Pneumática Politécnica-USP

Escola Politcnica da USPDepartamento de Engenharia Mecatrnica e de Sistemas Mecnicos

PMR 2480 - SISTEMAS FLUIDOMECNICOS

Apostila de Pneumtica

Prof. Dr. Emlio Carlos Nelli Silva

:

So Paulo, 2002

Escola Politcnica da Universidade de So Paulo Depto. de Engenharia Mecatrnica e de Sistemas Mecnicos

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ndice1. Introduo.....................................................................................................6 2. Comportamento do Ar Comprimido ............................................................9 2.1 Presso............................................................................................9 2.2 Gs Ideal.........................................................................................11 2.3 Ar e Ar Comprimido ......................................................................12 3. Tecnologia de Acionamento Pneumtico.....................................................18 4. Caractersticas dos Sistemas Pneumticos ...................................................20 5. Produo, Preparao e Distribuio de Ar Comprimido ............................23 5.1 Qualidade do Ar Comprimido ........................................................23 5.2 Sistema de Produo e Preparao do Ar Comprimido .................24 5.3 Compressores .................................................................................26 5.3.1 Compressor de mbolo...........................................................27 5.3.2 Compressores Rotativos .........................................................29 5.3.3 Turbo-Compressores...............................................................31 5.4 Secagem do Ar Comprimido ..........................................................32 5.4.1 Resfriamento ...........................................................................33 5.4.2 Adsoro .................................................................................33 5.4.3 Absoro .................................................................................34 5.4.4 Sobrepresso ...........................................................................35 5.5 Distribuio de Ar Comprimido.....................................................35 5.6 Tratamento do ar Comprimido .......................................................38 5.6.1 Filtro........................................................................................39 5.6.2 Vlvula Reguladora de Presso ..............................................40 5.6.3 Lubrificador ............................................................................41 6. Atuadores Pneumticos ................................................................................42 6.1 Atuadores Lineares.........................................................................432


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6.1.1 Cilindro de Simples Ao .......................................................43 6.1.2 Cilindro de Dupla Ao ..........................................................44 6.1.3 Cilindros de Membrana ..........................................................44 6.1.4 Cilindro de Dupla Ao com Haste Passante .........................45 6.1.5 Cilindro Sem Haste.................................................................46 6.1.6 Cilindro de Mltiplas Posies ...............................................47 6.1.7 Cilindro Tandem .....................................................................48 6.1.8 Cilindro de Percusso .............................................................49 6.1.9 Cilindro Telescpico...............................................................49 6.2 Atuadores Rotativos .......................................................................50 6.3 Unidades Hidropneumticas...........................................................51 6.4 Execuo Prtica de um Cilindro Pneumtico ...............................52 6.5 Amortecimento de Fim de Curso ...................................................54 6.6 Dimensionamento e Caractersticas de um Cilindro Pneumtico ...........................................................................................54 6.6.1 Exerccios................................................................................55 6.6.2 Flambagem nos cilindros ........................................................57 7. Outros Dispositivos Pneumticos.................................................................59 7.1 Mesa Pneumtica............................................................................59 7.2 Pina Pneumtica ...........................................................................59 8. Motores Pneumticos ...................................................................................60 8.1 Motores Rotativos ..........................................................................62 8.1.1 Motor de Palhetas ...................................................................62 8.1.2 Motor de Engrenagens e Motor Roots ....................................62 8.2 Motores de Pistes..........................................................................63 8.3 Motores de Turbina ........................................................................64 9. Vlvulas Pneumticas...................................................................................65 9.1 Vlvulas Direcionais ......................................................................67 9.1.1 Princpio de Funcionamento ...................................................67

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9.1.2 Acionamento das Vlvulas Direcionais ..................................67 9.1.3 Execuo Construtiva das Vlvulas........................................68 9.1.4 Exausto Cruzada ...................................................................70 9.1.5 Tipos de Vlvulas Direcionais ...............................................70 9.1.6 Especificao das Vlvulas Direcionais .................................74 9.2 Vlvulas de Bloqueio .....................................................................75 9.2.1 Vlvula de Reteno ...............................................................75 9.2.2 Vlvula Alternadora (OU)...................................................75 9.2.3 Vlvula de Duas Presses (E) .............................................76 9.2.4 Vlvula de Escape Rpido ......................................................76 9.3 Vlvulas de Fluxo...........................................................................77 9.3.1 Vlvula Reguladora Unidirecional .........................................78 9.3.2 Vlvulas de Fechamento .........................................................79 9.4 Vlvulas de Presso........................................................................80 9.4.1 Vlvula Regulador de Presso ................................................80 9.4.2 Vlvula Limitadora de Presso ...............................................80 9.4.3 Conversores pneumtico-eltrico ou pressostatos ..................80 9.5 Regulagem dos compressores ........................................................81 9.5.1 Regulagem de marcha vazio ...................................................81 9.5.2 Regulagem de carga parcial ....................................................83 9.5.3 Regulagem intermitente ..........................................................83 10. Temporizadores Pneumticos.....................................................................85 11. Amplificadores Pneumticos......................................................................87 11.1 Amplificador de Presso Monoestgio ....................................87 11.2 Amplificador de Presso de Duplo Estgio .............................88 12. Circuitos Pneumticos................................................................................89 12.1 Seqncia de Movimento dos Pistes ..........................................92 12.2 Mtodos de Projeto de Circuitos Pneumticos.............................94 12.2.1 Mtodo Intuitivo ...................................................................94

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12.2.2 Mtodo Passo-a-Passo ..........................................................99 13. Exemplos de Aplicao de Pneumtica......................................................104 14. Eletropneumtica........................................................................................108 15. Bibliografia.................................................................................................114

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1. IntroduoComo j comentado na apostila sobre motores eltricos, um sistema de automao industrial constitudo de trs tipos de elementos: Sensores Controladores (comando e regulao) Ataudores (acionamento)

Cada um desses elementos pode ser implementado usando-se trs tipos de energia: Pneumtica Hidrulica Eltrica

A utilizao de sensores e motores eltricos (j apresentado) abrange uma grande gama de aplicaes, no entanto existem situaes em que somente a energia hidrulica e pneumtica oferecem uma soluo mais eficiente e de baixo custo. Alm disso, em algumas aplicaes no permitido a ocorrncia de fascas eltricas (pintura de automvel, mina de carvo, fbrica de armamentos, etc..), no sendo interessante nesse caso utilizar motores eltricos, por exemplo. Assim, atuadores hidrulicos so utilizados quando cargas da ordem de at centenas de toneladas esto envolvidas, como por exemplo em tratores, guindastes, ou quando se deseja uma alta preciso de posicionamento, como em mquinas de usinagem de preciso, micromanipuladores, etc..., que em geral no podem ser obtidos com motores e sistemas eltricos. Atuadores pneumticos so utilizados quando esto envolvidas cargas da ordem de at uma tonelada) onde se deseja movimentos de duas posies (incio e fim) limitadas por batentes mecnicos, como em mquinas de fixao ou transporte de peas, ou quando se deseja altas rotaes (milhares de r.p.m.), como no caso de fresadoras pneumticas, broca de dentista, etc... Eventualmente encontraremos equipamentos em que ocorre uma combinao do uso das energias acima. Por exemplo, em sistemas eletropneumticos temos atuadores

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pneumticos acionados por controladores eltricos ou eletrnicos, bem como, sensores eltricos ou pneumticos. O mesmo ocorre em sistemas eletrohidrulicos. Em equipamentos de automao industrial, em particular, nas mquinas SMD que inserem componentes eletrnicos em placas de circuito impresso, encontramos principalmente sistemas eltricos e pneumticos. Nessa apostila ser abordado o tpico sobre sistemas pneumticos. Pneumtica o ramo da engenharia que estuda a aplicao 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 poca eram fabricados foles e rgos que essencialmente geram sons baseado no escoamento do ar sob presso em tubos com furos. O ar comprimido era produzido por uma bomba acionada manualmente. No sculo XIX, surgiram as primeiras mquinas pneumticas complexas, as locomotivas e perfuratrizes (nas minas de carvo). Na verdade, essas mquinas utilizavam vapor superaquecido e no ar comprimido propriamentre dito, no entanto os princpios envolvidos no funcionamento so idnticos. No entanto, foi no sculo XX, que a pneumtica passou a ser aplicada na automao industrial e se desenvolveu ao ponto que conhecida hoje. Atualmente existem vrias aplicaes da pneumtica no meio industrial e mesmo na nossa vida diria. Entre alguns exemplos de aplicaes atuais de pneumtica podemos citar: prensas pneumticas; dispositivos de fixaao de peas em mquinas ferramenta e esteiras; acionamento de portas de um nibus urbano ou dos trens do metr; sistemas automatizados para alimentao de peas; robs industriais para aplicaes que no exijam posicionamento preciso; freios de caminho; parafusadeiras e lixadeiras; broca de dentista; pistola de pintura; correio pneumtico.7


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A seguir so apresentados os conceitos de gerao, preparao e distribuio de ar comprimido, atuadores e vlvulas que compem os sistemas pneumticos, alm de outros dispositivos.

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2. Comportamento do Ar ComprimidoPara entender as caractersticas dos sistemas pneumticos necessrio estudar o comportamento do ar. Para isso apresentado inicialmente o conceito de gs ideal. No estudo do comportamento dos gases de grande importncia o conceito de presso que ser dado a seguir.

2.1 PressoOs gases so formados por molculas em agitao (movimento) que produzem foras de presso no recipiente em que o gs est contido. Indicaes de presso podem ter como referncia o ponto zero absoluto (vcuo) ou a presso atmosfrica. Por isso fala-se em presso absoluta e presso relativa. A presso atmosfrica produzida pela camada de ar que envolve a terra e depende da densidade e da altitude, portanto esta no tem um valor constante. A presso atmosfrica ao nvel do mar vale 1,013 bar (=1,013 103 N/m2 = 103 Pa). A figura 2.1.1 indica o conceito de presso relativa e absoluta.

Figura 2.1.1 - Presses relativa e absoluta.

Onde: 0 - zero absoluto da presso; 1 - presso atmosfrica;

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2 - presso absoluta (pa); 3 - presso relativa positiva +pe; 4 - presso relativa negativa +-pe; Por definio pe=pa-1bar. Assim, usando o zero absoluto (vcuo) como ponto de referncia, os dados de presso se definem como presso absoluta, enquanto que usando a presso atmosfrica como ponto de referncia os dados de presso se definem como presso relativa. Note que a presso relativa pode ser positiva ou negativa, mas a presso absoluta sempre positiva. A figura 2.1.2 indica as medies de presso absoluta e relativa nos pontos 1 e 2.

Figura 2.1.1 - Exemplo de medio de presses absoluta e relativa.

Assim, no ponto 1 a presso absoluta vale 2,5 bar e a relativa 1,5 bar, enquanto no ponto 2 a presso absoluta vale 0,2 bar e a relativa vale -0,8 bar. O valor da presso normalmente indicado com um manmetro. Existem trs tipos de manmetro: manmetro de tubo de Bourdon (ver figura 2.1.3), diafragma ondulado, mbolo com mola.

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Figura 2.1.3 - Manmetro de tubo de Bourdon.

2.2 Gs IdealOs gases ocupam a totalidade do volume disponvel e produzem foras de compresso devido ao movimento das molculas que produzido pelo efeito do calor. Numa mistura de gases, cada gs se comporta como se os outros no existissem. A presso total da mistura igual a soma das presses individuais (presso parcial) de cada gs. O vapor produzido pela evaporao de lquidos. Dependendo da temperatura pode haver evaporao at a presso mximade vapor, tratando-se nesse caso de vapor saturado. Os gases podem ser entendidos como vapores superaquecidos e obedecem aproximadamente s leis fsicas dos gases. J vapores saturados no obedecem s leis fsicas dos gases. No estudo dos gases so comuns os termos gases ideais e gases reais. O gs real como definido acima, um vapor superaquecido que apresenta uma certa temperatura de condensao (se torna lquido). J o gs ideal no condensa no resfriamento at o ponto zero absoluto, consistindo num estado ideal (modelo) que facilita o equacionamento terico do seu comportamento, mas no ocorre na prtica. No entanto, visto que o ponto de condensao dos gases reais ocorre em baixas temperaturas e altas presses, pode-se na pneumtica a princpio, tratar o gs real com suficiente exatido como gs ideal.

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O estado de um gs determinado por trs grandezas fsicas: presso (P), volume (V) e temperatura (T). Essas trs grandezas esto relacionadas pela equao geral de estado, descrita a seguir: PV = cte. T (2.2.1)

onde a unidade da temperatura Kelvin (K). Outra forma dessa equao, considerando uma massa de ar m, :PV = mRT

(2.2.2)

onde R a constante do gs que igual 287 J/Kg.K para o ar. Assim, a densidade () do gs dada por:

=

p m = V RT

(2.2.3)

Da equao (2.2.1) observa-se que se a temperatura for mantida constante (processo isotrmico) o produto presso pelo volume constante. Se a presso for mantida constante, a razo entre volume e temperatura mantida constante. Se o volume for mantido constante, a razo entre presso e temperatura mantida constante.

2.3 Ar e Ar ComprimidoO ar da atmosfera uma mistura de gases composto de 78% de Nitrognio, 21% de oxignio e 1% de outros gases (ver figura 2.3.1).

Figura 2.3.1 - Composio do ar.

O ar contm adicionalmente gua em forma de vapor. A capacidade de absoro de vapor d'gua no ar depende da temperatura, porm no da presso. Se a capacidade12


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mxima de absoro for ultrapassada o vapor d'gua condensa e precipita na forma de gua condensada (neblina, pingos, etc.). A umidade mxima do ar (fmax) o volume mximo de vapor d'gua possvel numa temperatura t. A umidade absoluta do ar (f ) a quantidade de vapor d'gua expressa em gramas efetivamente contida numa unidade de volume. A umidade relativa do ar ( ) tambm chamada de grau de saturao e expressa por:

=

f f max

100%

(2.3.1)

A tabela 2.3.1 indica o contedo mximo de gua no ar saturado em cada temperatura.

Tabela 2.3.1 - Contedo de gua no ar saturado em cada temperatura.

Como a umidade mxima varia com a temperatura comum se expressar a umidade mxima pelo seu valor de temperatura correspondente que chamado ponto de orvalho. O ponto de orvalho tambm pode ser definido como a temperatura qual deve ser esfriado um gs para obter a condensao do vapor d'gua. O ar comprimido o ar atmosfrico condensado, que possui energia de presso armazenada e portanto est em condio de realizar trabalho. Durante a compresso se produz calor. Quando o ar comprimido se expande, ocorre um resfriamento. Vejamos alguns exerccios que envolvem os conceitos fornecidos at aqui.

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Exerccio 2.3.1 O reservatrio de ar comprimido de um compressor tem um volume de 10 m3 como mostrado na figura 2.3.2. O reservatrio se encontra preenchido com ar comprimido com uma presso relativa igual 7 bar e uma temperatura de 20 C.

Figura 2.3.2 - reservatrio de um compressor.

1. Qual a quantidade de ar, considerando o estado normalizado (1 bar, 20 C) que contm o reservatrio e qual a quantidade mxima utilizvel? 2. Que presso se forma com o reservatrio fechado num aumento de temperatura para 65 C? (desprezar dilatao do reservatrio). Soluo: 1. Pabs=7+1=8 bar, portanto: P1abs*V1=P2abs*V2 V2 = e assim: V2util= 80 10 = 70 m3 P T (273 + 25) 2. 1a = 1 P2 = 8 * = 9,22 bar P2a T2 (273 + 20) Exerccio 2.3.2 Uma ferramenta pneumtica operada por um cilindro de gs cheio de ar comprimido como mostrado na figura 2.3.3. A presso de preenchimento de 205 bar absoluto, a uma temperatura de 20 C e a capacidade do cilindro de gs de 40 litros. A ferramenta operada com uma presso de trabalho igual 4 bar e consome 200 litros/min de ar, referentes a 1 bar e 20 C.10 * 8 = 80 m 3 1

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Figura 2.3.3 - Cilindro de gs.

1. Por quanto tempo a ferramenta poder ser operada com o cilindro, em operao contnua? 2. Qual o tempo de funcionamento com 20% de vazo de utilizao? 3. A qual valor de presso se reduz o cilindro de gs que foi preenchido 20 C quando este for empregado ao ar livre a uma temperatura ambiente de -5 C? Soluo: 1. A operao ocorre at que a presso final seja igual 5 bar, assim: Pi = 205 bar; Vi= 40 L; Pf =4+1 = 5 bar ; Vf=40 L 205*40= (1 bar ) * Vi1 Vi1=8200 L; 5*40=(1 bar)*Vf2 Vf2=200 L Assim: Vutil = 8200-200=8000L e portanto: tuso=8000/200=40 min 2. Vazo = 0,2*200= 40 L/min e portanto: tuso=8000/40=3h 20min T 268 3. Temos: P3 = P1 3 = 205 * = 187,5bar T1 293 Exerccio 2.3.3 Considere o percurso do ar aspirado numa central compressora como mostrado na figura 2.3.4. O ar atravessa as estaes: compressor, resfriador, rede e chega ao comsumidor. As caractersticas do ar aspirado (umidade, temperatura e presso), e a sua temperatura ao longo do percurso so dados na figura 2.3.4. O ar comprimido no compressor a uma presso de 6 bar relativa.

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Figura 2.3.4 - Fluxo de ar numa central compressora.

Calcule a quantidade de gua que condensa em cada estao. Soluo: 1. Suco: P0=1bar V0 = P1 T0 8 293 * * V1 = * *1 = 6 P0 T1 1 393

V0=6 m3 =50% fmax=17,2 g/m3 T0=20 C f=*fmax m=0,5*17,2*6 = 51,6g 2. Compressor: P1=8bar fmax > 600 g/m3 T1=120 C e V1=1 m316


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f=51,6 g/m3 < fmax No h condensao 3. Resfriador: P2 P1 = 8 barV2 = T2 303 * V1 = *1 = 0,77 m3 T1 393

fmax=30 g/m3 T2=30 C e V2=0,77 m3 51,6 f = = 67 g/m 3 condensa: 51,6 - 30*0,77 = 51,6 - 23,1 = 28,5 g 0,77 4. Rede ponto 1: P3 P1T3 293 * V2 = * 0,77 = 0,74 m3 T2 303 T3=20 C e V3=0,74 m3 V3 =

fmax=17,2 g/m3 23,1 = 31,2 g/m 3 > f max 23,1 17,2 * 0,74 = 23,1 12,7 = 10,4 g (condensa) f = 0,74 5. Rede Ponto 2: P4 P1T4 273 * V3 = * 0,74 = 0,69 m3 T3 293 3 T4=0 C e V4=0,69 m V4 =

fmax=4,9 g/m3 12,7 f = = 18,7 g/m 3 > f max 12,7 4,9 * 0,69 = 12,7 3,9 = 9,3g 0,69 6. Consumo: P5 P1V5 =

fmax=17,2 g/m3 3,9 f = = 5,3 g/m 3 < f max no condensa 0,74

T5 293 * V4 = * 0,69 = 0,74 m3 T4 273 3 T5=20 C e V5=0,74 m

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3. Tecnologia de Acionamento PneumticoAssim, como no caso dos motores eltricos, o sistema de acionamento pneumtico constitudo pelos elementos mostrados na figura 3.1.Comando de potncia: vlvulas direcionais vlvulas de reteno vlvulas de vazo vlvulas de presso vlvulas especiais Sistemas de Comando: vlvulas sistemas lgicos pneumticos unidades programveisFigura 3.1 - Sistema de acionamento pneumtico.

Gerao de ar comprimido: Compressor acionado por motor eltrico ou de combusto.

Atuadores pneumticos: motores cilindros ferramentas

Trabalho mecnico

Os sistemas de comando so os responsveis por controlar o atuador pneumtico mediante a informao dos sensores. Pode consistir num microcomputador por exemplo. J o sistema de comando de potncia vai converte os sinais recebidos do sistema de comando em sinais de nveis de energia coerente para acionar os atuadores. A tabela 3.1 mostra uma comparao entre os sistemas eltrico, pneumtico, hidrulico e mecnico do ponto de vista de energia, comando e acionamento.

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Pneumtica Tabela 3.1 - Comparao da energia, comando e acionamento entre os sistemas eltrico, pneumtico, hidrulico e mecnico.

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4. Caractersticas dos Sistemas PneumticosAnalisando as caractersticas do ar comprimido comentadas anteriormente podemos entender as caratersticas dos sistemas pneumticos. Entre as vantagens da utilizao do ar comprimido temos: Facilidade de obteno (volume ilimitado); No apresenta riscos de fasca em atmosfera explosiva; Fcil armazenamento; No contamina o ambiente (limpo e atxico); No necessita de linhas de retorno (escape para a atmosfera), ao contrrio de sistemas eltricos e hidrulicos; Acionamentos podem ser sobrecarregados at a parada. No entanto, o ar apresenta vapord' gua (umidade) como comentado. Esse vapor d' gua pode se condensar ao longo da linha pneumtica dependendo das condies de presso e temperatura ao longo da linha. Se no houver um sistema para retirar a gua, ela pode se acumular causando corroso das tubulaes. O ar apresenta tambm uma baixa viscosidade. A viscosidade mede a facilidade com que um fluido (gs ou lquido) escoa. Se um fluido tem baixa viscosidade implica que ele pode escoar por pequenos orficios e portanto a chance de ocorrer vazamentos muito grande. Assim, vazamentos de ar em linhas pneumticas so muito comuns. Outro ponto importante a compressibilidade do ar. Se considerarmos um atuador pneumtico que essencialmente um pisto acionado pelo ar no conseguimos fazer esse pisto parar em posies intermedirias com preciso, pois o esforo na haste do pisto comprime o ar retirando o pisto da sua posio inicial de parada. Por isso, os atuadores pneumticos possuem apenas duas posies limitadas por batentes mecnicos, uma vez que no possvel atingir posies intermedirias com preciso. Esse problema j no ocorre com os atuadores hidrulicos, pois o leo incompressvel. Alis, algumas mquinas que exigem alta preciso de posicionamento usam atuadores hidrulicos. Nesse sentido os circuitos pneumticos so anlogos aos circuitos eletrnicos digitais e20


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os circuitos hidrulicos so anlogos aos circuitos eletrnicos analgicos. Outra dificuldade imposta pela compressibilidade do ar o controle e estabilidade da velocidade dos atuadores. Os atuadores pneumticos no apresentam velocidades uniformes ao longo de seu curso. As tabelas 4.1 e 4.2 comparam as caractersticas das tecnologias de acionamento e sistemas de comando para os sistemas hidrulico, eltrico e pneumtico.

Tabela 4.1 - Comparao da tecnologia de acionamento para os sistemas eltrico, pneumtico e hidrulico.

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Pneumtica Tabela 4.2 - Comparao da tecnologia de sistemas de comando para os sistemas eltrico, pneumtico e hidrulico.

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5. Produo, Preparao e Distribuio de Ar Comprimido5.1 Qualidade do Ar ComprimidoOs equipamentos pneumticos (principalmente as vlvulas) so constitudos de mecanismos muito delicados e sensveis e para que possam funcionar de modo confivel, com bom rendimento, necessrio assegurar determinadas exigncias de qualidade do ar comprimido, entre elas: Presso Vazo Teor de gua Teor de particulas slidas Teor de leo As grandezas de presso e vazo esto relacionadas diretamente com a fora e velocidade, respectivamente, do atuador pneumtico. Cada componente penumtico tem sua especificao prpria de presso e vazo de operao. Para atender a essas especificaes necessrio suficiente vazo no compressor, correta presso na rede e tubulao de distribuio corretamente dimensionada em funo da vazo. J gua, leo e impurezas tem grande influncia sobre a durabilidade e confiabilidade de componentes pneumticos. O leo em particular usado para lubrificar os mecanismos dos sistemas pneumticos. Dependendo da aplicao as exigncias do ar com relao gua, leo e impurezas so diferentes. A tabela 5.1.1 mostra uma classificao do ar com relao a diferentes teores desses elementos.

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Pneumtica Tabela 5.1.1 - Classificao do ar com relao a teores de gua, leo e impurezas.

A tabela 5.1.2 mostra as especificaes do ar exigidas em cada aplicao.

Tabela 5.1.2 - Especificao do ar para diferentes aplicaes.

Assim o ar deve passar por um tratamento rigoroso, que envolve filtros, secadores e lubrificadores, antes de ser distribudo na fbrica.

5.2 Sistema de Produo e Preparao do Ar ComprimidoA figura 5.2.1 mostra as etapas que o ar comprimido passa desde a sua gerao e tratamento at ser distribudo nas mquinas. Em geral, o ar comprimido produzido de forma centralizada e distribudo na fbrica. Para atender s exigncias de qualidade, o ar aps ser comprimido sofre um tratamento que envolve: Filtrao Resfriamento

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Secagem Separao de impurezas slida e lquidas inclusive vapor d' gua

Figura 5.2.1 - Gerao, tratamento e distribuio do ar comprimido.

Nessa figura cada equipamento por onde o ar passa representado, por um smbolo. Em pneumtica existe uma simbologia para representar todos os equipamentos pneumticos. Assim esto representados na figura por exemplo, os smbolos do filtro, compressor, motor (eltrico ou de combusto), resfriador, secador e reservatrio. Na figura 5.2.1 vemos que o ar aspirado pelo compressor, que a mquina responsvel por comprimir o ar. A taxa de compresso em geral 1:7, ou seja, o ar atmosfrico 1 bar comprimido para 7 bar. Na entrada do compressor existe um filtro para reter partculas slidas do ar do meio ambiente. Ao ser comprimido, o ar aquece aumentando a temperatura em 7 vezes, como j visto. Assim necessrio resfri-lo, pois a alta temperatura pode danificar a tubulao. Aps o resfriamento o ar passa por um processo de secagem na tentativa de remover a gua do ar que est sob a forma de vapor, alm disso sofre uma filtrao para eliminar partculas slidas introduzidas pelo compressor, por exemplo. O ar ento armazenado num reservatrio que tem duas funes: Garantir uma reserva de ar de maneira a garantir que a presso da linha se mantenha constante, evitando que o compressor tenha que ser ligado e desligado vrias vezes. Note que o consumo de ar na fbrica varivel ao longo do expediente.

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Alguns compressores, como o compressor de mbolo (ver adiante) geram pulsos de presso na compresso do ar. O reservatrio evita que esses pulsos de presso sejam transmitidos para linha pneumtica da fbrica. Do reservatrio, o ar distribudo na fbrica e em cada mquina existe uma unidade

de tratamento de ar (descrita adiante no tem 5.7) que ir ajustar as caractersticas do ar comprimido de acordo com as necessidades especficas da mquina. O ar comprimido ento convertido em trabalho mecnico pelos atuadores pneumticos

5.3 CompressoresO compressor uma mquina responsvel por transformar energia mecnica (ou eltrica) em energia penumtica (ar comprimido), atravs da compresso do ar atmosfrico. A figura 5.3.1 mostra a classificao dos compressores existentes que sero descritos a seguir.

Figura 5.3.1 - Classificao dos compressores existentes.

Os compressores de mbolo e rotativo se caracterizam por comprimir mecanicamente um volume fixo de ar em cada ciclo. J o turbo-compressor comprime o ar forando o seu escoamento por um bocal (difusor), ou seja, transforma a sua energia cintica em energia de presso.

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A figura 5.3.2 indica a regio de atuao de cada compressor no grfico presso em funo da vazo de operao.

Figura 5.3.2 - Regio de atuao de cada compressor no grfico presso X volume.

Na seo 9.5 ser descrito os mtodos de regulagem dos compressores para combinar o volume de fornecimento com o consumo de ar . 5.3.1 Compressor de mbolo Consiste num mecanismo biela-manivela (igual ao motor de um automvel) acionado por um motor eltrico ou de combusto, como mostrado na figura 5.3.1.1.

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Figura 5.3.1.1 - Compressor de mbolo monoestgio e multi-estgio.

Nesse compressor, o pisto aspira o ar atravs da vlvula de aspirao e o comprime no curso de compresso at atingir a presso desejada quando abre a vlvula de presso. So os mais usados ("compressor do dentista") pois tem uma larga faixa de operao como mostrado na figura 5.3.2. So econmicos na faixa de presso de 8 a 10 bar. Quando a razo de compresso necessria muito alta ocorrem perdas trmicas muito altas, e nesse caso deve-se usar a verso multiestgio (ver figura 5.3.1.1), em que a cada estgio ocorre um aumento da presso melhorando-se o rendimento. Em torno de cada pisto existem aletas para a dissipao do calor gerado na comrpesso. Em alguns casos necessrio um sistema de refrigerao gua. Esse compressor apresenta como desvantagem a gerao de oscilaes de presso alm de um fluxo de ar pulsante. Uma variao desse compressor, chamado compressor de membrana apresentado na figura 5.3.1.2. Possui uma membrana ao invs de um pisto. A idia isolar o ar a ser comprimido das peas do compressor evitando resduos de leo. muito utilizado nas indstrias alimentcia e farmacutica, por exemplo.

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Figura 5.3.1.2 - Compressor de membrana.

5.3.2 Compressores Rotativos 5.3.2.1 Compressor de Palhetas Trata-se de um rotor que gira no interior de uma carcaa acionado por um motor eltrico ou de combusto. O rotor est excntrico carcaa e apresenta palhetas ao seu redor que podem deslizar em guias como mostrado na figura 5.3.2.1.1.

Figura 5.3.2.1.1 - Compressor de palhetas.

Note que o volume de ar aspirado ligeiramente comprimido ao longo do percurso do rotor. Dessa forma, o fluxo gerado pouco pulsante, mas opera em faixas de presso menores do que a do compressor de mbolo. A faixa de operao mostrada na figura 5.3.2. A lubrificao feita por injeo de leo.

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5.3.2.2 Compressor Parafuso Consiste em dois parafusos, cada um ligado a um eixo de rotao acionado por um motor eltrico ou de combusto como mostrado na figura 5.3.2.2.1. O ar deslocado continuamente entre os parafusos, com isto no ocorrem golpes e oscilaes de presso, uma vez que no h vlvulas de oscilao de presso e aspirao fornecendo um fluxo de ar extremamente contnuo. So pequenos e permitem alta rotao, apresentando um alto consumo de potncia. Embora sejam caros so os mais preferidos no mercado por fornecer um fluxo contnuo de ar. Devem operar seco com ar comprimido isento de leo.

Figura 5.3.2.2.1 - Compressor de parafuso.

5.3.2.3 Compressor Roots Consiste em duas "engrenagens" que se movimentam acionadas por um motor eltrico ou de combusto como mostrado na figura 5.3.2.3.1. Funciona sem compresso interna sendo usado apenas para o transporte pneumtico gerando baixas presses. A presso exercida apenas pela resistncia oferecida ao fluxo.

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Figura 5.3.2.3.1- Compressor Roots.

5.3.3 Turbo-Compressores 5.3.3.1 Turbo Compressor Axial O ar passa por rodas girantes atinge altas velocidades e no ltimo estgio, atravs de um difusor, a energia cintica do fluxo de ar convertida em presso como mostrado na figura 5.3.3.1.1. Geram altas vazes de ar, porm como em cada estgio a presso muito baixa faz se necessrio a montagem de muitos estgios para alcanar presses maiores.

Figura 5.3.3.1.1- Compressor Axial.

5.3.3.2 Turbo Compressor Radial A aspirao ocorre no sentido axial sendo o ar conduzido no sentido radial para a sada como mostrado na figura 5.3.3.2.1. Apresentam as mesmas caractersiticas dos

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compressores axiais (altas vazes e baixas presses). Observa-se pelo figura 5.3.2 que esse compressor apresenta uma larga faixa de operao.

Figura 5.3.3.2.1- Compressor radial.

5.4 Secagem do Ar ComprimidoO ar possui gua na forma de vapor. Este vapor d' gua aspirado pelo compressor junto com o ar. Esse vapor pode se condensar ao longo da linha dependendo da presso e temperatura. A gua acumulada pode ser eliminada atravs de filtros separadores de gua e drenos dispostos ao longo da linha. No entanto um filtro no pode eliminar vapor d' gua e para isso so necessrios secadores. Para entendermos os princpios da secagem do ar vamos usar o fato que o ar equivalente a uma esponja. Se a esponja estiver saturada de gua, no poder absorver mais gua. Da mesma forma se a umidade do ar atingir o seu valor mximo, o mesmo no poder absorver mais vapor d' gua. Comprimindo uma esponja no -saturada, diminumos sua quantidade de gua, o que equivalente a aumentar a presso do ar e ocorrer condensao do vapor d' gua. Ao resfriar a sponja, seus poros diminuem de e volume, eliminando gua, o que equivalente a aumentar a temperatura do ar e ocorrer condensao. Essa analogia nos sugere mtodos para retirar o vapor d' gua do ar. Existem quatro mtodos de secagem: Resfriamento Adsoro32


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Absoro Sobrepresso

5.4.1 Resfriamento Consiste em se resfriar o ar o que reduz o seu ponto de orvalho. O ar resfriado circulando-o por um trocador de calor (serpentina com fluido refrigerante) como mostrado na figura 5.4.1.1.

Figura 5.4.1.1 - Processo de resfriamento para a secagem do ar.

O ponto de orvalho (umidade) alcanado com esse mtodo situa-se entre 2 C e 5 C. Note que na figura 5.2.1 que logo aps o compressor o ar comprimido resfriado. Dessa forma, a regio aps o resfriador uma regio onde h grande ocorrncia de condensao na linha pneumtica. 5.4.2 Adsoro Opera atravs de substncias secadoras que por vias fsicas (efeito capilar) adsorvem (adsorver - admitir uma substncia superfcie da outra) o vapor d' gua do ar, as quais podem ser regeneradas atravs de ar quente. Assim os sistemas de adsoro possuem um sistema de circulao de ar quente em paralelo para realizar a limpeza do elemento secador como mostrado na figura 5.4.2.1. Devem ser usados dois secadores em paralelo, pois enquanto um est sendo limpo o outro pode ser usado.33


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Figura 5.4.2.1 - Secagem por adsoro.

O ponto de orvalho alcanvel com esse mtodo est em torno de -20 C, em casos especiais -90 C. Em geral, o elemento secador um material granulado com arestas ou formato esfrico. A substncia usada o Dixido de Slicio, mais conhecido como "Slica gel". Trata-se do sistema mais caro em relao aos demais, mas o que capaz de retirar a maior quantidade de umidade. 5.4.3 Absoro um processo qumico. O ar comprimido passa por uma camada solta de um elemento secador como mostra a figura 5.4.3.1. A gua ou vapor d' gua que entra em contato com este elemento combina-se quimicamente com ele e se dilui formando uma combinao elemento secador e gua. Este composto pode ser removido periodicamente do absorvedor. Com o tempo o elemento secador consumido e o secador deve ser reabastecido periodicamente (2 4 vezes por ano).

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Figura 5.4.3.1 - Secagem por absoro.

O secador por absoro separa ao mesmo tempo vapor e partculas de leo. Porm, grandes quantidades de leo atrapalham o funcionamento do secador. Devido a isto usual antepor um filtro fino ao secador. O ponto de orvalho alcanvel com esse mtodo 10 C. o mtodo mais barato entre os demais porm o que retira menor quantidade de gua. 5.4.4 Sobrepresso Aumentando-se a presso h condensao, como j comentado, e pode-se drenar gua.

5.5 Distribuio de Ar ComprimidoAs tubulaes pneumticas exigem manuteno regular, razo pela qual no devem, dentro do possvel, serem mantidas dentro de paredes ou cavidades estreitas, pois isto dificulta a deteco de fugas de ar. Pequenos vazamentos so causas de considerveis perdas de presso. Existem trs tipos de redes de distribuio de presso principais: Rede em circuito aberto Rede em circuito fechado Rede combinada

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Essas linha principais so feitas de tubos de Cobre, lato, ao liga, etc Conectadas s linhas principais esto as linhas secundrias, em geral, mangueiras de borracha ou material sinttico. A rede em circuito aberto mostrada na figura 5.5.1 a mais simples e deve ser montada com um declive de 1% a 2% na direo do fluxo para garantir a eliminao da gua que condensa no interior da linha. Isso ocorre porque o ar fica parado no interior da linha quando no h consumo.

Figura 5.5.1 - Rede em circuito aberto.

J a rede em circuito fechado mostrada na figura 5.5.2 permite que o ar flua nas duas direes e que fique circulando na linha reduzindo o problema de condensao.

Figura 5.5.2 - Rede em circuito fechado.

As redes combinadas como mostrado na figura 5.5.3, tambm so instalaes em circuito fechado. No entanto, mediante as vlvulas de fechamento existe a possibilidade de bloquear determinadas linhas de ar comprimido quando a mesmas no forem usadas ou quando for necessrio coloc-las fora de servio por razes de manuteno. H uma estanqueidade da rede portanto.

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Figura 5.5.3 - Rede combinada.

Em todas as configuraes de rede por causa da formao de gua condensada (maior ou menor) fundamental instalar a tomada de ar das tubulaes de ar secundrias na parte superior do tubo principal. Desta forma evita-se que a gua condensada, eventualmente existente na tubulao principal possa chegar aos ramais secundrios. Para interceptar e drenar a gua condensada devem ser instaladas derivaes com drenos na parte inferior da tubulao principal. A figura 5.5.4 ilustra os tipos de conexo disponveis para tubos metlicos.

Figura 5.5.4 - Conexes para tubos metlicos.

A figura 5.5.5 ilustra os tipos de acoplamentos usados nas linhas pneumticas.

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Figura 5.5.5 - Acoplamentos tipo engate rpido e macho.

A figura 5.5.6 ilustra os tipos de conexes disponveis para mangueiras de borracha e plsticas.

Figura 5.5.6 - Conexes para mangueiras de borracha e plsticas.

5.6 Tratamento do ar ComprimidoAntes de entrtar em cada mquina pneumtica o ar passa por uma unidade de tratamento como mostrado na figura 5.6.1 composta por um filtro, uma vlvula reguladora de presso e um lubrificador. Essa unidade tem por objetivo ajustar as caratersticas do ar de forma especfica para cada mquina.

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Figura 5.6.1 - Unidade de tratamento e seus smbolos.

Vejamos cada um de seus componentes. 5.6.1 Filtro O filtro serve para eliminar partculas slidas e lquidas (impurezas, gua, etc..). A filtrao ocorre em duas fases. Uma pr-eliminao feita por rotao do ar gerando uma fora centrfuga como mostrado na figura 5.6.1.1. A eliminao fina feita pelo elemento filtrante. O filtro apresenta um dreno (manual ou automtico) para a eliminao de gua. A porosidade do elemento filtrante da ordem de 30 a 70 m.

Figura 5.6.1.1 - Filtro e seus smbolos.

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5.6.2 Vlvula Reguladora de Presso Essa vlvula tem a funo de manter constante a presso no equipamento. Ela somente funciona quando a presso a ser regulada (presso secundria) for inferior que a presso de alimentao da rede (presso primria). Assim essa vlvula pode reduzir a presso, mas jamais aument-la. A figura 5.6.2.1 descreve uma vlvula de segurana juntamente com o seu smbolo.

Figura 5.6.2.1 - Vlvula de segurana.

O seu funcionamento ocorre da seguinte forma. Se a presso secundria diminue em relao a um valor especificado a mola 2 (ver figura 5.6.2.1) empurra o mbolo 6 que abre a comunicao com a presso primria. Se a presso secundria aumenta, em relao a um valor especificado (por exemplo, devido um excesso de carga no atuador) ento a membrana 1 atuada pressionando a mola 2 e o mbolo 6 fecha a comunicao at que a presso secundria diminua. Se a presso secundria aumentar demais, ento alm de ocorrer a situao anterior, a membrana 1 se separa do mbolo 6, abrindo a comunicao com os furos de exausto, ocorrendo o escape de ar, o que reduz a presso secundria. O parafuso 3 permite regular a rigidez da mola 2 e portanto a presso secundria. Logicamente essa vlvula gera uma oscilao de presso na sua

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sada (presso secundria), no entanto tanto menor ser essa oscilao quanto melhor forem dimensionados os componentes da vlvula. 5.6.3 Lubrificador O lubrificador tem a funo de lubrificar os aparelhos pneumticos de trabalho e de comando. A alimentao do leo feita pelo princpio de Venturi que ilustrado na figura 5.6.2.2.

Figura 5.6.2.2 - Princpio de Venturi.

Essencialmente quando o fluxo de ar passa por uma seo de menor rea, a sua velocidade aumenta e a sua presso diminui, e portanto o leo contido no tubo pulverizado no ar. A figura 5.6.2.3 ilustra um lubrificador e seu smbolo. O nvel do leo deve ser verificado periodicamente e a sua dosagem controlada.

Figura 5.6.2.3 - Lubrificador.41


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6. Atuadores PneumticosOs atuadores pneumticos so classificados em atuadores lineares que geram movimentos lineaes e atuadores rotativos que geram movimentos rotativos que sero descritos a seguir. As principais caractersitcas dos atuadores penumticos so: Apresentam baixa rigidez devido compressibilidade do ar; No h preciso na parada em posies intermedirias; Apresentam uma favorvel relao peso/potncia; Dimenses reduzidas; Segurana sobrecarga; Facilidade de inverso; Proteo exploso. A tabela 6.1 descreve os tipos de atuadores pneumticos e suas aplicaes.

Tabela 6.1 - Tipos e aplicaes de atuadores pneumticos.

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6.1 Atuadores Lineares6.1.1 Cilindro de Simples Ao A figura 6.1.1.1 descreve esse tipo de atuador juntamente com o seu smbolo e caractersticas construtivas. Consiste de um pisto com uma mola. Ao se reduzir a presso a mola retorna o pisto. Entre as suas caractersticas temos: Consumo de ar num sentido; Foras de avano reduzida (em 10%) devido mola; Maior comprimento e cursos limitados; Baixa fora de retorno (devido mola).

Figura 6.1.1.1 - Cilindro de simples ao.

Tem vrias aplicaes, em especial em situaes de segurana, como freios de caminho, onde os freios ficam normalmente fechados sob ao da mola, abrindo apenas quando o motor do caminho est funcionando e fornecendo presso. Em caso de falha do motor os freios travam.

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6.1.2 Cilindro de Dupla Ao A figura 6.1.2.1 descreve esse tipo de atuador juntamente com o seu smbolo e caractersticas construtivas. A atuao feita por ar comprimido nos dois sentidos. Entre as suas caractersticas temos: Atuao de fora nos dois sentidos, porm com fora de avano maior do que a de retorno; No permite cargas radiais na haste;

Figura 6.1.2.1 - Cilindro de dupla ao.

o mais utilizado possuindo inmeras aplicaes, como prensas, fixadores, etc O curso no pode ser muito grande pois surgem problemas de flambagem. 6.1.3 Cilindros de Membrana A figura 6.1.3.1 descreve esse tipo de atuador. Consiste num cilindro de simples ao com grande dimetro possuindo uma membrana ao invs de um pisto. A idia fornecer altas foras (at 25000 N) num curso limitado (60 mm) (por problemas de espao, por exemplo).

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Figura 6.1.3.1 - Cilindro de membrana.

utilizado em aplicaes como prensas, mas principalmente no acionamento de servovlvulas hidrulicas. 6.1.4 Cilindro de Dupla Ao com Haste Passante A figura 6.1.4.1 descreve esse tipo de atuador. Consiste num cilindro de dupla ao com haste em ambos os lados. Entre as suas caractersticas temos: Possibilidade de realizar trabalho nos dois sentidos; Absorve pequenas cargas laterais; Fora igual nos dois sentidos.

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Figura 6.1.4.1 - Cilindro de dupla ao com haste passante.

6.1.5 Cilindro Sem Haste Estes cilindros so aplicados onde so necessrios cursos muito grandes e surgem problemas de flambagem na haste de um cilindro comum. Apresentam a mesma rea em ambos os lados e por isso mesma fora de avano e retorno. So aplicados em acionamento de portas, alimentador de peas, etc... Existem trs tipos descritos a seguir.

1. Com tubo fendido A figura 6.1.5.1 descreve esse tipo de cilindro. Essa montagem permite absorver elevados momentos e foras transversais, no entanto a vedao consiste num ponto crtico. utilizado em particular em catapultas de porta avies, onde acionado por vapor superaquecido.

Figura 6.1.5.1 - Cilindro sem haste com tubo fendido. 46


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2. Com im A figura 6.1.5.2 descreve esse tipo de cilindro. No tem problemas de vedao como o anterior, mas a transmisso da fora limitada pelo im. utilizado em robs cartesianos.

Figura 6.1.5.2 - Cilindro sem haste com im.

3. Com cabo ou fita A figura 6.1.5.3 descreve esse tipo de cilindro. No h problema de flambagem, pois as fitas esto sobre trao. Muito usado no acionamento de portas.

Figura 6.1.5.3 - Cilindro sem haste com cabo ou fita.

6.1.6 Cilindro de Mltiplas Posies A figura 6.1.6.1 descreve esse tipo de atuador juntamente com o seu smbolo e exemplo de aplicao. Consiste em dois ou mais cilindros montados em conjunto para alcanar vrias posies. Com n cilindros de cursos desiguais, pode-se obter 2n posies distintas.47


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Figura 6.1.6.1 - Cilindro de mltiplas posies.

aplicado em mudana de desvios (ver figura 6.1.6.1), acionamento de vlvulas, etc.. 6.1.7 Cilindro Tandem A figura 6.1.7.1 descreve esse tipo de atuador juntamente com o seu smbolo e caracterstica construtiva. Consiste em dois cilindros acoplados mecanicamente em srie. aplicado principalmente em pregadores penumticos. Entre as suas caractersticas temos: Grande fora com pequeno dimetro; Grande dimenso de comprimento; Somente para pequenos cursos.

Figura 6.1.7.1 - Cilindro tandem.

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6.1.8 Cilindro de Percusso A figura 6.1.8.1 descreve esse tipo de cilindro juntamente com o seu smbolo e caracterstica construtiva. usado para gerar um alta fora de impacto e alta velocidade (7,5 a 10 m/s). Funciona da seguinte forma: Inicialmente aplicado presso nas cmaras A e B (ver figura 6.1.8.1), e o valor da presso aumentado em ambos os lados; Num certo instante, a cmara A exaurida (presso atmosfrica) e o pisto empurrado pela presso da cmara B; Ao se movimentar um pouco a rea em que a presso da cmara B atua tem seu dimetro aumentado bruscamente como mostrado na figura, o que faz com que o pisto seja acelerado violentamente; A energia cintica do pisto convertida em fora de impacto.

Figura 6.1.8.1 - Cilindro de percusso.

Apresenta um pequeno curso. aplicado em prensas pneumticas para forjamento, britadeiras, rebitadeiras, etc.. 6.1.9 Cilindro Telescpico A figura 6.1.9.1 descreve esse tipo de atuador. composto de vrios cilindros montando em srie um dentro do outro. Apresenta curso longo e dimenses reduzidas

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de comprimento, porm um dimetro grande face fora gerada. aplicado em mquinas que precisam de um longo curso e comprimento reduzido.

Figura 6.1.9.1 - Cilindro telescpico.

6.2 Atuadores RotativosTransformam o movimento linear do cilindro de dupla ao num movimento rotativo com ngulo limitado de rotao. A figura 6.2.1 descreve esse tipo de cilindro juntamente com o seu smbolo e a sua caracterstica construtiva. Nesse caso a converso do movimento feita utilizando-se um sistema pinho-cremalheira. A rotao tem ngulo limitado podendo ser regulada de 45 at 720.

Figura 6.2.1 - Cilindro rotativo.

A figura 6.2.2 ilustra um outro tipo de cilindro chamado cilindro de aleta giratria. Seu ngulo limitado em 300 e apresentam problemas de vedao. So aplicados para girar peas, curvar tubos, acionar vlvulas, etc.

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Figura 6.2.2 - Cilindro de aleta giratria.

6.3 Unidades HidropneumticasA compressibilidade do ar no permite um posicionamento preciso dos cilindros pneumticos bem como manter uma velocidade constante na presena de cargas variveis. No entanto, em muitos casos no conveniente usar um sistema hidrulico, pois apenas a alimentao pneumtica est disponvel na empresa. Nesse caso utilizamse as unidades hidropneumticas como mostrado na figura 6.3.1. O acionamento pneumtico, no entanto h um cilindro hidrulico que se desloca juntamente em paralelo, fornecendo a rigidez necessria ao movimento e aumentando a estabilidade da velocidade e posio do circuito pneumtico. O circuito hidrulico pode ser ajustado atravs de um estrangulamento varivel.

Figura 6.3.1 - Unidade hidropneumtica.

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6.4 Execuo Prtica de um Cilindro PneumticoA figura 6.4.1 mostra a execuo construtiva de um cilndro de dupla ao.

Figura 6.4.1 - Execuo construtiva de um cilindro de dupla ao.

1- Camisa: feita de um tubo de ao trefilado a frio sem costura; 2 e 3 - Tampas de alumnio fundido; 4 - haste do mbolo: feita de ao e pode ter proteo anti-corrosiva. As roscas so laminadas reduzindo o risco de ruptura; 5 - anel circular: reponsvel pela vedao da haste; 6 - bucha de guia: guia a haste; 7 - anel limpador: evita a entrada de impurezas; 8 - guarnio duplo lbio: veda ambos os lados do pisto; 9 - juntas tricas ou "O-ring": atua como vedao.

A figura 6.4.2 descreve os diversos tipos de vedao usados no mbolo alm da guarnio duplo lbio mostrada acima.

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Figura 6.4.2 - Tipo de vedao para mbolos.

A figura 6.4.3 ilustra as diversas montagens de fixao dos cilindros nas mquinas.

Figura 6.4.3 - Tipos de fixao dos cilindros nas mquinas. 53


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6.5 Amortecimento de Fim de CursoNa figura 6.5.1 est representado tambm um sistema de amortecimento que evita o impacto entre o mbolo e a tampa. Esse sistema est melhor ilustrado na figura 6.5.2 abaixo.

Figura 6.5.2 - Sistema de amortecimento do cilindro.

Essencialmente, ao chegar prximo do final do curso a haste (1) obstrui o canal principal de sada do ar que obrigado a passar pelo estrangulamento (2) amortecendo assim o movimento do mbolo. No sentido oposto, o ar passa pela vlvula de reteno (3) exercendo presso sobre toda a rea do mbolo e movendo-o.

6.6 Dimensionamento e Caractersticas de um Cilindro PneumticoA seguir so resolvidos alguns exerccios ilustrando o dimensionamento de um cilindro pneumtico.

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6.6.1 Exerccios Exerccio 6.6.1.1 Considerando o cilindro de dupla ao mostrado na figura 6.6.1.1 e dado as informaes abaixo, calcule a fora exercida pelo cilindro nos dois sentidos e a vazo V0 en condies normais.


Dimetro do mbolo d1: Dimetro da haste d2: Curso h: Volume adicional VT: Presso de trabalho p1: Nmero de cursos n: TemperaturaT1: Soluo: Pa=6+1= 7 bar Aembolo=

63 mm 20 mm 500 mm 30 cm3 6 bar 20/min 30 C

D 2 = 31,2cm 2 = Ae; 4

Aemb-haste=

(D 2 d 2 ) = 28cm 2 = AH 4

Fora de avano: Fv=Pa*Ae-Patm*AH (Pa 1)A e = Pe*Ae=60(N/cm2)*31,2cm2=1872 N Fora de retorno: FR=Pa*AH -Patm*Ae (Pa 1)A H = Pe*AH=60(N/cm2)*28 cm2=1680 N Volume de ar no avano: Vv= Ae*h+VT, onde VT o volume adicional ou morto, ou seja, a soma dos volumes de pequenos espaos dentro do atuador alm do cilindro. Deve ser considerado no avano e no retorno. Assim: Vv= (Ae*h+VT)*n=(1590 cm3/ciclo)*20=31800 cm3/min=31,8 l/min No retorno: VR= (AH*h+VT)*n=(1400 cm3/ciclo)*20=28000 cm3/min=28 l/min Portanto o consumo de ar total 7bar e 30 C Vtotal=31,8+28=59,8 l/min55


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1 bar e 20 C: V1bar =

7bar * 59,8 * (273 + 20) = 404,78 l/min (273 + 30) *1bar

Exerccio 6.6.1.2 Considere o cilindro de dupla ao mostrado na figura 6.6.1.2 e dado as informaes abaixo.


Dimetro do mbolo d1 Dimetro da haste d2 Presso de trabalho pe Curso h

63 mm 20 mm 6 bar (relativa) 500 mm

Esse cilindro deve elevar verticalmente uma massa de 48 Kg por um curso de 1m, imprimindo uma acelerao de 10m/s2. Qual o dimetro de mbolo necessrio, com uma presso relativa mxima de trabalho de 5 bar (50 N/cm2) supondo um rendimento de 0,9? Soluo: Fora total no mbolo: FV = FG + FA Fora da gravidade: FG = m*g = (48 Kg)*(0,81 m/s2) = 470 N Fora de acelerao: FA = m*a = (48 Kg)*(10m/s2) = 480 N Fora terica sem atrito: FV1 = 950 N

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A fora efetiva vale: FV=

FV1 950 = = 1055 N 0,9 FV 1055 = = 21,1 cm 2 P 50

A rea e dimetro do mbolo valem: A =

e d=

4A = 5,2cm = 52mm , mas o dimetro mais prximo no catlogo 63mm.

6.6.2 Flambagem nos cilindros Outro ponto importante a se considerar no dimensionamento dos cilindros a questo da flambagem da haste que crtica para grandes cursos. A fora crtica de flambagem (Fcrit) dada pela equao: Fcrit =

2 EJ d 4 onde J = SKC 64

(6.6.2.1)

onde E o mdulo de elasticidade, J o momento de inrcia da haste, d o dimetro da haste, C um coeficiente de segurana (2,5 a 5). Sk o comprimento total livre definido na figura 6.6.2.1 para diferentes montagens do pisto, e L o comprimento real submetido a flambagem. Os fabricantes fornecem grficos da carga crtica (em termos de presso) em funo do curso, e dimetro do cilindro.

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Figura 6.6.2.1 - Condies de flambagem no cilindro.

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7. Outros Dispositivos Pneumticos7.1 Mesa PneumticaA figura 7.1.1 ilustra uma mesa pneumtica ou almofada de ar. Essencialmente, consiste numa chapa de metal com dutos no seu interior que direcionam o fluxo de ar para a regio de contato entre a chapa e o solo. Muito til para reduzir o atrito no transporte de altas cargas sendo tambm muito utilizada em mquinas de preciso (mesas de medio).

Figura 7.1.1 - Mesa pneumtica.

7.2 Pina PneumticaA figura 7.2.1 ilustra um dispositivo que atua como uma pina em mquinas ferramentas para prender a ferramenta de usinagem. Trata-se essencialmente de um pisto de simples ao. Permite a fixao rpida e com grandes foras da ferramenta.

Figura 7.2.1 - Pina pneumtica. 59


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8. Motores PneumticosSo responsveis por transformar energia pneumtica em trabalho mecnico realizando a operao inversa dos compressores. A figura 8.1 ilustra a classificao dos motores pneumticos.

Figura 8.1 - Classificao dos motores pneumticos.

Entre as caractersticas dos motores pneumticos temos:

Inverso simples e direta do sentido de rotao; Regulagem progressiva de rotao e torque. Alta relao peso/potncia; Possibilidade de operao com outros fluidos.

O grfico da figura 8.2 indica a curva de torque (M) e potncia (P) em funo da rotao (n) de um motor pneumtico.

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Figura 8.2 - Curva de torque e potncia em funo da rotao dos motores pneumticos.

onde nN a rotao nominal, n0 a rotao em vazio, MN o torque nominal, MA o torque de arranque MW o torque de parada por sobrecarga e PN a potncia nominal. Dado que o torque varia linearmente com a rotao, ou seja: n M = M w 1 n 0 a potncia ser quadrtica com a rotao, ou seja: n2 P = Mn = M w n n0 (8.1.2) (8.1.1)

,

e portanto existe uma rotao que nos d a potncia mxima, que a rotao nominal. Entre os critrios para a escolha de um motor pneumtico temos: Torque necessrio sob carga e no arranque; Rotao com carga correspondente; Desvio admissvel da rotao com variao de carga; Consumo de ar e rendimento. A construo mecnica desses motores similar a dos compressores pneumticos j descrita. A seguir so descritos brevemente cada tipo de motor.

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8.1 Motores Rotativos8.1.1 Motor de Palhetas A figura 8.1.1.1 ilustra um motor de palhetas. Seu funcionamento exatamente o oposto do compressor de palhetas. A expanso do ar nas cmaras entre as palhetas tambm aproveitada na realizao de trabalho mecnico. A rotao facilmente invertida dependendo da entrada do ar. A faixa de rotao de um motor de palheta varia de 200 rpm at 10000 rpm e a de potncia varia de 50W at 20 kW. muito usado em parafusadeiras pneumticas.

Figura 8.1.1.1 - Motor de palhetas.

8.1.2 Motor de Engrenagens e Motor Roots A gerao do torque ocorre pela presso do ar exercida nos flancos dos dentes de duas engrenagens engrenadas. Uma engrenagem est fixa ao eixo e a outra livre. Podem ser fabricados com dentes retos, helicoidais ou em "V". Nos motores de dentes retos no h aproveitamento da expanso de volume de ar. A faixa de rotao varia de 1000 r.p.m. 3000 r.p.m. e a faixa de potncia vai at 70 kW. O motor roots apresenta o mesmo princpio sendo de igual construo ao compressor roots.

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8.2 Motores de PistesEntre as caractersticas desse motor temos: Elevado torque de arranque e na faixa de rotao; Baixa rotao (at 5000 r.p.m.); Faixa de potncia varia de 2W at 20 kW; Comando de fornecimento de ar por distribuidor rotativo. A figura 8.2.1 ilustra um motor de pistes radiais em execuo estrela onde a transformao do movimento linear do pisto ocorre por um mecanismo biela-manivela (como no motor de automvel). So utilizados em equipamentos de elevao.

Figura 8.2.1 - Motor de pistes radiais.

A figura 8.2.2 ilustra um motor de pistes axiais onde a transformao ocorre por disco oscilante como ilustrado na figura 8.2.3. Esse motor apresenta uniformidade no movimento de rotao com um funcionamento silencioso e sem vibraes, sendo utilizado em equipamentos de elevao.

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Figura 8.2.2 - Motor de pistes axiais.

Figura 8.2.3 - Esquema de funcionamento do motor de pistes axiais.

8.3 Motores de TurbinaOpera de forma contrria ao turbo-compressor, ou seja, a energia cintica do ar convertida em movimento rotativo. Apresentam pssimo rendimento devido s altas perdas de ar, sendo econmico apenas para baixas potncias, no entanto so capazes de atingir rotaes elevadssimas com baixo torque que variam de 80.000 r.p.m. at 400.000 r.pm. Para baixas rotaes e altos torques no vantajoso a sua utilizao pois necessita de ser acoplado a um redutor. Uma aplicao clssica a "broca do dentista" que chega atingir 500.000 r.p.m.. Tambm usado em fresadoras e retificadoras de alta rotao.

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9. Vlvulas PneumticasAs vlvulas comandam e influenciam o fluxo de ar comprimido. Existem quatro tipos de vlvulas: Vlvulas Direcionais: comandam a partida, parada e sentido de movimento do atuador; Vlvulas de Bloqueio: bloqueiam o fluxo de ar preferencialmente num sentido e o liberam no sentido oposto; Vlvulas de Fluxo: influenciam a vazo de ar comprimido; Vlvulas de Pressao: influenciam a presso do ar comprimido ou so comandadas pela presso. A figura 9.1 ilustra um esquema envolvendo um cilindro, uma vlvula de fluxo e uma vlvula direcional.

Figura 9.1 - Esquema de um cilindro com vlvulas.

As vlvulas so representadas por smbolos grficos. A figura 9.2 ilustra como o smbolo usado para representar a comutao de uma vlvula direcional. O smbolo formado por dois quadrados, cada um representando uma posio d a vlvula. Assim na posio de retorno a cmara do pisto est ligada na atmosfera enquanto que na posio de avano a rede est alimentando o pisto.65


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Figura 9.2 - Simbologia de comutao da vlvula.

Essa vlvula possui duas posies de comutao e 3 conexes, sendo por isso, chamada vlvula 3/2 vias. Assim a nomenclatura das vlvulas obedece seguinte regra: uma vlvula m/n vias significa que uma vlvula que possui m conexes e n posies e comutao. A tabela 9.1 ilustra diversos tipos de vlvulas direcionais.

Tabela 9.1 - Tipos de vlvulas direcionais.

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Diferentes configuraes mecnicas de vlvulas podem ser representadas por um smbolo se possurem a mesma funo. A tabela 9.2 indica a notao para se denominar as conexes das vlvulas.

Tabela 9.2 - Denominao das conexes das vlvulas.

9.1 Vlvulas Direcionais9.1.1 Princpio de Funcionamento A figura 9.1.1 ilustra o funcionamento de uma vlvula 3/2 vias acionada por boto e com retorno por mola, mostrando a sua posio de repouso e a posio acionada.

Figura 9.1.1 Funcionamento de uma vlvula 3/2 vias acionada por boto e com retorno por mola.

9.1.2 Acionamento das Vlvulas Direcionais As vlvulas direcionais podem ser acionadas de forma manual, mecnica, pneumtica e eltrica como mostrado na figura abaixo.67


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Figura 9.1.2 - Tipos de acionamento manual, mecnico, pneumtico e eltrico.

As vlvulas com acionamento eltrico so usadas em eletropneumtica. 9.1.3 Execuo Construtiva das Vlvulas Existem dois tipos de execuo construtiva de vlvulas: vlvulas de assento e vlvulas de mbolo deslizante.

9.1.3.1 Vlvulas de assento A execuo em assento ilustrada na figura 9.1.3.1.

Figura 9.1.3.1 - Execuo em assento.

Entre as caractersticas da execuo em assento temos: Estanqueidade perfeita;

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Requerem elevadas foras de acionamento devido ao dimetro do seu mbolo; Comutam rapidamente com curso reduzido; Insensveis impureza; Comutam de modo brusco (devido variao brusca de rea do mbolo).

9.1.3.2 Vlvulas de mbolo deslizante A execuo em mbolo ilustrada na figura 9.1.3.2.

Figura 9.1.3.2 - Execuo em mbolo.

Entre as caractersticas da execuo em mbolo temos: Construo simples e pequeno volume construtivo; Estanqueidade condicional (depende da presso); Requer pequena fora de acionamento devido ao dimetro do seu mbolo; Curso de comutao longo; Sensveis impureza;

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9.1.4 Exausto Cruzada Ocorre quando h comunicao simultnea entre todas as conexes durante a comutao por apenas alguns segundos. Isto provoca escape de ar que no usado no trabalho. A figura 9.1.4.1 ilustra uma vlvula 3/2 vias com execuo de assento que apresenta exausto cruzada.

Figura 9.1.4.1 - Vlvula 3/2 vias com exausto cruzada. A parte escura representa ar.

A forma de evitar isso alterandoo mecanismo da vlvula. A figura 9.1.4.2 ilustra uma vlvula 3/2 vias que no apresenta exausto cruzada.

Figura 9.1.4.2 - Vlvula 3/2 vias sem exausto cruzada. A parte escura representa ar.

9.1.5 Tipos de Vlvulas Direcionais As vlvulas pneumticas podem ser pr-operadas pneumaticamente. Nesse caso, o impulso de comando no efetuado sobre a vlvula principal, mas sobre uma vlvula de pilotagem adicional, que por sua vez aciona a vlvula principal atravs da presso do70


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ar. Com isso se reduz a fora de acionamento necessria. usada em vlvulas de assento que requerem elevadas foras de acionamento ou em vlvulas de comando eletromagntico, para poder utilizar pilotos eltricos de pequenas dimenses. Os tempos de comutao so mais longos e necessitam uma fonte de presso. A figura 9.1.5.1 ilustra esse tipo de vlvula na execuo de assento e sua representao no circuito pneumtico.

Figura 9.1.5.1 - Vlvula 3/2 vias com acionamento pneumtico e exemplo de circuito. A parte escura representa ar.

A figura 9.1.5.2 ilustra um outro tipo de vlvula acioanada pneumaticamente chamada bi -estvel que trabalha segundo o princpio de assento flutuante. Esta vlvula comutada alternadamente por impulsos, mantendo a posio de comando at receber um novo impulso (bi-estvel). O pisto de comando se desloca no sistema de corredia.

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Figura 9.1.5.2 - Vlvula 5/2 vias bi-estvel e exemplo de circuito. A parte escura representa ar.

Esse tipo de vlvula muito utilizado em pneumtica. A figura 9.1.5.2 tambm ilustra o uso dessa vlvula no circuito pneumtico.

A figura 9.1.5.3 ilustra uma vlvula direcional 3/2 vias servo-comandada. Consiste num sistema mecnico que aciona um sistema pneumtico que aciona a vlvula principal. A fora para acionamento do sistema mecnico est em torno de 1,8 N.

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Figura 9.1.5.3 - Vlvula 3/2 vias servo-comandada.

Acionando-se a alavanca do rolete abre-se a vlvula de servo-comando. O ar comprimido flui para a membrana e movimenta o prato da vlvula principal para baixo. A comutao da vlvula se efetua em duas etapas. Primeiro, fecha-se a passagem de A para R, depois abre-se a passagem de P para A. O retorno efetua-se ao soltar a alavanca do rolete. Isto provoca o fechamento da passagem do ar para a membrana e posterior exausto. A figura 9.1.5.4 ilustra uma vlvula 3/2 vias servo-comandada acionada por boto.

Figura 9.1.5.4- Vlvula 3/2 vias servo-comandada acionada por boto.

A figura 9.1.5.5 ilustra uma vlvula 5/2 vias de mbolo deslizante acionada pneumaticamente.

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Figura 9.1.5.5 Vlvula 5/2 vias de mbolo acionada pneumaticamente.

A figura 9.1.5.6 ilustra duas vlvulas 3/2 vias acionadas por solenide (acionamento eletromagntico) que so usadas em eletropneumtica.

Figura 9.1.5.6 - Vlvulas 3/2 vias acionadas por solenide.

9.1.6 Especificao das Vlvulas Direcionais A vlvulas so especificadas mediante o valor nominal de vazo de ar (QN). O valor de QN um valor de aferio para presso de 6 bar, relacionado com uma queda de presso de 1 bar na vlvula e uma temperatura de 20C e est especificado no catlogo do fabricante. A vazo da vlvula nas condies de operao deve ser

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calculada usando-se grficos fornecidos pelos fabricantes. Alm da vazo nominal deve-se especificar o tamanho das conexes.

9.2 Vlvulas de Bloqueio9.2.1 Vlvula de Reteno Essas vlvulas permitem o fluxo livre num sentido e bloqueiam completamente o fluxo no sentido oposto. So construdas na execuo de assento com mola como mostrado na figura 9.2.1.1. So muito usadas em conjunto com uma vlvula de fluxo para ajustar a velocidade dos atuadores pneumticos (ver adiante).

Figura 9.2.1.1 - Vlvula de reteno.

9.2.2 Vlvula Alternadora (OU) A figura 9.2.2.1 ilustra esse tipo de vlvula (e seu smbolo) que equivalente ao elemento lgico "OU" da eletrnica digital. Ela somente fornece sinal de sada quando pelo menso tiver um sinal de presso numa conexo de entrada. usada quando se deseja acionar o atuador pneumtico por dois tipos de vlvulas como mostrado na figura 9.2.2.1.

Figura 9.2.2.1 - Vlvula alternadora e exemplo de circuito. 75


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9.2.3 Vlvula de Duas Presses (E) A figura 9.2.3.1 ilustra esse tipo de vlvula (e seu smbolo) que equivalente ao elemento lgico "E" da eletrnica digital. Somente fornece sada em A quando existirem dois sinais de entrada Px e Py simultneos e de mesmo valor. Existindo diferena de tempo nos sinais de entrada Px e Py, o sinal atrasado vai para sada. Quando h diferena de presso dos sinais de entrada, a presso maior fecha um lado da vlvula e a presso menor vai para a sada A. muito usada em comandos de segurana quando se deseja que o atuador seja acionado somente quando duas vlvulas so pressionadas simultaneamente como mostrado no circuito da figura 9.2.3.1.

Figura 9.2.3.1 - Vlvula de duas presses.

9.2.4 Vlvula de Escape Rpido A figura 9.2.4.1 ilustra esse tipo de vlvula e seu smbolo. Atravs dessa vlvula possvel exaurir grandes volumes de ar comprimido aumentando a velocidade dos cilindros. Quando h presso em P o elemento de vedao adere ao assento do escape e

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o ar atinge a sada para o atuador. Quando a presso em P deixa de existir, o ar que agora retorna pela conexo A, movimenta o elemento de vedao contra a conexo P e provoca o seu bloqueio (ver figura 9.2.4.1). Dessa forma o ar pode escapar por R rapidamente para a atmosfera, evitando que o ar passe por uma canalizao longa e de dimetro pequeno que reduze o seu fluxo. Essa vlvula colocada diretamente na sada do cilindro como mostrado na figura 9.2.4.1.

Figura 9.2.4.1 - Vlvula de escape rpido.

9.3 Vlvulas de FluxoEssas vlvulas reduzem a seo de passagem para modificar a vazo do ar comprimido e assim controlar a velocidade dos atuadores. Para uma dada seo de passagem a vazo depende somente da diferena de presso entre as duas extremidades da seo. A figura 9.3.1 ilustra os diferentes tipos de seo de passagem e seus smbolos.

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Figura 9.3.1 - Sees de passagem.

9.3.1 Vlvula Reguladora Unidirecional Trata-se da combinao em paralelo de uma vlvula estranguladora varivel e uma vlvula de reteno. usada quando se deseja regular o fluxo num nico sentido. A figura 9.3.1.1 ilustra essa vlvula, seu smbolo e sua montagem no circuito pneumtico.

Figura 9.3.1.1 - Vlvula reguladora de fluxo unidirecional.

A figura 9.3.1.2 ilustra um detalhe de montagem dessa vlvula no circuito do atuador. Na montagem do circuito da esquerda somente um lado do pisto est submetido presso do ar, assim se ocorrer uma aplicao de carga brusca na haste do pisto (trao ou compresso) o mesmo ir se mover (a vlvula de reteno permite o fluxo fcil de ar), ou seja, esse tipo de circuito no d rigidez ao movimento da haste. J no circuito da direita ambos os lados do pisto estaro sob presso, pois o estrangulamento impe uma perda de carga para a sada de ar do pisto. Assim esse

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circuito d mais rigidez ao movimento do pisto que no fica sujeito oscilaes devido a variaes da carga.

Figura 9.3.1.2 - Diferentes montagens da vlvula reguladora no circuito pneumtico.

9.3.2 Vlvulas de Fechamento So essencialmente "torneiras" pneumticas que bloqueiam manualmente o fluxo de ar. A figura 9.3.2.1 ilustra esse tipo de vlvula cuja construo similar a torneira hidrulica domstica.

Figura 9.3.2.1 - Vlvula de fechamento.

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9.4 Vlvulas de Presso9.4.1 Vlvula Regulador de Presso Essa vlvula usada para limitar a presso que alimenta um equipamento pneumtico j tendo sido explicada no tem 5.6.2. 9.4.2 Vlvula Limitadora de Presso So utilizadas como vlvulas de segurana ou alvio contra sobrepresses. A figura 9.4.2.1 ilustra esse tipo de vlvula. No momento em que um valor de presso prestabelecido superado, abre-se uma passagem no interior da vlvula contra a presso de uma mola e o ar comprimido exaurido para atmosfera.

Figura 9.4.2.1 - Vlvula limitadora de presso.

9.4.3 Conversores pneumtico-eltrico ou pressostatos Serve para transformar um sinal de entrada pneumtico num sinal de sada eltrico. Em geral a presso age sobre um mbolo (ou membrana) que se desloca efetuando o contato. A regulagem da presso em que o contato ocorre feita regulandose a distncia entre que o mbolo deve mover para realizar o contato. A figura 9.4.3.1 ilustra um pressostato de calibragem fixa e um varivel.80


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Figura 9.4.3.1 - Pressostatos de calibragem fixa e varivel.

9.5 Regulagem dos compressoresPara combinar o volume de fornecimento com o consumo de ar necessria uma regulagem dos compressores. Em geral os sistemas de regulagem envolvem o uso de vlvulas pneumticas como mostrado adiante. Dois valores limites pr-estabelecidos de presso mxima/mnima influenciam o volume de ar fornecido. Existem trs tipos de regulagem descritos a seguir. 9.5.1 Regulagem de marcha vazio Regulagem por descarga Quando alcanada a presso regulada, o ar escapa livre da sada do compressor atravs de uma vlvula limitadora de presso como mostrado na figura 9.5.1.1. Uma vlvula de reteno evita que o reservatrio se esvazie ou retorne para o compressor.

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Figura 9.5.1.1 - Regulagem por descarga.

Regulagem por fechamento Nesta regulagem se fecha o lado da suco como mostrado na figura 9.5.1.2. O

compressor no pode mais aspirar e funciona em vazio. Esta regulagem encontrada em compressores rotativos e de mbolo.

Figura 9.5.1.2 - Regulagem por fechamento.

Regulagem por garras empregada em compressores de mbolo. Mediante garras, mantm-se aberta a

vlvula de suco, evitando que o compressor continue comprimindo como mostrado na figura 9.5.1.3.

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Figura 9.5.1.3 - Regulagem por garras.

9.5.2 Regulagem de carga parcial Regulagem na rotao que aciona o compressor. A

Ajusta-se o regulador de rotao do motor

regulagem pode ser manual ou automtica dependendo da presso de trabalho.

Regulagem por estrangulamento

encontrado em compressores rotativos e em turbo-compressores. A regulagem feita estrangulando-se o funil de suco do compressor.

9.5.3 Regulagem intermitente Ao alcanar a presso mxima, o motor que aciona o compressor desligado, e quando a presso atinge um valor mnimo, o motor liga novamente e o compressor volta a trabalhar. A ao de ligar e desligar comandada por um interruptor pneumtico chamado pressostato, como mostrado na figura 9.5.3.1.

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Figura 9.5.3.1 - Regulagem intermitente.

. A freqncia de comutaes pode ser regulada no pressostato e para que os perodos de comando possam ser limitados a uma medida aceitvel, necessrio um grande reservatrio de ar comprimido.

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10. Temporizadores PneumticosServem para criar um retardo no envio ou na recepo de um sinal de comando. A figura 10.1 ilustra um temporizador que retarda a emisso do sinal e sua simbologia. A aplicao do sinal em X, provoca aps um tempo de retardo, o aparecimento de um sinal de sada em A. A temporizao obtida atravs de um progressivo aumento da presso no pequeno reservatrio provocado pela entrada do sinal X que por sua vez passa atravs de um estrangulamento regulvel. Aps um tempo t a presso suficiente paa comandar o mbolo da vlvula 3/2 vias. Interligando as conexes P com A. Ao cessar o sinal em X, o ar do reservatrio sai pela membrana de reteno do estrangulmento. O grfico da figura 10.1 tambm ilustra os sinais em X e A em funo do tempo.

Figura 10.1 - Vlvula temporizadora que retarda a emisso do sinal.

A figura 10.2 ilustra uma vlvula temporizadora que retarda a interrupo do sinal e sua simbologia. O princpio de funcionamento anlogo vlvula anterior. O grfico da mesma figura ilustra os sinais em X e A em funo do tempo.

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Figura 10.2 - Vlvula temporizadora que retarda a interrupo do sinal.

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11. Amplificadores PneumticosOs sinais de presso gerados por alguns dispositivos pneumticos como os sensores como ser visto adiante so muito pequenos, da ordem de at mbar. Assim os amplificadores so usados para ampificar o sinal pneumtico. 11.1 Amplificador de Presso Monoestgio So usados para presses de comando de 0,1 a 0,5 bar. A figura 11.1.1 ilustra esse tipo de amplificador. Inicialmente P est bloqueado e A est em exausto. Recebendo o sinal X, o diafragma atuado erguendo o pisto de comando e abrindo a passagem de P para A. P est conectado presso normal de at 8 bar. O sinal de A usado para o comando de elementos que trabalham com mdia presso. Eliminando o sinal em X, o pisto de comando fecha a passagem de P para A que retorna para exausto. A amplificao de presso dada pela razo PA/PX. O ganho desse amplificador pode chegar at 10 vezes.

Figura 11.1.1 - Amplificador de Presso Monoestgio.

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11.2 Amplificador de Presso de Duplo Estgio Quando for necessrio ganhos maiores de amplificao so usados os amplificadores de duplo estgio que permitem atingir amplificaes de at 12.000 vezes. A figura 11.2.1 ilustra esse tipo de amplificador. Na posio de repouso a vlvula 3/2 vias est fechada de P para A. Na entrada PX existe uma alimentao contnua de ar (0,1 a 0,2 bar) que escapa pela sada RX para a atmosfera (consumo contnuo de ar). Existindo um sinal de comando em X a membrana fecha a passagem de ar de PX para RX. A presso PX aciona a membrana de comando do amplificador que move o mbolo de comando comunicando P com A e fechando R. Eliminando a presso em X a mola retorna a membrana e portanto o mbolo de comando que fecha a passagem de P para A voltando ao estado inicial.

Figura 11.2.1 - Amplificador de presso de duplo estgio.

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12. Circuitos PneumticosOs circuitos pneumticos so compostos de vlvulas pneumticas e so responsveis por comandar os atuadores pneumticos. Como j comentado na introduo, os circuitos pneumticos so equivalentes a circuitos eletrnicos digitais, uma vez que cada atuador possui apenas duas posies (0 ou 1). Um circuito pneumtico deve ser representado por smbolos. A figura 12.1 ilustra a montagem real de um circuito pneumtico que controla um pisto de dupla ao e ao lado a sua representao simblica. Note que a posio das vlvulas acionadas por rolete (1.2 e 1.3) so representadas apenas por pequenos traos na posio em que elas devem ser montadas juntamente com o nmero da vlvula.

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Figura 12.1 - Circuito real e sua representao simblica.

O circuito iniciado ao se pressionar a vlvula 1.4 . A vlvula bi-estvel 1.1 comuta e move o pisto. Ao final do curso a haste pisa na vlvula 1.3 que comuta novamente a vlvula 1.1 retornando o pisto. Se a vlvula 1.4 for mantida pressionada o pisto fica indo e voltando at que o boto 1.4 seja liberado. A figura 12.2 ilustra um circuito pneumtico para o acionamento de motores pneumticos.

Figura 12.2 - Circuito para motores pneumticos.

Num circuito penumtico encontramos os seguintes elementos:

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Elementos de trabalho: cilindros e motores pneumticos Elementos de comando e de sinais: vlvulas direcionais 4/2 vias, 3/2 vias, etc. Elementos de alimentao: unidade de tratamento, vlvulas de fechamento e de segurana. A figura 12.3 ilustra como esses elementos devem ser numerados.

Figura 12.3 - numerao dos elementos pneumticos no circuito.

Os elementos de trabalho so numerados como 1.0, 2.0, etc.. Para as vlvulas, o primeiro nmero est relacionado a qual elemento de trabalho elas influem. Para as vlvulas de comando, que acionam diretamente o pisto, o nmero a direita do ponto 1. Para as vlvulas de sinais o nmero a direita do ponto par (maior do que zero) se a vlvula responsvel pelo avano do elemento de trabalho e mpar (maior do que 1) se a vlvula vlvula responsvel pelo retorno do elemento de trabalho. Para os elementos de regulagem (vlvulas de fluxo) o nmero a direita do ponto o nmero "0" seguido de um nmero par (maior do que zero) se a vlvula afeta o avano e mpar (maior do que 1) se a vlvula afeta o retorno do elemento de trabalho. Para os elementos de alimentao o primeiro nmero "0" e o nmero depois do ponto corresponde seqncia com que eles aparecem. A figura 12.4 ilustra como fica a numerao completa de um circuito pneumtico.

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Figura 12.4 - Numerao de um

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