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Conceitos Bsicos de AutomaoPneumtica

MEC-1610 Elementos de Automao IndustrialLuiz Guilherme Vieira Meira de Souza

PneumticaNos tempos atuais o uso de sistemas pneumticos bastante comum nas indstrias.Isto se deve sua simplicidade aliada possibilidade de variar a velocidade e a fora aplicada, como por exemplo, acionar uma prensa ou exercer uma leve presso para segurar um ovo sem quebr-lo. uma ferramenta indispensvel para a automao.Pneumtica3Vantagens e DesvantagensA robustez inerente aos componentes pneumticos torna-os relativamente insensveis vibraes e golpes. Alm disso, so de fcil manuteno;Pequenas modificaes nas mquinas convencionais, aliadas disponibilidade de ar comprimido, so os requisitos necessrios para implantao dos controles pneumticos;Os controles pneumticos no necessitam de operrios especializados para sua manipulao;Vantagens5O ar est disponvel em qualquer lugar;No h necessidade de tubulao de retorno;A velocidade do fluxo do ar no interior das vlvulas e da tubulao alta;O ar comprimido pode ser estocado e transportado dentro de reservatrios;Como os equipamentos pneumticos envolvem sempre presses moderadas, tornam-se seguros contra possveis acidentes, tanto com os trabalhadores, quanto com o equipamento, alm de evitarem problemas de exploso.

Vantagens6O ar comprimido necessita da remoo de impurezas e da eliminao de umidade para evitar corroso nos equipamentos;Os componentes pneumticos so normalmente projetados e utilizados a uma presso mxima de 17 bar. Portanto, as foras envolvidas so pequenas se comparadas a outros sistemas. Ento o tamanho dos atuadores deve ser maior quando deve-se vencer grandes foras;Assim, no conveniente o uso de controles pneumticos, por exemplo, em operao de extruso de metais. Desvantagens7O ar um fluido altamente compressvel, portanto, difcil se obterem paradas intermedirias e velocidades uniformes;O escape para a atmosfera gera muito rudo. O problema pode ser reduzido como uso de silenciadores nos orifcios de escape;Os vazamentos so muito caros devido constante perda de energia (o compressor permanece muito tempo ligado).Desvantagens8Fundamentos FsicosQualquer substncia capaz de escoar e assumir a forma do recipiente que a contm um fluido. O fluido pode ser lquido ou gasoso. A pneumtica trata dos fluidos gasosos, especialmente o ar.Fluido

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Pode-se dizer que fora qualquer causa capaz de alterar o estado de equilbrio de um corpo, podendo produzir ou alterar o movimento e/ou produzir deformaes. Quando aplica-se uma fora sobre uma superfcie surge uma presso, que a fora por unidade de rea.

Fora e Presso

11Expansibilidade:Propriedade do ar que lhe possibilita ocupar totalmente o volume de qualquer recipiente, adquirindo o seu formato.Propriedades do Ar

12Compressibilidade:Propriedade do ar que lhe possibilita reduzir seu volume quando submetido a ao uma fora.Propriedades do Ar

13Elasticidade:Propriedade do ar que lhe possibilita retornar ao seu volume inicial quando cessa a ao de uma fora que o comprimiu.Propriedades do Ar

14Quando o ar recebe calor (aumento de temperatura) o seu volume aumenta.Portanto, quando sua temperatura diminuda, o seu volume diminui.Efeitos do Calor Sobre o Ar

15Quando o ar estiver em um recipiente fechado, o aumento de temperatura aumenta sua presso. Portanto, quando sua temperatura diminui, a sua presso diminui.Efeitos do Calor Sobre o Ar

16Preparao do Ar ComprimidoA contaminao do ar comprimido a soma da contaminao do ar ambiente com outras substncias que so introduzidas durante o processo de compresso.O ar ambiente contaminado por partculas slidas (poeira, microorganismos, etc.), vapor dgua (umidade relativa), vapores de hidrocarbonetos (fumaa de leo diesel, etc.), dixido de carbono, monxido de carbono, xido nitroso, dixido de enxofre, etc.Preparao do Ar Comprimido18Durante o processo de compresso, o ar comprimido tambm contaminado pelo leo lubrificante do compressor e por partculas slidas provenientes do desgaste das peas mveis do mesmo. Na tubulao de distribuio, o ar comprimido ainda pode arrastar ferrugem e outras partculas.A presena de partculas slidas prejudicial porque abrasiva, provocando desgastes nas peas mveis.Preparao do Ar Comprimido19A presena da gua condensada nas linhas de ar provoca:Oxidao da tubulao e componentes pneumticos;Reduo da vida til das peas por remover a pelcula lubrificante;Avarias em vlvulas e instrumentos, etc.Para tanto, antes de fazer utilizao do ar comprimido nas instalaes deve-se prepar-lo atravs de uma unidade de condicionamento de ar.Preparao do Ar Comprimido20Unidade de Condicionamento de Ar21A unidade de condicionamento de ar composta por:Resfriador-posteriorSecador de ar comprimidoFiltros de ar comprimidoPurgadores

Unidade de Condicionamento de Ar22Resfriador-posterior: Sua funo reduzir a temperatura do ar que deixa o compressor para nveis prximos da temperatura ambiente. Com isso, obtm-se uma grande condensao dos contaminantes gasosos, especialmente do vapor dgua. Em termos construtivos, o resfriador posterior um trocador de calor convencional resfriado pelo ar ambiente ou por gua.Unidade de Condicionamento de Ar

23Secador de ar comprimido Sua funo eliminar a umidade (lquido e vapor) do fluxo de ar.Unidade de Condicionamento de Ar

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Filtro de ar comprimido O filtro de ar comprimido aparece geralmente em trs posies diferentes:Antes do secador de ar comprimido;Depois do secador de ar comprimido;Antes e depois do secador de ar comprimido.Unidade de Condicionamento de Ar

25Filtro de ar comprimido A funo do filtro instalado antes do secador (pr-filtro) separar o restante da contaminao slida e lquida que no foi totalmente eliminada pelo separador de condensados do resfriador-posterior.O filtro instalado aps o secador (ps-filtro) deve ser responsvel pela eliminao da umidade residual que no foi removida pelo separador mecnico de condensados do secador, alm da conteno dos slidos no retidos no pr-filtro.Unidade de Condicionamento de Ar26Purgadores Os purgadores so pequenos aparelhos destinados a efetuar a drenagem dos contaminantes lquidos do sistema de ar comprimido para o meio-ambiente. Podem ser manuais ou automticos.Unidade de Condicionamento de Ar

27Purgadores Purgadores geralmente esto presentes no resfriador posterior, filtros e secadores. Tambm so colocados na rede de distribuio de ar comprimido para drenar a gua condensada.Unidade de Condicionamento de Ar28

29https://www.youtube.com/watch?v=X-2CUBB4cA0

Unidade de Condicionamento de Ar30Normas para Condicionamento de Ar31A norma internacional ISO-8573-1 a referncia central sobre a qualidade do ar comprimido para uso geral, no valendo para usos muito particulares, como ar medicinal, respirao humana e alguns outros.Normas para Condicionamento de Ar32A tabela a seguir apresenta as classes de qualidade do ar comprimido em funo dos seus trs contaminantes tpicos: gua, leo e partculas slidas.Normas para Condicionamento de Ar

33Para a obteno dos diferentes nveis de pureza do ar comprimido (classes de qualidade), a ISO-8573 recomenda a seguinte sequencia padro de equipamentos:Normas para Condicionamento de Ar

34Tubulao importante dimensionar o dimetro da rede de ar comprimido de forma tal que no ocorra uma perda de presso maior que 0,1 bar. Para evitar transtornos futuros tambm recomendvel que seja prevista uma ampliao, pois uma substituio posterior da rede demasiadamente cara.Tubulao36Para o dimensionamento do dimetro da rede deve-se levar em considerao:Vazo;Comprimento da rede;Queda de presso admissvel;Presso de trabalho;Pontos de estrangulamento.Deve-se lembrar que a tubulao de ar comprimido requer manuteno peridica, sendo portanto necessrio deix-la exposta, evitando passagens estreitas.As tubulaes devem ser montadas com um declive de 1 a 2% na direo do fluxo.As tomadas de ar devem sair pela parte de cima da tubulao principal.Tubulao37Tubulao

38AtuadoresA funo dos atuadores executar a converso da energia fludica em energia mecnica. Em um circuito qualquer, o atuador ligado mecanicamente carga.Assim, ao sofrer a ao do fluido, sua energia convertida em trabalho.Os atuadores podem ser divididos em dois grupos:Atuadores lineares;Atuadores rotativos.Atuadores40

Convertem a energia fludica em energia mecnica na forma de fora e velocidade linear.So popularmente conhecidos por cilindros.Atuadores Lineares

41Os atuadores lineares podem ser classificados da seguinte forma:Quanto ao acionamento:Simples ao;Dupla Ao.Quanto configurao da haste:Cilindro sem haste;Cilindro com uma haste;Cilindro com duas hastes ou haste passante;Cilindro sem haste tipo almofada.Atuadores Lineares42Os atuadores lineares de simples ao so assim chamados porque utilizam a energia do fluido para produzir trabalho em um nico sentido de movimento, no avano ou no retorno, sendo o primeiro mais comum.Estes cilindros possuem apenas um orifcio para entrada e sada do fluido.No lado oposto existe outro orifcio que serve apenas para respiro, para impedir a formao de contrapresso.Atuadores Lineares43Nos cilindros de simples ao o movimento no realizado pelo fluido feito geralmente por ao de uma mola. Porm, pode ser tambm realizado por ao de uma fora externa, a gravidade, por exemplo (caamba de caminho).Atuadores Lineares

44a) cilindro de simples ao com retorno por fora no definidab) cilindro de simples ao com retorno por molac) cilindro de simples ao com avano por molad) cilindro de simples ao com avano por fora no definidaAtuadores Lineares

45Os atuadores lineares de dupla ao so aqueles que utilizam a energia do fluido para produzir trabalho em ambos os sentidos (avano e retorno). Estes possuem dois orifcios por onde, alternadamente, entra e sai o fluido.Atuadores Lineares

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No avano o ar entra pelo orifcio traseiro, empurrando o mbolo, e sai pelo orifcio dianteiro.No retorno o sentido invertido.Atuadores Lineares

47Em relao configurao da haste, tem-se:Atuadores LinearesCilindro sem haste: com acoplamentomagntico

48Em relao configurao da haste, tem-se:Atuadores Lineares

Cilindro pneumtico com uma haste.49Atuadores Lineares

Em relao configurao da haste, tem-se:Cilindro pneumtico com haste passante.50Atuadores Lineares

Em relao configurao da haste, tem-se:Cilindro pneumtico tipo almofada.51Convertem a energia fludica em energia mecnica na forma de momento de toro.Atuadores Rotativos

52Atuadores rotativos limitados so aqueles que produzem movimentos oscilatrios, ou seja, giram em um sentido at alcanar o fim de curso e precisam retornar girando no sentido oposto. Dependendo de sua construo, podem ser limitados a apenas uma volta ou a algumas voltas.Atuadores Rotativos53

O tipo pinho e cremalheira, na figura abaixo, possui uma haste dentada (cremalheira).Esta cremalheira aciona uma engrenagem, transformando o movimento linear em movimento rotativo.Atuadores RotativosCilindro giratrio de pinho e cremalheira.54Atuadores rotativos contnuos tambm chamados de motores, podem realizar um nmero infinito de voltas. Os motores pneumticos so similares aos compressores quanto sua construo. Existem motores de engrenagens, de palhetas, de pistes radiais e de pistes axiais.Atuadores Rotativos55Atuadores pneumticos de engrenagensAtuadores Rotativos

56Atuadores pneumticos de palhetasAtuadores Rotativos

57Atuadores pneumticos de pistes radiaisAtuadores Rotativos

58Atuadores pneumticos de pistes axiaisAtuadores Rotativos

59VlvulasAs vlvulas so componentes dos sistemas pneumticos, responsveis pela distribuio e regulagem do fluido transmitido do compressor at os atuadores.A regulagem consiste em limitar os nveis de presso e vazo para garantir a disponibilidade de fora e velocidade, respectivamente.Vlvulas61Vlvulas direcionaisSo vlvulas que influenciam no trajeto do fluxo do fluido.Vlvulas

62Vlvulas direcionais

Vlvulas

Vlvula direcional boto/mola63Vlvulas de bloqueioVlvula de retenoSo vlvulas que bloqueiam completamente a passagem do fluido em um sentido. No outro sentido o fluido passa com a mnima perda de presso.Vlvulas

64Vlvulas de bloqueioVlvula alternadora (elemento OU):Esta vlvula possui duas entradas, X e Y, e uma sada A. Quando o fluido entra em X a esfera bloqueia a entrada em Y. Quando o fluido entra por Y a esfera bloqueia a entrada X.Vlvulas

65Vlvulas de bloqueioVlvula de simultaneidade (elemento E) Esta vlvula tambm possui duas entradas, X e Y, e uma sada A.O fluido s passa quando houver presso em ambas as entradas, x e y.Um sinal apenas em X ou em Y fica impedido de passar para A porque ele atua sobre a pea mvel fechando a passagem. Quando dois sinais iguais chegam em tempos diferentes, o ltimo passa para A.Quando os sinais so de presses diferentes, o de presso maior impede o de presso menor passar para A.Vlvulas66Vlvulas de bloqueioVlvula de simultaneidade (elemento E)

Vlvulas

67Vlvulas controladoras (reguladoras) de fluxoSo vlvulas que ao reduzirem a seo de passagem do fluido influenciam o valor da vazo na linhas de ligao com os atuadores. Essa regulagem da vazo est relacionada com a variao da presso nas tomadas de entrada e sada da vlvula. Dessa forma, para uma melhor preciso, devem trabalhar em conjunto com vlvulas que regulam os nveis de presso no sistema.Vlvulas68Vlvulas controladoras (reguladoras) de fluxo

Vlvulas

69Vlvulas controladoras de pressoSo vlvulas que agem sobre a presso do sistema.As vlvulas controladoras de presso podem ser utilizadas como:Limitadoras de presso (de segurana ou de alvio)De sequnciaReguladoras de pressoVlvulas70Vlvulas controladoras de pressoLimitadoras de presso (de segurana ou de alvio)A presso mxima do sistema pode ser controlada com o uso de uma vlvula de presso normalmente fechada. Com a via primria da vlvula conectada presso do sistema e a via secundria conectada atmosfera, a vlvula acionada por um nvel predeterminado de presso, e neste ponto as vias primrias e secundrias so conectadas e o fluxo desviado para o tanque ou para a atmosfera. Esse tipo de controle de presso normalmente fechado conhecido como vlvula limitadora de presso.Vlvulas71Vlvulas controladoras de pressoLimitadoras de presso (de segurana ou de alvio)Vlvulas

72Vlvulas controladoras de pressoDe sequnciaUma vlvula de controle de presso normalmente fechada, que faz com que uma operao ocorra antes da outra, conhecida como vlvula de sequncia.O ar bloqueado, na conexo de entrada da vlvula, pelo carretel, que recebe a fora da mola ajustada pelo operador. Quando a fora resultante da presso de entrada superar a fora da mola, o carretel deslocado e libera o fluxo de ar para a primeira conexo de sada, impedindo que a presso aumente. Quando a presso na sada superar a presso de entrada (fim de curso do primeiro atuador), a vlvula abre totalmente e a presso nas duas conexes se equaliza, permitindo o fluxo de ar para a segunda conexo de sada.

Vlvulas73Vlvulas controladoras de pressoDe sequnciaVlvulas

74Vlvulas controladoras de pressoReguladoras de pressoSo vlvulas usadas para manter a presso de trabalho do sistema, pr-regulada e indicada no manmetro, em um nvel uniforme independente da presso da rede e do consumo do ar.A presso controlada por meio de uma membrana. Uma das faces da membrana fica submetida presso de trabalho. Do outro lado atua uma mola que pode ser ajustada por meio de um parafuso de regulagem.Vlvulas75Vlvulas controladoras de pressoReguladoras de pressoO ar vindo da entrada aumenta a presso do lado secundrio e provoca o movimento da membrana contra a fora da mola.Com isto, a passagem do ar sofre restrio ou fecha totalmente quando a presso do lado secundrio atingir o valor regulado vencendo totalmente a fora da mola. Com o consumo de ar durante o trabalho a presso diminui e a mola reabre a vlvula.Vlvulas76

Vlvulas controladoras de pressoReguladoras de pressoVlvulas77