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Introdução à Pneumática

Nos actuais sistemas de automação a pneumática é um elemento muito importante pois está presente num vasto numero de aplicações, seja como sistema totalmente pneumático ( tecnologia), seja como elementos actuadores e controlo directo dos actuadores integrados em sistemas com outras tecnologias de automação ( a sua maior aplicação).

A aplicação da pneumática tem como elemento principal o ar comprimido, são as características principais deste elemento que contribuem para a sua grande aplicação.

Propriedades importantes do ar comprimidoCustos: O seu baixo custo, pois o ar encontra-se presente na

atmosfera, e depois da sua utilização é libertado sem ser alterado.

Transporte: O seu fácil transporte através de tubagens nas diversas instalações, mesmo a distancias consideráveis.

Armazenamento: Facilidade de armazenamento em diversos depósitos moveis ou fixos sob pressão, mobilidade.

Variações de temperatura:

Insensibilidade às oscilações de temperatura ambiente

Segurança: O ar não apresenta risco nem perigos de explosão, incendido ou derrames perigosos.

Limpeza: O ar é um elemento limpo sem qualquer acção poluente, por isso em caso de fuga ou libertação não constitui qualquer problema para os sistema ou produtos. Sendo uma das exigências de algumas industrias: alimentar, química e outras.

Economia: Devido às já referidas os elementos de trabalho de construção são simples e económicos.

Velocidade Ao permitir a aplicação de velocidades de funcionamento consideráveis (1 a 2 m/s) o ar comprimido é um meio de trabalho rápido

Regulação Força e velocidade de trabalho facilmente reguláveis e sem necessidade de utilização de escala.

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O sistema totalmente pneumático é constituído pelos seguintes elementos principias, fig.3:

Fig.3

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Dispositivos de actuação (actuadores)

Saídas

Elementos finais de controloSinais de controlo

(válvulas)

Elementos de processamentoProcessamento de sinais

(válvulas)

Elementos de entradaSinais de entrada

(válvulas)

Fornecimento de energiaFonte de ar comprimido

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Actuadores Pneumáticos

O actuadores pneumáticos são os actuadores que realizam as acções utilizando como fonte de energia o ar comprimido, os principais actuadores pneumáticos são:

• actuadores lineares (cilindros);• actuadores rotativos (motores pneumáticos)

1.Actuadores lineares pneumáticos (cilindros)

Normalmente chamado cilindros os actuadores lineares pneumáticos são os actuadores a nível industrial de grande aplicação, realizam movimentos rectilíneos. Os cilindros podem ser classificado quando ao modo de funcionamento ou tipo, e quanto à classe:

Classificação dos cilindros pneumáticos

Tipo Classe

Simples efeito LeveDuplo efeito Media

PesadaMini

MembranaTandem

Dupla hasteRotação

1.a. Cilindro de simples efeitoO cilindro de simples efeito, é accionado só por um lado realizando o trabalho só nesse sentido, o retorno ao repouso e realizado por efeito duma mola, fig. 4

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Automatismo Industriaisfig. 4 Cilindro de simples efeito, retorno por mola

O funcionamento do cilindro é mostrado em pormenor no esquema da figura 5, pode-se ver a entrada do ar comprimido que “empurra” o embolo no sentido de trabalho e o comprimir da mola que ira realizar o retorno do embolo ao repouso

fig. 5 Esquema de funcionamento do cilindro simples

1.b. Cilindro de duplo efeitoO cilindro de duplo efeito, é accionado pelo ar comprimido nos dois lados do embolo, realizando o trabalho nos dois sentido, fig. 6

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Automatismo Industriaisfig. 6 Cilindro de duplo efeito

O ciclo de trabalho do cilindro de duplo efeito é mostrado na figura 7, no primeira imagem o ar comprimido entra pelo 1º orifício na primeira câmara “empurrando” o embolo no sentido do trabalho e provocando a saída o ar da segunda câmara pelo 2º orifício. Na segunda imagem o ar comprimido entra pelo 2º orifício na segunda câmara “empurrando” o embolo para a posição de repouso provocando a saída o ar da primeira câmara pelo 2º orifício.

fig. 7 Ciclo de trabalho do cilindro de duplo efeito

2. Actuadores rotativos pneumáticos (motores)

São actuadores que realizam movimentos de rotação através do ar comprimido, são usualmente chamados de motores pneumáticos. Os motores pneumáticos podem ser classificado quando ao modo de construção do mesmo:

• motores de pistão;• motores de palhetas;• motores de engrenagens;• turbomotores.

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Válvulas

As válvulas são os elementos que controlam o fluxo do ar nos circuitos, tendo por isso as funções de comandar a grandeza de uma variável pneumática ou alterar a topologia do circuito. As primeiras são válvulas reguladores as segundas válvulas direccionais .

1. Válvulas direccionais

As válvulas direccionais ao modificarem a topologia do circuito, tem a função de modificar o sentido de circulação do fluido do circuito. No caso do cilindros são as válvulas direccionais que controlam o estado de trabalho o repouso modificando o sentido do ar comprimido, fig. 8

fig. 8 Comando do cilindro de duplo efeito, por alteração da topologia

1.a. Simbologia das válvulas

Nos esquemas do circuitos pneumáticos para representar os vários elementos entre os quais as válvulas direccionais utilizam-se símbolos, esses símbolos tem como função de representar o aspecto funcional dessas válvulas, para o efeito indica-nos o numero de vias e as posições de cada uma, representado o fluxo do fluido nas várias posições. As válvulas são representadas por uma

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Automatismo Industriaisserie de símbolos colocados dentro de cada um dos quadrados os quais representam as posições, fig. 9.

fig. 9 Representação simbólica do funcionamento das válvulas

Por exemplo, utilizando a tabela de símbolos pode-se identificar a função da seguinte válvula, fig. 10

fig. 10 Válvula de 5 vias e 3 posições

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Na realização dos esquemas para a correcta identificação e ligação das válvulas distribuidoras, marcam-se as vias com letras minúsculas ou números. A norma ISO 5599 recomenda as seguintes identificações para as ligações das válvulas:

A denominação da válvula e feita tendo em conta o numero de vias e o numero de posições separado por um barra por exemplo para válvula da figura 10 a correcta denominação seria: 5/3 , onde 3 é o numero de posições ou estados representado pelos quadrados e 5 o numero de vias ou orifícios identificados pelos números de 1 a 5, as ligações de pilotagem não são consideradas como vias (14 e 12). Sendo o numero de estados dado pelas posições possíveis de funcionamento das válvulas representado por quadrados, estas podem ser de duas ou três posições fig. 11:

fig. 11 Número de estados, posições das válvulas

O numero de ligações ou orifícios das válvulas direccionais podem ser vários tipos, a seguinte tabela da fig. 12 apresenta as diversas representações

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Fig. 12 Número de orifícios ou vias das válvulas

1.b. Accionamento das válvulas

Conforme o tipo acção que provoca o accionamento da válvulas existem vários tipos de válvulas. No que diz respeito aos símbolos , estes são desenhado horizontalmente do lado direito ou esquerdo representado o tipo de accionamento

Tendo em conta o tipo de accionamento pode-se classificar as válvulas da seguinte forma:

• por força muscular• mecânico• eléctrico• pneumático combinado

Na figura 13 são apresentados os respectivos símbolos:

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fig. 13 Tipos de accionamentos das válvulas distribuidoras

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Automatismo Industriais1.c. Características de construção

No que refere a tipo de construção das válvulas distribuidoras, estas podem-se dividir da seguinte forma:

• Válvulas de sede (ou assento):o de sede esférica;o de sede de prato.

• Válvulas de gaveta (ou corrediça):o gaveta longitudinal;o gaveta plana longitudinal;o gaveta giratória.

1.c.1. Válvulas de sede

1.c.1.a. Válvula de sede esférica

Nesta válvula ,fig. 14 o fecho das ligações é realizado por acção de uma mola que força a esfera contra a sede. Na abertura o accionamento da haste afasta a esfera da sede permitindo a passagem do ar, fig. 15.

fig. 14 Válvula de sede esférica

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fig. 15 Funcionamento da válvula de sede esférica

1.c.1.b. Válvula de sede prato O funcionamento desta válvula é semelhante a válvula de sede esférica , só com a diferença que o elemento de vedação é um disco, o funcionamento é mostrado na figura 17.

fig. 16 Válvula de sede de prato

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fig. 17 Funcionamento da válvula de sede de prato

1.c.2. Válvulas de gaveta

1.c.2.a. Válvula de gaveta longitudinal

As válvulas de gaveta longitudinal, fig. 18 possuem como elemento de comando um pistão que, mediante movimento longitudinal, selecciona as ligações pretendidas

fig. 18 Válvula de gaveta longitudinal 5/2

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Automatismo IndustriaisNa figura 19 e representado o esquema dum circuito pneumático de comando de um cilindro de duplo efeito accionado por uma Válvula de gaveta longitudinal 5/2.

fig. 19 Circuito de comando dum cilindro de duplo efeito1.c.2.b. Válvula de gaveta giratória

Válvulas que geralmente são accionadas manualmente por acção de pedal fig. 20 , não sedo adaptáveis geralmente a outros tipos de accionamento. O seu funcionamento é mostrado na figura 21, a comunicação entre os canais realiza-se através da rotação de duas gavetas , as quais conforme a posição liga 1 com , ou 1 com 4.

fig. 20 Válvula de gaveta giratória 4/3

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fig. 21 Esquema de funcionamento de uma válvula de gaveta giratória

2. Válvulas Reguladoras ou de bloqueio

2.a. Válvula de retenção

São válvulas que impedem totalmente a passagem do ar num sentido. No outro sentido a passagem do ar feita se qualquer retenção.

2.b. Válvula de alternância ou válvula Ou

Como indica o nome esta válvula( fig. 22) também chamada de comando duplo ou dupla retenção, realiza no comando a função lógica Ou, ou seja, tem duas entrada X e Y e uma saída A, quando entra ar em X bloqueia Y e o ar passa para a saída A, quando entra ar em Y bloqueia X e o ar passa para a saída A, figura 23.

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fig. 22 Válvula de alternância ou válvula Ou

fig. 23 Esquema de funcionamento da válvula OU

2.c. Válvula de simultaneidade ou válvula E

Como indica o nome esta válvula( fig. 24) realiza no comando a função lógica E, ou seja, tem duas entrada X e Y e uma saída A, o ar comprimido só atinge a saída quando nas duas entradas X e Y houver pressão, figura 25.

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fig. 24 Válvula de simultaneidade ou válvula E

fig. 25 Esquema de funcionamento de simultaneidade ou válvula E

Exemplo de um circuito pneumático com implementação dum válvula de alternância (OU) , fig. 26

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fig. 26 Esquema com implementação dum válvula de alternância (OU

Exemplo de um circuito pneumático com implementação dum válvula de simultaneidade (E) , fig. 27

fig. 27 Esquema com implementação dum válvula simultaneidade (E)

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2.d. Válvula reguladora de caudal

As válvulas reguladoras de caudal são utilizadas par regular o caudal do ar criado uma resistência a passagem do ar comprimido, também conhecidas por válvulas reguladoras de velocidade, fig. 28 .

fig. 28 Válvula reguladora de caudal

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