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Sistemas Hidropneumáticos I
Pneumática 02
EME-26 Aula 09 20-09-2007
Prof. José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior
UNIFEI
� Introdução aos sistemas pneumáticos;�Características;�Exemplos de aplicação;�Conceito de pressão;�Umidade do ar;�Produção do ar comprimido:
• Bombas; • Resfriador;• Secador; • Reservatório;• Drenos; • Filtros;• Lubrificador; • Lubrefil.
Resumo da aula anterior
Atuadores Pneumáticos
Lineares
Introdução� Atuadores pneumáticos incluem cilindros
lineares e atuadores rotativos;
� São dispositivos que providenciam potência e movimento para sistemas automáticos, máquinas e processos;
� Um cilindro pneumático é um dispositivo simples, de baixo custo, fácil de instalar e ideal para produzir movimentos lineares;
� A velocidade pode ser ajustada em uma larga faixa;
� Um cilindro pode ser travado sem danos.
Atuadores pneumáticos � Cilindro de simples ação (com e sem retorno por mola);� Cilindro de dupla ação (sem amortecimento);� Cilindro de dupla ação (amortecimento fixo ou ajustável);� Cilindro de dupla ação com haste passante;� Cilindro de membrana;� Cilindro sem haste;� Cilindro de múltiplas posições;� Cilindro Tandem ou cilindro duplex;� Cilindro duplex geminado;� Cilindro de percussão ou cilindro de impacto;� Cilindro telescópico;� Fole;� Rotativos.
Construção básica1
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14
Anel de amortecimento
Imã
Cilindro de amortecimento
Corpo
Bucha de vedação e guia
Anel limpador
Tampa superior
Entrada de ar
Reed switch
Haste do pistão
Haste do pistão
Vedação
Tampa inferior
Parafuso de amortecimento
Cilindro de simples ação e retorno por mola
� Consumo de ar num sentido;
� Forças de avanço reduzida devido à mola (em 10%);
� Baixa força de retorno (devido à mola).
Simples ação e retorno por mola
Simples ação sem mola
Retorno por gravidade ou outra
força externa
Cilindro de dupla ação
� Cilindros de dupla ação usam ar comprimido para avançar e recolher a haste;
� Permite melhor controle de velocidade;
� Sem amortecimento, amortecimento fixo e amortecimento variável.
� Cilindros sem amortecimento são adequados para trabalhar com o curso completo em baixa velocidade;
� Altas velocidades requerem amortecimento externo.
Cilindro de dupla ação sem amortecimento
� Normalmente os pequenos cilindros costumam ter amortecedores fixos.
Cilindro de dupla ação com amortecimento fixo
Cilindro de dupla ação com amortecimento fixo
Os amortecedores são discos instalados nas tampas do cilindro.
Reduz progressivamente a velocidade da haste na parte final dos movimentos.
Cilindro de dupla ação com amortecimento ajustável
Cilindro com amortecimento
Projetado para desacelerar os movimentos de grandes massas nos fins de curso, prolongando a
sua vida útil do atuador.
� Pistão movendo-se para a esquerda com velocidade;
� O ar sai pelo centro do anel de amortecimento.
Amortecimento regulável
Amortecimento regulável
� A ponta do eixo encaixa-se no anel, bloqueando a passagem de ar pelo centro;
� O ar escapa pelo orifício ajustável.
Amortecimento regulável
� O parafuso ajusta a saída do ar de modo que pistão, haste e carga aproximem-se suavemente da tampa.
Amortecimento regulável
� Ar é injetado para avançar a haste;� O anel de amortecimento é deslocado
para a direita, permitindo maior passagem de ar do que pelo orifício.
Amortecimento regulável
O pistão inicia o movimento de avanço da haste sem a restrição do parafuso de ajuste.
Cilindro de dupla ação com imãUm imã fixado no pistão opera chaves
magnéticas (reed switches) para indicar a posição da haste.
Cilindros de membrana
� Altas forças (até 25000 N);� Curso limitado (60 mm);
� O atrito é consideravelmente menor.
Haste
Membrana
Entrada de ar
Cilindro de dupla ação com haste passante
� Possibilidade de realizar trabalho nos dois sentidos;
� Absorve pequenas cargas laterais;� Força igual nos dois sentidos.
Cilindro de dupla ação com haste passante
Cilindro sem haste
Usado para cursos muito grandes, quando surgem problemas de flambagem na haste de
um cilindro comum.
Com imã
Com tubo fendido
Com cabo ou fita
Cilindro sem haste
Cilindro sem haste com amortecimento ajustável
Cilindro sem haste – Exemplo de aplicações
Cilindro de múltiplas posições
Aplicado em mudança de desvios, acionamento de válvulas etc.
Cilindro duplex geminado
Consiste em dois ou mais cilindros de dupla ação, unidos entre si. Essa união possibilita a obtenção
de três, quatro ou mais posições distintas.
1 2 3 4
Cilindro duplex geminado
Cilindro Tandem
� Grande força com pequeno diâmetro;� Somente para pequenos cursos.
Cilindro Tandem
Cilindro de percussão ou cilindro de impacto
Apresenta um pequeno curso. É aplicado em prensas pneumáticas para forjamento, britadeiras,
rebitadeiras etc.
Cilindro de impacto
Circuito de controle� No esquema a válvula está na
posição que mantém o cilindro recolhido;
� Quando a válvula é operada a câmara superior épressurizada e o volume sob o pistão é liberado.
� A pressão no topo atinge rapidamente o máximo, mas o cilindro só dispara quando a pressão inferior cair para cerca de 1/9 da superior (relação entre áreas mais comum).
Cilindro Telescópico
Apresenta curso longo e dimensões reduzidas de comprimento, porém um diâmetro grande face à força gerada. É
aplicado em máquinas que precisam de um longo curso e comprimento reduzido.
Cilindro Telescópico
Cilindros de fixação
Pequeno curso e grande força. Retorno por mola ou dupla ação.
Cilindros de fixação
Cilindros de fixação
Força de um atuador pneumático
Exemplo: calcular a força teórica de avanço e recuo de um atuador com pistão de 50 mm de diâmetro, haste de 20 mm de diâmetro e pressão de 8 bar.
N 157140
850F
2
=××π
=
( )N 1319
40
82050F
22
=×−×π
=
Avanço
Recuo
Força de oposição da mola
� Calcular a força de um cilindro de simples ação com mola é mais complicado.
� A força de oposição da mola aumenta progressivamente enquanto o cilindro atua. Esta força deverá ser subtraída da força teórica encontrada.
Consumo de ar do cilindroPara um cilindro de dupla ação o volume de ar
necessário é dado por um ciclo completo.
� Avanço
� Recuo
Onde:D = diâmetro do êmbolo (mm)d = diâmetro da haste (mm)V = volume de ar (dm3)
S = curso (mm)Ps = pressão manométrica de trabalho (bar)Pa = pressão atmosférica (assumido com sendo 1 bar)
62
10)PaPs(S4
DV −
×+×××π
=
( ) 622
10)PaPs(S4
dDV −
×+××−×π
=
Fole (Bellows)
Fole (Bellows)
Atuadores Pneumáticos
Rotativos
Atuadores oscilantes
Transformam o movimento linear do cilindro de dupla ação num movimento rotativo com ângulo
limitado de rotação.
Atuador com cremalheiraCilindro de aleta
giratória
Atuador oscilante (270º)
Atuadores oscilantes
Atuadores oscilantes de cremalheira e pinhão
Atuadores oscilantes de cremalheira e pinhão
Atuadores oscilantes de cremalheira e pinhão
1- Corpo do cilindro 6- vedação do pistão 11- Ajuste do ângulo2- Corpo do atuador 7- Cremalheira 12- Ajuste do amortecimento3- Tampa do cilindro 8- Pinhão 13- Imã4- Eixo 9- Pistão 14- Suporte da cremalheira5 - 10- União
1- Corpo do cilindro 6- vedação do pistão 11- Ajuste do ângulo2- Corpo do atuador 7- Cremalheira 12- Ajuste do amortecimento3- Tampa do cilindro 8- Pinhão 13- Imã4- Eixo 9- Pistão 14- Suporte da cremalheira5 - 10- União
Atuadores oscilantes de cremalheira e pinhão com duplo torque
Motor pneumático de pistão
Radial Axial
Motor pneumático de pistão
Motor pneumático de palhetas
Este tipo de compressor tem a vantagem de possuir pequeno peso e ser de simples
construção.
Motor pneumático de palhetas
Motor pneumático de palhetas
Motor pneumático tipo turbina
Os turbo-motores são empregados somente em trabalhos leves como por exemplo em
equipamentos dentários que podem chegar a 500.000 rpm. O modo de trabalhar é o
contrario de um turbo-compressor.
Motor pneumático tipo turbina
Unidade hidropneumática
Permite o posicionamento preciso e o controle da velocidade, mesmo com cargas variáveis.
Unidade hidropneumática
A – Haste E – Válvula de retenção
B – Tubo de transferência F – Cilindro compensador (reservatório)
C – Válvula de fluxo G – Haste indicadora do cilindro compensador
D – Parafuso de ajuste
A – Haste E – Válvula de retenção
B – Tubo de transferência F – Cilindro compensador (reservatório)
C – Válvula de fluxo G – Haste indicadora do cilindro compensador
D – Parafuso de ajuste
Unidade hidropneumática
Acessórios para montagem
Montagens rígidas
Flange traseira
Flange frontal
Cantoneiras
Extensão dos tirantes
Montagens articuladas
Flambagem
Absorvedor de choque� Para desaceleração suave de grandes
massas e velocidades;
� Suplementa ou sobrepõe os cilindros com amortecimento próprio;
� Ajustáveis e fixos.
Absorvedor de choque
Construção
Micro cilindros
� Êmbolo de 2.5 mm a 6 mm de diâmetro;
� Normalmente simples ação/retorno por mola;
� Pressão de operação: 2.5 a 7 bar.
Modos construtivos
Instalação
Instalação
Instalação
Instalação
Instalação
Guias Lineares e Atuadores Anti-
Giro
Atuador com guia linear
Para aplicações onde a carga movida pelo pistão deve manter um orientação
Guias lineares
Atuador Anti-Giro
Atuador Anti-Giro
Elementos de Controle
Válvulas
� São elementos de comando;
� Regulam a vazão, pressão e direção:
• Válvulas direcionais;
• Válvulas de bloqueio;
• Válvulas de pressão;
• Válvulas de fluxo (ou vazão);
• Válvulas de fechamento.
Simbologia
Tipos de Acionamentos
� Botoeira;
� Por alavanca;
� Por pedal.
Válvulas de sede ou de assento
Elemento de vedação das válvulas de assento podem ser esferas, pratos ou cones.
Válvulas de sede esférica
� Simples construção;
� Preço vantajoso.
Válvulas de sede ou de prato
Melhor vedação
Válvula direcional de prato de três vias acionada pneumaticamente
Válvulas corrediças (tipo gaveta)
� Força de atuação pequena;
� Curso é mais longo do que em válvulas de assento;
� Vedação destas válvulas é problemática.
Válvula corrediça plana longitudinal
Melhor vedação
Válvula corrediça giratória� Construídas para acionamento manual ou por pedal;
� Difícil adaptar outro tipo de acionamento a essas válvulas;
� Mediante o deslocamento rotativo de duas corrediças podem ser comunicados seus canais entre si.
Válvula de retenção com mola� Bloqueia completamente a passagem em uma direção e
na direção, o ar passa com a mínima queda de pressão.� O fechamento pode ser feito por cone, esfera, placa ou
membrana.
Válvula “OU”
Tendo pressão em qualquer uma das duas entradas tem-se pressão na saída.
A = X + Y
Válvula “E”Tem-se pressão na saída somente se as duas entradas tiverem pressão simultaneamente.
A = X . Y
Válvula de escape rápido
� Aumentam a velocidade no cilindro;
� Usadas próximas aos cilindros (principalmente de ação simples).
Válvula reguladora de pressão
� Regulam a pressão da linha secundária;
� Pressão de trabalho constante;
� Estabilidade dos elementos de trabalho.
Válvula reguladora de fluxo bidirecional
Influencia o fluxo de ar comprimido
Válvula reguladora de fluxo unidirecional
Válvulas de fechamento
Abrem e fecham a passagem de fluxo
Válvulas de retardo•Temporizador;
•Segurança.
Contadores
Controle e monitoramento de operações seqüenciais.
Sensor fluídico de proximidade
Sensor fluídico de proximidade trabalha sem contato mecânico, detectando a presença ou
passagem de algum objeto
Geradores de vácuo
� Efeito Venturi;
� Bomba de vácuo.
Geradores de vácuo compactos
Ventosas
Fixação e transporte de cargas
UNIFEI