuma condição o reservatório deve ser enterrado ou instalado em local de difícil acesso;
deve ser instalado de preferência fora da casa dos compressores, na sombra, para facilitar a
condensação da umidade e do óleo contidos no ar comprimido; deve possuir um dreno no ponto
mais baixo para fazer a remoção deste condensado acumulado em cada 8 horas de trabalho; o
dreno, preferencialmente, deverá ser automático.
Os reservatórios são dotados ainda de manômetro, válvulas de segurança, e são submetidos a
uma prova de pressão hidrostática, antes da utilização.
5.2 - Rede de distribuição de ar comprimido
É de importância não somente o correto dimensionamento, mas também a montagem das
tubulações.
As tubulações de ar comprimido requerem uma manutenção regular, razão pela quais as
mesmas não devem, dentro do possível, ser montadas dentro de paredes ou cavidades estreitas,
pois isto dificulta a detecção de fugas de ar. Pequenos vazamentos são causas de consideráveis
perdas de pressão.
Figura 19 – Rede de distribuição de circuito aberto.
Geralmente as tubulações são montadas em circuito fechado. Partindo da tubulação principal,
são instaladas as ligações em derivação.
Quando o consumo de ar é muito grande consegue-se mediante esse tipo de montagem, uma
alimentação uniforme.
O ar flui em ambas as direções.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
32
Figura 20 – Tubulação com circuito fechado.
A rede combinada também é uma instalação de circuito fechado, a qual por suas ligações
longitudinais e transversais oferece a possibilidade de fornecimento de ar em qualquer local.
Mediante válvulas de fechamento, existe a possibilidade de bloquear determinadas linhas de ar
comprimido quando as mesmas não forem usadas ou quando for necessário pô-las fora de
serviço por razões de reparação e manutenção. Também pode ser feito um melhor controle de
estanqueidade.
Figura 21 – Rede combinada.
As tubulações, em especial as redes em circuito aberto devem ser montadas com um declive de
1 a 2%, na direção do fluxo.
Por causa da formação de água condensada, é fundamental em tubulações horizontais, instalar
os ramais de tomadas de ar, na parte superior do tubo principal.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
33
Dessa forma evita-se que a água condensada eventualmente existente na tubulação principal
possa chegar às tomadas de ar através dos ramais. Para interceptar e drenar a água condensada
devem ser instaladas derivações com drenos na parte inferior da tubulação principal.
Figura 22 – Tomada de ar.
5.2.1 – Vazamentos
As quantidades de ar perdidas através de pequenos furos, acoplamentos com folgas, vedações
defeituosas, etc., quando somadas, alcançam elevados valores.
A importância econômica desta contínua perda de ar torna-se mais evidente quando comparada
com o consumo de um equipamento e a potência necessária para realizar a compressão.
Desta forma, um vazamento na rede representa um consumo consideravelmente maior de
energia, que pode ser verificado através da tabela 2.
É impossível eliminar por completo todos os vazamentos, porém estes devem ser reduzidos ao
máximo com uma manutenção preventiva do sistema, de 3 a 5 vezes por ano, sendo verificada,
por exemplo: substituição de juntas de vedação defeituosa, engates, mangueiras, tubos,
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
34
válvulas, reapertando as conexões, refazendo vedações nas uniões roscadas, eliminando ramais
de distribuição fora de uso e outras que podem aparecer dependendo da rede construída.
Tabela 2 – Vazamentos e perda de potência em furos.
5.2.2 - Material da Tubulação
5.2.2.1 - Tubulações principais
Na escolha do material da tubulação temos várias possibilidades:
Cobre
Latão
Aço Liga
Tubo de aço preto
Tubo de aço zincado (galvanizado)
Material sintético
Toda tubulação deve ser fácil de instalar, resistente à corrosão e de preço vantajoso.
Tubulações instaladas para um tempo indeterminado devem ter uniões soldadas que, neste caso,
serão de grande vantagem, pois, são bem vedadas e não muito custosas. A desvantagem destas
uniões é as escamas que se criam ao soldar. Estas escamas devem ser retiradas da tubulação. A
costura da solda também é sujeita à corrosão e isto requer a montagem de unidades de
conservação.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
35
Em redes feitas com tubos de aço zincado (galvanizado), o ponto de conexão nem sempre é
totalmente vedado. A resistência à corrosão nestes tubos é muito melhor do que a do tubo de
aço preto. Lugares decapados (roscas) também podem enferrujar razão pela qual também aqui é
importante o emprego de unidades de conservação. Em casos especiais prevêm-se tubos de
cobre ou de material sintético (plástico).
5.2.2.2 - Tubulações Secundárias
Tubulações à base de borracha (mangueiras) somente devem ser usadas onde for requerida certa
flexibilidade e onde, devido a um esforço mecânico mais elevado, não possam ser usadas
tubulações de material sintético. Tubulações à base de borracha podem ser mais caras e menos
desejáveis do que as de material sintético.
Tubulações à base de polietileno e poliamida hoje são mais freqüentemente usadas em
maquinários, e aproveitando novos tipos de conexões rápidas, as tubulações de material
sintético podem ser instaladas de maneira rápida e simples, sendo ainda de baixo custo.
5.2.3 - Conexões para Tubulações
5.2.3.1 - Conexões para tubos metálicos
Especialmente para tubos de aço e cobre.
Figura 23 - Conexão com anel de corte permite várias montagens e desmontagens.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
36
Figura 24 - Conexão com anel de pressão para tubos de aço e cobre. Com anel interno
especial serve também para tubos plásticos.
Figura 25 - Conexão com reborbo prensado.
Figura 26 - Conexão com reborbo flangeado.
6 - PREPARAÇÃO DO AR COMPRIMIDO
6.1 - IMPUREZAS
Na prática encontramos exemplos onde se deve dar muito valor à qualidade do ar comprimido.
Impurezas em forma de partículas de sujeira ou ferrugem, restos de óleo e umidade originam
muitas vezes falhas nas instalações e equipamentos pneumáticos e avarias nos elementos
pneumáticos.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
37
Enquanto a eliminação primária do condensado é feita no separador após o resfriador, a
separação final, filtragem e outros tratamentos secundários do ar comprimido são executados
no local de consumo. É necessária especial atenção para a umidade contida no ar comprimido.
A água (umidade) já penetra na rede através do ar aspirado pelo compressor. A quantidade de
umidade depende, em primeiro lugar, da umidade relativa do ar, que por sua vez, depende da
temperatura e condições atmosféricas.
Precauções:
Filtragem correta do ar aspirado pelo compressor. Utilização de compressores livres de óleo.
O ar comprimido deve, em casos de ocorrência de umidade, passar por uma secagem
posterior.
Embora seja eliminada a maior parte da umidade nos separadores, outra parte certamente
condensará na instalação em pontos mais frios.
Algumas aplicações necessitam de ar extremamente seco e torna-se necessário a aplicação de
um secador especial para diminuir o ponto de orvalho.
Para isto existem vários tipos de secagem:
• Secagem por absorção
• Secagem por absorção
• Secagem por resfriamento
6.1.1 - Secagem por absorção
A secagem por absorção é um processo puramente químico. Neste processo, o ar comprimido é
conduzido no interior de um volume através de massa higroscópica insolúvel que absorve a
umidade do ar, processando-se uma reação química. Esta mistura deve ser removida
periodicamente do absorvedor. Essa operação pode ser manual ou automática.
Com o tempo, o elemento secador é consumido e o secador deve ser reabastecido
periodicamente (duas a quatro vezes por ano).
O secador por absorção separa ao mesmo tempo vapor e partículas de óleo. Porém, quantidades
maiores de óleo influenciam no funcionamento do secador. Devido a isso é conveniente antepor
um filtro fino ao secador.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
38
Figura 27 – Secagem por absorção.
O processo de absorção caracteriza-se por:
• Montagem simples de instalação;
• Desgaste mecânico mínimo já que o secador não possui peças móveis;
• Não necessita de energia externa.
6.1.2 - Secagem por adsorção
A secagem por adsorção está baseada num processo físico.
(Adsorver: admitir uma substância à superfície de outra).
O elemento secador é um material granulado com arestas ou em forma de pérolas. Este
elemento secador é formado de quase 100% de dióxido de silício. Em geral é conhecido pelo
nome "GEL" (sílica gel).
É evidente que a capacidade de acumulação de uma camada de "GEL" é limitada. Cada vez que
o elemento secador estiver saturado, poderá ser regenerado de uma maneira fácil: fazendo-se
fluir ar quente pelo interior da câmara saturada, a umidade é absorvida por este ar é eliminada
do elemento.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
39
A energia calorífica para a regeneração pode ser gerada por eletricidade ou por ar comprimido
quente.
Mediante a montagem em paralelo de duas instalações de adsorção, uma delas pode ser ligada
para secar enquanto a outra está sendo tratada com ar quente (regeneração).
Figura 28 – Secagem por adsorção.
6.1.3 - Secagem por Resfriamento
O secador de ar comprimido por resfriamento funciona pelo princípio da diminuição de
temperatura até o ponto de orvalho.
A temperatura do ponto de orvalho é a temperatura à qual deve ser esfriado um gás para obter a
condensação do vapor de água nele contido. O ar comprimido a ser tratado entra no secador,
passando primeiro pelo denominado trocador de calor ar-ar.
Mediante o ar frio e seco proveniente do trocador de calor (vaporizador) é esfriado o ar que está
entrando.
A formação de condensado de óleo e água é eliminada pelo trocador de calor.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
40
Esse ar comprimido pré-esfriado circula através do trocador de calor (vaporizador) e devido a
isso, sua temperatura desce até 274,7 K (1,7°C) aproximadamente. Desta maneira o ar é
submetido a uma segunda separação de condensado de água e óleo.
Posteriormente, o ar comprimido pode ainda passar por um filtro fino a fim de serem
eliminados corpos estranhos.
Figura 29 – Secagem por resfriamento.
6.1.4 – Filtro de ar comprimido
A função do filtro de ar comprimido é reter as partículas de impureza, bem como a água
condensada.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
41
Figura 30 – Filtro.
Para entrar no copo (1), o ar comprimido deve passar por uma chapa defletora (2) com ranhuras
direcionais. Como conseqüência, o ar é forçado a um movimento de rotação. Com isso,
separam-se as impurezas maiores, bem como as gotículas de água por meio de força centrífuga,
depositando-se no fundo do copo coletor.
O filtro (4) sinterizado tem uma porosidade que varia entre 30 e 70 µm. Por ele as partículas
sólidas maiores são retidas. O elemento filtrante deve ser limpo ou substituído em intervalos
regulares quando estiver saturado. O ar limpo passa então pelo regulador de pressão e chega à
unidade de lubrificação e daí para os elementos pneumáticos. O condensado acumulado no
fundo do copo deve ser eliminado ao atingir a marca do nível máximo admissível, através de
um parafuso purgador (3). Se a quantidade de água é elevada, convém colocar no lugar do
parafuso (3) um dreno automático. Dessa forma a água acumulada no fundo do copo pode ser
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
42
eliminada, porque caso contrário a água será arrastada novamente pelo ar comprimido para os
elementos pneumáticos.
6.1.4.1 - Funcionamento do dreno automático
A água chega através do canal (1) até à câmara (2). À medida que aumenta o nível da água, a
bóia (3) sobe, e a uma determinada altura abre a passagem (4). Pelo tubo (5) passa ar
comprimido a outra câmara e empurra o êmbolo (6) contra a mola (7). Esta se comprime dando
passagem para a água sair pelo orifício (8). A bóia (3) fecha novamente a passagem (4) à
medida que vai diminuindo a água. O ar restante escapa para a atmosfera pela passagem (9).
Isso pode ser realizado manualmente também pelo pino (10).
Figura 31 – Dreno automático.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
43
6.1.5 - Regulador de pressão com orifício de escape
O regulador tem por função manter constante a pressão de trabalho (secundária) independente
da pressão da rede (primária) e consumo de ar. A pressão primária tem que ser sempre maior
que a pressão secundária. A pressão regulada por meio de uma membrana (1). Uma das faces da
membrana é submetida à pressão de trabalho, enquanto a outra é pressionada por uma mola (2)
cuja pressão é ajustável por meio de um parafuso de regulagem (3).
Com o aumento da pressão de trabalho, a membrana se movimenta contra a força da mola. Com
isso a secção nominal da passagem na sede de válvula (4) diminui até o fechamento completo.
Isto significa que a pressão é regulada pela vazão. Por ocasião do consumo a pressão diminui e
a força da mola reabre a válvula. Com isso, o manter da pressão regulada se torna um constante
abrir e fechar da válvula. Para evitar a ocorrência de uma vibração indesejável, sobre o prato da
válvula (6) é constituído um amortecedor por mola (5) ou ar. A pressão de trabalho é indicada
por manômetro. Se a pressão crescer demasiadamente do lado secundário, a membrana é
pressionada contra a mola. Com isso, abre-se o orifício da parte central da membrana e o ar em
excesso sai pelo furo de escape para a atmosfera.
Figura 32 – Regulador de pressão com orifício de escape.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
44
6.1.6 – Regulador de pressão sem orifício de escape
No comércio encontram-se reguladores de pressão sem abertura de escape. Nesses casos, não se
pode permitir a fuga do ar contido no sistema para a atmosfera.
Funcionamento:
Por meio do parafuso de ajuste (2) é tensionada a mola (8) juntamente com a membrana (3).
Conforme a regulagem da mola (8) a passagem do primário para o secundário se torna maior ou
menor. Com isso o pino (6) encostado à membrana afasta ou aproxima a vedação (5) do
assento.
Se do lado secundário não houver passagem de ar, a pressão cresce e força a membrana (3)
contra a mola (8). Desta forma, a mola (7) pressiona o pino para baixo e a passagem é fechada
pela vedação (5). Somente quando houver demanda de ar pelo lado secundário é que o ar
comprimido do lado primário voltará a fluir.
Figura 33 – Regulador de pressão sem orifício de escape.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
45
6.1.7 – Lubrificador
O lubrificador tem a tarefa de abastecer suficientemente, com material lubrificante, os
elementos pneumáticos. O elemento lubrificante é necessário para garantir um desgaste mínimo
dos elementos móveis, manter tão mínimo quanto possível as forças de atrito e proteger os
aparelhos contra a corrosão.
Os lubrificadores trabalham, geralmente, segundo o princípio de "VENTURI". A diferença de
pressão (queda de pressão), entre a pressão antes do bocal nebulizador e a pressão no ponto
estrangulado do bocal, será aproveitada para sugar óleo de um reservatório e misturá-lo com o
ar, formando uma neblina.
O lubrificador somente começa a funcionar quando existe um fluxo suficientemente grande.
Quando houver uma pequena demanda de ar, a velocidade no bocal é insuficiente para gerar
uma depressão (sucção) que possa sugar o óleo do reservatório.
Deve-se, portanto, prestar atenção aos valores de vazão (fluxo) indicados pelos fabricantes.
Figura 34 – Princípio de Venturi.
6.1.7.1 - Funcionamento do lubrificador
O lubrificador mostrado trabalha segundo o princípio do Venturi. O ar comprimido entra no
lubrificador pela entrada (1) até a saída (2). Pelo estreitamento da secção da válvula (5), é
produzida uma queda de pressão. No canal (8) e na câmara de gotejamento (7) é produzida uma
depressão (efeito de sucção). Através do canal (6) e do tubo elevador (4), o óleo chega na
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
46
câmara de gotejamento (7) e no canal (8) até o fluxo do ar comprimido, que flui para a saída
(2). As gotas de óleo são pulverizadas pelo ar comprimido e chegam em forma de neblina nos
aparelhos.
A sucção de óleo varia segundo a quantidade de ar que passa e segundo a queda de pressão. Na
parte superior do tubo (4) pode-se realizar outro ajuste da quantidade de óleo, por meio de um
parafuso. Uma determinada quantidade de ar exerce pressão sobre o óleo que se encontra no
depósito, através da válvula de retenção (3).
Figura 35 – Lubrificador.
6.1.8 - Unidade de conservação
A unidade de conservação é uma combinação dos seguintes elementos:
• Filtro de ar comprimido
• Regulador de pressão
• Lubrificador de ar comprimido
Figura 36 – Conjunto lubrefil.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
47
Devem-se observar os seguintes pontos:
1. A vazão total de ar em m³/hora é determinante para o tamanho da unidade. Uma demanda
(consumo) de ar grande demais provoca uma queda de pressão nos aparelhos. Devem-se
observar rigorosamente os dados indicados pelos fabricantes.
2. A pressão de trabalho nunca deve ser superior à indicada no aparelho. A temperatura
ambiente não deve ser maior que 50°C (máximo para copos de material sintético).
Figura 37 – Conjunto lubrefil (detalhado/simplificado)
6.2 - Manutenção
Freqüentemente, são necessários os seguintes serviços de manutenção:
Quanto ao filtro de ar comprimido
O nível de água condensada deve ser controlado regularmente, pois a altura marcada no copo
indicador não deve ser ultrapassada. A água condensada acumulada pode ser arrastada para a
tubulação de ar comprimido e para os equipamentos. Para drenar a água condensada, deve-se
abrir o parafuso de dreno no fundo do copo indicador.
O cartucho filtrante, quando sujo, também deve ser limpo ou substituído.
Quanto ao regulador de pressão de ar comprimido
Na existência de um filtro de ar comprimido antes do regulador, este não necessita de
manutenção;
Deve-se:
• Controlar o nível de óleo no copo indicador. Se necessário, completar o óleo até a
marcação;
• Limpar, somente com querosene, os filtros de material plástico e o copo do lubrificador;
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
48
• Usar somente óleos minerais de baixa viscosidade (3,15°E a 20°C) no lubrificador.
7 - ELEMENTOS PNEUMÁTICOS DE TRABALHO
A energia pneumática será transformada, por cilindros pneumáticos, em movimentos retilíneos
e pelos motores pneumáticos em movimentos rotativos.
7.1 - Elementos pneumáticos de movimento retilíneo (cilindros pneumáticos)
A geração de um movimento retilíneo com elementos mecânicos, conjugada com acionamentos
elétricos é relativamente custosa e ligada a certas dificuldades de fabricação e durabilidade. Por
esta razão utilizam-se os cilindros pneumáticos.
7.1.1 - Cilindros de simples ação
Os cilindros de simples ação são acionados por ar comprimido de um só lado, e, portanto,
realizam trabalho em um só sentido. O retrocesso efetua-se mediante uma mola ou através de
força externa. A força da mola é calculada para que possa retroceder o êmbolo à posição inicial,
com uma velocidade suficientemente alta, sem absorver, porém, energia elevada. Em cilindros
de simples ação com mola, o curso do embolo é limitado pelo comprimento desta. Por esta
razão fabricam-se cilindros de ação simples com comprimento de curso até aproximadamente
100 mm.
Estes elementos são utilizados principalmente, para fixar, expulsar, prensar, elevar, alimentar,
etc.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
49
Figura 38 – Cilindro de simples ação.
Cilindro de êmbolo
A vedação é feita por um material flexível alojado em um êmbolo metálico, ou de material
sintético (Perbunan). Durante o movimento do êmbolo, os lábios da junta deslizam sobre a
superfície interna do cilindro.
Na segunda execução mostrada, o curso de avanço é feito por uma mola e o retrocesso por ar
comprimido. São utilizados para freios de caminhões e vagões ferroviários. Vantagem:
Frenagem instantânea quando da falta de energia.
Figura 39 – Cilindro de simples ação.
7.1.2 - Cilindro de dupla ação
A força exercida pelo ar comprimido movimenta o êmbolo do cilindro de dupla ação realizando
movimento nos dois sentidos. Será produzida uma determinada força no avanço, bem como no
retorno do êmbolo.
Os cilindros de dupla ação são utilizados especialmente onde é necessário também realizar
trabalho no retrocesso. O curso, em princípio, é ilimitado, porém é importante levar em
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
50
consideração a deformação por flexão e flambagem. A vedação aqui se efetua mediante êmbolo
(êmbolo de dupla vedação).
Figura 40 – Cilindro de dupla ação.
7.1.2.1 - Cilindro de dupla ação com haste passante
Este tipo de cilindro de haste passante possui algumas vantagens. A haste é mais bem guiada
devido aos dois mancais de guia. Isto possibilita a admissão de uma ligeira carga lateral. Os
elementos sinalizadores podem ser montados na parte livre da haste do êmbolo. Neste cilindro,
as forças de avanço e retorno são iguais devido a mesma área de aplicação de pressão em ambas
as faces do êmbolo.
Figura 41 – Cilindro de dupla ação com haste passante.
7.1.2.2 - Cilindro Tandem
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
51
Esta construção nada mais é do que dois cilindros de dupla ação os quais formam uma só
unidade. Desta forma, com simultânea pressão nos dois êmbolos, a força é uma soma das forças
dos dois cilindros. O uso desta unidade é necessário para se obter grandes forças em locais onde
não se dispõe de espaço suficiente para a utilização de cilindros de maior diâmetro.
Figura 42 – Cilindro Tandem.
7.1.2.3 - Cilindro de dupla ação com amortecimento nos fins de curso
Quando volumes grandes e pesados são movimentados por um cilindro, deve existir neste, um
sistema de amortecimento para evitar impactos secos ou até danificações. Antes de alcançar a
posição final, um êmbolo de amortecimento interrompe o escape direto do ar, deixando
somente uma pequena passagem geralmente regulável.
Com o escape do ar restringido, cria-se uma sobre-pressão que, para ser vencida absorve parte
da energia e resulta em perda de velocidade nos fins de curso. Invertendo o movimento do
êmbolo, o ar entra sem impedimento pelas válvulas de retenção, e o êmbolo pode, com força e
velocidade total, retroceder.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
52
Figura 43 - Cilindro de dupla ação com amortecimento nos fins de curso.
7.1.2.4 - Cilindro rotativo com amortecimento nos fins de curso
Neste tipo, a haste de êmbolo tem um perfil dentado (cremalheira). A haste de êmbolo aciona
com esta cremalheira uma engrenagem, transformando o movimento linear num movimento
rotativo à esquerda ou direita, sempre de acordo com o sentido do curso. Os campos de rotação
mais usuais são vários, isto é, de 45° - 90° - 180° - 290° até 720°. Um parafuso de regulagem
possibilita, porém a determinação do campo de rotação parcial, dentro do total.
O momento de torção depende da pressão de trabalho da área do êmbolo e da relação de
transmissão. O acionamento giratório é utilizado para virar peças, curvar tubos, regular
instalações de ar condicionado, e no acionamento de válvulas de fechamento e válvulas
borboleta.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
53
Figura 44 - Cilindro rotativo com amortecimento nos fins de curso.
7.1.2.5 - Cilindro de múltiplas posições
Este tipo de cilindro é formado de dois ou mais cilindro de dupla ação. Estes elementos estão,
como ilustrado, unidos um ao outro. Os cilindros movimentam-se, conforme os lados dos
êmbolos que estão sob pressão, individualmente. Com dois cilindros de cursos diferentes
obtêm-se quatro (4) posições.
Figura 45 – Cilindro de múltiplas posições.
Aplicação:
• Seleção de ramais para transporte de peças em esteiras;
• Acionamento de alavancas;
• Dispositivo selecionador (peças boas, refugadas e a serem aproveitados).
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
54
7.1.2.6 - Cilindro de membrana
Uma membrana, que pode ser de borracha, de material sintético ou também metálico, assume a
tarefa do êmbolo. A haste do êmbolo é fixada no centro da membrana. Nesse caso a vedação
deslizante não existe. Em ação contrária existe somente a força elástica da membrana.
Estes elementos são utilizados na fabricação de ferramentas e dispositivos, bem como em
prensas de cunhar, rebitar e fixar peças em lugares estreitos.
Figura 46 – Cilindro de membrana.
7.1.3 - Tipos de fixação
Determina-se o tipo de fixação pela montagem dos cilindros em máquinas e dispositivos. O
cilindro pode ser construído para certo tipo de fixação, se este tipo de fixação não necessitar
modificações. Pelo contrário, ainda é possível modificar o cilindro para uma outra fixação
usando peças de montagem padronizadas. Especialmente ao usar um grande número de
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
55
cilindros é vantajoso um estoque racional simplificado das peças de montagem padronizada,
pois assim, basta apenas combinar o cilindro básico com o tipo de fixação desejado.
Figura 47 – Tipos de fixação.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
56
7.1.4 - Vedações:
O-Ring (junta Toroidal)
Quadring (perfil quadrado)
Junta tipo faca (lábio simples)
Junta duplo lábio (T-DUO)
Anel de vedação em "L"
Junta toroidal achatada internamente
Juntas copo de encaixe bilateral
Junta copo de encaixe unilateral
Junta duplo copo com anel deslizante
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
57
Figura 48 – Tipos de vedações para êmbolos.
7.2 - ELEMENTOS PNEUMÁTICOS COM MOVIMENTO GIRATÓRIO
Estes elementos transformam a energia pneumática em movimento de giro. São os motores a ar
comprimido.
Motores a ar comprimido
O motor pneumático com campo angular ilimitado é um dos elementos de trabalho mais
utilizados na pneumática. Os motores pneumáticos estão classificados, segundo a construção,
em:
• Motores de pistão;
• Motores de palhetas;
• Motores de engrenagens;
• Turbomotores (turbinas).
7.2.1 - Motores de pistão
Este tipo está subdividido em motores de pistão radial e axial. Por pistões em movimento
radial, o êmbolo, através de uma biela, aciona o eixo do motor. Para que seja garantido um
movimento sem golpes e vibrações são necessários vários pistões. A potência dos motores
depende da pressão de entrada, número de pistões, área dos pistões e do curso dos mesmos. O
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
58
funcionamento dos motores de pistão axial é similar ao dos motores de pistão radial. Um disco
oscilante transforma a força de 5 cilindros, axialmente posicionados, em movimento giratório.
Dois pistões são alimentados simultaneamente com ar comprimido. Com isso obter-se-á um
momento de inércia equilibrado, garantindo um movimento do motor, uniforme e sem
vibrações.
Existem motores pneumáticos com rotação à direita e à esquerda. A rotação máxima está fixada
em 5000 rpm e a faixa de potência, em pressão normal, varia entre 1,5 a 19 KW (2 a 25 CV).
Figura 49 – Motor radial e motor axial.
7.2.2 - Motor de palhetas
Graças à construção simples e pequeno peso, os motores pneumáticos geralmente são
fabricados segundo este tipo construtivo. Estes são, em princípio, de funcionamento inverso aos
compressores multicelular de palhetas (compressor rotativo).
O rotor fixado excentricamente em um espaço cilíndrico. O rotor é dotado de ranhuras. As
palhetas colocadas nas ranhuras serão, pela força centrífuga, afastadas contra a parede interna
do cilindro. A vedação individual das câmaras é garantida.
Por meio de pequena quantidade de ar, as palhetas serão afastadas contra a parede interna do
cilindro, já antes de acionar o rotor. Em tipos de construção diferente, o encosto das palhetas é
feito por pressão de molas. Motores desta execução têm geralmente entre 3 a 10 palhetas. Estas
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
59
formam no motor, câmaras de trabalho, nas quais pode atuar o ar, sempre de acordo com o
tamanho da área de ataque das palhetas. O ar entra na câmara menor, se expandindo na medida
do aumento da câmara.
A rotação do rotor varia de 3000 a 8500 rpm e a faixa de potência, em pressão normal, é de 0,1
a 17 KW (0,1 a 24 CV).
Existem motores pneumáticos com rotação à direita e à esquerda.
Figura 50 – Motor de palhetas - sentido de rotação.
7.2.3 - Motores de engrenagem
A geração do momento de torção efetua-se neste tipo, pela pressão do ar contra os flancos dos
dentes de duas engrenagens engrenadas. Uma engrenagem é montada. Fixa no eixo do motor, a
outra livre no outro eixo.
Estes motores são utilizados como máquinas de acionar; estão à disposição com até 44 KW (60
CV). O sentido de rotação destes motores, fabricados com engrenagens retas ou helicoidais, é
reversível.
7.2.4 - Turbomotores
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
60
Turbomotores somente são usados para trabalhos leves, pois sua velocidade de giro é muito alta
(são utilizados em equipamentos dentários até 500.000 rpm). O princípio de funcionamento é o
inverso dos turbocompressores.
7.2.5 - Características dos motores pneumáticos
• Regulagem sem escala de rotação e do momento de torção;
• Grande escolha de rotação;
• Construção leve e pequena;
• Seguro contra sobre-carga;
• Insensível contra poeira, água, calor e frio;
• Seguro contra explosão;
• Conservação e manutenção insignificantes;
• Sentido de rotação fácil de inverter.
8 - VÁLVULAS
GENERALIDADES:
Os circuitos pneumáticos são constituídos por elementos de sinal, de comando e de trabalho. Os
elementos emissores de sinais e de comando influenciam no processo dos trabalhos, razão pela
qual serão denominadas “válvulas".
As válvulas são elementos de comando para partida, parada e direção ou regulagem. Elas
comandam também a pressão ou a vazão do fluido armazenado em um reservatório ou
movimentado por uma hidro-bomba. A denominação "válvula" é válida considerando-se a
linguagem internacionalmente usada para tipos de construção como: registros, válvulas de
esfera, válvulas de assento, válvulas corrediças, etc.
Esta é a definição da norma DIN/ISO 1219, conforme recomendação da CETOP (Comissão
Européia de Transmissões Óleo-hidráulicos e Pneumáticas).
Segundo suas funções as válvulas se subdividem em 5 grupos:
1. Válvulas direcionais.
2. Válvulas de bloqueio.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
61
3. Válvulas de pressão.
4. Válvulas de fluxo (vazão).
5. Válvulas de fechamento.
8.1 - Válvulas direcionais
Componentes usados para controlar a direção do fluxo e para que sejam obtidos os movimentos
desejados dos atuadores (cilindros, motores, etc.), de maneira a efetuar o trabalho exigido. São
elementos que influenciam no trajeto do fluxo de ar, principalmente nas partidas, nas paradas e
na direção do fluxo.
8.1.1 - Simbologia das válvulas
Para representar as válvulas direcionais nos esquemas, são utilizados símbolos; estes símbolos
não dão idéia da construção interna da válvula; somente a função desempenhada por elas. É
usada para válvulas de sinal e de comando e para válvulas direcionais de 2,3,4 ou 5 vias.
As posições das válvulas são representadas por meio de quadrados.
O número de quadrados unidos indica o número de posições que uma válvula pode assumir.
O funcionamento é representado simbolicamente dentro dos quadrados.
As linhas indicam as vias de passagem. As setas indicam o sentido do fluxo.
Os bloqueios são indicados dentro dos quadrados com traços transversais.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
62
A união de vias dentro de uma válvula é simbolizada por um ponto.
As conexões (entrada e saída) serão caracterizadas por traços externos, que indicam a posição
de repouso da válvula. O número de traços indica o número de vias.
Outras posições obter-se-ão deslocando os quadrados, até que coincidam com as conexões.
As posições de comando podem ser indicadas por letras minúsculas (a,b,c, 0).
Válvula com 3 posições de comando. Posição Central = posição de repouso.
Define-se como "posição de repouso" àquela condição em que, através de molas, por exemplo,
os elementos móveis da válvula são posicionados enquanto a mesma não está sendo acionada.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
63
A posição de partida (ou inicial) será denominada àquela em que os elementos móveis da
válvula assumem após montagem na instalação e ligação da pressão de rede, bem como a
possível ligação elétrica, e com a qual começa o programa previsto.
Vias de exaustão sem conexão (escape livre).
Triângulo no símbolo.
Vias de exaustão com conexão (escape dirigido)
Triângulo afastado do símbolo
Para garantir uma identificação e uma ligação correta das válvulas, marcam-se as vias com
letras maiúsculas, ou números.
Convenciona-se o seguinte:
Vias para utilização (saídas) A,B,C,D (2,4,6)
Linhas de alimentação (entrada) P (1)
Escapes (exaustão) R,S,T (3,5,7)
Linhas de comando (pilotagem) Z,Y,X (12, 14,16)
Nota:
A norma ISO 5599 recomenda as seguintes numerações (em parênteses acima), para a
identificação das ligações das válvulas:
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
64
8.1.2 - Tipos de acionamentos de válvulas
1. Acionamento por força muscular
Geral
Botão
Alavanca
Pedal
2. Acionamento mecânico
Came
Mola
Rolete
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
65
Rolete escamoteável (gatilho)
3. Acionamento elétrico
Eletroímã (bobina solenóide) com 1 enrolamento
ativo
Com 2 enrolamentos ativos no mesmo sentido
Com 2 enrolamentos ativos em sentido contrário
4. Acionamento pneumático
Acionamento direto
Por acréscimo de pressão (positivo)
Por decréscimo de pressão (negativo)
Por acionamento de pressão diferencial
Acionamento indireto
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
66
Por acréscimo de pressão na válvula de pré-
comando (servo-piloto-positivo)
Por decréscimo de pressão na válvula de pré-
comando (servo-piloto-negativo)
5. Acionamento combinado
Por eletroímã e válvula de pré-comando
pneumático
Por eletroímã ou válvula de pré-comando
Exemplo 1:
Válvula direcional de 3 vias, 2 posições, acionada por botão; retorno por mola.
Exemplo 2:
Válvula direcional de 4 vias, 2 posições, acionada diretamente por acréscimo de pressão; retorno
por mola.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
67
Segundo o tempo de acionamento, distinguem-se:
1. Acionamento contínuo
Durante o tempo da comutação, a válvula é acionada mecânica, manual, pneumática ou
eletricamente.
O retorno efetua-se manual ou mecanicamente através da mola.
2. Acionamento momentâneo (impulso)
A válvula é comutada por um breve sinal (impulso) e permanece indefinidamente nessa
posição, até que um novo sinal seja dado repondo a válvula à sua posição inicial.
8.1.3 - Funcionamento
Nestes componentes, uma peça cilíndrica, com diversos rebaixos (carretel), este se desloca a
partir de acionamento. Dentro de um corpo no qual são usinados diversos furos, por onde entra
e sai o fluido. Os rebaixos existentes no carretel são utilizados para intercomunicar as diversas
tomadas de fluido desse corpo, determinando a direção do fluxo. O acionamento pode ser
manual, elétrico pneumático, hidráulico e o retorno a posição natural poderá ser feita por mola
ou qualquer outro tipo de acionamento.
Figura 51– “Esqueleto” de uma válvula direcional.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
68
8.1.4 - Características de construção das válvulas direcionais
As características de construção das válvulas determinam sua vida útil, força de acionamento,
possibilidades de ligação e tamanho.
Segundo a construção, distinguem-se os tipos:
Válvulas de assento: Válvulas de sede esférica
Válvulas de sede de prato
Válvulas corrediças: Corrediça longitudinal (carretel)
Corrediça plana longitudinal (comutador)
Corrediça giratória (disco)
8.1.4.1 - Válvulas de sede ou de assento
As ligações nas válvulas de sede são abertas por esfera, prato ou cone. A vedação das sedes de
válvula efetua-se de maneira muito simples, geralmente com elemento elástico de vedação. As
válvulas de sede possuem poucas peças de desgaste e têm, portanto uma longa vida útil. Elas
são robustas e insensíveis à sujeira.
A força de acionamento é relativamente alta; sendo necessário vencer a força da mola de
retorno e do ar comprimido agindo sobre a área do elemento de vedação.
8.1.4.1.1 - Válvulas de sede esférica
A construção de válvulas de sede esférica é muito simples e, portanto, de preço vantajoso. Estas
válvulas se caracterizam por suas reduzidas dimensões.
Uma mola força a esfera contra a sede, evitando que o ar comprimido passe do orifício de
pressão P para o orifício de trabalho A. Por acionamento da haste da válvula, afasta-se a esfera
da sede. Para isto, é necessário vencer a força da mola e a força do ar comprimido. Estas são
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
69
válvulas direcionais de 2 vias, pois têm 2 posições de comando (aberto e fechado) e 2 ligações,
entrada e saída (P e A).
Com um canal de exaustão pela haste elas podem ser empregadas também como válvulas
direcionais de 3 vias. O acionamento pode ser realizado manual ou mecanicamente.
Figura 52 – Válvulas direcionais – de sede esférica.
8.1.4.1.2 - Válvula de sede de prato
As válvulas mostradas nas figuras abaixo são construídas e baseadas no princípio de sede de
prato. Elas têm uma vedação simples e boa. O tempo de comutação é curto. Um pequeno
movimento do prato libera uma área bastante grande para o fluxo do ar. Também estas como as
de sede esférica, são insensíveis à sujeira e têm uma longa vida útil.
Ao acionar o apalpador são interligados, num campo limitado, todos os três orifícios: P, A e R.
Isto provoca, quando em movimento lento, um escape livre de um grande volume de ar, sem ser
aproveitado para o trabalho. Quando isto ocorre, dizemos que existe "exaustão cruzada".
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
70
Figura 53 - Válvulas direcionais (NA) – de sede de prato.
As válvulas construídas segundo o princípio de sede de prato único, são livres de exaustão
cruzada. Não existe perda de ar quando de uma comutação lenta.
Ao acionar o apalpador primeiro fecha-se a passagem de A para R (escape), pois o mesmo se
veda no prato. Empurrando mais ainda, o prato afasta-se da sede, abrindo a passagem de P para
A; o retorno é feito por meio da mola.
Figura 54 - Válvulas direcionais (NF) – de sede de prato.
As válvulas direcionais de 3/2 vias são utilizadas para comandar cilindros de ação simples ou
como emissores de sinal para pilotar válvulas de comando.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
71
Uma válvula em posição de repouso aberta, ao ser acionada, é fechada primeiramente a ligação
entre P e A com um prato e posteriormente a passagem A para R através de um segundo prato.
Uma mola retrocede o apalpador com os dois pratos na posição inicial.
O acionamento das válvulas pode ser feito manual, mecânica, elétrica ou pneumaticamente.
Figura 55 – Válvula direcional de 3 vias por 2 posições (normal aberta).
Uma válvula direcional de 4 vias (4/2), construída com sede de prato, consiste na combinação
de duas válvulas de 3 vias (3/2); uma válvula em posição inicial fechada e outra aberta.
Na figura abaixo estão abertas as vias de P para B e de A para R. Ao serem acionados
simultaneamente os dois apalpadores, serão fechadas as vias de P para B e de A para R.
Empurrando-se ainda mais os apalpadores até os pratos, deslocando-as contra a mola de
retorno, serão abertas as vias de P para A e de B para R. Esta válvula é livre de exaustão
cruzada e volta à posição inicial por meio de mola. Estas válvulas são usadas em comando de
cilindro de ação dupla.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
72
Figura 56 - Válvula direcional de 3 vias (3/2) (sede de prato) acionada pneumaticamente.
Acionando-se o pistão de comando com ar comprimido na conexão Z, será deslocado o eixo da
válvula contra a mola de retorno. Os orifícios P e A serão interligados. Após a exaustão do sinal
de comando Z, o pistão de comando será recolocado na posição inicial por intermédio da mola.
O prato fecha a via de P para A. O ar do canal de trabalho A pode escapar através de R.
Figura 57 – Válvula direcional de 3 vias por 2 posições (acionamento pneumático).
Uma outra válvula de 3/2 vias construída com sede de prato está representada na figura abaixo.
A pressão de comando na conexão Z aciona uma membrana ligada ao pistão de comutação,
afastando o prato de sua sede. Invertendo-se as ligações P e R, pode ser constituída uma válvula
normal fechada ou aberta. A pressão mínima de acionamento é de 120 KPa (1,2 bar); a pressão
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
73
de trabalho é de 600 KPa (6 bar). A faixa de pressão está entre 120 KPa a 800 KPa (1,2 a 8
bar). A vazão nominal Qn é de 100 l/min.
Figura 58 - Válvula direcional de 3 vias por 2 posições com princípio de assento de prato.
A figura abaixo mostra uma válvula direcional de 5/2 vias (5 vias por 2 posições). Trata-se de
uma válvula da linha miniatura, que trabalha segundo o princípio de assento flutuante. Esta
válvula é comutada alternadamente por impulsos, mantendo a posição de comando até receber
um novo impulso (bi-estável). O pistão de comando desloca-se, como no sistema de corrediça,
ao ser submetido à pressão. No centro do pistão de comando encontra-se um prato com anel
vedante, o qual seleciona os canais de trabalho A e B, com o canal de entrada P de pressão. A
exaustão é feita através dos canais R ou S.
Montada sobre uma placa base de conexões padronizadas, a válvula pode ser retirada e
substituída sem interferir nas ligações.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
74
Figura 59 - Válvula direcional de 5 vias por 2 posições (Princípio de assento).
Válvulas eletromagnéticas
Estas válvulas são utilizadas onde o sinal de comando parte de um timer elétrico, de uma chave
fim de curso elétrico, de um pressostato ou de aparelhos eletrônicos. Em comandos com
distância relativamente grande e de tempo de comutação curto, escolhe-se na maioria dos casos,
comando elétrico.
As válvulas de acionamento eletromagnético dividem-se em válvulas de comando direto e
indireto. As de comando direto são usadas apenas para pequenas secções de passagem. Para
passagens maiores são usadas as válvulas eletromagnéticas com servocomando (indireto).
Figura 60 - Válvula direcional de 3 vias com 2 posições (acionamento eletromagnético).
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
75
Quando energizada a bobina, o induzido é puxado para cima contra a mola. O resultado é a
interligação dos canais P e A. A extremidade superior do induzido fecha o canal R. Cessando o
acionamento da bobina, a mola pressiona o induzido contra a sede inferior da válvula e
interrompe a ligação de P para A. O ar do canal de trabalho A escapa por R. Esta válvula tem
cruzamento de ar. O tempo de atuação é curto.
Para poder manter pequena a construção do conjunto eletromagnético, são utilizadas válvulas
solenóides com servocomando (comando indireto). Estas são formadas de duas válvulas: a
válvula solenóide com servo, de medidas reduzidas e a válvula principal, acionada pelo ar do
servo.
Figura 61 – Válvula direcional de 4 vias por 2 posições (solenóide e servocomando).
Funcionamento
Da alimentação P na válvula principal deriva uma passagem para a sede da válvula
servocomando (comando indireto). O núcleo da bobina é pressionado por uma mola contra a
sede da válvula piloto. Após excitação da bobina, o induzido se ergue e o ar flui para o pistão
de comando da válvula principal, afastando o prato da sede. O ar comprimido pode agora fluir
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
76
de P para A. O canal de exaustão R, porém, já foi fechado (sem cruzamento). Em válvulas
direcionais de 4 vias (4/2), ocorre, simultaneamente, uma inversão, o lado fechado se abre e o
lado aberto se fecha.
Ao desenergizar a bobina, uma mola pressiona o induzido sobre a sede e fecha o canal do ar
piloto. O pistão de comando da válvula principal será recuado por uma mola na posição inicial.
Válvula direcional de 3 vias (3/2) servocomandada (princípio de sede de prato):
Para reduzir a força de atuação em válvulas direcionais com comando mecânico, é utilizado o
sistema de servocomando.
A força de acionamento de uma válvula é geralmente determinante para a utilização da mesma.
Esta força, em válvulas de 1/8" como a descrita, a uma pressão de serviço de 600 KPa (6bar)
resulta num valor de 1,8 N (0,180 Kp).
Figura 62 – Válvula direcional de 3 vias por duas posições, com acionamento por rolete,
servocomandada (normal fechada).
Funcionamento
A válvula piloto é alimentada através de uma pequena passagem com o canal de alimentação P.
Acionando a alavanca do rolete, abre-se a válvula de servocomando. O ar comprimido flui para
a membrana e movimenta o prato da válvula principal para baixo.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
77
A comutação da válvula é feita em duas etapas:
Primeiro fecha-se a passagem de A para R; segundo abre-se a passagem de P para A. O retorno
é feito após soltar-se a alavanca do rolete. Isto provoca o fechamento da passagem do ar para a
membrana, e posterior exaustão. Uma mola repõe o pistão de comando da válvula principal na
posição inicial.
Este tipo de válvula também pode ser utilizado como válvula normal aberta ou fechada. Devem
ser intercambiadas apenas as ligações P e R e deslocada em 180° a unidade de acionamento
(cabeçote).
Figura 63 – Válvulas direcionais de 3 vias por duas posições, com acionamento por rolete,
servocomandada (normal aberta).
Em válvulas direcionais servopilotadas de 4 vias (4/2) serão, através das válvulas piloto,
acionadas simultaneamente duas membranas e dois pistões de comando que conectam os
pontos de ligação. A força de acionamento não se altera; é de 1,8 N (0,180 Kp).
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
78
Figura 64 – Válvula direcional de 4 vias por 2 posições (servopilotada).
8.1.4.2 - Válvulas corrediças
Os diversos pontos de ligação das válvulas corrediças serão interligados e fechados por pistões
corrediços, comutadores corrediços ou discos giratórios.
8.1.4.2.1 - Válvula corrediça longitudinal
Esta válvula tem como elemento de comando um pistão que seleciona as ligações mediante seu
movimento longitudinal. A força de acionamento é pequena, pois não é necessário vencer a
pressão do ar ou da mola, ambas inexistentes (como nos princípios de sede esférica e de prato).
Neste tipo de válvulas são possíveis todos os tipos de acionamentos: manual, mecânico, elétrico
e pneumático, o mesmo é válido também para o retorno à posição inicial. O curso é
consideravelmente mais longo do que as válvulas de assento assim como os tempos de
comutação.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
79
Figura 65 – Válvula direcional de 5 vias por 2 posições (princípio de corrediça
longitudinal).
A vedação nesta execução de válvula corrediça é bastante problemática. A conhecida vedação
"metal sobre metal" da hidráulica, requer um perfeito ajuste da corrediça no corpo. A folga
entre a corrediça e o cilindro em válvulas pneumáticas não deve ser maior do que 0,002 a
0,004mm. Uma folga maior provocaria grandes vazamentos internos.
Para diminuir as despesas para este custoso ajuste, veda-se geralmente com anéis "O" (O-Ring)
ou com guarnições duplas tipo copo, montados no pistão (dinâmico) ou com anéis "O" (O-
Ring) no corpo da válvula (estático). As aberturas de passagem de ar podem ser distribuídas na
circunferência das buchas do pistão evitando assim danificações dos elementos vedantes.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
80
Figura 66 – Tipos de vedação entre êmbolo e corpo da válvula.
A figura abaixo mostra uma simples válvula corrediça longitudinal manual. Por deslocamento
da bucha serão unidas as passagens de P para A ou de A para R. Esta válvula, de construção
simples, é utilizada como válvula de fechamento (alimentação geral) antes da máquina ou
dispositivo pneumático.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
81
Figura 67 – Válvula corrediça longitudinal manual. Válvula direcional de 3 vias por duas
posições.
Uma outra válvula corrediça plana longitudinal difere da anterior pelo tipo de acionamento.
Esta é uma válvula comutada por alívio de pressão.
O ar comprimido, nesta, deve ser também enviado às duas câmaras de comando. Por isso
existem em ambos os lados do pistão de comando pequenos orifícios, os quais estão ligados
com o canal P. Na existência de ar comprimido no canal P, ambos os lados do pistão de
comando também ficam sob pressão. Existe equilíbrio de forças.
Exaurindo o canal Y, a pressão cai deste lado. No lado oposto Z, existe uma pressão maior e
esta pressão empurra o pistão de comando para o lado despressurizado. O canal P será ligado
com o canal B e o canal de trabalho A com o escape R.
Após fechar o canal de comando Y, a pressão aumenta outra vez nesta câmara, e o pistão
permanece em sua posição até que, por abertura do canal de comando Z, sucede uma
comutação em direção contrária. Isto resulta numa união do segundo canal de trabalho A com o
canal P e do canal B com o canal R.
A confecção de um comando com estas válvulas fica simples e econômica, porém não é muito
seguro, porque no caso de rompimento de uma tubulação da válvula, ela será automaticamente
invertida. Comandos e exigências suplementares não podem ser solucionados em todos os
casos. Em diferentes comprimentos de tubulação de comando (volume) pode suceder, ao ligar a
energia, uma comutação falsa. Para garantir uma comutação perfeita, é necessário manter o
volume da câmara tão pequeno quanto possível.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
82
Figura 68 – Válvula direcional corrediça plana longitudinal de 4/2 vias comando por
alívio bi-lateral de pressão.
Comando por alívio bi-lateral de pressão
Figura 69 - Esquema de comando por impulso negativo.
8.1.4.2.2 - Válvula corrediça giratória
Estas válvulas são geralmente de acionamento manual ou por pedal. É difícil adaptar-se outro
tipo de acionamento a essas válvulas. São fabricadas geralmente como válvulas direcionais de
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
83
3/3 vias ou 4/3 vias. Mediante o deslocamento rotativo de duas corrediças pode ser feita a
comunicação dos canais entre si.
A figura A mostra que na posição central todos os canais estão bloqueados. Devido a isso, o
êmbolo do cilindro pode parar em qualquer posição do seu curso, porém essas posições
intermediárias não podem ser fixadas com exatidão. Devido a compressibilidade do ar
comprimido, ao variar a carga a haste também varia sua posição.
Prolongando os canais das corrediças, consegue-se um outro tipo de posição central.
A figura B mostra que na posição central os canais A e B estão conectados com o escape. Nesta
posição, o êmbolo do cilindro pode ser movido por força externa, até a posição de ajuste.
Figura 70 – Válvulas corrediça giratória.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
84
8.2 - Válvulas de bloqueio
São elementos que bloqueiam a passagem preferentemente em um só sentido, permitindo
passagem livre em direção contrária. A pressão do lado de entrada, atua sobre o elemento
vedante e permite com isso uma vedação perfeita da válvula.
8.2.1 - Válvula de retenção
Estas válvulas impedem completamente a passagem em uma direção; em direção contrária, o ar
flui com a mínima queda de pressão. O fechamento em um sentido pode ser feito por cone,
esfera, placa ou membrana.
Símbolo:
Válvula de retenção com fechamento por atuação de uma pressão sobre o elemento vedante.
Válvula de retenção com fechamento por atuação de contra pressão, por exemplo, por mola.
Fecha quando a saída é maior ou igual a entrada.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
85
Figura 71 – Válvula de retenção.
8.2.2 - Válvula alternadora ou de isolamento (elemento “ou”)
Também chamada “válvula de comando duplo ou dupla retenção”.
Esta válvula possui duas entradas X e Y, e uma saída A. Quando o ar comprimido entra em X, a
esfera bloqueia a entrada Y e o ar circula de X para A. Em sentido contrário quando o ar circula
de Y para A, a entrada X fica bloqueada. Quando o ar retorna, quer dizer, quando um lado de
um cilindro ou de uma válvula entra em exaustão, a esfera permanece na posição em que se
encontrava antes do retorno do ar.
Figura 72 – Válvula alternadora.
Estas válvulas são chamadas também de “elemento OU (OR)”; seleciona sinais emitidos por
válvulas de “sinais” provenientes de diversos pontos e impede o escape de ar por uma segunda
válvula.
Se um cilindro ou uma válvula de comando deve ser acionado de dois ou mais lugares, é
necessária a utilização desta válvula (alternadora).
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
86
8.2.3 - Válvula de escape rápido
Estas válvulas são usadas para aumentar a velocidade dos êmbolos dos cilindros. Tempos de
retorno elevados, especialmente em cilindros de ação simples podem ser eliminados dessa
forma.
A válvula é dotada de uma conexão de pressão P, uma conexão de escape R bloqueado e uma
saída A.
Quando se aplica pressão em P, a junta desloca-se contra o assento e veda o escape R. O ar
circula até a saída A. Quando a pressão em P deixa de existir, o ar, que agora retorna pela
conexão A, movimenta a junta contra a conexão P provocando seu bloqueio. Dessa forma, o ar
pode escapar por R rapidamente para a atmosfera. Evita-se com isso, que o ar de escape seja
obrigado a passar por uma canalização longa e de diâmetro pequeno até a válvula de comando.
O mais recomendável é colocar o escape rápido diretamente no cilindro ou então o mais
próximo possível do mesmo.
Figura 73 – Válvula de escape rápido.
8.2.4 - Expulsor pneumático
Na indústria, há muito tempo é utilizado o ar comprimido para limpar e expulsar peças. O
consumo de ar é neste caso, muito alto. Ao contrário do método conhecido, no qual o consumo
do ar da rede é contínuo, com o expulsor o trabalho se torna mais econômico. O elemento
consiste de um reservatório com uma válvula de escape rápido. O volume do reservatório
corresponde ao volume de ar necessário.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
87
Uma válvula direcional de 3/2 vias, aberta na posição inicial é utilizada como elemento de
sinal. O ar passa pela válvula e pela válvula de escape rápido até o pequeno reservatório. Ao
acionar a válvula de 3/2 vias, a passagem de ar é interrompida para o reservatório e o canal até a
válvula de escape rápido será exaurido. O ar do depósito escapa então rapidamente pela válvula
de escape rápido para a atmosfera. A vazão de ar concentrada permite expulsar peças de
dispositivos e ferramentas de corte, de esteiras transportadoras, dispositivos classificadores e
equipamentos de embalagens.
O sinal para a expulsão pode ser feito de forma manual, mecânica, pneumática ou elétrica.
Figura 74 – Expulsor pneumático.
8.2.5 - Válvula de simultaneidade
Esta válvula possui duas entradas X e Y e uma saída A. O ar comprimido pode passar
unicamente quando houver pressão em ambas as entradas. Um sinal de entrada em X ou Y
impede o fluxo para A em virtude do desequilíbrio das forças que atuam sobre a peça móvel.
Quando existe uma diferença de tempo das pressões, a última é a que chega na saída A. Se os
sinais de entrada são de pressões diferentes, a maior bloqueia um lado da válvula e a pressão
menor chega até a saída A. Caso haja diferença de tempo entre a aplicação dos sinais de
entrada, o sinal atrasado aparecerá na saída.
Esta válvula é também chamada de "elemento E (AND)".
É utilizada em comandos de bloqueio, funções de controle e operações lógicas.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
88
Figura 75 – Válvula de simultaneidade.
8.3. – Válvula de fluxo
Estas válvulas servem para reduzir a seção de passagem com o objetivo de modificar a vazão
do ar comprimido e por conseqüência controlar a velocidades dos atuadores. Para uma
determinada seção de passagem a vazão depende somente da diferença de pressão existente nas
duas extremidades da restrição. A restrição pode ser relativamente longa em relação ao
diâmetro (estrangulador) ou de pequeno comprimento em relação ao diâmetro (diafragma).
8.3.1 - Válvula reguladora de fluxo unidirecional
Também conhecida como "válvula reguladora de velocidade" ou regulador unidirecional. Nesta
válvula a regulagem do fluxo é feita somente em uma direção. Uma válvula de retenção fecha a
passagem numa direção e o ar pode fluir somente através da secção regulável. Em sentido
contrário, o ar passa livre através da válvula de retenção aberta. Estas válvulas são utilizadas
para a regulagem da velocidade em cilindros pneumáticos.
Para os cilindros de ação dupla, são possíveis dois tipos de regulagem. As válvulas reguladoras
de fluxo unidirecional devem ficar o mais próximo possível dos cilindros.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
89
Figura 76 – Válvula reguladora de fluxo unidirecional.
Válvula reguladora de fluxo unidirecional com acionamento mecânico regulável (com
rolete)
São utilizadas quando houver necessidade de alterar a velocidade de um cilindro, de ação
simples ou dupla, durante o seu trajeto. Para os cilindros de ação dupla, podem ser utilizadas
como amortecimento de fim de curso. Antes do avanço ou recuo se completar, a massa de ar é
sustentada por um fechamento ou redução da secção transversal da exaustão. Esta aplicação se
faz quando for recomendável um reforço no amortecimento de fim de curso.
Por meio de um parafuso pode-se regular uma velocidade inicial do êmbolo. Um came, que
força o rolete para baixo, regula a secção transversal de passagem.
Em sentido contrário, o ar desloca uma vedação do seu assento e passa livremente.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
90
Figura 77 – Válvula reguladora de fluxo unidirecional com acionamento mecânico
regulável (com rolete).
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
91
8.4 - Válvulas de pressão
São válvulas que têm influência principalmente sobre a pressão, e pelas quais podem ser feitas
as regulagens; ou válvulas que dependem da pressão em comandos. Distinguem-se:
* Válvula reguladora de pressão.
* Válvula limitadora de pressão.
* Válvula de seqüência.
8.4.1 - Válvula de seqüência
O funcionamento é muito similar ao da válvula limitadora de pressão. Abre-se a passagem
quando é alcançada uma pressão superior à ajustada pela mola. Quando no comando Z é
atingida uma certa pressão pré-ajustada, o êmbolo atua uma válvula 3/2 vias, de maneira a
estabelecer um sinal na saída A.
Estas válvulas são utilizadas em comandos pneumáticos que atuam quando há necessidade de
uma pressão fixa para o processo de comutação (comandos em função da pressão). O sinal é
transmitido somente quando for alcançada a pressão de comando.
Figura 78 – Válvula de seqüência.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
92
8.5. - Combinações especiais
Quando existe a necessidade de um espaço de tempo entre uma operação e outra em um
circuito pneumático, a válvula de retardo ou temporizador pneumático representa uma eficiente
solução.
8.5.1 - Acionamento pneumático com comutação retardada (temporizador)
Esta unidade consiste de uma válvula direcional de 3/2 vias, com acionamento pneumático, de
uma válvula reguladora de fluxo unidirecional e um reservatório de ar.
8.5.1.1 - Temporizador (normalmente fechado)
Figura 79 - Temporizador (normalmente fechado).
Funcionamento
O ar comprimido entra na válvula pelo orifício P. O ar de comando entra na válvula pelo
orifício Z e passa através de uma reguladora de fluxo unidirecional; conforme o ajuste da
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
93
válvula passa uma quantidade maior ou menor de ar por unidade de tempo para o depósito de
ar, incorporado. Alcançada a pressão necessária de comutação, o êmbolo de comando afasta o
prato do assento da válvula dando passagem de ar de P para A. O tempo de formação da
pressão no reservatório corresponde ao retardo da válvula.
Para que a válvula temporizadora retorne à sua posição inicial, é necessário exaurir o ar do
orifício Z. O ar do reservatório escapa através da válvula reguladora de fluxo; o piloto da
válvula direcional fica sem pressão, permitindo que a mola feche a válvula, conectando a saída
A com o escape R.
8.5.1.2 - Temporizador (normalmente aberto)
Figura 80 - Temporizador (normalmente aberto).
Funcionamento
Esta válvula também é uma combinação de válvulas, integrada por uma válvula 3/2 vias, uma
válvula reguladora de fluxo unidirecional e um reservatório de ar. A válvula direcional 3/2 vias
é uma válvula normalmente aberta.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
94
Também neste caso, o ar comando entra em Z; uma vez estabelecida no reservatório a pressão
necessária para o comando, é atuada a válvula de 3/2 vias. Devido a isso, a válvula fecha a
passagem P para A. Nesse instante o orifício A entra em exaustão com R. O tempo de retardo
corresponde também ao tempo necessário para estabelecer a pressão no reservatório.
Caso for retirado o ar de Z, a válvula de 3/2 vias voltará à sua posição inicial.
Em ambos os temporizadores, o tempo de retardo normal é de 0 a 30 segundos. Este tempo
pode ser prolongado com um depósito adicional. Se o ar é limpo e a pressão constante, podem
ser obtidas temporizações exatas.
9 - SIMBOLOGIA
Segundo DIN/ISO 1219 e CETOP Obs.: Abaixo alguns símbolos mais importantes para aplicações da PNEUMÁTICA
1.TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA Denominação Simbologia * compressor (um sentido de fluxo, de deslocamento de ar constante)
* motor pneumático: a) de deslocamento de ar constante com - um sentido de rotação
- dois sentidos de rotação
b) de deslocamento de ar variável com - um sentido de rotação
- dois sentidos de rotação
* cilindro de simples ação
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
95
- retorno por uma força não especificada
- retorno por mola
* cilindro de dupla ação
* cilindro pneumático com campo giratório limitado
* cilindro de ação dupla com haste de êmbolo passante
* cilindro de ação dupla (amortecimento regulável em ambos os lados)
* cilindro telescópico de ação simples (retorno por força externa)
* cilindro telescópico de ação dupla
* intensificador para o mesmo meio de pressão
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
96
* intensificador para ar e óleo
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
97
VÁLVULAS
Denominação Simbologia 2.1. Distribuidores * válvula de 2/2 vias - posição normal fechada
- posição normal aberta
* válvula de 3/2 vias - posição normal fechada
- posição normal aberta
* válvula 3/3 vias posição intermediária fechada
* válvula de 4/2 vias
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
98
* válvula de 4/3 vias - posição intermediária fechada
- posição intermediária com saídas em exaustão
* válvula de 5/2 vias
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
99
2.2. Bloqueio - sem mola
- com mola
- comandada
* válvula alternadora ou de isolamento (elemento “ou”)
* válvula de escape rápido
* válvula de simultaneidade (elemento “e”)
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
100
2.3. Fluxo * válvula de fluxo - com estrangulamento constante
- com estrangulamento regulável nos dois lados
* válvula reguladora de vazão com retorno livre (válvula de fluxo com estrangulamento fixo ou regulável) ou válvula reguladora de
fluxo unidirecional
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
101
2.4. Fechamento, representação simplificada.
2.5. De Pressão * válvula de seqüência
* válvula limitadora de pressão regulável (alívio)
* válvula de seqüência, regulável (função 3 vias) com escape
- não normalizada - normalizada
* válvula reguladora de pressão sem orifício de escape
* válvula reguladora de pressão com orifício de escape
2.6. Combinações especiais
* comportamento temporizado de partida retardada (NF)
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
102
* válvula para corte de sinal (NA)
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
103
3. TRANSMISSÃO E CONDICIONAMENTO DA ENERGIA Denominação Simbologia * fonte de pressão
* linha de trabalho (utilização) * linha de comando (piloto)
* linha de escape ou sangria (exaustão)
* canalização flexível
* conexão fixa (derivação)
* cruzamento de linhas não interligadas
* conexão de descarga - escape livre
- escape canalizado (dirigido)
* tubulação pneumática
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
104
* silenciador
* reservatório
* ponto de escape
* ponto de ligação de pressão com conexão
3.1. Unidades de preparação do ar * filtro
* purgador com dreno manual
* purgador com dreno automático
* lubrificador
* resfriador
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
105
* secador
* unidade de conservação (conjunto lubrefil) - detalhado
- simplificado
4. MEIOS DE ACIONAMENTO Denominação Simbologia 4.1. Por ação muscular * Geral (sem identificação do modo de operação)
* Botão
* Alavanca
* Pedal
4.2. Por ação mecânica * Apalpador, Pino, Came
* Rolete
* Gatilho (atua num único sentido)
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
106
ou rolete escamoteável
4.3. Por pressão * Piloto (por acréscimo de pressão - positivo)
4.4. Elétrico * Solenóide - com uma bobina
- com duas bobinas operando em um único sentido
- com duas bobinas operando em sentidos contrários
4.5. Retorno * Mola
* Trava
5. APARELHOS DIVERSOS * indicador de pressão (manômetro)
* indicador de temperatura
* aparelho medidor de fluxo (vazão)
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
107
* aparelho medidor de fluxo (volume)
6. DESIGNAÇÕES ABREVIADAS DE CONEXÃO Denominação Simbologia - canalizações de trabalho A, B, C, ... (2, 4, 6, ...) - alimentação, ligação de ar comprimido P (1) - escape de ar, exaustão R, S, T (3, 5, 7) - comando Z, Y, X (12, 14, 16)
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
108
10 - COMANDOS PNEUMÁTICOS
10.1 - INTRODUÇÃO
O termo “Pneumática” no sentido usual não é mais suficiente hoje em dia para definir e
delimitar claramente o vasto campo de “trabalho” e “comando” através do ar.
Existem muitas designações para os diferentes campos da pneumática, sendo que se entende
por pneumática em geral, a aplicação industrial do ar como meio de trabalho. Pretende-se com
isso nesse ponto, estabelecer uma determinação mais ou menos arbitrária, que deverá auxiliar e
proporcionar clareza na confusão de termos existentes.
10.2 - CLASSIFICAÇÃO DOS GRUPOS
- Pneumática de baixa pressão:
Campo de pressão: até 1,5 bar aproximadamente. Estão nesta categoria todos os sistemas para a
solução dos problemas de comando com a pressão mencionada.
- Pneumática de pressão normal:
Campo de pressão: 1,5 a 16 bar. Engloba toda a pneumática “normal” dos elementos de
comando e trabalho que funcionam dentro destas pressões consideradas. Também chamada de
pressão “econômica”.
- Pneumática de pressão alta:
Engloba as aplicações especiais da pneumática na parte de trabalho. Não se trata mais dos
comandos utilizados na pneumática convencional, ou seja, em pressões de 1,5 a 16 bar. Os
elementos de informações sem contato, tais como os sensores de proximidade, ocupam lugares
cada vez mais importantes nos circuitos, classificados na categoria de baixa pressão.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
109
10.3 - CADEIA DE COMANDOS
A disposição gráfica dos diferentes elementos é análoga a representação esquemática da
cadeia de comando, ou seja, o fluxo dos sinais é de baixo para cima. A alimentação é um fator
muito importante deve ser bem representada. É recomendável representar elementos
necessários a alimentação na parte inferior e distribuir a energia, tal como mencioná-la de
maneira ascendente.
Quadro I
Elem entos detrabalho
Elem entos de
comand o
Elementos de
proc essamentode sinais
Elem entosde sinais
Elementos deprod. trat. e
d istribuiç ão
Fonte deenerg ia
Tratamento
dos sina is
Exec uç ão daordem
Válvulasdirecionais
Introduçãodos sina is
Saída dossinais
Cilindrosmotores, e tc
Válv. "memória"Elem. "OU", "E"temporizadores
Botão, fim decurso, detec torde proximidade
Unidade deconservaç ão, vá lv.de fechamento ed istribuidor
O quadro mostrado predetermina que o esquema seja desenhado sem considerar a
disposição física real dos elementos, recomendando-se ainda representar todos os cilindros e
válvulas direcionais horizontalmente.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
110
Como por exemplo, podemos considerar a disposição seguinte:
V1
ELEMENTO DE TRABALHO
ELEMENTO DE COMANDO
ELEMENTO DE PROCESSAMENTO DE SINAIS
ELEMENTOS DE SINAIS
ELEMENTO DE ENERGIA
V1
Figura 81 – Disposição segundo o esquema da cadeia de comando.
No esquema pneumático pode-se observar, além da disposição segundo o esquema da
cadeia de comando, a separação da situação do elemento final de curso. Esse final de curso
“V1” será na realidade instalado na posição final dianteira do cilindro.
Como, porém se trata de um módulo de sinal, o mesmo está representado na parte
inferior do esquema. Para se obter a correspondência entre as duas disposições, a situação real é
representada por um traço (), com a respectiva indicação.
Em comandos onde há vários elementos de trabalho, convém decompor o mesmo em
várias cadeias de comandos individuais, podendo se formar uma cadeia de comando para cada
elemento de trabalho.
Convém que cada cadeia de comando seja representada, se possível, na seqüência do
transcurso do movimento, lado a lado.
DESIGNAÇÃO ABREVIADA DAS CONEXÕES:
Denominação: Simbologia:
Canalizações de trabalho A, B, C, ... (2,4,6, ...)
Alimentação, ligação de ar comprimido P (1)
Escape de ar, exaustão R, S, T (3,5,7)
Comando Z, Y, X (12,14,16)
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
111
DESIGNAÇÃO DOS ELEMENTOS:
Dois tipos podem ser encontrados com freqüência:
Identificação por algarismos
Identificação por letras
Identificação por Algarismos:
Cada elemento dentro de um circuito pneumático tem sua função e para a sua
identificação é utilizada a seguinte regra:
A identificação é composta de um número de grupo e a numeração seguinte indica a
função do elemento.
Denominação: Simbologia:
Divisão de Grupos:
Todos os elementos do abastecimento de energia Grupo “0”
Diversas cadeias de comando
(um número de grupo/cilindro) Grupo “1,2,3”...
Numeração corrente:
Elementos de trabalho .0
Elementos de comando .1
Todos os elementos que influenciam no .2, .4, ...
avanço do elemento de trabalho considerado
(n0 par)
Todos os elementos que influenciam no retorno .3, .5, ...
(n0 ímpar)
Elementos entre o elemento de comando e o .01, .02 ...
elemento de trabalho (Ex.: válvula de fluxo)
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
112
Figura 82 – Esquema pneumático.
Identificação por letras:
Este método é muito importante no estudo de esquemas para os comandos programados
em função de trajetória.
Este estudo necessita cálculos, desenho do diagrama e tabelas.
A utilização deste método, através de letras, facilita a supervisão.
Denominação: Simbologia:
Elementos de trabalho A, B, C, ...
Chaves fim de curso acionadas a0, b0, c0, ...
na posição final traseira dos cilindros A, B, C, ...
Chaves fim de curso acionadas a1, b1, c1, ...
na posição final dianteira dos cilindros A, B, C, ...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
113
Generalidades:
Representação de Equipamentos:
Todos os equipamentos devem ser representados no esquema na posição inicial de
comando. Caso isto não seja possível ou caso não se proceda desta maneira, é necessário fazer
uma observação.
Quando válvulas com posição normal forem desenhadas em estado acionado, isto deve
ser indicado, por exemplo, através de seta ou em caso de chave fim de curso, através do
desenho de ressalto.
• Definição das posições segundo DIN 24300:
Posição normal: posição de comando ocupado pelas partes móveis da válvula. Quando
esta não estiver ligada (para válvula com existência de reposicionamento).
Posição inicial: posição que as partes móveis da válvula ocupam após a sua montagem
em uma instalação e ligação da pressão da rede e com a qual o programa da comutação previsto
inicia.
Representação de um elemento de sinal (fim de curso) com posição de repouso normal
fechada é indicado no esquema em posição de trabalho. Válvulas com rolete escamoteável
(gatilho) emitem sinais em um só sentido de acionamento. Nos esquemas, deve-se indicar o
sentido de acionamento do gatilho. (conforme figura, respectivamente).
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
114
1.3
Figura 83 – Representação de um elemento de sinal.
Canalizações, dados gerais:
As canalizações devem ser, sempre que possível desenhadas de modo retilíneo e sem
cruzamentos, no que, em comandos de volume não muito grande. As canalizações de trabalho
podem ser contínuas e as de comando pontilhadas.
Válvulas distribuidoras; campos de aplicação e utilização:
• Função de 2 vias:
Para simples tarefas de fechamento.
• Função de 3 vias:
Comando de cilindros de ação simples
Comando de válvulas comutadas por acréscimo de pressão
Em geral: em todos os casos onde se necessita de uma sinal para o acionamento de uma
ocorrência e se necessita e evacuá-lo através da válvula utilizada.
• Função de 4 vias:
Para o comando de cilindros de ação dupla e como válvula alternadora para
combinações de sinais.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
115
• Função de 5 vias:
Como na função de 4 vias, porém equipada com 2 escapes (para cada canalização de
trabalho). Existe a possibilidade de influenciar o escape separadamente (por exemplo:
regulação de velocidade).
Diferenciação:
• Comando direto:
Apenas pode ser escolhido se não existir grande volume do cilindro e principalmente se
o transcurso a influenciar pode ser comandado a partir de um só elemento de sinal.
• Comando indireto:
Quando existem vários sinais e quando os elementos de comando e módulos de sinal
não podem ser agrupados. O elemento de sinal pode ser mantido pequeno, enquanto que a
válvula principal apresenta as características correspondentes às dimensões do cilindro. A
canalização de alimentação do elemento de comando ao cilindro pode ser bastante curta. Isto
significa que o espaço morto e assim também o consumo de ar pode ser mantido pequeno
enquanto que o trajeto elemento de sinal - elemento de comando pode ser transporto por uma
canalização de comando de pequena secção transversal.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
116
11 - CIRCUITOS COMPLEXOS
A automatização baseia-se na associação das ações de mais de um cilindro, fazendo o
encadeamento de seus funcionamentos por meio de válvulas. Os circuitos que têm, por
finalidade, fazer funcionar vários cilindros, segundo uma ordem pré-determinada, são
denominados seqüências, que podem ser direta ou indireta.
- Cada cilindro é designado por uma letra maiúscula
- Para a seqüência estar completa cada cilindro deverá realizar suas duas operações
(avanço/retorno)
A + B +C + A - B - C -
(+) ⇒ avanço (-) ⇒ retorno
Direta: se a ordem de operação se repete inteiramente independente do tipo de
operação.
A + B - C + D - A - B + C - D +
Indireta: quando houver uma única inversão na ordem das operações.
A + B - C + D - A - C - B + D +
A + B + (C + B-) A - C –
Possibilidades de representação da seqüência de trabalho:
A necessidade de representar seqüências de movimentos e estados de comutação de
elementos de trabalho e de comando de maneira facilmente visível não necessita de maiores
esclarecimentos.
Assim que existir um problema um tanto mais complexo, as relações não são
reconhecíveis rápida e seguramente, se não for escolhida uma forma apropriada da
representação. Uma representação simples facilita a compreensão em um âmbito maior.
Exemplo:
Pacotes que chegam sobre a correia de rolos são elevados por um cilindro pneumático e
empurrados por um segundo cilindro para uma segunda correia. O cilindro B apenas pode
retornar quando o cilindro A houver alcançado a posição final traseira. O sinal de partida deve
ser introduzido através de um botão manual, para uma seqüência de trabalho em cada vez.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
117
Esboço da situação:
Diagrama de trajeto e passo:
Seqüência:
Constituição do circuito:
1. Relação em seqüência cronológica:
- o cilindro A avança e eleva os pacotes
- o cilindro B empurra os pacotes para a segunda correia
- o cilindro A desce
- o cilindro B retrocede
2. Forma de tabela:
Passo de trabalho Movimento cilindro “A” Movimento cilindro “B”
1 Para frente -
2 - Para frente
3 Para trás -
4 - Para trás
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
118
3. Diagrama de setas (representação simplificada) forma vetorial:
(→) avanço (←) retorno
A →
B →
A ←
B ←
4. Maneira de escrever abreviada (em forma algébrica):
( + ) avanço ( - ) retorno
A + B + A - B -
5. Representação gráfica em forma de diagrama:
Os diagramas de funcionamento são utilizados para a representação das seqüências funcionais,
de comandos mecânicos, pneumáticos, hidráulicos, elétricos e eletrônicos, assim como para
combinações destes tipos de comandos, por exemplo, eletropneumáticos e eletrohidráulicos.
O diagrama de funcionamento é em muitos casos a base para a elaboração dos esquemas
de funcionamento.
Na representação de seqüências de funcionamento deve-se distinguir entre:
Diagrama de movimento: representa os estados dos elementos de trabalho e das
unidades construtivas.
Diagrama de comando: fornece informações sobre o estado de elementos de comando
individual (aplicação: manutenção).
Ambos os diagramas em conjunto são denominados de diagramas de funcionamento.
Diagrama de movimento:
• Diagrama de trajeto e passo: representa a seqüência de operação de um elemento de
trabalho, levando-se ao diagrama a indicação do movimento em dependência de cada passo
(variação do estado de qualquer unidade construtiva) considerado.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
119
1 2 3 4 5
em frente
atrás
Passos
Trajeto
Cilindro A
Recomendações para o traçado do diagrama:
1. os passos devem ser desenhados horizontalmente e com as mesmas distâncias.
2. o trajeto não deve ser desenhado em escala e deve ser igual para todas as unidades
construtivas.
3. no caso de haver várias unidades, a distância vertical entre os trajetos não deve ser
muito pequena.
4. podem ser introduzidos passos intermediários se durante o movimento altera-se a
condição da instalação, por exemplo, pela atuação de uma chave fim de curso na posição
central do cilindro, ou pela modificação da velocidade de avanço.
5. a designação da condição da instalação pode ser de duas formas: através de indicação
da posição (atrás-frente, encima-embaixo, etc.) ou também através de números (por exemplo:
“0” para a posição final traseira e “1” ou “L” para a posição final dianteira).
6. a designação da respectiva unidade deve ser anotada ao lado esquerdo do diagrama,
por exemplo, cilindro A.
• Diagrama de trajeto e tempo: o trajeto de uma unidade construtiva é representado
em função do tempo. Representa com mais clareza, as sobreposições e as diferentes
velocidades de trabalho.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
120
Trajeto Passos
Cilindro B
Cilindro A
L
L
0
0
Diagrama de comando: Anotam-se os estados de comutação de sinais e dos elementos
de processamentos de sinais, sobre os passos, não considerando-se os tempos de comutação.
PassosEstado
Aberto
Fechado
1 65432
b1
1 65432
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
121
Recomenda-se o seguinte:
1. deve se possível, ser desenhado em combinação com o diagrama de movimentos.
2. os passos ou tempos devem ser desenhados em forma horizontal.
3. a distância vertical das linhas de movimentos pode ser igual, porém, devem ser bem
visíveis.
O diagrama de funcionamento (diagrama de movimento e de comando) para o exemplo
está representado na figura abaixo:
B
A
L
L
0
0
L
0
L
0
L
0
1.1
2.1
2.2
Elaboração de um problema de comando:
(situação do problema, estabelecimento das condições)
Deve haver desde o início um estabelecimento claro e definido do problema e,
sobretudo dos objetivos. Relação exata das condições marginais com vistas a:
conforto na operação,
segurança exterior da instalação,
segurança de funcionamento, etc.
Condições Marginais:
1. Para a seqüência de funcionamento:
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
122
condições de partida,
condições de instalação,
condições de segurança.
2. Para influências operacionais:
influências do ambiente, local de utilização, alimentação, pessoal .
Realização de um esquema:
A disposição gráfica deve ser efetuada segundo o esquema da cadeia de comando, deve
haver um fluxo de sinal de baixo para cima. Como a alimentação de energia é importante para o
esquema, deve ser representada no mesmo, sendo que todos os elementos necessários ao
abastecimento de energia distribuída em seguida de baixo para cima.
Recomenda-se representar todos os cilindros e válvulas distribuidoras horizontalmente,
o esquema seja desenhado sem considerar a disposição física dos elementos.
A posição dos elementos de sinal deve ser indicada através de um traço de marcação.
Representar os equipamentos em posição inicial de comando.
Desenhar as canalizações sempre que possível de modo retilíneo e sem cruzamentos.
COMPOSIÇÃO DE ESQUEMAS PARA COMANDOS DE TRAJETÓRIA
PROGRAMADA
Se o diagrama de movimento e as condições marginais estiverem definidos, pode-se
iniciar a composição do esquema. O tipo de representação e a disposição gráfica foram
descritos detalhadamente anteriormente. Segundo esta sistemática inicia-se então a construção
do circuito.
Esta construção e com ela também a sistemática fundamental para a composição do
esquema dependem do tipo de desligamento de sinal utilizado.
Para comandos mais simples e principalmente em todos os casos onde se pode aceitar as
desvantagens do desligamento de sinais através de roletes escamoteáveis, pode-se recomendar a
aplicação de válvulas com acionamento por roletes escamoteáveis.
Em todos os demais casos convém instalar um desligamento de sinal através de válvulas
de inversão.
Esta sistemática para a composição metódica de esquemas é designada também como o
assim chamado “método de cascata” ou “passo-a-passo”.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
123
Recomenda-se então o seguinte procedimento para a composição do esquema:
1. desenho dos elementos de trabalho (representado horizontalmente);
2. desenho dos elementos de comando correspondentes (representar horizontalmente);
3. desenho dos módulos de sinal necessários sem símbolo de acionamento;
4. desenho dos elementos de abastecimento de energia (embaixo);
5. conectar as canalizações de comando (retilíneo e sem cruzamento);
6. numerar os elementos;
7. conversão do diagrama de movimento em esquema;
8. verificação dos locais onde se tornam necessários desligamentos de sinal;
9. desenho dos tipos de acionamento;
10. eventualmente, introdução das condições marginais.
Pode-se verificar no diagrama de funcionamento, se há necessidade de desligamento de
sinal e onde.
Em geral o diagrama de comando é desenhado como se houvesse apenas válvulas com
acionamento por rolete ou por came na função de chaves fim de curso. Além disto, deve-se
observar que os sinais que influenciam o mesmo cilindro sejam desenhados uns sob os outros.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
124
SOLUÇÃO:
Trajeto-Passo
Trajeto-Comando
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
125
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
126
11.1 - CIRCUITO PARA DESLIGAMENTO DE SINAIS
Desligamento mecânico
Por rolete escamoteável
Caso o sinal a desligar seja fornecido por um fim de curso, pode-se utilizar uma válvula
de acionamento através de rolete escamoteável (gatilho).
Figura 84 – Rolete escamoteável.
Devem-se observar os seguintes pontos na utilização:
- o rolete escamoteável deve ser completamente ultrapassado, ou seja, fica liberado na
posição final.
- não há precisão nas posições finais de curso (importante em caso de cilindros com
curso pequeno).
- a velocidade de acionamento não pode ser muita elevada (com velocidades
demasiadamente elevadas, obtêm-se sinais demasiadamente curtos).
- a duração do sinal depende do comprimento do came de acionamento e da velocidade
do cilindro.
- como o gatilho é liberado na posição final do curso, não existe a possibilidade de
utilizar o sinal para outras operações posteriores, pois o sinal desaparece após o acionamento.
- nenhuma possibilidade para temporização.
- posição correta no sentido do acionamento.
O uso do rolete escamoteável permite projetar esquemas no método intuitivo.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
127
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
128
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
129
Através de circuito temporizado
Desligamento de sinais mediante retardo do sinal, utilizando-se um temporizador
normalmente aberto ou corte de sinal.
P R
A
Z
e
a
Figura 85 –Circuito temporizado.
Estes circuitos são muito confiáveis no funcionamento, porém, na utilização em
comandos mais volumosos, os mesmos são complexos e caros. Além disso, eles são utilizáveis
apenas para o simples desligamento de sinais, não oferecendo possibilidades de executar um
bloqueio contra acionamentos repetidos. Isto se torna claro no exemplo a seguir.
Um cilindro de dupla ação deve avançar e retornar automaticamente mesmo que a válvula de
partida continue sendo acionada. Uma partida só deve ser possível soltando-se a válvula e
acionando-a novamente (bloqueio de ciclo contínuo).
Figura 86 – Circuito para desligamento de sinais.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
130
Anulação de sinais através de válvulas de inversão (memória)
Nesse método, utiliza-se válvula direcional de duplo piloto pneumático de 3/2, 4/2 ou
5/2 vias, também chamada de “memória”.
Figura 87 - Válvulas de inversão (memória).
Este método é utilizado com maior freqüência na prática. O mesmo funciona com
grande segurança, pressupondo um dimensionamento correto, possuindo ainda a vantagem de
que, freqüentemente, se consegue reunir diversos sinais para o desligamento e assim manter o
volume relativamente pequeno.
A idéia básica é de se permitir ação do sinal apenas no instante em que o mesmo é
necessário. Com os sinais, podem-se realizar muitas combinações.
11.2 - MÉTODOS SISTEMÁTICOS DE ESQUEMAS
O caminho mais simples para a construção de qualquer comando e de forma segura,
consiste em desconectar o sinal quando este não é mais necessário, o que significa a anulação
após cada passo ou operação.
Por exemplo, quando se trata de realizar anulações, pode-se representar da seguinte
forma: S1 S2 S3 S4
e4e3e2e1
Figura 88 – “Caixa preta”.
“e1, e2, e3 e e4” representam os sinais de entrada. “S1, S2, S3 e S4” representam os
sinais de saídas.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
131
Esta unidade deve solucionar o problema dos sinais permanentes e deve realizar as
exigências determinadas.
- o número de sinais de entrada é igual ao número de sinais de saída.
- para cada sinal de entrada existe um sinal de saída.
- os sinais de saída são memorizados, quer dizer, devem permanecer mesmo que tenha
desaparecido o sinal de entrada correspondente.
- somente pode estar presente um único sinal de saída e deve existir a possibilidade de
desconectar estes sinais de saída de forma controlada.
- os sinais de entrada devem ter efeito, somente seguindo uma ordem pré-estabelecida: 1
- 2 - 3 - 4 - 1 -2 - ...
Pode ter duas versões:
- CASCATA
- PASSO - A - PASSO
Método Cascata
Este método é aplicado com maior freqüência na prática. Funciona com grande
segurança. Permite a ação do sinal apenas no instante em que mesmo é necessitado, isto pode
ser conseguido bloqueando o sinal após o módulo de sinal através de uma válvula ou
fornecendo energia ao módulo de sinal apenas quando o sinal for necessitado. Para a inversão
utiliza normalmente uma válvula de inversão. Esta sistemática para a composição metódica de
esquemas é designada também “método de cascata”. (deve-se assegurar que exista apenas um
sinal de saída das válvulas de inversão após cada inversão, isto pode ser alcançado através de
conexão em série em forma de degraus, de válvulas de 4/2 vias, ou 5/2 vias e acionamento por
duplo piloto positivo).
Através desta disposição assegura-se que existe ar comprimido em apenas uma saída a
cada vez e que todas as outras saídas encontram-se em exaustão. Os limites do método são
dados através da característica de que a energia é introduzida através de uma conexão. O ar flui
através de todas as válvulas da cascata antes de acionar uma ocorrência de comando.
Regras Gerais: (Procedimentos na composição de esquemas)
- Estabelecer a seqüência dos movimentos na forma algébrica do diagrama trajeto passo.
- Divisão em grupos: Letras iguais não devem pertencer ao mesmo grupo.
- O número de grupos corresponde ao número de linhas auxiliares da cascata.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
132
- O número de linhas menos um é igual ao número de válvulas distribuidoras
(“memória” de 4/2 vias ou 5/2). São ligadas em série (conexão de válvulas em forma
escalonada), a primeira válvula da série alimenta as duas primeiras linhas e assim por diante.
Somente a última válvula da série é alimentada com pressão da rede.
- A cada grupo deve-se trocar de linha.
- Verificar a que grupo pertence o último movimento:
Neste método sempre vamos ter ao final do ciclo, ar na 1ª ou na última linha.
- Se o último movimento pertencer ao 1º grupo então desenhar circuito com ar na
1ª linha.
- Se o último movimento pertencer ao último grupo então desenhar o circuito
com ar na última linha.
- É recomendado no máximo 5 linhas auxiliares.
Características:
- Maior segurança
- Maior facilidade na construção de circuitos (não existe contrapressão)
- Não usa gatilho
- Não usa memórias
- Não usa Flip-Flop
- Todos os elementos são ligados nas linhas de rede da cascata.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
133
Limitações:
É conseqüência da alimentação de energia que é realizada através de uma única válvula.
O ar que passa por todas as válvulas antes de iniciar o processo de comando, pode sofrer uma
excessiva queda de pressão que chega a ser considerada e, portanto prejudicial, quando se
necessita de rapidez em determinados momentos do processo. A queda de pressão é maior à
medida que se aumenta o número de válvulas no comando, e em conseqüência se obtém um
funcionamento mais lento. Recomenda-se, portanto, não montar esquemas com mais de 4
memórias (5 linhas).
A série abaixo mostra passo por passo a seqüência na comutação da cascata.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
134
Configurações:
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
135
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
136
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
137
Método Passo-a-passo (convencional)
Ao contrário do método cascata, no sistema passo a passo são utilizadas “memórias” de
3/2 vias (duplo piloto) não dispostas em série, mas conectadas independentemente uma das
outras, tanto na alimentação como na distribuição (ligadas em paralelo em linha horizontal).
Deste modo é possível abastecer cada uma das válvulas (memórias) diretamente com o
ar da rede. A desvantagem da queda de pressão do método cascata aqui não existe.
Para que ocorra a emissão de um único sinal de saída, cada sinal de entrada comuta uma
válvula que inverte a memória ativada no passo anterior, simultaneamente com a alimentação
do passo em questão.
Como na cascata, o passo a passo requer a divisão da seqüência. A diferença, no
entanto, é que neste método, cada movimento deve ser separado e a cada divisão damos o nome
de PASSO. Cada PASSO será comandado nesta técnica por uma válvula 3/2 duplo piloto. O
número de válvulas de comando é igual ao número de passos.
Exemplo:
A + A - B + B -
1 2 3 4
A figura abaixo mostra a conexão fundamental das válvulas para uma cadeia de passo-a-
passo quaternária.
1a versão:
Para que seja possível um bloqueio dos sinais de entrada, é conectado diante de cada
entrada um elemento “e”.
A figura a seguir mostra a ligação dos elementos “e” com as memórias.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
138
2a versão:
Regras Gerais: (Procedimentos na composição de esquemas)
- Estabelecer a seqüência dos movimentos na forma algébrica do diagrama trajeto passo.
- Divisão em grupos: cada passo corresponde a um grupo.
- O número de grupos corresponde ao número de linhas auxiliares.
- O número de linhas corresponde ao número de válvulas “memória” + elemento “E”.
- A cada passo deve-se trocar de linha; todos os elementos de sinais estarão abaixo das
linhas.
- Neste método, ao final do ciclo, sempre vamos ter pressão na última linha.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
139
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
140
Princípio de funcionamento dos módulos passo-a-passo:
Em primeiro lugar, devem-se distinguir dois tipos de módulos:
Módulo tipo “A”:
O módulo “A” recebe, através da conexão “Yn”, um sinal de partida e comuta a
memória que se encontra alimentada de pressão. Com isso:
- Ativa a saída de sinal “A”;
- Alimenta o elemento “E” para o passo seguinte;
- Ativa o indicador óptico de sinal de saída;
- Repõe a memória do passo anterior através da conexão “Zn”.
Quando em “X” chega um sinal de informação proveniente de um fim de curso (por
exemplo, o avanço ou recuo de um cilindro) e, simultaneamente, a informação “A” da
memória, atua-se o elemento “E” que comuta a memória do passo seguinte.
Mediante um sinal na conexão “L” , proveniente, por exemplo, da “EMERGÊNCIA”,
desativa a memória do módulo “A”.
Designação das conexões:
A - sinal de saída
Yn - sinal para o início do ciclo ou reposição da memória anterior
P - pressão
Zn - repor memória anterior
L - emergência
X - sinal para mudança de linha
Yn+1 - comuta memória seguinte
Zn+1 - repor memória
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
141
Módulo “B”:
Este módulo é uma variante do módulo “A” e é utilizado quando o último passo de uma
seqüência for necessário para colocar em posição de partida o primeiro passo.
O “start” ou partida só será possível quando:
- existir uma ordem de colocar em posição de partida;
- quando se desenvolveram todos os movimentos até a última fase.
Deve-se assegurar que, durante o processo de desenvolvimento dos movimentos, não
pode existir nenhuma informação de “Partida”.
O módulo “B” garante essa exigência, recebendo sinal da primeira memória, pela
conexão “Zn+1”.
Pela conexão “L”, por exemplo, em caso de uma avaria ou “Parada de emergência”,
todas as memórias recebem um sinal, que as recoloca em sua posição original.
Seqüência de um comando passo-a-passo de 4 saídas:
O sinal “Yn+1” do último passo está combinado em série com o botão (função “E”) e a
saída do botão de partida está conectada com a conexão “Yn” do primeiro passo que
ativa a saída “A1”, repondo a última memória.
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142
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COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
146
11.3 - CONDIÇÕES MARGINAIS
Além da seqüência de movimentos necessários no comando, na prática encontramos
outras exigências que não pertencem diretamente ao funcionamento normal do comando. Estas
condições chamadas condições marginais podem ser, por exemplo:
- Partida
- Manual / automático (ciclo único e ciclo contínuo)
- Parada
- Reposição a zero
- Parada de emergência
- Contador
Estas condições significam, por um lado na simplificação ou comodidade no serviço.
Por outro lado, funções adicionais do comando são especialmente importantes na pneumática,
pois nota-se uma tendência clara na construção em placas e painéis de comando, que facilitam a
montagem, manutenção e supervisão.
Com estas condições se repetem continuamente ou voltam a aparecer de forma similar,
é vantajoso o projeto de um comando básico com várias destas condições incluídas.
Isto proporciona ao projetista uma facilidade de poder trabalhar em projetos (unir,
acoplar as diferentes partes do comando).
Desenvolvimento de um comando:
Para solucionar um problema de automatismo, o principal e mais importante é o
planejamento do problema.
É importante um planejamento esquemático do comando para poder chegar a uma
determinação total do problema.
Um comando se divide em 3 grupos: entrada de sinais → tratamento das informações →
saída do sinal ou execução da ordem.
Segundo esse padrão examina-se o problema, quer dizer, primeiro se estuda cada grupo
em separado.
Muito importante é também uma relação das condições marginais com vistas a:
MAG - Magazine (depósito de peças a ser alimentadas)
Sinais:
PS - Sinal proveniente do processamento de sinais
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
147
Definições das condições adicionais (Marginais):
Comando liga-desliga:
Mediante o uso de uma válvula com trava se pode ligar ou desligar a distribuição de
energia de forma controlada.
Partida
Acionando o “botão de partida” se coloca em funcionamento o circuito.
Manual / Automático
Através de uma válvula seletora (acionamento por alavanca) pode-se pré-selecionar
partida manual ou automático.
Manual
Em posição MAN, através de botões adicionais, pode-se efetuar o movimento
individual de cada elemento de trabalho.
Instalar - cada elemento pode ser comandado individualmente em seqüência arbitrária.
Posicionar - através do acionamento do botão de posicionamento a instalação é colocada
em uma posição definida.
A partida AUT fica sem efeito.
Automático
O automático se subdivide em:
• Ciclo único (uma seqüência de trabalho)
• Ciclo contínuo (seqüência contínua)
No caso do ciclo contínuo, após acionar o botão de partida, a instalação deve funcionar
indefinidamente até que uma ordem contrária seja dada (parada).
Parada: com o acionamento do botão de “parada” é anulado o ciclo contínuo. O ciclo é
completado e o sistema volta a posição inicial.
- Conforto na operação
- Segurança exterior da instalação
- Segurança de funcionamento, etc.
A fim de obter uma maneira de expressão uniforme, os seguintes termos e divisões
correspondentes necessitam ser precisados:
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
148
Condições Marginais:
- Condições marginais para a seqüência de funcionamento:
a. Condições de partida
b. Condições de instalação
c. Condições de segurança
- Condições marginais para influências operacionais:
a. Influência do ambiente. Local de utilização
b. Alimentação
c. Pessoal
Um comando se divide em 3 grupos:
- Entrada de sinais
- Tratamento das informações
- Saída do sinal ou execução da ordem
Abreviaturas (Símbolos)
Para maior compreensão destas informações, abaixo as abreviaturas das funções dos
elementos, com letras ou símbolos, utilizados nos esquemas.
Botão ou interruptor:
AUT - Automático
MAN - Manual
START - Partida (AUT)
STOP - Parada (AUT)
- Ciclo Único (AUT)
- Ciclo Contínuo (AUT)
RESET - Posicionar para partida (MAN)
PE - Parada de emergência
DE - Desbloqueio da emergência
Informação de retorno: (acionamento mecânico ou emissão de
sinais sem contato)
FC - Elemento de sinal para confirmação do último movimento da
seqüência ou fim de ciclo.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
149
Voltar a zero (Reset):
Através de um sinal de “Voltar a zero” (botão), todas as válvulas memoriais de uma
cascata ou passo a passo voltam a sua posição inicial.
Parada de emergência
A posição dos elementos de trabalho nesta condição deve ser claramente definida de
antemão.
Na eletrônica ou eletricidade, ao ser produzido um sinal de “parada de emergência”,
toda a instalação fica sem energia.
Na pneumática essa possibilidade, devido a compressibilidade do ar e a falta de auto
retenção, raras vezes é utilizada. Ter-se-a o êxito desejado após a observação do tipo de
trabalho que os elementos de trabalho (cilindros, motores, etc.) estão submetidos.
Além disso, pode ocorrer que para um mesmo cilindro estas condições mudem várias
vezes durante o desenvolvimento do ciclo de trabalho.
Observando a haste de um cilindro, vemos que, ao chegar o sinal de parada de
emergência, este pode estar em uma das suas posições finais ou em movimento.
Desbloqueio de parada de emergência
A instalação é liberada novamente para a continuação do funcionamento.
A instalação deve partir, após o desbloqueio da parada de emergência, do ponto em que
parou ou deve voltar à posição inicial.
Estas considerações no problema da parada de emergência e desbloqueio da parada de
emergência se faz ver claramente que não podem existir definições nem regras de validade
geral.
A aplicação de qualquer tipo de parada de emergência depende unicamente da
problemática de cada instalação e seus pontos perigosos. Isto significa que as condições devem
ser definidas para cada caso, problema ou instalação.
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1a parte: Circuitos fundamentais
1. O êmbolo de um cilindro de simples ação deve avançar por acionamento de um botão
e retornar imediatamente a posição final após a liberação do botão.
2. Como no exercício anterior, entretanto, o cilindro de simples ação deve ser
substituído por um de dupla ação.
3. Pretende-se comandar um cilindro de dupla ação através de duas válvulas V1 e V2 de
maneira que o êmbolo avance no acionamento da válvula V1 e permaneça em sua posição final
dianteira mesmo após a liberação de V1 até que seja dado o sinal contrário para o retorno
através de V2.
4. Alcançada a posição final dianteira, o êmbolo do cilindro de dupla ação deve acionar
o seu próprio comando de retorno (automaticamente), se a válvula (botão) que leva ao avanço
não estiver mais acionada.
5. O avanço de um cilindro de dupla ação deve ser comandado por uma válvula de
botão. Alcançando o fim de curso o cilindro deve retornar automaticamente mesmo que a
válvula de botão continue acionada.
6. Pretende-se tornar possível o avanço e o retorno da haste de um cilindro de dupla
ação por impulsos pneumáticos. O êmbolo deve poder ser retido em qualquer posição
intermediária através da liberação do botão correspondente e, se possível pneumaticamente, ser
preso nesta posição.
6.1. com válvulas 2/2 vias bloqueando as canalizações do cilindro;
6.2. com uma válvula 5/3 vias com centro fechado.
7. A velocidade do êmbolo de um cilindro de simples ação deve ser regulada para o
curso de avanço.
8. A velocidade do êmbolo de um cilindro de simples ação deve ser regulada para o
curso do retorno.
9. A velocidade do êmbolo de um cilindro de simples ação deve ser ajustável para o
curso de avanço e retorno e ser regulada separadamente.
EXERCÍCIOS
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
156
10. A velocidade do êmbolo de um cilindro de simples ação deve ser ajustável para o
curso de avanço e retorno não ajustável separadamente.
11. A velocidade do êmbolo de um cilindro de dupla ação deve ser regulada
separadamente para os cursos de avanço e retorno:
11.1. com estrangulamento de ar de entrada;
11.2. com estrangulamento de ar de escape.
12. Um reservatório deve ser preenchido através de uma válvula de acionamento
manual. Após soltar o acionamento o reservatório deve ser rapidamente exaurido.
13. A velocidade de retorno da haste de um cilindro de simples ação deve ser
aumentada.
14. Da mesma forma para o avanço da haste de um cilindro de dupla ação.
15. Um cilindro de simples ação deve ser comandado a partir de dois locais distintos
através de duas válvulas de 3/2 vias.
16. A haste de um cilindro de dupla ação deve avançar ao ser acionada de dois pontos
distantes diferentes.
17. A haste de um cilindro de simples ação deverá avançar somente quando forem
acionadas simultaneamente duas válvulas direcionais de 3/2 vias (ligação em série).
18. Acionamento de um cilindro de simples ação com montagem de válvula “E”.
19. Após o acionamento de um botão manual, o êmbolo de um cilindro de dupla ação
deve avançar, permanecer na posição final dianteira durante um certo tempo ajustável e em
seguida retornar por ação própria.
20. Como no exercício anterior, entretanto o comando de retorno em função do tempo
sem válvula fim de curso.(dependente do tempo sem controle de posição final).
21. O avanço de um cilindro de dupla ação se dá por intermédio de uma válvula 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 (bloqueio da repetição mesmo com o botão constantemente acionado).
22. O avanço de um cilindro de dupla ação deve ser comandado por uma válvula de
botão. Alcançada a posição final o cilindro deve retornar automaticamente mesmo que o botão
permaneça acionado, com a velocidade de avanço ajustável e a velocidade de retorno a máxima
possível.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
157
23. O movimento de um cilindro de dupla ação deve ser comandado, aleatoriamente,
pelo botão V1 da válvula A ou pelo botão V2 da válvula B, O retorno do cilindro só pode
ocorrer se este tiver alcançado o fim de curso e se for acionado o botão V3 da válvula C.
24. A haste do êmbolo do cilindro de dupla ação deve avançar através de um sinal de
partida manual e ser comutada na posição final dianteira. O retorno apenas deve efetuar-se,
caso na posição final exista pressão máxima no interior do cilindro.
25. Um cilindro de dupla ação deve ser comandado de maneira que o avanço possa ser
acionado através de um botão manual ou pedal, porém apenas se ao mesmo tempo existir um
sinal de uma chave fim de curso adicional. O retorno deve efetuar-se automaticamente, porém
apenas em caso de existência de informação da chave fim de curso adicional. Se a informação
da chave fim de curso adicional não existir, os elementos de sinal devem emitir um sinal
acústico no acionamento.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
158
Prensa de duas pressões
Em um dispositivo, chapas deverão ser deformadas. Ao ser dada a partida, um cilindro
de dupla ação deverá avançar lentamente até encostar na chapa, com uma pressão na câmara
traseira de 1 bar.
Nesta posição ele deverá permanecer durante 15 segundos, a fim de aquecer a chapa.
Após esse período, a câmara traseira deverá receber uma pressão de 6 bar para o trabalho de
deformação.
Após a deformação, o cilindro deverá retornar rápida e automaticamente à posição
inicial, sem auxílio de fim de curso.
Pede-se:
Esquema de comando pneumático.
Esboço do dispositivo:
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
159
Dispositivo para colagem de peças de plástico
O sinal de partida é emitido mediante um botão. O cilindro, após alcançar sua posição final,
deve prensar as peças durante 20 segundos. A velocidade de avanço deve ser regulada.
Após esse tempo a haste do cilindro deve voltar à sua posição final traseira e caso na
posição final exista pressão máxima no interior do cilindro.
Esse retorno deve ser produzido de qualquer maneira, mesmo que o botão ainda esteja
acionado.
Um novo ciclo somente poderá ser realizado após a liberação do botão e retorno da haste
do cilindro 1.0.
Pede-se:
Esquema de comando pneumático.
Esboço do dispositivo:
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
160
2a parte: Circuitos complexos
Transferidor de peças
A figura abaixo representa um dispositivo de transferência de peças da estação I para a
estação II.
Esboço do dispositivo:
Pede-se:
Diagrama de comando.
Esquema de comando pneumático segundo o método intuitivo.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
161
Dispositivo de furação
As peças são colocadas no dispositivo manualmente. Ao ser dada a partida o cilindro
(1.0) “A” avança fixando a peça. Logo em seguida o cilindro (2.0) “B” avança lentamente até a
peça, realizando a furação. Depois de terminado o processo, o cilindro (2.0) “B” retorna a sua
posição inicial, acionando em seguida o retorno do cilindro (1.0).
Esboço do dispositivo:
Pede-se:
Diagrama de comando.
Esquema de comando pneumático segundo o método intuitivo.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
162
Dispositivo de dobrar chapas
Pretende-se dobrar chapas sobre uma ferramenta de dobrar acionada pneumaticamente.
Após o tensionamento da peça através de um cilindro de tensionamento A, de ação simples,
efetua-se a primeira dobra através de um cilindro de ação dupla B e finalmente, por um outro
cilindro de ação dupla C, a dobra final da peça. A partida se dá por um botão manual. O circuito
deve ser desenvolvido de maneira a efetuar um ciclo de trabalho em cada partida.
Esboço da situação:
Pede-se:
Seqüência algébrica.
Diagrama de funcionamento.
Esquema de comando pneumático segundo o método intuitivo.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
163
Gravação de perfis especiais
Em um perfil especial devem ser gravadas marcas. O perfil é colocado manualmente no
dispositivo. Os cilindros (1.0) “A” (2.0) “B” e (3.0) “C” gravam as marcas correspondentes
uma após a outra. Cada cilindro deve retornar a posição inicial após a gravação.
Esboço do dispositivo:
Pede-se:
Seqüência algébrica.
Diagrama de funcionamento.
Esquema de comando pneumático segundo método cascata.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
164
Torno semi-automático. Acabamento de buchas (diâmetro interno)
As buchas são conduzidas até a placa por intermédio de um carrinho que avança,
mediante o cilindro (1.0) “A”. Quando o carrinho chega na posição final dianteira, o cilindro
(2.0) “B” empurra a bucha entre as castanhas da placa. O cilindro (3.0) “C” aciona a placa e a
bucha é fixada. A unidade de avanço hidropneumática (4.0) “D” movimenta o carro porta-
ferramenta, executando o trabalho. A peça é solta e retirada manualmente.
Esboço do dispositivo:
Pede-se:
Seqüência algébrica.
Diagrama de funcionamento.
Esquema de comando pneumático segundo método cascata.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
165
Dispositivo de Estampagem
A peça é colocada manualmente no dispositivo. Ao ser dada a partida, o cilindro “A”
avança, introduzindo a matriz na cavidade e, sucessivamente, os cilindros “B” e “C” e “D”
efetuam em seqüência a estampagem. Após a última fase do cilindro “D”, voltam à posição
inicial os cilindros “B”, “C” e “D”. Por último, o cilindro “A” retorna e extrai a matriz da peça
que é retirada manualmente.
Esboço do dispositivo:
Pede-se:
Seqüência algébrica.
Diagrama de funcionamento.
Esquema de comando pneumático segundo método cascata.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
166
Dispositivo de Montagem de Parafuso de Vedação
Em um parafuso de vedação para válvulas, deve-se colocar uma junta toroidal (o-ring).
Por meio de um vibrador, o dispositivo é alimentado de parafusos. Os parafusos são
individualmente colocados em um garfo, situado no cilindro “B”. O cilindro “A” levanta o o-
ring quando há sinal de partida.
O cilindro “B” retrocede o garfo. O cilindro “C” introduz o parafuso no o-ring. Os
cilindros “A”, “B” e “C” retrocedem às suas posições iniciais. O cilindro “D” levanta a peça do
dispositivo para ser levada a um depósito, mediante um bico ejetor “E”.
Esboço do dispositivo:
Pede-se:
Seqüência algébrica.
Diagrama de funcionamento.
Esquema de comando pneumático segundo método cascata.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
167
Carimbador
Em uma máquina especial, peças retangulares são carimbadas. As peças são retiradas de
um depósito de queda, introduzidas na máquina através de um cilindro até um batente e
tensionadas. Em seguida, são carimbados através de um segundo cilindro e eliminados por um
cilindro ejetor.
Condições Marginais
1. Partida da instalação por botão manual PARTIDA.
2. Chave de seleção ciclo único (um ciclo de trabalho deve ser percorrido após o que se
deseja a parada na posição inicial) ciclo contínuo (após o acionamento do botão de PARTIDA)
seqüência completamente automática até o sinal contrário “ciclo único”.
3. Através de uma chave fim de curso, o nível de depósito deve ser verificado. Se não
houver mais peça alguma no depósito, a instalação deve ser paralisada na posição inicial e
bloqueada com vistas a uma nova partida podendo ser acionada apenas após o carregamento do
depósito.
4. Todas as hastes de êmbolo dos 3 cilindros deve retornar imediatamente de cada uma
das posições à posição inicial em caso de acionamento de um botão de PARADA DE
EMERGÊNCIA e apenas entrarem novamente em condições de serviço após o desbloqueio.
Esboço do dispositivo:
Pede-se:
Seqüência algébrica.
Diagrama de funcionamento.
Esquema de comando pneumático segundo método cascata.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
168
Dado o esquema de comando pneumático abaixo pede-se:
Seqüência algébrica.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
169
Dispositivo de furação
Esboço do dispositivo:
Diagrama trajeto-passo
Pede-se:
Seqüência algébrica.
Esquema de comando pneumático segundo o método cascata, obedecendo as seguintes
condições:
a. partida (Start).
b. ciclo único.
c. ciclo contínuo.
d. desarme do ciclo contínuo.
e. depósito de peças (magazine) - na falta de peças a instalação deve parar na posição
inicial e bloqueada com vistas a uma nova partida.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
170
f. parada de emergência - na PARADA DE EMERGÊNCIA todos os cilindros deve
retornar imediatamente de qualquer posição para a posição inicial, esta se faz em uma
determinada sucessão: o cilindro B retorna somente quando o cilindro A e depois o cilindro C
estiver alcançado a posição final e entrarem novamente em condições de serviço após o
desbloqueio.
g. desbloqueio de emergência.
h. reset - recomposição das válvulas de inversão.
i. controle de velocidade no avanço do cilindro B.
1a vez = 10 cm/s
2a vez = 15 cm/s
j. . controle de tempo do cilindro no avanço do cilindro C.
l. o retorno do cilindro C apenas deve efetuar-se, caso na posição final traseira exista
pressão máxima no interior do mesmo.
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
171
Dispositivo de corte
Esboço do dispositivo:
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
172
Diagrama trajeto-passo
Pede-se:
Seqüência algébrica.
Diagrama de funcionamento.
Esquema de comando pneumático segundo o método passo-a-passo (2a e 3a versão).
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS
173
Dado o esquema de comando pneumático abaixo pede-se:
Seqüência algébrica.