Introdução a Pneumática e a Hidráulica

DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 13/09/2015 1

Introdução a Pneumática e a

Hidráulica

Conteúdo adaptado de Treinamento Festo® por Profa.Karla em 2-2015


Fundamentos e princípios físicos da pneumática.

Produção, preparação e distribuição de ar comprimido.

Símbolos normalizados (DIN/ISO 1219). Especificações técnicas, formas construtivas e funções dos atuadores, válvulas direcionais, de bloqueio, de fluxo, de pressão e combinadas. Circuitos pneumáticos para atender requisitos de automação e comandos seqüenciais utilizando-se de um ou mais atuadores com apoio de software de desenho e simulação.

Conteúdo


Conhecerá os principais componentes pneumáticos e será capaz de identificá-los através do seu respectivo símbolo normalizado. Desta forma, será capaz de interpretar especificações técnicas, desenhos e dados de catálogo que sejam úteis à sua função.

Entender o sistema pneumático com o qual está trabalhando, evitando erros de montagem.

Será capaz de propor alternativas em situações emergenciais de produção.

Poderá conceber e/ou otimizar sistemas pneumáticos básicos, com precisão, adequação à aplicação.

Qualificação adquirida


Pneumática Tecnologia do ar

comprimido


Hidráulica Elétrica (Eletroeletrônica)

Mecânica Pneumática

Tecnologias Utilizadas Automação


Mecânica Boa força Ótimas velocidades

Ótima precisão

Ótima força Baixas velocidades Boa precisão

Hidráulica Pneumática Força limitada Boas velocidades Precisão limitada

Comando/Controle Elétrica

Comparação qualitativa: força, velocidade e precisão


Energia Hidráulica Elétrica Pneumática Transmissão Limitada e muito cara Bem rápida e para longas Limitada e lenta distâncias Distância econômica Até aprox. 100m Pratic. s/ limites Até aprox. 1000m Vel. de transmissão Aprox. 50 mm/s Aprox. 300.000 km/s Aprox. 2 m/s Rotações Limitado Boas Até 500.000 rpm Força Bem alto Alto Baixo Proteção contra sobrecarga Excelente Não tão boa Excelente

Comparação quantitativa


Funcionamento seguro mesmo em situações térmicas extremas. Limpeza: Vazamentos eventuais não poluem o ambiente. Seguro: Não há riscos de explosão ou incêndio. Construção simples dos elementos. Altas velocidades de trabalho. Seguro contra sobrecarga. Quantidade ilimitada. Fácil armazenamento. Fácil transporte. Fácil regulagem.

Vantagens do ar comprimido


O ar comprimido é econômico entre 6 e 7 bar de pressão.

Compressibilidade: Não é possível manter constante as velocidades dos atuadores.

Preparação: Impurezas e umidade causam desgaste prematuro dos elementos pneumáticos.

Ruído: o escape do ar é ruidoso, porém, atualmente os sistemas já estão mais confortáveis.

Custo: o ar comprimido é uma fonte de energia cara.

Desvantagens do ar comprimido

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Compressibilidade: Capacidade de reduzir o espaço de uma certa quantidade de ar.

Vi F Vf

Expansibilidade: Capacidade de retornar ao seu volume inicial. Difusibilidade: Capacidade de misturar-se homogeneamente com quaisquer outros gases.

Inodoro Incolor

Insípido

Oxygen

20,70%

Nitrogen

77,00%

Water

1,30%Carbondioxid

0,03%

Argon

0,90%

Various

0,07%

Propriedades físicas do ar


Sendo: p = Pressão - Pa F = Força - N A = Área - m2

É a relação entre a força dividida pela área onde está sendo aplicada.

p = F

A ----

F O R Ç A

ÁREA

Pressão (p)


Nível variável da Pressão Atmosférica 101kPa

Faixa de depressão

Faixa de Sobre-pressão

Pressão absoluta kPa

+ Pe

0

- Pe

Gráfico das pressões


Unidade Símbolo Sistema Internacional

Comprimento L Metro (m)

Massa m Kilograma (kg)

Tempo t Segundos (s)

Força F Newton (N)

Área A Metro quadrado (m2)

Volume V Metro cúbico (m3)

Vazão Q Metro cúbico por segundo (m3/s)

Pressão p Pascal (Pa) 1 Pa = N/m2

Bar 1 bar = 105 Pa 101 kPa

Unidades no Sistema Internacional (SI)



Válvulas

Direcionais

Pressão

Bloqueio

Fluxo

Combinadas

Válvulas


Quadrado representa posição

Setas indicam a direção e sentido do fluxo do ar

T’s representam bloqueios das vias

Número de posições da válvula

As conexões de entrada e saída são representadas por traços externos. Estes, indicam o número de vias.

Construção do símbolo de válvulas (norma DIN/ISO 1219)


Musculares Mecânicos Pneumáticos

Geral

Botão

Alavanca

Pedal

Came

Rolete

Gatilho

Mola

Piloto Positivo

Decréscimo de pressão

Acionamentos e seus símbolos


Tipos de acionamentos


(1) (1)

(2) (2) Simbologia

2

1

(A)

(P)

Válvulas direcionais - 2/2 vias NF acionamento por came retorno por mola


Simbologia

2

1 3

(A)

(P) (R)

Válvulas direcionais - 3/2 vias NA acionamento por came retorno por mola


Simbologia

(A)

(P) (R)

2

1 3



Simbologia

(A)

(P) (R)

2

1 3



Simbologia

2

1 3

(A)

(P) (R)

Válvulas direcionais - 3/2 vias NF acionamento por simples piloto


Simbologia

2

1 3

Válvulas direcionais - 3/2 vias NF acionamento botão retorno por mola


Simbologia

2

1 3

(A)

(P) (R)

Válvulas direcionais - 3/2 vias NF acionamento por rolete servopilotada


Simbologia

4 2

1 3

Válvulas direcionais - 4/2 vias acionamento por duplo piloto


Simbologia

4 2

5

1

3

(A)

(P) (R) (S)

(B)

1

12(Y) 14(Z)



Simbologia

4 2

5

1

3

(A)

(P) (R) (S)

(B)

1

12(Y) 14(Z)




Simbologia

Válvulas de bloqueio – válvula de retenção


Válvulas de bloqueio – Retenção pilotada

Simbologia 1

2

21


Válvulas de bloqueio – Alternadora (OU)

Simbologia

12 14

2


Válvulas de bloqueio – Simultaneidade (E)

Simbologia

12 14

2


Simbologia

1

2

3

(A)

(R)

(P)

Válvulas de bloqueio – Escape rápido



R

Simbologia

1(P)

3(R)

Válvulas de pressão – Limitadora de pressão


P

R A

Simbologia

2

1 3

Válvulas de pressão – Reguladora de pressão


Simbologia

Válvulas de fluxo – Reguladora de fluxo bidirecional


Válvulas de fluxo – Reguladora de fluxo unidirecional

Simbologia


Simbologia 100%

2

1

12

3

Válvulas combinadas – Temporizadora NF


Válvulas combinadas – Temporizadora NA

R P

Simbologia 100%

2

1

10

3


Simbologia

(Z)12

2(A)

3(R) 1(P)

2

12 1

3

(Z) (P)

(A)

(R)

Válvulas combinadas – Seqüência



Acionamentos:

Botoeira Alavanca Pedal


Válvulas de Sede ou Assento

◦ Esferas

◦ Pratos

◦ Cones







Obs: Melhor vedação que a anterior



Sem Mola

Com Mola

Seletora (Função Lógica OU)

de Simultaneidade (Função Lógica E)

de Escape Rápido














Compressores

Pistão

Palhetas

Membrana

Duplo Pistão

Duplo Parafuso

Compressores


Simbologia

Compressores – Pistão ou êmbolo


• Suporta pressões acima de 10 bar

• Contamina o ar com óleo • Compressão pulsante • Baixo custo

Simbologia Simbologia

Compressores – Duplo pistão


• Isento de contaminação • Não atinge altas pressões • Compressão pulsante

• Baixa vazão

• Pequenas aplicações

Simbologia

Compressores – Pistão com membrana


• Isento de lubrificação • Não atinge altas pressões • Compressão contínua

• Pode ser utilizado como bomba de vácuo

Simbologia

Compressores – Palhetas


• Isento de lubrificação • Alta vazão • Baixa manutenção • Custo elevado • Grande aplicação na indústria

• Compressão contínua

Simbologia

Compressores – Duplo parafuso


Escolha de compressores


Distribuição

Redes de Ar

Reservatório

Distribuição


Circuito aberto

Circuito fechado (anel)

Circuito combinado (válvulas de fechamento)

Redes de ar comprimido


Tubulações de Ar Comprimido (Anéis)


Tubulações de Ar Comprimido (Drenos)


1. Compressor 2. Resfriador posterior ar/ar 3. Separador de condensados 4. Reservatório 5. Purgador automático 6. Pré-filtro coalescente 7. Secador 8. Purgador automático eletrônico

9. Pré-filtro coalescente grau x 10. Pré-filtro coalescente grau y 11. Pré-filtro coalescente grau z 12. Separador de água e óleo

Rede de ar Comprimido


Simbologia Estabilização da rede de ar comprimido

Elimina as oscilações

Garantia de reserva Refrigera o ar (por sua grande superfície)

Separa parte da umidade contida no ar por condensação

Reservatório


Secadores

Resfriamento

Adsorção

Absorção

Secadores


Simbologia

Condensado

Dreno

Separador

Ar Seco

Ar Úmido

Pré-Resfriador

Resfriador Principal

Freon

Compressor Refrigeração

By-Pass

• Resfria o ar

• Necessita de energia externa

• Reduz a umidade pela condensação do ar

• Muito utilizado na indústria metalúrgica

Secadores - Secagem por resfriamento


Ar Seco

Ar Úmido Purgador

• Processo químico

• Não necessita de energia externa

• Instalação e manutenção simples

• Utiliza-se geralmente Cloreto de Cálcio

Simbologia

Secadores - Secagem por absorção


• Elemento secante regenerável • Manutenção simples

• Não é preciso parar o fornecimento para regenerar o elemento secante • Utiliza-se geralmente Sílica-Gel

Simbologia

Secadores - Secagem por adsorção


Produção, preparação e distribuição do ar


Preparação Final

Unidade de Conservação

Purgador Automático

Filtro

Lubrificador

Regulador de pressão

Preparação final


Simbologia detalhada

A vazão total 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.

A pressão de trabalho nunca deve ser superior à indicada no aparelho. A temperatura não deve ser maior que 500C (corpos de material sintético).

Simbologia simplificada

Preparação final – Unidade de conservação


Os sistemas pneumáticos evoluem para não comprometer o meio ambiente.

=

Filtro-regulador

com lubrificador Lubrificador Filtro-Regulador

Já existem vários produtos que trabalham sem lubrificação.

Simbologia detalhada

Preparação final – Filtro/regulador


Pré-filtro

Água, pó 40 ... 5 µm

Carbono ativo

Odores Água, pó > 50 µm

Cyclone separador Estéril

Bactérias, vírus

Micro filtro

àgua, pó, óleo 0.01 µm

Tipos de filtros


Simbologia

• A função do filtro é reter as partículas de impurezas, bem como a água condensada.

Copo do filtro

Saída do ar

Placa defletora

Condensado

Parafuso purgador

Filtro sinterizado Elemento filtrante

Filtro de impurezas


Simbologia

Purgador automático


Simbologia

Válvula reguladora de pressão


Simbologia

Câmara de gotejamento

Válvula de retenção

Tubo ascendente

Óleo

Parafuso de regulagem Parafuso de

abastecimento

Canal de alimentação

Lubrificador de ar comprimido


Simbologia

Manômetros



Atuadores

Lineares

Giro Limitado

Rotativos

Motores Simples Ação

Dupla Ação

Outros

Garras

Músculo

Antigiro

Elementos de trabalho


Diâmetro: 6 a 320 mm Curso: 1 mm a 2000 mm Força: 2 a 50.000 Newtons Vel. de avanço: 0,02 a 1m/s Aplicações:

Fixação Expulsão Extração Prensagem de peças entre outras

Simbologia

Atuadores – Simples ação


Simbologia

Atuadores – Simples ação


Simbologia

Atuadores – Simples ação (com membrana)


Simbologia

Atuadores – Dupla ação


Simbologia

Atuadores – Dupla ação (amortecimento por buchas)


Simbologia

Atuadores – Dupla ação (amortecimento pneumático regulável)


Parafuso de regulagem

Êmbolo de amortecimento

Atuadores – Dupla ação (amortecimento pneumático regulável)

Simbologia


Simbologia

Atuadores – Dupla ação (haste passante)


Simbologia

Atuadores – Dupla ação (múltiplas posições)


Simbologia

Atuadores – Dupla ação (tandem)


Simbologia

Atuadores – Dupla ação sem haste acoplamento mecânico


Simbologia

Atuadores – Dupla ação sem haste acoplamento mecânico

FFF


Simbologia

Atuadores – Dupla ação sem haste acoplamento magnético


Êmbolo Retangular Êmbolo Oblongo Êmbolo Oval

Atuadores – Anti-giro


Paralela Angular 3 Pontos Radial

Atuadores – Garras pneumáticas


Simbologia •Alta velocidade (até 2000 mm/s) •Diâmetro de 10, 20 e 40 mm •Comprimento de 40 até 9000 mm •Possibilita contração (curso) de 15% até 25% do comprimento •Freqüência de até 90 Hz

Atuadores – Músculo pneumático

../../Vídeos/Músculo Pneumático/MAS_Anw2.mpg



Simbologia

Atuadores – Rotativo (giro limitado)


Simbologia

Atuadores – Rotativo (giro limitado)


Simbologia

Atuadores – Rotativo (pinhão cremalheira)


Os motores de palhetas podem atingir rotações entre 3000 e 8500 rpm com potências que vão de 0,1 à 24 cv, à pressão normal.

Simbologia

Atuadores – Motor de palhetas



Cálculos

Simples ação

Dupla ação

Atuadores – Cálculos


Fa

Fa

Fa

Fa

Fm

p

D

p = pressão de trabalho (bar) Fm = força da mola (kgf) Fa = força de atrito (kgf) D = diâmetro do êmbolo (cm) d = diâmetro da haste (cm) A = área do êmbolo (cm2) a = área da haste (cm2) Fav = força de avanço teórica (kgf) Frt = força de retorno teórica (kgf)

Cálculo da forca nos cilindros – simples ação

)%203:(

.

4

. 2

ava

maavav

av

FF

FFFF

ApF

DA

real


Fa

Fa

Fa

Fa

p p

D d

a = área da haste

)%203:(

.

4

. 2

ava

aavav

av

FF

FFF

ApF

DA

real

artrt

rt

FFF

aApF

da

real

).(

4

. 2

Cálculo da forca nos cilindros – dupla ação


Atuadores: Número seqüencial + letra A – (1A ..., 2A ...)

Válvulas: Número do atuador + letra V + número seqüencial – (1V1 ..., 2V1 ...)

Fins de curso: Número do atuador + letra S + 1 p/ recuado e 2 p/ avançado (1S1..., 1S2...,2S1..., 2S2...)

Bombas e compressores: Número seqüencial + letra P – (1P ..., 2P ...)

Outros: Número do atuador + letra Z + número seqüencial

Comandos seqüenciais – Identificação dos componentes


Atuador 1A Eleva a caixa

Empurra a caixa

Comandos seqüenciais – representação dos movimentos

Atuador 2A


Passo

de

trabalho

Movimento

do

cilindro “1A”

Movimento

do

cilindro “2A”

1

Avança

Parado

recuado

2

Parado

avançado

Avança

3

Recua

Parado

avançado

4

Parado

recuado

Recua

Comandos seqüenciais – representação dos movimentos (tabela)


(+) Avanço

1A+ 2A+ 1A- 2A-

( - ) Recuo

Comandos seqüenciais – Representação dos movimentos (forma algébrica)


Avanço

Recuo

Parado Avançado

Parado Recuado

Comandos seqüenciais – Representação dos movimentos (Diagrama trajeto-passo)


2S1

1 2 3 5=1 4

s2

s1

s2

s1

1A

2A ST

1S2

2S2

1S1

1A+ 2A+ 1A - 2A -

1S2 ST 2S2 1S1 2S1

Comandos seqüenciais


Válvulas combinadas – Corte de sinal


Dúvidas?

Documents

Introdução a Pneumática e a Hidráulica