Apostila Pneumatica

 

 

COLÉGIO NETWORK CURSO TÉCNICO EM MECÂTRONICA HIDROPNEUMÁTICA

Apostila de Pneumática

PROFESSOR: BRUNO BRASSELOTTI

SUMARÉ-SP

MARÇO – 2012 REVISÃO 01

 

  󰁓󰁵󰁭󰃡󰁲󰁩󰁯

1.  Introdução ............................................................................................................. 3  2.  Comportamento do ar comprimido ....................................................................... 4  2.1.  Compressibilidade........................ ............ ......................... .......................... .......................... .......................... ......................... ................ 4  2.2.  Elasticidade .................................................................................................... 4  2.3.  Difusibilidade .................................................................................................. 5  2.4.  Expansibilidade .............................................................................................. 5  2.5.  Peso do ar ...................................................................................................... 5   3.  Sistema de medidas ............................................................................................. 6  4.  Produção, Preparação e Distribuição de Ar Comprimido................. Comprimido.............................. ..................... ........ 7  4.1.  Qualidade do Ar Comprimido ......................................................................... 7  4.2.  Sistema de Produção e Preparação do Ar Comprimido ......................... ............ ..................... ........ 8  4.3.  Compressores ................................................................................................ 9  Compressor de Êmbolo ......................................................................................... 10  Compressores Rotativos........................................................................................ 11  Compressor Parafuso ............................................................................................ 12  Compressor Roots ................................................................................................. 12  Turbo compressores axial............ ........................ ......................... .......................... .......................... .......................... ....................... .......... 13  Turbo compressores .................................................................................... 13   4.4.  Secagem do arradial comprimido ......................................................................... 14 Secagem por Refrigeração .................................................................................... 14  Secagem Por Absorção ......................................................................................... 15  Secagem Por Adsorção ......................................................................................... 15  4.5.  Distriubuição do ar comprimido .......................... ............. .......................... ......................... ......................... ................. .... 16  Filtro ....................................................................................................................... 18  Válvula reguladora de pressão .............................................................................. 19  Lubrificador ............................................................................................................ 20  5.  Atuadores Pneumáticos............ ........................ ......................... .......................... .......................... .......................... ....................... .......... 20  Componentes mecânicos de um cilindro ............ ......................... .......................... .......................... ......................... ............ 21  Cilindros de simples ação ...................................................................................... 21  Cilindros de dupla ação ......................................................................................... 22  Cilindro de haste passante .................................................................................... 23  Cilindro de múltiplas posições ............................................................................... 24   Cálculo para dimensionamento de cilindro ........... ........................ .......................... .......................... ....................... .......... 25  6.  Elementos de sinal e comando pneumático .......................... ............. ......................... ......................... ................. .... 26  Válvulas direcionais ............................................................................................... 26  Válvulas de Bloqueio ............................................................................................. 32  Válvula de pressão ................................................................................................ 34  Válvula de Controle de Fluxo ................................................................................. 37  7.  Diagrama trajeto passo ....................................................................................... 39  8.  Eletropneumática ................................................................................................ 41  9.  Bibliografia .......................................................................................................... 61 

 

1. Introdução O termo pneumática é derivado do grego Pneumos ou Pneuma (respiração, sopro) e é definido como a parte da Física que se ocupa da dinâmica e dos fenômenos físicos relacionados com os gases ou vácuos. Pneumática é também o ramo da engenharia que estuda a aplicação do ar comprimido para a tecnologia de acionamento e comando. Na verdade o uso do ar comprimido como fonte de energia pelo homem data de 2550 AC. Nessa época eram fabricados foles e órgãos que essencialmente geram sons baseado no escoamento do ar sob pressão em tubos com furos. O ar comprimido era produzido por uma bomba acionada manualmente. No século XIX, surgiram as primeiras máquinas pneumáticas complexas, as locomotivas e perfuratrizes (nas minas de carvão). Na verdade, essas máquinas utilizavam vapor superaquecido e não ar comprimido propriamentre dito, no entanto os princípios envolvidos no funcionamento são idênticos. No entanto, foi no século XX, que a pneumática passou a ser aplicada na automação industrial e se desenvolveu ao ponto que é conhecida hoje. Atualmente existem várias aplicações da pneumática no meio industrial e mesmo na nossa vida diária. Entre alguns exemplos de aplicações atuais de pneumática podemos citar:   prensas pneumáticas;

•

  dispositivos de fixaçao de peças em máquinas ferramenta e esteiras;

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  acionamento de port portas as de um ônibus urbano ou dos trens do metrô;

•

  sistemas automatizados para alimentação de peças;   robôs industriais para aplicações que não não exijam posicionamento posicionamento preciso;

•

•

  freios de caminhão;

•

  parafusadeiras e lixadeiras;

•

  broca de dentista;

•

  pistola de pintura;

•

  correio pneumático.

•

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A seguir são apresentados os conceitos de geração, preparação e distribuição de ar comprimido, atuadores e válvulas que compõem os sistemas pneumáticos, além de outros dispositivos. 2. Comportamento do ar comprimido 2.1. Compressibilidade O ar tem a propriedade de ocupar todo o volume de qualquer recipiente, adquirindo ser formato, já que não forma própria. Assim podemos fechá-lo em um recipiente com volume determinado e posteriormente provocar-lhe uma redução de volume usando uma força exterior.

2.2. Elasticidade  Elasticidade  Possibilita ao ar voltar ao seu volume inicial assim que instinto a força responsável pela redução.

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2.3. Difusibilidade 

Permite misturar-se homogeneamente com qualquer meio gasoso que não esteja saturado.

2.4. Expansibilidade Ocupa totalmente o volume de qualquer recipiente, adquirindo seu formato.

2.5. Peso do ar Como toda matéria o ar tem peso. Um litro de ar, a 0ºC e ao nível do mar, pesa 1,293 x 10-3 kgf.

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3. Sistema de medidas Os sistemas de medidas usados na pneumática são: o internacional (SI) e o técnico.

  Unidade de pressão nos sistemas Internacional Pa Técnico Kgf/cm2  Inglês Psi ou lb/pol2 (pound square inch) 

  Unidade de força nos sistemas Internacional newton Técnico Kgf 

Inglês

lb (libra força)

  Conversão



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Exercícios: 1. Converta: 150 bar = 300 psi = 15 atm = 195 lb/pol2 = 3,5 kgf/cm2  = 35 lb/pol2 =

psi kgf/cm² psi bar lb/pol2  kgf/cm2 

4. Produção, Preparação e Distribuição de Ar Comprimido 4.1. Qualidade do Ar Comprimido Os equipamentos pneumáticos (principalmente as válvulas) são constituídos de mecanismos muito delicados e sensíveis e para que possam funcionar de modo confiável, com bom rendimento, é necessário assegurar determinadas exigências de qualidade do ar comprimido, entre elas:   Pressão

•

  Vazão

•

  Teor de água

•

  Teor de partículas sólidas

•

  Teor de óleo

•

As grandezas de pressão e vazão estão relacionadas diretamente com a força e velocidade, respectivamente, do atuador pneumático. Cada componente pneumático tem sua especificação própria de pressão e vazão de operação. Para atender a essas especificações é necessário suficiente vazão no compressor, correta pressão na rede e tubulação de distribuição corretamente dimensionada em função da vazão. Já água, óleo e impurezas têm grande influência sobre a durabilidade e confiabilidade de componentes pneumáticos. O óleo em particular é usado para lubrificar os mecanismos dos sistemas pneumáticos. Dependendo da aplicação as exigências do ar com relação à água, óleo e impurezas são diferentes.

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Assim o ar deve passar por um tratamento rigoroso, que envolve filtros, secadores e lubrificadores, antes de ser distribuído na fábrica. 4.2. Sistema de Produção e Preparação do Ar Comprimido A figura abaixo mostra as etapas que o ar comprimido passa desde a sua geração e tratamento até ser distribuído nas máquinas. Em geral, o ar comprimido é produzido de forma centralizada e distribuído na fábrica. Para atender às exigências de qualidade, o ar após ser comprimido sofre um ttratamento ratamento que envolve:   Filtração

•

  Resfriamento

•

  Secagem

•

  Separação de iimpurezas mpurezas sólida e líq líquidas uidas inclusive inclusive vapor d'água

•

Nessa figura cada equipamento por onde o ar passa é representado, por um símbolo. Em pneumática existe uma simbologia para representar todos os equipamentos pneumáticos. Assim estão representados na figura, por exemplo, os símbolos do filtro, compressor, motor (elétrico ou de combustão), resfriador, secador e reservatório. No exemplo dado vemos que o ar é aspirado pelo compressor, que é a máquina responsável por comprimir o ar. A taxa de compressão é em geral 1:7, ou seja, o ar atmosférico à 1 bar é comprimido para 7 bar. Na entrada do compressor existe um filtro para reter partículas sólidas do ar do meio ambiente. Ao ser comprimido, o ar aquece aumentando a temperatura. Assim é necessário resfriá-lo, pois a alta temperatura pode danificar a tubulação. Após o resfriamento o ar passa

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por um processo de secagem na tentativa de remover a água do ar que está sob a forma de vapor, além disso, sofre uma filtração para eliminar partículas sólidas introduzidas pelo compressor, por exemplo. O ar então é armazenado num reservatório que tem duas funções:   Garantir uma reserva de ar de maneira a garantir que a pressão da linha se mantenha constante, evitando que o compressor tenha que ser

•

ligado e desligado várias vezes. Note que o consumo de ar na fábrica é variável ao longo do expediente.   Alguns compressores, compressores, como o compress compressor or de êmbolo (ver (ver adiante) geram pulsos de pressão na compressão do ar. O reservatório evita que esses pulsos de pressão sejam transmitidos para linha pneumática da fábrica. Do reservatório, o ar é distribuído na fábrica e em cada máquina existe uma unidade de tratamento de ar que irá ajustar as características do ar comprimido de acordo com as necessidades específicas da máquina. O ar comprimido é então •

convertido em trabalho mecânico pelos atuadores pneumáticos. 4.3. Compressores O compressor é uma máquina responsável por transformar energia mecânica (ou elétrica) em energia penumática (ar comprimido), através da compressão do ar atmosférico. A figura abaixo mostra a classificação dos compressores existentes que serão descritos a seguir.

Classificação de compressores existentes 9

 

Os compressores de êmbolo e rotativo se caracterizam por comprimir mecanicamente um volume fixo de ar em cada ciclo. Já o turbo-compressor comprime o ar forçando o seu escoamento por um bocal (difusor), ou seja, transforma a sua energia cinética em energia de pressão. Compressor de Êmbolo Consiste num mecanismo biela-manivela (igual ao motor de um automóvel) acionado por um motor elétrico ou de combustão.

Nesse compressor, o pistão aspira o ar através da válvula de aspiração e o comprime no curso de compressão até atingir a pressão desejada quando abre a válvula de pressão. São os mais usados ("compressor do dentista"), pois tem uma larga faixa de operação. São econômicos na faixa de pressão de 8 a 10 bar. Quando a razão de compressão necessária é muito alta ocorrem perdas térmicas muito altas, e nesse caso deve-se usar a versão multiestágio, em que a cada estágio ocorre um aumento da pressão melhorando-se o rendimento. Em torno de cada pistão existem aletas para a dissipação do calor gerado na compessão. Em alguns casos é necessário um sistema de refrigeração à água. Esse compressor apresenta como desvantagem a geração de oscilações de pressão além de um fluxo de ar pulsante. Uma variação desse compressor, chamado compressor de membrana, possui uma membrana ao invés de um pistão. A idéia é isolar o ar a ser comprimido das 10

 

peças do compressor evitando resíduos de óleo. É muito utilizado nas indústrias alimentícias e farmacêuticas, por exemplo.

Compressores Rotativos Trata-se de um rotor que gira no interior de uma carcaça acionado por um motor elétrico ou de combustão. O rotor está excêntrico à carcaça e apresenta palhetas ao seu redor que podem deslizar em guias.

Note que o volume de ar aspirado é ligeiramente comprimido ao longo do percurso do rotor. Dessa forma, o fluxo gerado é pouco pulsante, mas opera em faixas de pressão menores do que a do compressor de êmbolo. A lubrificação é feita por injeção de óleo.

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Compressor Parafuso Consiste em dois parafusos, cada um ligado a um eixo de rotação acionado por um motor elétrico ou de combustão. O ar é deslocado continuamente entre os parafusos, com isto não ocorrem golpes e oscilações de pressão, uma vez que não há válvulas de oscilação de pressão e aspiração fornecendo um fluxo de ar extremamente contínuo. São pequenos e permitem alta rotação, apresentando um alto consumo de potência. Embora sejam caros são os mais preferidos no mercado por fornecer um fluxo contínuo de ar. Devem operar à seco com ar comprimido isento de óleo.

Compressor Roots Consiste em duas "engrenagens" que se movimentam acionadas por um motor elétrico ou de combustão. Funciona sem compressão interna sendo usado apenas para o transporte pneumático gerando baixas pressões. A pressão é exercida apenas pela resistência oferecida ao fluxo.

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Turbo compressores axial O ar passa por rodas girantes atinge altas velocidades e no último estágio, através de um difusor, a energia cinética do fluxo de ar é convertida em pressão. Geram altas vazões de ar, porém como em cada estágio a pressão é muito baixa faz se necessário a montagem de muitos estágios para alcançar pressões maiores.

Turbo compressores radial A aspiração ocorre no sentido axial sendo o ar conduzido no sentido radial para a saída. Apresentam as mesmas características dos compressores axiais (altas vazões e baixas pressões).

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4.4. Secagem do ar comprimido A aquisição de um secador de ar comprimido pode figurar no orçamento de uma empresa como um alto investimento, um secador chegava a custar 25% do valor total da instalação de ar. Mas cálculos efetuados mostravam também os prejuízos causados pelo ar úmido: substituição de componentes pneumáticos, filtros, válvulas, cilindros danificados, impossibilidade de aplicar o ar em determinadas operações como pintura, pulverizações e ainda mais os refugos causados na produção de produtos. Concluiu-se que o emprego do secador tornou-se altamente lucrativo, sendo pago em pouco tempo de trabalho, considerando-se somente as peças que não eram mais refugadas pela produção. Os meios utilizados para secagem do ar são múltiplos. Vamos nos referir aos três mais importantes, tanto pelos resultados finais obtidos quanto por sua maior difusão. Secagem por Refrigeração O método de desumidificação do ar comprimido por refrigeração consiste em submeter o ar a uma temperatura suficientemente baixa, a fim de que a quantidade de água existente seja retirada em grande parte. Além de remover a água, provoca, no compartimento de resfriamento, uma emulsão com o óleo lubrificante do compressor, auxiliando na remoção de certa quantidade.

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Secagem Por Absorção É o método que utiliza em um circuito uma substância sólida ou líquida, com capacidade de absorver outra substância líquida ou gasosa. Este processo é também chamado de Processo Químico de Secagem, pois o ar é conduzido no interior de um volume através de uma massa higroscópica que absorve a umidade do ar, processando-se uma reação química As principais substâncias utilizadas são: Cloreto de Cálcio, Cloreto de Lítio, Dry-o-Lite. Com a conseqüente diluição das substâncias, é necessária uma reposição regular, caso contrário o processo torna-se deficiente. A umidade retirada e a substância diluída são depositadas na parte inferior do invólucro, junto a um dreno, de onde são eliminadas para a atmosfera.

Secagem Por Adsorção É a fixação das moléculas de um adsorvato na superfície de um adsorvente geralmente poroso e granulado, ou seja, é o processo de depositar moléculas de uma substância (ex. água) na superfície de outra substância, geralmente sólida (ex.SiO2). Este método também é conhecido por Processo Físico de Secagem, o processo de adsorção é regenerativo; a substância adsorvente, após estar saturada

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de umidade, permite a liberação de água quando submetida a um aquecimento regenerativo.

4.5. Distriubuição do ar comprimido As tubulações pneumáticas exigem manutenção regular, razão pela qual não devem, dentro do possível, serem mantidas dentro de paredes ou cavidades estreitas, pois isto dificulta a detecção de fugas de ar. Pequenos vazamentos são causas de consideráveis perdas de pressão. Existem três tipos de redes de distribuição de pressão principais:   Rede em circuito aberto

•

  Rede em circuito fechado

•

•

  Rede Essas linha combinada principais são feitas de tubos de Cobre, latão, aço liga, etc… Conectadas às linhas principais estão as linhas secundárias, em geral, mangueiras de borracha ou material sintético. A rede em circuito aberto é a mais simples e deve ser montada com um declive de 1% a 2% na direção do fluxo para garantir a eliminação da água que condensa no interior da linha. Isso ocorre porque o ar fica parado no interior da linha quando não há consumo.

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Já a rede em circuito fechado permite que o ar flua nas duas direções e que fique circulando na linha reduzindo o problema de condensação.

As redes combinadas, também são instalações em circuito fechado. No entanto, mediante as válvulas de fechamento existe a possibilidade de bloquear determinadas linhas de ar comprimido quando a mesmas não forem usadas ou quando for necessário colocá-las fora de serviço por razões de manutenção. Há uma estanqueidade da rede portanto.

Em todas as configurações de rede por causa da formação de água condensada (maior ou menor) é fundamental instalar a tomada de ar das tubulações de ar secundárias na parte superior do tubo principal. Desta forma evita-se que a água condensada, eventualmente existente na tubulação principal possa chegar aos ramais secundários. Para interceptar e drenar a água condensada devem ser instaladas derivações com drenos na parte inferior da tubulação principal.

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Para se manter o ar comprimido em boas condições de uso, utilizamos a unidade de conservação. A utilização desta unidade de serviço é indispensável em qualquer tipo de sistema pneumático, do mais simples ao mais complexo. Ao mesmo tempo em que permite aos componentes trabalharem em condições favoráveis, prolonga a sua vida útil é composta de:   filtro

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  regulador de pressão   lubrificador

•

•

Filtro O filtro serve para eliminar partículas sólidas e líquidas (impurezas, água, etc..). A filtração ocorre em duas fases. Uma pré-eliminação é feita por rotação do ar gerando uma força centrífuga. A eliminação fina é feita pelo elemento filtrante. O filtro apresenta um dreno (manual ou automático) para a eliminação de água. A porosidade do elemento filtrante é da ordem de 30 a 70 µm.

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Válvula reguladora de pressão Essa válvula tem a função de manter constante a pressão no equipamento. Ela somente funciona quando a pressão a ser regulada (pressão secundária) for inferior que a pressão de alimentação da rede (pressão primária). Assim essa válvula pode reduzir a pressão, mas jamais aumentá-la.

O seu funcionamento ocorre da seguinte forma. Se a pressão secundária diminuir em relação a um valor especificado a mola 2 empurra o êmbolo 6 que abre a comunicação com a pressão primária. Se a pressão secundária aumenta, em relação a um valor especificado (por exemplo, devido à um excesso de carga no atuador) então a membrana 1 é atuada pressionando a mola 2 e o êmbolo 6 fecha a comunicação até que a pressão secundária diminua. Se a pressão secundária aumentar demais, então além de ocorrer a situação anterior, a membrana 1 se separa do êmbolo 6, abrindo a comunicação com os furos de exaustão, ocorrendo o escape de ar, o que reduz a pressão secundária. O parafuso 3 permite regular a rigidez da mola 2 e portanto a pressão secundária. Logicamente essa válvula gera uma oscilação de pressão na sua saída (pressão secundária), no entanto tanto menor será essa oscilação quanto melhor forem dimensionados os componentes da válvula. 19

 

Lubrificador A lubrificação do ar comprimido é feita através do lubrificador que abastece os elementos pneumáticos com óleo lubrificante. Os lubrificantes reduzem as forças de atrito ao mínimo, protegem os elementos móveis contra o desgaste e evitam a corrosão os aparelhos. Os lubrificantes geralmente funcionam pelo princípio venturi. Neste sistema de lubrificação, a diferença de pressão, entre a pressão antes do local pulverizador e, a pressão de estrangulamento do bocal, suga o óleo do reservatório, pulverizando-o na corrente de ar. Aparelho lubrificador só entra em funcionamento quando há um fluxo de ar suficiente para provocar a depressão que suga o lubrificante do reservatório. Desta forma, é muito importante que se preste atenção aos valores de vazão (fluxo) indicados pelo fabricante do aparelho.

5. Atuadores Pneumáticos Os atuadores pneumáticos são classificados em atuadores lineares que geram movimentos lineares e atuadores rotativos que geram movimentos rotativos que serão descritos a seguir. As principais características dos atuadores pneumáticos são:   Apresentam baixa rigidez devido à compressibilidade do ar;

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  Não há precisão na parada em posições intermediárias;

•

  Apresentam uma favorável relação peso/potência;

•

  Dimensões reduzidas;

•

  Segurança à sobrecarga;

•

  Facilidade de inversão;

•

  Proteção à explosão.

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Componentes mecânicos de um cilindro

Cilindros de simples ação Os cilindros de simples ação realizam trabalho recebendo ar comprimido em apenas um de seus seus lados. Em geral o movimento ddee avanço é o mais utilizado para a atuação com ar comprimido, sendo o movimento de retorno efetuado através de mola ou por atuação de uma força externa devidamente aplicada. A força da mola é calculada apenas para que se possa repor o embolo do cilindro à sua posição inicial com velocidade suficientemente alta, sem absorver energia elevada. O curso dos cilindros de simples ação está limitado ao comprimento da mola. Por esta razão não são fabricados cilindros de simples ação com atuação por mola

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com mais de 100 mm. Os cilindros de simples ação são especialmente utilizados em operações que envolvam fixação, expulsão, extração e prensagem entre outras. Os cilindros de simples ação podem ainda ser construídos com elementos elásticos para reposição. É o caso dos cilindros de membrana onde o movimento de retorno é feito por uma membrana elástica presa à haste. A vantagem da membrana está na redução do atrito, porém a limitação da força nestes casos se torna uma desvantagem. Estes cilindros são usad usados os especialmente em situações situações de pequ pequenos enos espaços disponíveis para operações de fixação e indexação de peças ou dispositivos.

Cilindros de dupla ação Os cilindros de dupla ação realizam trabalho recebendo ar comprimido em ambos os lados. Desta forma realizam trabalho tanto no movimento de avanço como no movimento de retorno. Um sistema de comando permite ao ar comprimido atingir uma câmara de cada vez, exaurindo o ar retido na câmara oposta. Assim quando o ar comprimido atinge a câmara traseira estará em escape à câmara dianteira e o cilindro avançará. No movimento de retorno o ar comprimido chega à câmara 22

 

dianteira e a câmara traseira estará em escape. Como não há a presença da mola, as limitações impostas aos cilindros de dupla ação, estão ligadas as deformações da haste quanto à flexão e a flambagem. Os cilindros de dupla ação quando sujeitos a cargas e velocidades elevadas, sofrem grandes impactos, especialmente entre o embolo e as tampas.

Cilindro de haste passante Com este cilindro pode-se efetuar trabalho em ambos os lados ao mesmo tempo. Pode-se também utilizar um dos lados somente para acionamento de elementos de sinal. Um ponto positivo importante deste tipo de cilindro é o fato de que por possuir dois mancais de apoio para as hastes, ele pode suportar cargas 23

 

laterais maiores, porém por possuir hastes em ambos os lados ele tem sua capacidade de forças reduzidas em relação à cilindros convencionais com uma única haste.

Cilindro de múltiplas posições Este tipo de cilindro é formado por dois ou mais cilindros unidos por suas câmaras traseiras. Desta forma se consegue um curso mais longo em um pequeno espaço físico. Além disso pode-se conseguir posicionamentos intermediários escalonados.

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Cálculo para dimensionamento de cilindro Para selecionar um cilindro devemos saber:   Força

•

  Pressão

•

  Curso máximo

•

  Tempo

•

  Tipo de fixação

•

  Temperatura

•

As forças realizadas pelos cilindros dependem da pressão do ar, do diâmetro do êmbolo e em função da aplicação que se deseja do cilindro. A força teórica exercida pelo cilindro é calculada segundo a fórmula:

Ft = P x A Ft = Força teórica de êmbolo (N) A = Superfície útil do embolo (cm 2) P = Pressão de trabalho (bar)   Cilindro de simples ação

•

Fav = A x P – (Fr + Ff)   Cilindro de dupla (avanço)

•

Fav = A x P – Fr   Cilindro de dupla (retorno)

•

Fret = A2 x P – Fr   F = força efetiva do êmbolo (N)

•

  A = área útil do êmbolo (cm2)

•

  P = pressão trabalho (bar)

•

  Fr = força de atrito (N)

•

  Ff = força de resistência da mola de compressão (N)

•

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  D = Diâmetro do êmbolo (cm)

•

  d = diâmetro da haste do êmbolo (cm)

•

6. Elementos de de sinal e comando comando pneu pneumático mático Os circuitos pneumáticos são constituídos por elementos de trabalho (atuadores), sinal e comando (válvulas). As válvulas são elementos de comando para a partida, parada, direção ou regulagem. Elas comandam também a vazão ou a pressão do fluido armazenado em um reservatório. São classificadas segundo suas funções, e obedecem a norma DIN/ISO 1219 são elas:   Válvulas de Controle Direcional

•

  Válvulas de Bloqueio (Anti-Retorno)

•

  Válvulas de Controle de Pressão

•

  Válvulas de Controle de Fluxo

•

  Válvulas de Fechamento

•

Válvulas direcionais São elementos que influenciam no trajeto do fluxo do ar, principalmente nas partidas, paradas e direção do fluxo. Para conhecermos bem uma válvula, devemos levar em conta os seguintes dados: 1. Número de Posições 2. Número de Vias 3. Tipo de Acionamento 4. Tipo de Retorno 5. Vazão Número de Posições As válvulas direcionais são sempre representadas por um retângulo. Este retângulo é dividido em quadrados. O número de quadrados representados na

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simbologia é igual ao número de posições da válvula, representando a quantidade de movimentos que executa através de acionamentos. Número de posições é a quantidade de manobras distintas que uma válvula direcional pode executar ou permanecer sob a ação de seu acionamento. Nestas condições, a torneira, que é uma válvula, tem duas posições: ora permite passagem de água, ora não permite.

Número de Vias O número de vias é o número de conexões de trabalho que a válvula possui. São consideradas como vias a conexão de entrada de pressão, conexões de utilização e as de escape. Para fácil compreensão do número de vias de uma válvula de controle direcional podemos também considerar que: Uma regra prática para a determinação do número de vias consiste em separar um dos quadrados (posição) e verificar quantas vezes o(s) símbolo(s) interno(s) toca(m) os lados do quadro, obtendo-se, assim, o número de orifícios e em correspondência o número de vias. Preferencialmente, os pontos de conexão deverão ser contados no quadro da posição inicial. Na próxima página segue alguns esquemas das válvulas mais utilizadas.

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Para garantir a identificação e ligação corretas das válvulas, marcam-se as vias com letras maiúsculas (DIN) ou com números (ISO)

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Tipo de acionamento Os tipos de acionamentos são diversificados conforme a necessidade do usuário e podem ser:   Musculares

•

  Mecânicos

•

  Pneumáticos

•

  Elétricos

•

  Combinados

•

Estes elementos são representados por símbolos normalizados e são escolhidos conforme a necessidade da aplicação da válvula direcional, os símbolos dos elementos são desenhados horizontalmente nos quadrados. Acionamento por força muscular

Geral Por botão Por alavanca Por pedal

Acionamento mecânico

Por apalpador Por mola Por rolete apalpador

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Por rolete apalpador escamoteável (gatilho) Acionamento elétrico Por eletroimã com (bobina solenóide):

Um enrolamento ativo Dois enrolamentos ativos no mesmo sentido Dois enrolamentos ativos em sentido contrário

Acionamento pneumático Acionamento direto

Por acréscimo de pressão (positivo) Por decréscimo de pressão (negativo) Por acionamento de pressão diferencial

Acionamento indireto

Por acréscimo de pressão na válvula de pré-comando (servopiloto positivo) Por decréscimo de pressão na válvula de pré-comando (servopiloto negativo)

Acionamento combinado

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Por eletroímã e válvula de pré-comando (servocomando). Por eletroímã ou válvula de pré-comando

Tipo de retorno Por mola ou acionamento pneumático (piloto).

Exemplo:

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Válvulas de Bloqueio Estas válvulas são aparelhos que fecham a passagem em uma direção, dando passagem em direção contrária. A própria pressão aciona a peça vedante e ajuda, com isto, a vedação da válvula. Válvula alternadora (Elemento “ou”) Também chamada "válvula de comando duplo ou válvula de dupla retenção". Esta válvula tem duas entradas, P1 e P2, e uma saída, A. Entrando ar comprimido em P1, a esfera fecha a entrada P2 e o ar flui de P1 para A. Em sentido contrário, quando o ar flui de P2 para A, a entrada P1 será fechada. No retorno do ar, quer dizer, quando um lado de um cilindro ou de uma válvula entra em exaustão, a esfera permanece na posição posição em que se encontrava antes do retorno do ar. Resumindo: Uma saída em A é possível quando existe um sinal em P1 "OU" P2 (A = X+Y).

Esta válvula também seleciona os sinais das válvulas pilotos provenientes de diversos pontos e evita evita o escape do ar atrav através és de uma segunda válvula. Devendo ser um cilindro ou uma válvula acionada de dois ou mais lugares é necessário empregar uma válvula alternadora (dupla retenção). Válvula de simultaneidade (elemento “E”) Esta válvula tem duas entradas, P1 e P2 e uma saída em A. Só haverá uma saída em A, quando existirem os dois sinais de entrada P1 e P2 . (A = X.Y). No sinal de entrada em P1 ou P2 impede o fluxo para A, em virtude das forças diferenciais no pistão corrediço. Existindo diferença de tempo nos sinais sinais de 32

 

entrada, o sinal atrasado vai para a saída. Quando há diferença de pressão dos sinais de entrada, a pressão maior fecha um lado da válvula, e a pressão menor vai para a saída A. Emprega-se esta válvula principalmente em comando de bloqueio, comandos de segurança e funções de controle em combinações lógicas.

Válvula de escape de rápido Válvulas de escape rápido são utilizadas para aumentar a velocidade nos cilindros. Tempos de retorno elevados, especialmente em cilindros de simples ação, podem ser eliminados dessa forma. A válvula está provida de conexão de pressão (P) e conexão, de escape (R) bloqueáveis. Se tivemos pressão em P, o elemento de vedação adere ao assento do escape. Dessa forma, o ar atinge a saída pela conexão de utilização A. Quando a pressão em P deixa de existir, o ar, que agora retorna pela conexão A, movimenta o elemento de vedação contra a conexão P, e provoca 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.

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Válvula de retenção Esta válvula pode fechar completamente a passagem em uma direção. Em direção contraria, passa o ar com a mínima queda possível de pressão. O fechamento de uma direção pode ser feito por cone, esfera, placa ou membrana. Símbolos:   Válvula de bloqueio se fechando por atuação de uma, força sobre a peça vedante.

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  Com contrapressão. Como por exemplo mola, fechamento quando a pressão de saída é maior ou igual à pressão de entrada.

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Válvula de pressão São válvulas que influenciam principalmente a pressão e pelas quais podem ser feitas regulagens ou comandos, em dependência da pressão. Distinguem-se:   Válvula reguladora de pressão (redutor de pressão)

•

  Válvula limitadora de pressão (de alivio)

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  Válvula de seqüência (pressostato)

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Válvula reguladora de pressão O Regulador tem a tarefa de manter constante a pressão de trabalho (secundária) pré-regulada no manômetro, mesmo com a pressão oscilante da rede, a fim de ser fornecida estável para os elementos de trabalho e outros elementos. A pressão de entrada deve ser sempre maior do que a de saída. Válvula reguladora de pressão sem escape.

A função desta válvula corresponde à descrita anteriormente. A segunda sede no meio da membrana não existe. Portanto, mesmo numa pressão secundária maior, o ar não pode escapar.

Válvula reguladora de pressão com escape.

Neste tipo de válvula teremos, ao contrário da anterior, uma pressão equilibrada. Através da abertura de escape, elimina-se a sobrepressão do lado secundário.

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Válvula limitadora de pressão Emprega-se principalmente como válvula de segurança ou de alívio. Não permite o aumento da pressão no sistema, acima dá pressão máxima admissível. Alcançada, na entrada da válvula, a pressão máxima, abre-se a sua saída e o ar escapa. A válvula permanece aberta até que a mola montada, após alcançar a pressão pré-regulada, em dependência da linha de marcação, a feche.

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Conversores pneumático-elétrico ou pressostatos Serve para transformar um sinal de entrada pneumático num sinal de saída elétrico. Em geral a pressão age sobre um êmbolo (ou membrana) que se desloca efetuando o contato. A regulagem da pressão em que o contato ocorre é feita regulando se a distância entre que o êmbolo deve mover para realizar o contato. A figura abaixo ilustra um pressostato de calibragem fixa e um variável.

Válvula de Controle de Fluxo Válvula reguladora de fluxo unidirecional Também conhecida conhecida como "válvula "válvula reguladora de velocidade". Nesta válv válvula, ula, 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 área regulada. Em sentido contrário, o ar passa livre através da válvula de retenção aberta. Empregam-se estas válvulas para a regulagem da velocidade em cilindros pneumáticos.

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Válvula reguladora de fluxo unidirecional com acionamento mecânico regulável São empregadas quando há necessidade de alterar a velocidade de um cilindro, de ação simples ou dupla, durante seu trajeto. Com cilindros de ação dupla, pode ser utilizada como amortecimento de fim de curso. Antes do avanço ou recuo se completar, a massa é sustentada por um fechamento ou redução da secção transversal da exaustão. Esta aplicação se fará quando for f or recomendável um reforço no amortecimento de fim de curso. Por meio de um parafuso, pode-se regular uma velocidade base. Um came, que força o rolete para baixo, regula a secção transversal de passagem. Em sentido contrário, o ar desloca uma vedação de seu assento e passa livremente. Esta válvula pode ser usada normal aberta ou normal fechada.

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7. Diagrama trajeto passo Representação dos Movimentos Quando os procedimentos de comando são um pouco mais complicados, é de grande ajuda para o técnico dispor dos esquemas de comando e seqüências, segundo o desenvolvimento de trabalho das máquinas. Além disso, uma representação clara possibilita uma compreensão bem melhor. Exemplo: Pacotes que chegam por uma esteira transportadora de rolos são levantados e empurrados pela haste de cilindros pneumáticos para outra esteira transportadora. Devido a condições de projeto, a haste do segundo cilindro só poderá retornar após a haste do primeiro ter retornado.

Seqüência cronológica

1. A haste do cilindro A avança e eleva o pacote. 2. A haste do cilindro B avança e empurra o pacote para a esteira 3. A haste do cilindro A retorna à sua posição inicial. 4. A haste do cilindro B retorna à sua posição inicial. Indicação Algébrica

1. Cilindro A + 2. Cilindro B + 3. Cilindro A 4. Cilindro B – 39

 

Diagrama Trajeto Passo Neste caso se representa a seqüência de movimentos de um elemento de trabalho; levando-se ao diagrama os movimentos e as condições operacionais dos elementos de trabalho. Isto é feito através de duas coordenadas, uma representa o trajeto dos elementos de trabalho, e a outra o passo (diagrama trajeto-passo).

Se existem diversos elementos de trabalho para um comando, estes serão representados da mesma forma e desenhados uns sob os outros. A ocorrência através de passos.

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8. Eletropneumática Em eletropneumática o comando é executado por um circuito elétrico do tipo Controlador Lógico Programável (CLP) ou através de um microcomputador. Utiliza válvulas pneumáticas direcionais atuadas por solenóides apenas para comandar diretamente os pistões. Na verdade o solenóide aciona um sistema pneumático que aciona a válvula. Os componentes (válvulas) que realizam o controle são substituídos por relés, comutadores de potência, interruptores, pressostatos e sensores elétricos. É recomendada para ambientes em que não há risco de explosão. A figura abaixo ilustra alguns elementos básicos de eletropneumática e seus símbolos. O botão fechador está normalmente aberto enquanto que o abridor está normalmente fechado. O comutador abre e fecha contatos ao mesmo tempo.

Outro elemento muito usado é o relé. O relé consiste num elemento de comutação acionado eletromagneticamente. Note na figura que um relé pode ligar e desligar vários circuitos, pois podem existir várias chaves que são atuadas (mecanicamente) pela sua bobina.

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A abaixo ilustra um circuito eletropneumático simples em que o interruptor S1 aciona o solenóide Y1 da válvula do pistão. Note o símbolo do solenóide da válvula. Os pólos + e - representam os pólos da rede elétrica.

No entanto, devido às altas correntes que são em geral necessárias para acionar a válvula o circuito de acionamento é separado do circuito de controle. Assim o interruptor S1 acionaria um relé de baixa corrente K1 que acionaria o solenóide Y1.

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Na próxima figura é ilustrado um circuito eletropneumático que comanda um cilindro de dupla ação acionada por uma válvula 5/2 vias. K1 e K2 são relés e Y1 e Y2 os solenóides das bobinas. Note que agora temos apenas interruptores elétricos (S1, S2 e S3).

No próximo exemplo temos dois circuitos em que o relé se mantém ligado ao ser acionado somente desligando quando acionado o botão desliga. Ao lado temos um exemplo de aplicação. O circuito é chamado "ligar dominante" quando ao pressionar simultaneamente os botões liga e desliga o circuito liga, e "desligar dominante" caso contrário.

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Conversão pneumática de sinais

Pressostato: também conhecidos como sensores de pressão, são chaves elétricas acionadas por um piloto hidráulico ou pneumático. Os pressostatos são montados em linhas de pressão hidráulica e ou pneumáticas e registram tanto o acréscimo como a queda de pressão nessas linhas, invertendo seus contatos toda vez em que a pressão do óleo ou ar comprimido ultrapassar o valor ajustado na mola de reposição.

Equipamentos elétricos Equipamentos de entrada de sinais Interruptor Elemento de comutação acionado manualmente com, pelo menos, duas posições de comutação, e que permanece em cada uma das posições após o acionamento.

Botoeira Elemento de comutação acionado manualmente, com reposição automática após a retirada da força de acionamento.

Chave fim de curso Elemento de comutação acionado mecanicamente, cuja finalidade é transmitir informações da instalação ao comando.

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Equipamento para processamento de sinais Contator de potência Elemento de comutação, acionado eletromagneticamente, sendo, portanto, comandado indiretamente. Trabalha com potência elevada, sendo utilizado para o comando de elementos de trabalho: eletroímãs, motores elétricos, etc.

Comutação direta para inversão do sentido de rotação de motores trifásicos

Contator auxiliar Elemento de comutação de potência baixa, é utilizado para comutação de circuitos auxiliares.

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11.2.3. Relé de tempo Elemento de comutação temporizado, com retardo de fechamento ou de abertura.

Equipamento de saída de sinal Válvula magnética Elemento conversor eletromecânico

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Símbolos básicos funcionais

Pneumático

Hidráulico

Descrição Fluxo Fonte de pressão

Motor elétrico

Motor térmico

Silenciador

Reservatório aberto à atmosfera

Reservatório com linha terminando abaixo do nível de fluido

Reservatório pressurizado

Bocal de enchimento

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Símbolos de linhas de fluxo Pneumático e hidráulico

󰁄󰁥󰁳󰁣󰁲󰁩󰃧󰃣󰁯 Linha de trabalho, de retorno ou de alimentação Linha de pilotagem Linha de dreno ou sangria

Mangueira ou tubo flexível Linha elétrica

União de linhas

Linhas cruzadas, não conectadas

Sangria de ar

Compressores e bombas Pneumático

Hidráulico

Descrição

Com um sentido de fluxo

Com dois sentidos de fluxo

Bomba hidráulica de deslocamento variável com um sentido de fluxo

Bomba hidráulica de deslocamento variável com dois sentidos de fluxo

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Motores/Atuadores rotativos Pneumático

Hidráulico

Descrição Com um sentido de fluxo

Com dois sentidos de fluxo

Com um sentido de fluxo e deslocamento variável

Com dois sentidos de fluxo e deslocamento variável

Motor oscilante Bomba/motor de deslocamento fixo com reversão do sentido de fluxo (funcionamento como bamba ou motor conforme o sentido de fluxo)

Cilindros/Atuadores lineares Pneumático e hidráulico

Descrição Cilindro de ação simples com retração por uma força não especificada (símbolo geral quando o método de retorno não for especificado) Cilindro de ação simples com retração por mola

Cilindro de ação dupla com haste simples

Com dois amortecimentos fixos

Com dois amortecimentos reguláveis

Cilindro telescópico com intensificador de pressão

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Cilindro telescópico com ação simples

Cilindro telescópico com ação dupla

Cilindro telescópico com conversor hidropneumático

Cilindro telescópico com haste dupla

Cilindro telescópico com cilindro diferencial

Observação  O funcionamento do cilindro depende da diferença das áreas efetivas de cada lado do êmbolo Com um amortecimento fixo no avanço Com um amortecimento fixo na retração Com um amortecimento regulável no avanço Com um amortecimento regulável na retração

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Símbolos acumuladores Hidráulico

Descrição Acumulador (símbolo gernérico)

Acumulador por mola(s)

Acumulador por peso

Acumulador por gás (genérico)

Acumulador por gás com bexiga

Acumulador por gás com membrana

Acumulador por gás com êmbolo

Trocadores de calor Pneumático e hidráulico

Descrição Resfriador (símbolo genérico). O sentido das setas no losango indica a dissipação de calor sem rrepresentação epresentação das linhas de fluxo do meio refrigerante Resfriador (símbolo genérico). O sentido das setas no losango indica a dissipação de calor com representação das linhas de fluxo do líquido refrigerante Resfriador (símbolo genérico). O sentido das setas no losango indica a dissipação de calor com representação das linhas de fluxo do gás refrigerante

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Símbolos de filtros, purgadores e lubrificantes Pneumático

Hidráulico

Descrição Filtro (símbolo genérico)

Purgadores com dreno manual

Purgadores com dreno automático

Filtro com purgador com dreno manual Filtro com purgador com dreno automático Filtro com purgador com desumidificador de ar

Filtro com purgador com lubrificador

Filtro com purgador com unidade condicionadora

Válvulas direcionais Pneumático e hidráulico

Descrição 2 vias com 2 posições posição normal fechada (NF)

2 vias com 2 posições posição normal aberta (NA)

3 vias com 2 posições posição normal fechada

3 vias com 2 posições posição normal aberta

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4 vias com 2 posições

4 vias com 3 posições posição intermediária com saídas livres para R

4 vias com 3 posições posição intermesiária fechada

5 vias com 2 posições

5 vias com 3 posições

Acionamento das válvulas Pneumático

Hidráulico

Descrição Acionamento direto por piloto externo por aplicação ou por acréscimo de pressão Acionamento direto por piloto externo por despressurização Acionamento indireto por acréscimo de pressão

Acionamento indireto por despressurização Acionamento indireto por áreas de atuação diferentes (no símbolo, o retângulo maior representa a área de atuação maior Acionamento combinado por solenóide com piloto e dreno (hidráulico), exaustão (pneumático) externo Acionamento combinado por solenóide com piloto e dreno interno Acionamento combinado por solenóide ou piloto

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Acionamento combinado por solenóide e piloto ou por ação muscular Símbolo básico, sem indicação do modo de operação

Botão de acionamento manual

Alavanca de acionamento manual

Pedal

Apalpador ou pino

Mola

Rolete

Rolete articulado ou gatilho (operando em um único sentido) Acionamento por solenóide com uma bobina Acionamento por solenóide com duas bobinas, operando em sentido oposto Acionamento por solenóide com uma bobina operando proporcionalmente Acionamento com duas bobinas operando proporcionalmente em sentidos opostos Acionamento por motor elétrico reversível

Válvulas de pressão Pneumático

Hidráulico

Descrição Válvula de alivio, de segurança, limitadora de pressão ou de seqüência diretamente operada

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Válvula de alivio, de segurança, limitadora de pressão ou de seqüência comandada por piloto a distância

Válvula de alivio, de segurança ou limitadora de pressão pré-operada com piloto e dreno interno

Válvula de alivio, de segurança ou limitadora de pressão pré-operada com piloto externo e dreno interno

Válvula de alivio, de segurança ou limitadora de pressão pré-operada com dreno esterno e comando a distância Válvula de alivio, de segurança ou limitadora de pressão pré-operada com válvula de seqüência (simbologia não normalizada)

Válvula redutora de pressão com conexão de descarga

Válvula redutora de pressão com conexão de descarga, com comando a distância

Normalmente fechada, com um estrangulamento

Normalmente aberta, com um estrangulamento

Normalmente fechada com dois estrangulamentos

Válvula redutora de pressão diretamente operada

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Válvula redutora de pressão com comando a distância

Válvula redutora de pressão com válvula reguladora de pressão diferencial Válvula redutora de pressão com válvula reguladora de pressão proporcional

Válvulas de bloqueio Pneumático

Hidráulico

Descrição Válvula de retenção dupla ou germinada

Válvula alternadora (elemento OU)

Válvula de escapa rápido

Válvula de simultaneidade (elemento E)

Válvula de retenção sem mola

Válvula de retenção com mola

Válvula de retenção pilotada

Válvulas de fluxo Pneumático e hidráulico

Descrição Estrangulamento influenciável pela viscosidade

Estrangulamento não influenciável pela viscosidade

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Com orifício de passagem fixo Com orifício de passagem regulável

Válvulas reguladoras de vazão com orifício de passagem fixo Válvulas reguladoras de vazão com orifício de passagem fixo e descarga no reservatório

Observação  Igual à anterior porém o excesso do fluxo é descarregado no reservatório

Válvulas reguladoras de vazão com vazão regulável

Válvulas reguladoras de vazão com vazão regulável com descarga no reservatório

Válvulas reguladoras de vazão om controle unidirecional

Instrumentos e acessórios Pneumático e hidráulico

Descrição Manômetro ou vacuômetro (a linha pode ser conectada a qualquer ponto da circunferência)

Termômetro

Medidor de vazão

Pressostato

Fluxostato

Componentes elétricos Símbolo

Descrição Contato NA

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Contato cumutador

Contato NF

Botão liso tipo pulsador

Botão com trava

Botão giratório com trava

Botão tipo cogumelo com trava

Chave fim de curso tipo rolete

Chave fim de curso tipo gatilho

Sensor indutivo

Sensor capacitivo

Sensor óptico

Relé auxiliares

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Relé temporizadores com retardo na ligação

Relé temporizadores com retardo no desligamento

Contador predeterminadoo

Indicador luminoso e indicador sonoro

Relé auxiliar comutador

Solenóide

Pressostatos

Relé

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9. Bibliografia

1) SENAI SP - Apostila - Pneumática e eletropn eletropneumática eumática Industrial - 2005; 2) SENAI SP - Apostila - Mantenedor e reparad reparador or de circuito hidráulicos e eletrohidráulicos - 2005. 3) Meixner, H. e Kobler, R., "Introdução à Pneumática", Pneumática", Livro Didático, FES FESTO TO 4) Didactic, São Paulo, SP, Brasil, 1977. 5) "Manutenção de Instal Instalações ações e Equipam Equipamentos entos Pneumáticos Pneumáticos", ", Livro Didático, FESTO Didactic, São Paulo, SP, Brasil, 1977. 6) Silva, E., Apostila de P Pneumática neumática e Sistema Fluídos Fluídos Eletromecânicos – 2002;

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