Microsoft Word - apostila_pneumtica_cefet_12agosto2008.docx

Centro Federal de Educao Tecnolgica do Estado de So Paulo Unidade Descentralizada de Sertozinho Apostila de Pneumtica e Eletro-pneumtica

Whisner Fraga Mamede

(Doutor em engenharia mecnica, USP, 2003, professor do CEFET-SP)

Agosto de 2008 Terceira edio revista e ampliada.

Proibida a reproduo parcial ou total sem a prvia autorizao por escrito do autor. Apostila com registro na Biblioteca Nacional. Todos os direitos reservados.

Objetivos

Esta apostila tem como objetivo principal auxiliar o aprendizado do estudante da rea de automao industrial, no que diz respeito ao campo da pneumtica. Os poucos livros disponveis no mercado, alm de caros, no so de fcil compreenso. Pensando nisso, resolvi elaborar um texto mais claro e objetivo, na esperana de contribuir com um ensino mais rpido e eficiente. Os exemplos contidos aqui funcionariam melhor em conjunto com algum software de programao (para a confeco deste texto foi utilizado

o FluidSim 3.6, da Festo, mas existem outros simuladores pneumticos que poderiam ser usados, como o Pneusim e o Automation Studio) ou com uma bancada didtica. Para os professores que desejarem repassar esta apostila para seus alunos ou copiar algum tpico, agradeceria se entrassem em contato comigo (whisnerfraga@gmail.com) para que sejam evitados aborrecimentos futuros.

Introduo

A pneumtica a cincia que utiliza o ar como fluido que realiza um trabalho. Desta maneira, em Pneumtica Industrial, o que ocorre uma transformao da energia pneumtica em energia mecnica por meio de elementos de trabalho. Os principais elementos de trabalho so os cilindros, ou atuadores, e as vlvulas.

O ar produzido por compressores, tratado por um componente chamado Lubrefil (Lubrificante, Filtro e Regulador de Presso) e distribudo por intermdio de redes pneumticas. No objetivo desta apostila tratar destes tpicos.

Uma vez na rede, o ar direcionado pelas vlvulas para que os cilindros possam realizar seus movimentos lineares ou rotativos. As vlvulas que direcionam o ar para os cilindros so conhecidas como vlvulas direcionais.

Vlvulas direcionais

Para se traarem circuitos pneumticos, as vlvulas ganham representaes esquemticas, que pretendem simular seu funcionamento interno, pouco tendo a ver, portanto, com seu princpio construtivo.

As vlvulas direcionais so sempre representadas por um retngulo.

- Este retngulo dividido em quadrados.

- O nmero de quadrados representados na simbologia igual ao nmero de posies da vlvula, representando a quantidade de movimentos que executa atravs de acionamentos.

O nmero de vias a quantidade de conexes de trabalho que a vlvula possui. So consideradas como vias a conexo de entrada de presso, conexes de utilizao e as de escape.

Para fcil compreenso do nmero de vias de uma vlvula de controle direcional podemos tambm considerar que:

Identificao das vias pneumticas

As principais normas seguidas no Brasil, que dizem respeito identificao das vias pneumticas so a alem DIN (Deutsche Normen) 24300 e a americana ISO (Internation Organization for Standardization)1219 (partes I e II).

Tabela 1 Identificao das vias pneumticas Assim, sejam as vlvulas e as vias identificadas:

22

11

3

4

24

2

35

3

1

1

Figura Identificao das vias de vlvulas 2/2 vias, 3/2 vias, 4/2 vias e 5/2 vias

Os nmeros relacionados norma ISO 1219 significam:

N 1 -alimentao: orifcio de suprimento principal (presso). N 2 -utilizao, sada: orifcio de aplicao em vlvulas de 2/2, 3/2 e 3/3. Ns 2 e 4 - utilizao, sada: orifcios de aplicao em vlvulas 4/2, 4/3, 5/2 e 5/3. A via 4 normalmente faz o avano e a 2 o retorno do cilindro. N 3 - escape ou exausto: orifcios de liberao do ar utilizado em vlvulas 3/2, 3/3, 4/2 e 4/3.

Ns 3 e 5 - escape ou exausto: orifcio de liberao do ar utilizado em vlvulas 5/2 e 5/3.

Os orifcios de pilotagem so identificados da seguinte forma: 10, 12 e 14. Estas referncias baseiam-se na identificao do orifcio de alimentao 1. N 10 - indica um orifcio de pilotagem que, ao ser influenciado, isola, bloqueia, o orifcio de alimentao. N 12 -liga a alimentao 1 com o orifcio de utilizao 2, quando ocorrer o comando. N 14 -comunica a alimentao 1 com o orifcio de utilizao 4, quando ocorrer a pilotagem.

J a norma DIN 24300 usa uma forma literal para a identificao das vias. As letras representam:

Linha de trabalho (utilizao): A, B, C Conexo de presso (alimentao): P Escape ao exterior do ar comprimido utilizado pelos equipamentos pneumticos (escape, exausto): R,S,T Drenagem de lquido: L Linha para transmisso da energia de comando (linhas de pilotagem): X,Y, Z

Os escapes so representados tambm pela letra E,seguida da respectiva letra que identifica a utilizao (normas N.F.P.A.). Exemplo : EA -significa que os orifcios em questo so a exausto do ponto de utilizao A. EB -escape do ar utilizado pelo orifcio B. A letra D, quando utilizada, representa orifcio de escape do ar de comando interno.

Numerao dos componentes pneumticos, de acordo com a norma ISO 1219

- Designao numrica

0Z1, 0Z2 etc.

Unidades de fornecimento de presso

1A, 2A etc.

Componentes de potncia (cilindros)

1V1, 1V2 etc.

Elementos de controle

1S1, 1S2 etc.

Elementos de entrada (vlvulas atuadas manualmente ou mecanicamente)

- Designao alfabtica

1A, 2A etc.

Componentes de potncia

1S1, 2S1 etc.

Fins-de-cursos ativados na posio de recuo dos cilindros 1A e 2A

1S2, 2S2 etc.

Fins-de-cursos ativados na posio de avano dos cilindros 1A e 2A

As vlvulas 3/2 vias

Toda vlvula deve ser pilotada em seus dois lados, esquerdo e direito, ou seja, deve ser possvel se alcanar suas duas (ou mais) posies. Uma vlvula com uma nica posio no seria uma vlvula e sim uma conexo. Na vlvula representada pela Figura 1, pode-se perceber a pilotagem em ambos os lados. No lado esquerdo, por meio de um pino e no lado direito, por meio de uma mola. Assim que, ao se pressionar o pino, a posio representada pelo primeiro quadrado no esquema simblico alcanada. Para que a vlvula retorne para sua segunda posio, representada pelo segundo quadrado, necessria a existncia da mola. H diversas maneiras de se fazer uma pilotagem: manual (utilizando botes pulso, trava, manivela), mecnica (usando pinos, roletes), pneumtica (utilizando uma via de passagem de ar) e eltrica (por meio de solenides).

A Figura 1 apresenta uma vlvula 3/2 vias avanada por pino e retornada por mola, em corte.

Figura 1 Vlvula 3/2 vias (Cortesia Festo)

No desenho apresentado na Figura 1 pode ser facilmente visto que o ar que chega na via 1 no distribudo para nenhuma outra via, o que est de acordo com a representao simblica da vlvula. J as vias 2 e 3 inicialmente esto se comunicando,

o que tambm est de acordo com a representao. Quando o pino pressionado para baixo, a mola se comprime e o batente que evitava a passagem de ar para a via 2 se abre, permitindo agora que o ar chegue at a via 2. Diz-se que a vlvula foi pilotada mecanicamente, chegando segunda posio da vlvula. Em conseqncia, isola-se a via 3, o que est conforme a representao simblica da vlvula. sempre bom lembrar que a mola chamada de reposio porque, quando no houver mais uma fora mecnica empurrando o eixo e vencendo sua resistncia, ela ser responsvel pelo retorno do eixo sua posio original. Na Figura 1 pode ser visto ainda que todas as vias so definidas segundo as normas ISO e DIN. importante que o aluno se acostume a nomear todas as vias, porque isso facilita enormemente a montagem de circuitos pneumticos na prtica. Alguns softwares, como o Fluidsim, j fazem automaticamente esta numerao. Ainda recordando, a via 1 ou P chamada via de presso, a 2 ou A via de utilizao e a 3 ou R uma vida de escape. A Figura 2 apresenta uma foto de uma vlvula 3/2 vias. Como pode ser percebido, h um logotipo no qual est escrito Festo didatic. A Festo um dos maiores fabricantes de componentes pneumticos do mundo e ser freqentemente citada nesta apostila, pois a escola e as indstrias da regio trabalham principalmente com componentes deste fabricante.

Figura 2 Vlvula 3/2 vias boto pulso/mola

As vlvulas 5/2 vias

Por meio das Figuras 1 e 3, pode ser percebido que quem faz a mudana de uma posio para outra um eixo. Se este eixo empurrado para a direita, tem-se acesso a uma posio da vlvula (ou seja, o ar direcionado para um determinado lugar) e se deslocado para a esquerda tem-se acesso a outra posio da vlvula (ou seja, o ar direcionado para outro lugar). A Figura 3 apresenta uma vlvula 5/2 vias que pilotada em ambos os lados (esquerdo e direito) pelo ar. Esta vlvula conhecida como 5/2 vias duplo piloto. Pode ser percebida mais facilmente agora a importncia da nomeao correta das vias, j que a quantidade delas aumentou consideravelmente. Se o eixo pilotado para o lado esquerdo por meio da via 14, ela permanecer nesta posio at que seja enviado ar para a via 12, de modo que ele retorne para o lado direito. Diz-se que a vlvula mantm a posio do ltimo acionamento e por isso as vlvulas duplo piloto so tambm conhecidas como Vlvulas memria, ou seja, memorizam o ltimo acionamento. Diferentemente das vlvulas com reposio por mola, que sempre fazem com que o eixo retorne sua posio inicial. Na Figura 3, pode ser percebido que o ar est passando da via 1 para a via 2, significando que a vlvula est na posio 2, ou seja, no quadrado da direita. Ao ser pilotada pela via 12, pode-se perceber que o ar passar da via 1 para a via 4. A vlvula est na posio 1, representada pelo quadrado da esquerda.

Figura 3 Vlvula 5/2 vias duplo piloto (Cortesia Festo)

O ar que chega s vias 2 ou 4, na Figura 3, so utilizados, por exemplo, para deslocar um cilindro para a esquerda ou para a direita. Existem dois tipos principais de cilindros, os de simples e os de dupla ao e ambos podem ser deslocados com esta vlvula. A vlvula simplesmente um dispositivo responsvel pelo direcionamento do ar. Ora o ar vem da via 1 para a 2 e em outro momento da via 1 para a via 4, bastando para tanto deslocar o carretel principal.

importante ressaltar que, de acordo com a Figura 3, a via 1 no tem nenhuma relao com a via 12 ou 14, embora o ar que passa por estas vias provenha do mesmo compressor, do mesmo gerador de ar sob presso. Ao relacionar a vlvula em corte com seu smbolo, chega-se concluso que a mudana de uma posio para outra se d devido ao deslocamento do eixo principal. Este deslocamento, reforando, no caso desta vlvula duplo piloto, feito por tomadas de ar vias 12 e 14.

A Figura 4 apresenta uma foto de uma vlvula 5/2 vias duplo piloto.

Figura 4 Vlvula 5/2 vias duplo piloto

Os cilindros de simples ao

A Figura 5 apresenta um cilindro de simples ao.

Figura 5 Desenho e representao simblica de um cilindro de simples ao (Cortesia Festo)

O atuador da Figura 5 possui somente uma via de passagem de ar, conhecida como via de avano. O retorno do cilindro feito por meio de uma mola. Assim que a passagem de ar for interrompida, a mola far com que o atuador retorne sua posio original. Estes cilindros so mais utilizados em conjunto com vlvulas 3/2 vias, que possuem somente uma via de utilizao, como ser ilustrado adiante.

Os cilindros de dupla ao

A Figura 6 apresenta um desenho de um cilindro de dupla ao.

Figura 6 Cilindro de dupla ao com amortecimento no fim de curso (Cortesia Festo)

No atuador representado na Figura 6 pode-se perceber a existncia de duas vias, uma responsvel pelo avano do cilindro e outra por seu retorno. Estes cilindros so comumente utilizados em conjunto com vlvulas 5/2 vias, que possuem duas sadas de ar para utilizao, como foi mostrado anteriormente.

Para se fazer o avano e retorno deste cilindro so necessrias duas tomadas de ar, uma no avano, que preencher a cmara de avano e outra de retorno, que preencher a cmara de retorno. Entretanto, tal avano e retorno podem ser feitos de vrias maneiras, utilizando vlvulas 3/2 vias, uma no avano e outra no retorno, utilizando uma vlvula 4/2 vias ou 5/2 vias ou mesmo 5/3 vias, dependendo das necessidades do projeto, ou da mquina, ou do processo que se deseja automatizar. Alis, nesta mesma linha, no se pode dizer que uma vlvula 3/2 vias foi projetada exclusivamente para movimentar cilindros de simples ao. Tampouco pode-se afirmar que uma vlvula 5/2 foi desenhada exclusivamente para a movimentao de cilindros de dupla ao.

A Figura 7 apresenta a foto de um cilindro de dupla ao.

Figura 7 Cilindro de dupla ao

Circuitos pneumticos

Um dos circuitos mais bsicos de pneumtica pode ser construdo com um cilindro de simples ao e uma vlvula 3/2 vias acionada por um boto e retornada por mola, conforme ilustra a Figura 8. O comando dito direto porque assim que for pressionado o boto pulso da vlvula 3/2 vias, o ar liberado diretamente para o cilindro, para que ele avance, sem a necessidade de uma outra vlvula intermediria.

Figura 8 Atuao de um cilindro de simples ao

O funcionamento deste circuito simples: ao pressionarmos o boto pulso 1S, a vlvula 3/2 vias pilotada, fazendo com que o ar alimente a cmara de entrada do cilindro. A fora desse ar vence a fora de resistncia da mola e o cilindro continua avanando at o fim de seu curso ou at que o boto da vlvula esteja pressionado. Se retirarmos o dedo do boto, a mola presente na vlvula far com que ela retorne sua posio original, impedindo a passagem de ar para o cilindro. Sem ar na cmara de alimentao, a mola far com que o atuador retorne sua posio original.

Se construirmos um circuito com comando indireto, tal problema poder ser resolvido. Neste novo diagrama pneumtico, uma vlvula 3/2 vias, acionada por boto e retornada por mola, pilota uma vlvula 3/2 vias duplo piloto, o que garante que o cilindro de simples ao chegue at o final de seu curso. O retorno do cilindro pode ser feito por meio de uma outra vlvula 3/2 vias acionada por boto e retornada por mola ou ento por um fim-de-curso do tipo rolete, conforme pode ser visto nas Figuras 9 e 10, respectivamente.

3

Figura 9 Circuito de pilotagem de um cilindro de simples ao

O cilindro da Figura 9 avanar quando pressionado o boto pulso 1S1 e continuar avanando at que seja pressionado o boto 1S2, usado para que o cilindro retorne para sua posio inicial.

3

Neste ltimo caso, quando o cilindro (atuador) chegar ao final de seu curso, ir acionar mecanicamente o rolete 1S2, da vlvula 3/2 vias rolete/mola, no havendo necessidade da interveno do operador para o retorno do cilindro. A vlvula 1S2

pilotar o lado direito da vlvula 1V, de modo que cesse a alimentao de ar para o cilindro 1A.

Pode-se perceber que, no caso de um atuador de simples ao, normal a utilizao de uma vlvula 3/2 vias, que possui somente uma via de utilizao de ar. O cilindro de simples ao necessita de ar somente para seu avano, o retorno pode ser realizado por meio da mola em seu interior. Entretanto, no h nada que impea o operador de utilizar uma vlvula 5/2 vias ou uma 4/2 vias. Evidentemente, estar ciente que desperdia uma via, a de retorno. Em caso de urgncia, por exemplo, numa fbrica em que h abundncia de vlvulas 5/2 vias para reposio e escassez de vlvulas 3/2 vias, pode-se recorrer a tal artifcio, transformando uma vlvula 5/2 vias duplo piloto em uma 3/2 vias duplo piloto, tampando-se uma das vias de utilizao, conforme pode ser visto na Figura 11.

1A

1S2

3

Utilizando-se atuadores de dupla ao, h a necessidade de envio de ar para a cmara que faz o avano do cilindro e depois para a cmara de retorno. Tal fornecimento de ar pode ser feito por duas vlvulas 3/2 vias ou por uma nica vlvula 5/2 vias. No circuito da Figura 12, uma vlvula 3/2 vias boto/mola utilizada para se fazer o avano do cilindro e outra idntica para seu retorno. Enquanto estiver sendo fornecido ar para o atuador, ele continuar avanando. O avano interrompido, portanto, assim que o boto for desacionado (ou seja, quando o operador retirar o dedo da vlvula 1S1). Para que o cilindro retorne h a necessidade de se pressionar o boto da vlvula 1S2, conforme pode ser visto na Figura 12.

O prximo circuito utiliza um atuador de dupla ao e uma vlvula 5/2 vias boto trava/mola. Aqui o cilindro avanar assim que o boto for pressionado e continuar avanando at o fim de seu curso, a menos que o operador pressione novamente o boto trava, fazendo com que a vlvula 5/2 volte sua posio original, fornecendo ar para o retorno do cilindro. Pode-se perceber, portanto, que para o retorno do atuador, o boto trava deve ser destravado.

O avano de um cilindro de dupla ao pode ser comandado de dois lugares diferentes, ou seja, dois botes-pulso podem ser posicionados em cmaras distintas e efetuarem a mesma operao, conforme ilustra a Figura 14. Para tanto se utiliza uma vlvula OU. O retorno dever ser feito por meio de uma vlvula 3/2 vias boto/mola.

O comando do atuador da Figura 14 conhecido como direto, porque o ar enviado do boto pulso diretamente para as cmaras do cilindro, sem a necessidade das vlvulas direcionais.

A Figura 15 apresenta um desenho em corte de uma vlvula OU.

Figura 15 Vlvula OU

Na Figura 15, o ar que passa pela via 1 ou X, desloca o pequeno mbolo para a direita, de modo que a passagem de ar da via 3 ou Y para a via 2 ou A seja tampada e o ar passe para a via 2 ou A, de utilizao, para que efetue algum trabalho. Da mesma maneira, se o ar passar pela via 3 ou Y, o mbolo ser deslocado para a esquerda, de modo que a passagem de ar da via 1 ou X para a via 2 ou A seja impedida. Esta vlvula conhecida como OU porque o ar passar para a via 2 se vier tanto da via 1 OU da via

3. Caso o ar venha simultaneamente para as vias 1 e 3, o ar passar normalmente para a via 2.

Entretanto, o circuito mais comum aquele que faz um ciclo inteiro sem a necessidade de interveno do operador, ou seja, o retorno do cilindro aps atingir o final de seu curso realizado automaticamente por algum componente no prprio circuito. Este componente um fim-de-curso, que pode ser do tipo rolete ou do tipo sensor. A Figura 16 ilustra um circuito desse tipo. Como h a necessidade de uma vlvula direcional, que direciona o ar para o atuador, chamamos tal comando de indireto.

O diagrama pneumtico da Figura 16 ilustra um ciclo nico de um cilindro de dupla ao. E se quisssemos um atuador que realize um ciclo contnuo ilimitado? A soluo seria simplesmente substituir a vlvula 3/2 vias boto pulso/mola por uma vlvula 3/2 vias boto trava/mola? Veja esta soluo apresentada na Figura 17. importante ressaltar que mesmo que o boto pulso seja despressionado antes que o atuador alcance o final de seu ciclo, o cilindro continuar avanando, uma vez que a vlvula direcional 5/2 vias duplo piloto, uma vez fornecido ar para uma de suas pilotagens, permanece nesta posio. Por isso tambm conhecida como vlvula memria, j que memoriza o ltimo acionamento.

No circuito da Figura 17, o cilindro no realizar um ciclo contnuo ilimitado. Ao pressionarmos o boto trava da vlvula 1S1, ela pilotar a vlvula direcional 5/2 vias, que far com que o atuador avance. Ao chegar ao final de seu ciclo, pressionar a vlvula 1S2, que enviar ar para o retorno da vlvula direcional. Entretanto, a vlvula 1.2 ainda est acionada, enviando ar no sentido contrrio, o que faz com que a vlvula 5/2 vias permanea parada e conseqentemente com que o cilindro no retorne. necessrio, portanto, que seja adicionado um componente, que retire o ar que pilote a vlvula direcional 5/2 vias pela esquerda quando o cilindro chegar ao fim de seu curso e acionar 1.3, para evitar o que chamamos de contrapresso. Tal circuito ilustrado na Figura 18.

3

No circuito da Figura 18, a vlvula 3/2 vias rolete/mola 1S2, responsvel pelo avano do cilindro est em contato com o atuador, como pode ser visto pela rea hachurada do lado do rolete, o que permite a passagem de ar quando for pressionado o boto trava da vlvula 3/2 vias 1S1, pilotando desta forma a vlvula direcional e permitindo o avano do atuador. Assim que o cilindro partir, a vlvula 1S2 no estar mais em contato com o cabeote do cilindro, retornando, portanto, sua posio original (que Normalmente Fechada NF), como pode ser percebido por meio da Figura 19.

De acordo com a Figura 19, quando o cilindro atingir a vlvula 1S3, liberando o ar para a pilotagem direita da vlvula direcional 5/2 vias, no haver mais ar pilotando o lado esquerdo da vlvula, permitindo que a vlvula direcional retorne sua posio original e que o cilindro recue, completando o ciclo. O ciclo ser reiniciado automaticamente quando o atuador recuar completamente, pressionado o rolete da vlvula 1S2, permitindo novamente a pilotagem esquerda da vlvula direcional, formando

o ciclo contnuo.

Aqui se torna necessria uma pausa para que se possa explicar a numerao das vlvulas. Desde o circuito da Figura 16 que o leitor passou a conviver com os nmeros 1S2 E 1S3. Mas o que significam? A numerao das vlvulas importante para que se possam relacionar os nmeros que ficam ao lado do cilindro com as vlvulas que esto no circuito, pilotando outras vlvulas. Na Figura 18, a forma de se saber que a designao 1S3 no fim do curso do cilindro corresponde vlvula da direita, que pilota o retorno da vlvula direcional 5/2 vias. Esta numerao segue uma regra, que foi apresentada em tabelas nos itens anteriores. Ao final da apostila ser explicado brevemente como seria a numerao de vlvulas seguindo a norma DIN24300.

Suponhamos agora que, num ciclo contnuo, desejemos que o cilindro permanea avanado durante 5 segundos. H a necessidade da insero de uma vlvula temporizadora no circuito, conforme pode ser visto na Figura 20.

O princpio construtivo de uma vlvula temporizadora pode ser visto no apndice, ao final desta apostila.

No diagrama pneumtico da Figura 20, a vlvula 3/2 vias rolete/mola 1S3 no liberar o ar para pilotar diretamente a vlvula direcional 5/2 vias. Antes, o ar ir para uma vlvula temporizadora, que liberar o ar para pilotagem aps um certo tempo.

No circuito da Figura 21, foi inserido no ciclo contnuo um boto de emergncia, que faz com que o cilindro retorne imediatamente, no importa qual sua posio. E aps este retorno, no possvel que se reinicie o ciclo, a menos que o boto de emergncia seja pressionado novamente, liberando a vlvula direcional para ser pilotada na via esquerda.

No circuito da Figura 21, v-se a insero de uma vlvula do tipo OU. Seria possvel construir o diagrama sem esta vlvula, como est ilustrado na Figura 22?

Se trassemos o circuito de acordo com o que est apresentado na Figura 22, ele estaria incorreto. O cilindro no retornaria aps pressionar o fim-de-curso 1S3. Por qu? simples: ao pressionar 1S3, a vlvula 3/2 vias deveria enviar ar para a pilotagem direita da vlvula direcional. S que o ar, em vez de pilotar esta vlvula, ir para o escape da vlvula de emergncia, fazendo com que o circuito no funcione adequadamente e seja considerado errado, como pode ser percebido por meio da Figura

23.

A Figura 23 ilustra muito bem este problema. O ar que sai da vlvula 1S3 ir para

o escape da vlvula de emergncia, como mostram as setas que indicam o sentido do fluxo de ar.

Em todos os circuitos traados at agora, no possvel a regulagem da velocidade de avano ou de retorno, que uma varivel muito importante na pneumtica e na hidrulica. Como fazer este ajuste, ento? Deve-se utilizar uma vlvula chamada reguladora de fluxo. Ajustando-se o fluxo, regula-se a velocidade tambm. Isso se torna claro quando se sabe que a vazo de um fluido diretamente proporcional sua velocidade.

A Figura 24 traz um desenho esquemtico do funcionamento desta vlvula.

Figura 24 Desenho esquemtico de uma vlvula reguladora de fluxo com bloqueio.

Na Figura 24, percebe-se que se o ar sob presso vier da via 2 para a via 1, ele obrigado a passar por um estrangulamento, regulado por um parafuso, de acordo com a necessidade do circuito. O ar no consegue passar pela outra via porque h um bloqueio. Se a presso for conectada na via 1 indo no sentido da via 2, esta presso suficiente para vencer a fora da mola e o ar passar livre neste sentido.

O smbolo deste componente est representado a seguir:

Agora, necessrio aprender a traar circuitos com mais de um atuador. Antes, entretanto, preciso que se expliquem as diferentes maneiras de representao do movimento dos cilindros pneumticos. As formas mais utilizadas so: tabela, digrama trajeto-passo ou trajeto-tempo e abreviada. Todas elas so bastante simples e representam perfeitamente qualquer seqncia de movimentos.

Seja, por exemplo, a tabela a seguir:

Passo

Movimento

Comando

1

Avano de 1A

Boto

2

Avano de 2A

Fim-de-curso

3

Retorno de 1A

Fim-de-curso

4

Retorno de 2A

Fim-de-curso

Tabela 1 Representao dos movimentos dos cilindros em um circuito

Na Tabela 1, podemos inferir que os cilindros movimentaro da seguinte maneira: 1A avana, em seguida, ao chegar ao fim de seu curso, provoca o avano de 2A. Ao chegar ao fim de seu curso, 2A comanda o retorno de 1A. Assim que 1A estiver totalmente retornado, inicia-se o retorno de 2A, fechando-se assim o ciclo de movimentos dos cilindros.

Esta mesma srie de movimentos pode ser representada por meio de um diagrama trajeto-passo, como representado na Figura 25.

Figura 25 Diagrama trajeto-passo

A Figura 25 apresenta um diagrama trajeto-passo, que representa a mesma seqncia de movimentos apresentada na Tabela 1.

Por fim, a maneira mais simplificada e utilizada de representar movimentos de cilindros pneumticos a abreviada. Nesta forma, o sinal + significa avano e o sinal - retorno. Desta maneira, a mesma seqncia apresentada na Tabela 1 e na Figura 25 pode ser representada assim:

1A+2A+1A-2A-

Chamamos esta seqncia de direta, pois se a dividirmos ao meio e compararmos os lados direito e esquerdo, desconsiderando-se os sinais, eles so exatamente iguais:

1A+2A+|1A-2A-

1A2A = 1A2A

Caso isso no acontea, chamamos a seqncia de indireta.

As seqncias diretas tm resoluo mais simples pelo mtodo intuitivo (aquele que no obedece a uma regra especfica, dependendo somente do raciocnio de quem confecciona o circuito), pois nelas no ocorre o problema da contrapresso (sobreposio de sinais).

A Figura 26 traz a soluo da seqncia 1A+2A+1A-2A- por meio do mtodo intuitivo.

1S3

Se tentarmos utilizar o mesmo raciocnio para resolver uma seqncia indireta, 1A+2A+2A-1A-, vai ocorrer, em um ou vrios pontos do diagrama, uma sobreposio de sinais.

1A+2A+|2A-1A-

1A2A 2A1A

A seqncia 1A+2A+2A-1A- indireta, pois o lado direito diferente do lado esquerdo.

A Figura 27 traz a soluo errada deste problema, resolvida pelo mtodo intuitivo. Como pode ser observado, h sobreposio de sinais.

1S3

Na Figura 27, podemos perceber que, ao ligarmos o compressor, haver ar sendo enviado para o lado direito da primeira vlvula direcional 5/2 vias 1V1, responsvel pelo avano do cilindro 1A. Ento, ao pressionarmos o boto pulso 1S1, enviando ar para o lado esquerdo da vlvula 1V1, a mesma no ser pilotada, pois acontecer o que chamamos de contrapresso. H uma presso de igual valor em ambos os lados da vlvula, o que faz com que a mesma no se mova. Portanto, o cilindro 1A nem chega a avanar, impossibilitando o incio do ciclo.

Para que o ciclo se inicie, ao ligarmos o compressor, a vlvula 3/2 vias 2S1 no poder estar enviando ar para a vlvula direcional 1V1.

Podemos comear resolvendo o problema inserindo uma outra vlvula 5/2 vias. Sua primeira funo retirar a presso da vlvula 2S1 quando o compressor for ligado.

A Figura 28 ilustra o primeiro passo desta soluo.

1

Na Figura 28, a vlvula 5/2 vias inserida no libera inicialmente o ar para a 3/2 vias 2S1, a no ser quando o seu lado esquerdo for pilotado. Quando ser necessrio que seja liberado o ar para a vlvula 2S1? Quando for preciso fazer o retorno do cilindro

A. Este retorno realizado aps o avano de B, segundo a seqncia 1A+2A+2A-1A-. Utilizaremos ento o fim-de-curso do cilindro B, 1S3 para a pilotagem direita desta vlvula 5/2 vias.

Assim, o ciclo j funcionaria e efetuaria a seqncia, mas a vlvula 5/2 vias inserida uma vlvula memria, de modo que, para reiniciar o ciclo, quando for pressionado o boto pulso que d incio seqncia, necessria a pilotagem esquerda desta vlvula. Assim, a soluo correta e completa pode ser vista na Figura 29.

3 1

Desta maneira, praticamente todas as seqncias podem ser confeccionadas utilizando-se o mtodo intuitivo. Evidentemente, o grau de dificuldade vai aumentando medida que as seqncias sejam mais compridas.

Para simplificar a resoluo de seqncias indiretas, foram criados dois mtodos, que obedecem a regras rgidas de construo de circuitos: o mtodo cascata e o mtodo passo-a-passo.

Como ltimo circuito feito pelo mtodo intuitivo, daremos o exemplo de um circuito com movimento simultneo, isto , dois cilindros realizam movimentos ao mesmo tempo. Seja a seqncia 1A+(2A+3A+)2A-(1A-3A-), apresentada na Figura 30.

2

1

1

No circuito da Figura 30, os cilindros 2A e 3A possuem somente um fim-de-curso,

o que se deve pelo fato de que h nesta seqncia movimentos simultneos.

Mtodo Cascata

O mtodo cascata foi criado para evitar o problema da sobreposio de sinais e pode resolver tanto seqncias diretas como indiretas. A contrapresso evitada porque dividimos a seqncia em setores e cada setor pode conter somente um movimento de cada cilindro pneumtico.

O primeiro passo para a construo de um circuito pneumtico a diviso da seqncia em setores:

Resolvendo o diagrama 1A+2A+2A-1A- pelo mtodo cascata, temos:

1A+2A+|2A-1A- Setor I | Setor II

A diviso de setores obedece a esta regra: quando uma letra se repetir, inicia-se um novo setor.

A partir da determina-se o nmero de linhas pneumticas que controlam a mudana destes setores. Cada setor tem de possuir uma linha pneumtica. O nmero de vlvulas 5/2 vias ou 4/2 vias que controlam a mudana de setores igual ao nmero de linhas menos um.

Desta forma, a seqncia 1A+2A+2A-1A-, tem duas linhas e uma vlvula 5/2 vias, como pode ser visto na Figura 31.

1

A Figura 32 apresenta uma cascata pneumtica para dois setores utilizando uma vlvula 4/2 vias.

Nas Figuras 31 e 32, podemos perceber que a linha que inicia pressurizada sempre a ltima. uma outra regra do mtodo.

Para trs setores, a cascata apresentada na Figura 33.

A Figura 35 apresenta uma cascata pneumtica para quatro setores utilizando vlvulas 4/2 vias.

Como funciona esta cascata? Vamos dar uma olhada na cascata da Figura 34. A ltima linha comea pressurizada. A primeira ao pilotar a ltima vlvula 5/2 vias, passando a presso para a primeira linha, como pode ser visto na Figura 36.

A mudana do ar da linha II para a linha III pode ser feita pilotando-se a penltima vlvula 5/2 vias, como pode ser visto na Figura 37.

Ao pilotarmos a primeira vlvula 5/2 vias, a presso passa para a linha III, de acordo com a Figura 38.

Para que o ar retorne para a ltima linha, a de nmero IV, necessrio que as trs vlvulas sejam pilotadas de volta, voltando posio original, como pode ser visto na Figura 39.

I II

Na Figura 40, os fins-de-curso tipo rolete 1S2, 1S3, 2S1 E 2S2 so responsveis pelo avano e retorno dos cilindros, bem como pela mudana de linhas. Nesta mesma figura, a linha II representa o setor II, no qual so feitos os movimentos de retorno dos cilindros pneumticos A e B e a linha I representa o setor I, no qual so feitos os movimentos de avano dos cilindros A e B.

Para traar um diagrama pneumtico para uma seqncia de trs setores, h a necessidade de se utilizarem duas vlvulas 5/2 vias duplo piloto para o direcionamento da presso para todas as linhas do circuito. Entretanto, isso no implica dizer que no se possa usar mais vlvulas 5/2 vias no circuito. Tanto que h mais vlvulas 5/2 vias em todo o circuito, que so as direcionais utilizadas em todos os atuadores para a confeco de seqncias indiretas. O que no pode ser feita no mtodo cascata a utilizao de outras vlvulas 5/2 vias para o controle da mudana do ar nas trs linhas pneumticas.

A Figura 41 traz a seqncia 1A+2A+2A-3A+3A-1A- traada com o mtodo cascata.

I II III

De acordo com o diagrama apresentado na Figura 41, os avanos dos cilindros 1A e 2A so feitos na linha I. Na linha II feito o retorno de 2A e o avano de 3A, enquanto que na linha II so feitos os retornos dos cilindros 3A e 1A.

Para que a presso retorne, ao final do ciclo, para a ltima linha, necessrio que a vlvula 3S2 pilote simultaneamente as duas vlvulas 5/2 vias.

A prxima seqncia, 1A+2A+3A+(3A-2A-)1A- traz um movimento simultneo, ou seja, os cilindros 3A e 2A retornam ao mesmo tempo. Esse movimento representado entre parnteses, como foi visto no circuito da Figura 30. O circuito pode ser estudado por meio da Figura 42.

I II

A Figura 43 traz um diagrama traado pelo mtodo cascata, em que um cilindro repete um determinado movimento. Chamemos a esse tipo de circuito de cascata com repetio de movimento. A seqncia 1A+2A+2A-1A-1A+1A-.

I II III IV

Mtodo passo-a-passo

Para se traar um diagrama pneumtico com o mtodo passo-a-passo, primeiramente necessrio separar a seqncia de movimentos em setores. Neste mtodo, cada movimento um setor.

Seja a seqncia:

1A+|2A+|2A-|1A

Setor I | Setor II | Setor III | Setor IV

Para cada setor, ser necessria uma linha pneumtica que efetue o movimento indicado.

Nesta metodologia para resoluo de circuitos pneumticos, a ltima linha tambm sempre comea pressurizada, como no mtodo cascata.

Assim, o esqueleto para um diagrama passo-a-passo com quatro linhas apresentado na Figura 44.

I II III IV

Na Figura 44, podemos perceber que a linha IV comea pressurizada. A primeira ao a ser tomada a despressurizao desta ltima linha e a pressurizao da primeira. Para mudarmos a presso para a primeira linha, utilizamos um boto pulso que pilotar uma vlvula 3/2 vias duplo piloto. Para retirarmos o ar da ltima linha, utilizamos

o ar que agora est na primeira linha para pilotar a ltima vlvula, que dava presso linha IV. Agora temos a linha I pressurizada e podemos comear a seqncia de

movimentos com o avano do cilindro A. Na Figura 45 esto representados o avano de 1A e de 2A:

I II III IV

De acordo com o circuito apresentado na Figura 45, pode-se perceber que o ar agora foi direcionado para a segunda linha. Para tanto, utilizou-se a vlvula 2.2, fim-decurso do atuador A. Emprega-se o ar que passa para a linha II para a pilotagem da vlvula anterior, de modo que a linha I seja despressurizada.

A partir deste raciocnio, pode-se estabelecer uma regra geral para a confeco de circuitos pelo mtodo passo-a-passo: a ltima linha inicia pressurizada. A primeira ao despressurizar esta ltima linha e pressurizar a primeira. Depois se despressuriza a primeira linha e pressuriza a segunda e assim por diante. Utiliza-se o ar que est na linha N+1 para pilotar o retorno da vlvula que pressurizou a linha N. A tomada de ar utilizado nos fins-de-curso que pilotam as vlvulas 3/2 vias responsveis pela pressurizao das linhas feita da seguinte maneira: se a vlvula vai pressurizar a linha N, o ar pego da linha N-1.

O ar pode ser puxado diretamente das linhas para as vlvulas direcionais, responsveis pelo avano e retorno dos atuadores, respeitando a seqncia que se quer traar.

A Figura 46 apresenta o circuito pneumtico traado pelo mtodo passo-a-passo da seqncia 1A+2A+2A-1A-.

I II III IV

Para que o aluno possa estudar um outro circuito, apresentado na Figura 47 o diagrama pneumtico da seqncia 1A+1A-2A+2A-, traado utilizando-se o mtodo passo-a-passo. Estas seqncias apresentadas so clssicas e aplicaes podem ser vistas na lista de exerccios desta apostila, contida no apndice. importante que o aluno sempre imagine uma aplicao para estas seqncias que est traando, para que

o estudo no fique muito restrito traagem de circuitos. A teoria fsica que envolve a manipulao de cilindros muito importante e deve ser sempre recordada! importante no se esquecer que o mtodo passo-a-passo mais simples para ser seguido, mas cada um dos mtodos utilizados tem suas vantagens e desvantagens e se eles existem porque tm sua aplicao na indstria.

Neste ponto, importante que o aluno pondere as vantagens e desvantagens de cada mtodo para que se decida pelo melhor na hora de traar seus circuitos. O mtodo passo-a-passo, por exemplo, tem a desvantagem de ter muito mais linhas pneumticas, estando muito mais sujeito a quedas de presso ao longo do circuito. Isso em relao ao mtodo cascata. Por outro lado tem a vantagem j mencionada de ser um mtodo mais fcil do que o cascata, de melhor assimilao.

I II III IV

A vlvula 2S1 chamada de vlvula de segurana e sempre ser posicionada no ltimo movimento da seqncia e acima da vlvula 1S1, que d incio seqncia de movimentos. Uma de suas funes principais evitar que um novo aperto no boto pulso, no meio da seqncia de movimentos, interfira no funcionamento do circuito.

A Figura 48 mostra um circuito traado pelo mtodo passo-a-passo para a seqncia 1A+2A+1A-1A+2A-1A-. uma seqncia complicada, mas ainda assim, podese perceber que o circuito obtido mais simples do que aquele obtido por meio do mtodo cascata.

O aluno pode se fazer a seguinte pergunta, ao perceber que todos os circuitos foram traados com vlvulas direcionais 5/2 vias DUPLO PILOTO: no possvel utilizar vlvulas direcionais simples piloto? Aqui, para responder esta questo, seria conveniente que este aluno tentasse traar o circuito da Figura 47, por exemplo, para ele mesmo responder esta questo.

Uma outra dica, para finalizar este mtodo, que o aluno utilize um software como o Fluidsim para traar seus circuitos, mas que no fique preso a tentativas e erros, permitidas por qualquer programa computacional, mas que compreenda de fato o que est fazendo.

I II III IV V VI

Pode-se perceber na Figura 48, que o circuito possui 6 linhas pneumticas. No mtodo passo-a-passo cada movimento corresponde a um setor e conseqentemente a uma linha pneumtica.

Neste circuito, em que o avano do cilindro 1A realiza duas funes avano de 2A na linha II e retorno de 2A na linha V. Da mesma maneira o retorno de 1A realiza duas funes avano de 1A na linha IV e fim do ciclo na linha VI.

No circuito apresentado, o fim do ciclo corresponderia a uma vlvula de segurana.

O diagrama pneumtico da Figuras 48 foi traado utilizando-se apenas dois fins-de-curso do tipo rolete por cilindro. Isso faz com que cada rolete assuma duas funes, como foi dito nos pargrafos anteriores. Portanto, cada rolete que realiza mais de uma funo dever alimentar uma vlvula 5/2 vias (cada via de utilizao desta vlvula realizar uma tarefa de um rolete). Desta maneira, uma via da vlvula 5/2 vias realizar a tarefa do rolete 1S3 (avano do cilindro 2A) e a outra via realizar a tarefa de retorno do cilindro 2A. As demais regras do mtodo passo-a-passo devem ser obedecidas. Desta maneira, o nmero de vlvulas 3/2 vias que alimentam as linhas corresponde ao nmero de linhas, no caso seis, a linha posterior pilota o retorno da vlvula anterior, que

pressurizava a linha anterior. O ar para a pilotagem da vlvula que pressuriza a linha posterior retirado da linha anterior e assim por diante. As normas do mtodo passo-apasso no sofrem nenhuma modificao.

Quanto menor o nmero de fins-de-curso, melhor para a montagem prtica do circuito. Isso porque difcil o posicionamento de roletes nas mquinas. H todo um aparato necessrio para a insero de fins-de-curso na indstria e quanto maior o nmero maior a complexidade da instalao. Lembre-se que cada fim-de-curso corresponde a uma nova vlvula, a conexes pneumticas (mais tubos), a confeco de suportes, de modo que o melhor projeto aquele com menos nmeros de fins-de-curso.

ELETRO-PNEUMTICA

Principais componentes utilizados

1. Rel

O rel uma bobina que, ao ser energizada, produz um campo magntico capaz de atrair contatos eltricos. Assim, ao se energizar a bobina de um rel, todos os seus contatos so invertidos e ao desenergiz-la, todos estes contatos voltam sua posio original. A Figura 50 ilustra um rel K1, com quatro contatos (dois normalmente abertos NA e dois normalmente fechados NF).

Bobina Contatos do rel 1 2 345

Ao se energizar a bobina deste rel K1, todos os seus contatos tm sua posio invertida, como ilustrado na Figura 51.

Bobina Contatos do rel 0V 1 2345

13

23

31

41

K1

K1

K1

K1

K1

14

24

32

42

+24V

Figura 51 Um rel K1 energizado, com 2 contatos NA e dois contatos NF

A Figura 52 traz uma foto de uma caixa de rels, contendo trs bobinas, cada uma com quatro contatos, fabricada pela Festo.

Figura 52 Uma caixa com trs rels, cada um possuindo quatro contatos, que podem ser fechados ou abertos

2. Botoeira

Os botes so elementos de acionamento de circuitos pneumticos e eletropneumticos. So eles os responsveis pelo incio do ciclo, pelo primeiro movimento de uma seqncia qualquer.

A Figura 53 apresenta uma foto de uma caixa de botes fabricada pela Festo. Esta caixa de botes traz trs botes, dois pulso e um trava. Este boto trava mais utilizado para a traagem de circuitos com ciclo contnuo, limitado ou ilimitado. O boto trava para botes de emergncia, como o prprio nome indica, deve ser vermelho, para que o operador o visualize mais facilmente em situaes crticas. Esta caixa apresentada na Figura 53 didtica, mas a nica coisa que a difere de um boto industrial o tipo de suporte e as indicaes mais fceis impressas na face da caixa, indicando com clareza as numeraes de todos os contatos.

Figura 53 Uma caixa com trs botes, um trava e dois pulso (vermelhos), cada um com quatro contatos, 2NA e 2NF

3. Solenide

O solenide tambm um m permanente e tem a finalidade de atrair o eixo das vlvulas, responsvel pela pilotagem das mesmas. Na Figura 54 apresentada uma vlvula 5/2 vias simples solenide.

4. Circuitos eletro-pneumticos

Utiliza-se a eletricidade como uma maneira de se pilotar as vlvulas direcionais. O solenide, componente que utiliza suas caractersticas de m permanente, o mais adequado para o deslocamento do eixo que direciona o ar no interior das eletrovlvulas. Os circuitos eletro-pneumticos so comumente divididos em duas partes: a pneumtica, que representa o cilindro e as vlvulas direcionais e a eltrica, que representa o circuito eltrico responsvel pela seqncia de movimentos do atuador. Os dois circuitos podem ficar lado a lado ou, no caso de se tornarem compridos demais, mantm-se o pneumtico acima e o eltrico abaixo.

A Figura 55 ilustra um circuito eletro-pneumtico simples.

No circuito da Figura 55, no se pode dizer que o cilindro realiza um curso. Isto porque a vlvula direcional 3/2 vias simples solenide 1V se manter acionada somente

o tempo em que o operador mantiver o boto S1 pressionado. Assim que o boto S1 for desacionado, cessar o envio de energia eltrica para o solenide 1Y, fazendo com que a vlvula 1V retorne e que o atuador 1A tambm retorne.

Ainda na Figura 55, pode-se notar que os contatos do boto e do solenide esto numerados. Esta numerao segue a regra dada a seguir:

Contatos normais fechados recebem a numerao 1 e 2 enquanto que contatos normais abertos recebem a numerao 3 e 4. Estes nmeros ocupam a segunda posio na numerao dos contatos do circuito. O primeiro algarismo se refere ao nmero de um determinado componente. Se o circuito possuir dois contatos, o primeiro receber a numerao 1 e o segundo a numerao 2. Assim, os contatos de S1, nico e normal aberto, recebe a numerao 13 e 14. (1 porque o nico contato de S1 e 3 e 4 porque este contato normal aberto).

Assim, considere a Figura 56.

13

21

S1

S1

14

22

Figura 56 Contatos de um mesmo boto pulso

Agora se tem dois contatos de um mesmo componente (um boto pulso S1). Ento, os contatos do primeiro componente recebe a numerao 13 e 14 (1 porque o primeiro contato do componente e 3 e 4 porque o contato normal aberto) e o segundo contato do boto S1 recebe a numerao 21 e 22 (2 porque o segundo contato de S1 e 1 e 2 porque este contato normal fechado).

Os contatos de rels e solenides recebem sempre a numerao A1 e A2.

No circuito da Figura 57, para se garantir que o cilindro chegue at o final de seu curso, coloca-se um boto trava. Assim, somente quando ele for pressionado novamente que cessar o envio de energia eltrica para o solenide e a vlvula e o cilindro retornaro.

O retorno das vlvulas simples solenide feito pela mola. Para que a vlvula permanea pilotada, necessrio que o solenide 1Y esteja energizado, vencendo a fora da mola. No circuito da Figura 57, o solenide foi mantido energizado por meio de um boto trava. Mas seria possvel manter o solenide energizado com um boto pulso? Sim, mas h a necessidade de se utilizar um rel.

1Y

No circuito da Figura 58, pode-se perceber uma ramificao na linha 1, em que foi inserido um contato do rel K1. No detalhe na Figura 59.

Um rel trabalha da seguinte maneira: quando sua bobina energizada, ele inverte TODOS os contatos. Assim que a bobina for desenergizada, TODOS os contatos voltam posio original.

Na Figura 59 est ilustrado o que se chama por selo ou auto-reteno. Assim que a bobina do rel K1 energizada pelo boto pulso S1, ela inverte seus contatos. Desta forma, mesmo que o boto S1 seja desacionado, o rel K1 se mantm energizado por meio de um de seus contatos (13 e 14). Este artifcio recebe o nome de selo e

usado para manter o solenide 1Y energizado, garantindo que o cilindro v at o final de seu curso.

Entretanto, no circuito da Figura 59, o cilindro de simples ao no retorna porque

o rel K1 se mantm energizado. H a necessidade de desenergiz-lo e para tanto, num primeiro circuito, utilizar-se- um outro boto.

No circuito da Figura 60, o atuador retornar quando a bobina do rel K1 for desenergizada. Utiliza-se um boto pulso S2 para a desenergizao da bobina. Ao se fazer isso, diz-se que o selo de K1 foi quebrado.

Mas h um outro lugar onde se possa inserir S2 para quebrar o selo de K1? Sim. Veja na Figura 61.

+24V 1 2 3

23

S1

24

K1

1Y

0V

Figura 61 Circuito eletro-pneumtico

A maneira de se quebrar o selo da Figura 60 chamada de comportamento de desligar dominante. Isso porque ao se pressionarem os botes S1 e S2 simultaneamente, no se conseguir energizar o rel K1 (o rel permanece desligado).

Na Figura 61, o mtodo de se quebrar o selo chamada de comportamento de ligar dominante porque ao se pressionarem os botes S1 e S2 simultaneamente, o rel K1 ser energizado.

Nos primeiros circuitos eletro-pneumticos apresentados nas figuras anteriores, h a necessidade da interveno do operador, por meio de um outro boto pulso, para o retorno do cilindro. H como fazer este retorno automaticamente? H sim. Basta utilizar um fim-de-curso do tipo rolete, como apresentado na Figura 62.

+24V 1 2 3

1S

23

S1

1Y

0V

No circuito da Figura 62, foi necessria a utilizao de uma vlvula 3/2 vias porque o atuador de simples ao. O retorno automtico porque, quando o cilindro bater no rolete 1S, ele abrir seu contato, desenergizando o rel K1 e conseqentemente

o solenide 1Y.

importante ressaltar que o piloto das eletrovlvulas apresentadas at aqui feito diretamente pelo solenide, ou seja, ele atua no prprio eixo da vlvula, direcionando o ar. H uma maneira mais segura de se pilotar as eletrovlvulas, indireta, em que o solenide desloca um eixo secundrio, que permite a passagem de ar para a pilotagem do eixo que direciona o ar. Esta maneira de se pilotar a vlvula, chamada de servocomando, mostrada no circuito da Figura 63.

+24V 1 2

1A

1Y1

No circuito da Figura 63, a vlvula 1V chamada de 5/2 vias duplo servocomando. Para se energizar o solenide 1Y1, utiliza-se um boto pulso S1. Um pulso somente basta para energizar 1Y1. A vlvula se manter pilotada at que seja fornecida energia eltrica para o solenide 1Y2. Esta vlvula tambm conhecida como vlvula memria, pois memoriza o ltimo acionamento. Neste circuito no h necessidade de auto-reteno, porque o solenide no precisa se manter energizado at que o cilindro atinja o fim de seu curso.

O cilindro da Figura 63 realiza somente um ciclo nico. Se o operador mantiver o boto S1 pressionado, o atuador avanar e no retornar at que ele retire seu dedo do boto pulso. Isso porque quando o cilindro chegar at o fim-de-curso 1S, energizando 1Y2, 1Y1 ainda estar energizado, o que resultar em contrapresso. A vlvula 1V, neste caso, no poder ser pilotada para que o cilindro retorne.

E se a mquina requerer um ciclo contnuo? O circuito em que o atuador realiza o ciclo contnuo ilimitado apresentado na Figura 64.

Para que seja feito um ciclo contnuo, quando o cilindro chegar at o rolete 1S1, para energizar 1Y2, 1Y1 deve estar desenergizado, para no ocorrer contrapresso. Insere-se no circuito um novo fim-de-curso 1S1, normal aberto, no curso de retorno do cilindro. O contato do fim-de-curso S3 representado fechado no circuito (embora possa ser reconhecido como normal aberto por dois fatores seus contatos recebem a numerao 13 e 14 e tambm h uma seta em cima de 1S1, representando o cames). Chamamos este contato de normal aberto e inicialmente fechado.

Assim, no circuito da Figura 64, quando o cilindro partir, ele deixar de estar em contato com 1S1, que tem seus contatos voltados ao que so realmente (abertos).

Quando o cilindro atingir 1S2 para energizar 1Y2, como 1S1 est aberto, no haver energia eltrica em 1Y1, no havendo, portanto, o perigo de contrapresso. O cilindro realizar um ciclo contnuo.

A Figura 65 apresenta um circuito contnuo ilimitado traado com uma vlvula direcional 5/2 vias simples servocomando.

+24V 1 2

1A

1Y1

No circuito da Figura 65, o fim-de-curso 1S1 utilizado somente para que o rel K1 no seja energizado novamente aps a quebra do selo por 1S2. Quando o atuador comea seu retorno, 1S2 fecha novamente seus contatos. Se no existisse 1S1, assim que o contato 1S2 fosse fechado, a bobina do rel K1 se energizaria novamente.

Nos circuitos das Figuras 64 e 65 sero inseridos botes de emergncia. H vrios princpios de funcionamento dos botes de emergncia, que aos poucos sero apresentados nesta apostila. O mais usado aquele que faz com que o cilindro retorne imediatamente quando pressionado, no importa em que posio esteja. Para que isso acontea, no caso de vlvulas duplo solenide ou duplo servocomando, deve-se desenergizar o solenide responsvel pelo piloto esquerdo da vlvula e energizar o solenide responsvel pelo retorno do cilindro, conforme apresentado na Figura 66.

1A

1Y1

Figura 66 Circuito eletro-pneumtico, ciclo contnuo com boto de emergncia

No circuito da Figura 66, S2 o boto de emergncia. Ele energiza a bobina de um rel K1, cujos contatos sero responsveis pela desenergizao de 1Y1 e energizao de 1Y2. Isso faz com que o cilindro retorne, no importa em que posio esteja. Para que o ciclo se reinicie, necessrio que se pressione novamente o boto trava S2.

Para o caso do ciclo contnuo realizado com uma vlvula simples solenide, a soluo mais simples. Basta que se desenergize o solenide responsvel pela pilotagem da vlvula e conseqente avano do atuador.

1234 5

+24V 11 12

1Y

Figura 67 Circuito eletro-pneumtico, ciclo contnuo com boto de emergncia

No circuito da Figura 67, o boto de emergncia o S2. Sua funo desativar a fonte, no permitindo que chegue mais energia eltrica a nenhum ponto do circuito. Desta forma, com 1Y desenergizado, a mola pilota o retorno da vlvula 1V e o cilindro retorna, no importa em que posio esteja.

Os exemplos das Figuras 64 a 67 trazem ciclos contnuos ilimitados. E se desejarmos um ciclo contnuo limitado, ou seja, se quisermos que um atuador efetue cinco ciclos e depois pare? Para resolvermos este problema, necessitamos de um rel contador, como pode ser visto na Figura 68.

1A +24V 1 2 34

1Y1

O rel contador leva a nomenclatura KC e possui duas bobinas, uma contadora e outra zeradora. Os contatos da bobina contadora levam a numerao A1 e A2 e toda vez que for energizada conta um nmero. Desta maneira, ao energizarmos uma vez (e aps desenergizarmos, claro) a bobina contadora de Kc, ela registrar o nmero 1. A segunda vez o nmero 2 e assim por diante, at atingir o nmero predeterminado. Ao atingir este nmero, seu contato invertido. Este contato s voltar posio original quando o rel contador for zerado. Para isso, utilizados a bobina zeradora, cujos contatos so representados pela numerao R1 e R2. No circuito da Figura 68, toda vez que o atuador bater no fim-de-curso S2, energizar a bobina contadora do rel contador, contando um ciclo. Quando bater cinco vezes em S2, inverter o contado de KC, no permitindo mais que 1Y1 seja energizado. Para reiniciar um novo ciclo, o boto S1 dever ser pressionado novamente, o que faz com que a bobina zeradora seja energizada, zerando o rel contador e permitindo que ser reinicie um novo ciclo.

A Figura 69 apresenta uma foto de um contador digital, fabricado pela Festo.

Figura 69 Contador digital da Festo

Para o caso de uma vlvula direcional simples servocomando, a soluo apresentada no circuito da Figura 70.

+24V 12 3 45

1S2 21 S1 22

1S1

KC 1Y

K1 0V

Figura 70 Circuito eletro-pneumtico, ciclo contnuo limitado

H tambm um outro tipo de rel especial que de grande importncia para a eletro-pneumtica. o rel temporizador. H dois tipos construtivos: o rel temporizador com retardo no energizar e o rel temporizador com retardo no desenergizar, cujos smbolos esto apresentados na Figura 71.

Rels temporizadores

12

5

Retardo no desenergizar Retardo no energizar

Figura 71 Rels temporizadores

O rel temporizador com retardo no desenergizar funciona da seguinte maneira: quando sua bobina energizada, ele inverte todos os seus contatos imediatamente. Assim que sua bobina for desenergizada, o tempo predeterminado comea a ser contado e quando este tempo passar, todos os seus contatos so invertidos, voltando posio original.

J o rel temporizador com retardo no energizar trabalha de modo diferente: quando sua bobina energizada, ele comea a contar o tempo predeterminado. Quando este tempo for vencido, seus contatos so invertidos. Assim que sua bobina desenergizada, ele inverte imediatamente seus contatos, que voltam posio original.

A Figura 72 apresenta uma foto de uma caixa de rels temporizadores.

Figura 72 Caixa com rels temporizadores com retardo no energizar e no desenergizar

Vamos agora traar um circuito eletro-pneumtico no qual o cilindro permanece avanado durante cinco segundos e depois retorna automaticamente. Tal circuito apresentado na Figura 73, resolvido utilizando uma vlvula direcional duplo servocomando e na Figura 74, resolvido utilizando uma vlvula direcional simples servocomando.

+24V 1 2 3

1A 1S1 1S2

13 17

S1

K1

14

1S1

1V 4

2

1Y1

1Y2

A1 A1

5

3

1Y1

1Y2

1

0V

Figura 73 Ciclo contnuo, o cilindro permanece avanado por cinco segundos

Observe, na Figura 73, que os contatos de um rel temporizador tm uma numerao diferente: 7 e 8 para contatos abertos e 5 e 6 para contatos fechados.

Se quisermos limitar o nmero de ciclos no circuito da Figura 73, basta inserir no um rel contador, como pode ser visto na Figura 75.

1A

21

22

1Y1

Figura 75 Ciclo contnuo limitado, o cilindro permanece avanado por cinco segundos

Para circuitos que acionam mquinas que oferecem perigo ao usurio, como prensas, necessria a confeco de circuitos em que o operador mantenha as duas mos ocupadas. Chamamos a estes comandos de bimanuais. H desde os bastante simples, que no so muito seguros, at os mais complexos, evidentemente com dispositivos e solues que oferecem muito mais segurana. Um circuito com comando bimanual apresentado na Figura 76.

+24V 1 2 1A 1S1 1S2 13

13 1S2

S1

14 13

S2

1V 4

2

1S1

1Y1

1Y2 5

3 1Y1

1Y2

1

0V

No circuito da Figura 76, o solenide 1Y1 s ser energizado quando o operador pressionar os dois botes pulso, S1 e S2. Entretanto, fcil driblar esta limitao, bastando que o operador fixe um dos dois botes com uma fita adesiva, mantendo uma das mos livres e acionando o circuito com apenas um boto.

A Figura 77 apresenta um circuito comando bimanual mais sofisticado.

1A 1S1 1S2

O circuito da Figura 77 clssico. Se o operrio demorar mais de dois segundos para acionar os dois botes S1 e S2, o cilindro no parte mais. Desta forma, no adiantar nada se ele fixar um dos dois botes, para tentar manter uma mo livre. A funo do rel temporizador K3 somente marcar este tempo. Uma vez que o operador tenha acionado os dois botes num intervalo menor que dois segundos, pode-se tir-lo de operao. Para isso, utilizado um contato do rel K4. Se o operador acionar os dois botes num intervalo menor do que dois segundos, energizar a bobina do rel K4, que

desativar o rel temporizador K3 e energizar o solenide 1Y1, fazendo com que o cilindro parta.

No circuito da Figura 77, o boto S1 pressionado, energizando o rel temporizador K3, mas no consegue energizar o rel K4. O rel temporizador K3 inicia a contagem de tempo. Se o operador no pressionar o boto S2 num intervalo menor do que dois segundos, o contato do rel temporizador K3 aberto, no permitindo mais que se energize K1. Caso o operador aperte S2 em menos de dois segundos de intervalo, a bobina do rel K4 energizada. O contato 11, 12 de K4 desenergiza a bobina do rel temporizador com retardo no energizar (o rel no tem mais utilidade neste ciclo) e o contato 23, 24 de K4 energiza o solenide 1Y1, fazendo com que a vlvula 1V seja pilotada e o cilindro parta. Quando o atuador chegar ao fim de seu curso e pressionar o rolete S3, energizar o solenide 1Y2, responsvel pelo retorno da vlvula sua posio normal e pelo retorno do cilindro.

Evidentemente um circuito para acionar uma prensa necessita de um sistema de emergncia. Incorporamos tal sistema no circuito da Figura 77, que apresentado na Figura 78.

1A 1S1 1S2

33 34

Na Figura 78, o boto S3 ao ser pressionado energiza a bobina do rel K5, que utilza seu contato 33, 34 para se manter energizado e o contato 11, 12 para desenergizar 1Y1. O contato 23, 24 de K5 usado para energizar 1Y2. o boto de emergncia. S4 utilizado para quebrar o selo de K5 e permitir que se reinicie o ciclo.

O circuito bimanual para o caso de se usar uma vlvula direcional 5/2 vias simples servocomando apresentado na Figura 79.

Na Figura 79, o boto S3 ao ser pressionado energiza o rel K5, que utiliza seu contato 33, 34 para se manter energizado e o contato 11, 12 para desenergizar 1Y1 e 23, 24 para energizar 1Y2. S3 o boto de emergncia. O boto S4 utilizado para quebrar o selo de K5 e permitir que se reinicie o ciclo. No circuito com simples sevocomando, h a necessidade de se manter o solenide 1Y1 energizado at que o cilindro chegue ao seu fim de curso e acione S3. Para que isso acontea, necessrio que o rel K4 tenha uma auto-reteno. Quando o atuador chegar em 1S, este rolete quebrar o selo, para que a mola da vlvula 1V atue e a pilote de volta, fazendo com que

o cilindro retorne. usado o rel K5, energizado pelo rolete 1S, para efetuar esta tarefa. O boto S4 responsvel pela quebra do selo do rel K6, quando o boto de emergncia acionado. S6 comumente chamado de boto zerador.

1S

33

34

Figura 79 Circuito com comando bimanual e boto de emergncia Circuitos seqenciais Mtodo Intuitivo

O Mtodo Intuitivo no obedece a nenhuma regra e o circuito depende inteiramente do talento e raciocnio do projetista. mais utilizado em seqncias diretas.

Seja a seqncia 1A+2A+1A-2A-. A Figura 80 apresenta o diagrama eletropneumtico capaz de realizar estes movimentos.

1A 1S1 1S2 2A 2S2

100%

1V1

4

2

1V2

2V1

100%

2V2

4

2

1Y1 1Y2 2Y1 2Y2

5

35

3

11 +24V123 4

Esta seqncia chamada de direta. Se separarmos a seqncia de movimentos na metade e compararmos ambos os lados, veremos que um exatamente igual ao outro, desprezando-se os sinais:

1A+2A+|1A-2A-

1A2A = 1A2A

Ou seja, a ordem de retorno dos cilindros acompanha a ordem de avano. 1A avana primeiro e retorna primeiro. 2A avana em segundo lugar e retorna em segundo.

No circuito da Figura 80, os solenides so numerados de acordo com a seguinte regra:

Por exemplo, seja o solenide 1Y1 o primeiro nmero 1 diz respeito ao cilindro 1A e o ltimo nmero significa que ele o primeiro solenide do cilindro 1A. O mesmo raciocino pode ser aplicado para o solenide 2Y2 o primeiro nmero 2 diz respeito ao fato de que ele pertence vlvula direcional que pilota o cilindro 2A e o ltimo nmero significa que o segundo solenide da vlvula, ou o solenide da direita.

Ao se pressionar o boto pulso S1, energiza-se o solenide 1Y1 e a vlvula 1V1 pilotada, enviando ar para a cmara de avano do cilindro 1A, como pode ser visto na Figura 81.

1S2 2A 2S2

v=0

2V2

2V1

4

2

1Y2 2Y1

2Y2

5

3

100%

11

Ao avanar, o cilindro 1A pressiona o fim-de-curso 1S2, que energizar 2Y1, para que o cilndro 2A possa avanar, como pode ser visto na Figura 82. Ao avanar, o cilindro 1A deixa de estar em contato com o fim-de-curso 1S1, cujo contato se abre.

1S2

2S2

1Y2

2Y2

11 +24V123 4

Figura 82 Circuito eletro-pneumtico da seqncia 1A+2A+1A-2A-

13 13 13 13 S1 1S2 2S2 1S1

14 14 A1 A1 1Y1 2Y1 1Y2 14 A1 2Y2 A2 A2 A2 0V

Ao avanar, o cilindro 2A pressiona o fim-de-curso 2S2, que energizar o solenide 1Y2, responsvel pelo retorno do cilindro 1A, como pode ser visto na Figura

83.

1S2

1Y1

1Y2

11 +24V 123 4

13 13 13 13 S1 1S2 2S2 1S1 14 14 14 A1 A1 A1 1Y1 2Y1 1Y2 2Y2

A2 A2 A2 0V

Ao retornar, o cilndro 1A pressiona novamente o fim-de-curso 1S1, que energizar o solenide 2Y2, responsvel pelo retorno do cilindro 2A, fechando assim a seqncia, como pode ser visto na Figura 84.

1A 1S1 1S2

v=0

100%

1V2

1V1

4

2

1Y1

1Y2

5

3

11 +24V 123 4

No circuito da Figura 84, percebe-se que o solenide 2Y2 j energizado assim que a fonte for ligada. Isso pode ser evitado se se inserir um outro fim-de-curso no cilndro 2A. A Figura 85 apresenta este novo circuito.

1A 1S1 1S2 2A 2S1 2S2

100%

1V1

4

2

1V2

2V1

100%

2V2

4

2

1Y1 1Y2 2Y1 2Y2

5

35

3

11 +24V123 4

importante perceber que o contato 1S1 normal aberto (est inicialmente fechado porque est em contato com o cames do cilindro) e por isso recebe a numerao 13 e 14. O contato 2S1 normal fechado e por isso recebe a numerao 11 e 12 (est inicialmente aberto porque em contato com o cames).

Esta seqncia pode ser traada utilizando-se vlvulas simples solenide, como pode ser visto na Figura 86.

1S1 1S2

2S1 2S2

100%

1V2

100%

2V2

4

2

4

2

1Y

5

1 3

2Y

5

1 3

+24V

1

2

3

4

5

6

Para que no ocorra um retorno do cilindro quando o boto pulso S1 no estiver mais pressionado, utiliza-se uma auto-reteno no rel K1, como pode ser visto na Figura 86. O retorno do cilindro feito ao se desenergizar K1, quebrando seu selo. Para isso utilizado o fim de curso 2S2.

O ciclo contnuo da seqncia 1A+2A+1A-2A- apresentado no circuito da Figura

87.

1A 1S1 1S2 2A 2S1 2S2

100%

1V1

4

2

1V2

2V1

100%

2V2

4

2

1Y1 1Y2 2Y1 2Y2

5

35

3

11 +24V123 4

Mtodo Cascata

Como no mtodo cascata para um circuito puramente pneumtico, a primeira tarefa a ser efetuada a diviso da seqncia em setores ou linhas. Seja, por exemplo, a seqncia 1A+2A+2A-1A-. Esta seqncia pode ser dividida em dois setores:

1A+2A+|2A-1A- Setor I | Setor II

Se na pneumtica o nmero de vlvulas 5/2 vias ou 4/2 vias responsveis pela mudana de linhas era igual ao nmero de setores menos 1, aqui estas vlvulas so

substitudas por rels. Portanto, o nmero de rels responsveis pela mudana das linhas eltricas igual ao nmero de setores menos um. Isso no quer dizer que no circuito no possa haver um nmero maior de rels. Este nmero (setores menos um) somente para os rels da cascata.

O segundo passo traar a cascata eltrica. Para dois setores (ou duas linhas), a cascata da seguinte forma:

12

Para trs setores (trs linhas):

23

Linha I Linha III

13 21 K1

K1 14 22

Linha II

13

21 K2

K2 14

22

Ou seja, tem-se contatos de K1 (um fechado e um aberto) paralelos e contatos de K2 (um aberto e um fechado) tambm paralelos.

Para quatro setores (quatro linhas):

34

Linha I Linha IV

13 21 K1

K1 14 22

Linha II

13 21 K2

K2 14

22

Linha III

13

21 K3

K3 14 22

E assim por diante. Sempre com dois contatos de cada rel em paralelo. Essa estrutura se deve ao fato de que a linha II deva depender da linha I, a linha III dependa da linha II para ser energizada e assim por diante. Tambm porque, ao se energizar a linha II, a linha I seja desenergizada. Ao se desenergizar a linha III, a linha II deve ser desenergizada e assim por diante.

No Mtodo Cascata puramente pneumtico, a ltima linha sempre iniciava a

seqncia de movimentos pressurizada. Aqui a

ltima linha

inicia

a

seqncia

energizada.

O raciocnio continua

o mesmo

que

para o

Mtodo

Cascata

puramente

pneumtico: A ltima linha desenergizada para que se energize a linha seguinte, que por sua vez ser desenergizada para energizar a seguinte e assim por diante. Ento, para quatro setores, a Linha IV ser denergizada e a Linha I se energiza. Ao se desenergizar a Linha I, a Linha II imediatamente energizada e assim por diante. Para a mudana de linha, analogamente ao Mtodo Cascata puramente pneumtico, em que deviam ser pilotadas vlvulas 5/2 vias, aqui devem ser energizadas as bobinas dos rels. A quantidade de rels utilizados na mudana de linhas igual ao nmero de setores menos um. Para quatro setores tem-se, portanto, 3 rels.

O prximo passo inserir todos os solenides e rels, como pode ser visto na Figura 88.

1A 1S2

2S1 2S2

100%

100%

2V2

1V2

1V1

4

2

4

2

1Y1 1Y2 2Y1

2Y2

5

35

3

11 +24V123 5 7

0V

Evidentemente os solenides 1Y1 e 2Y1 no podem ficar acionados desta maneira e tampouco 2Y1 e 2Y2, seno acarretaria movimentos simultneos e desordenados.

Basta, ento, inserir os fins-de-curso, responsveis pela organizao da seqncia de movimentos, o que resulta no circuito da Figura 89.

1A 1S2 2A 2S1 2S2

100%

1V1

4

2

1V2

2V1

100%

2V2

4

2

11 +24V 123 5 7

Na Figura 89, ao ser pressionado o boto pulso S1, a bobina do rel K1 energizada, o que faz com que os contatos de K1 sejam invertidos. O primeiro contato, 13 e 14, responsvel pelo selo ou auto-reteno no rel K1. Ou seja, o rel utiliza um de seus contatos para se manter energizado aps a abertura de S1. Os outros dois contatos de K1, 23 e 24, 31 e 32 so responsveis pela mudana de linha. Ao se fechar

o contato 23 e 24, a energizao passa para a linha I e ao se abrir o contato 31 e 32, esta linha II passa a ficar desenergizada.

Como o rel K1 est diretamente ligado do contato 23 e 24 de K1, ele energizado assim que esta mudana de linha feita, proporcionando o avano do cilindro 1A, como pode ser visto na Figura 90.

Na Figura 89, os movimentos de retorno de 2A e de 1A esto na linha (ou setor) II e os movimentos de avano de 1A e de 2A esto no setor (ou linha) I. Desta forma, o primeiro passo separar estes solenides, ligando-os s respectivas linhas. Como o avano do cilindro 1A acontece na linha I e a energia eltrica est na linha II, utiliza-se o boto pulso S1 para a desenergizao da linha II e energizao da linha I. Isso se d por meio da energizao da bobina do rel K1. Ao ser energizada esta bobina, o rel inverte seus contatos. O contato NF 31 e 32 de K1 se abre e permanece aberto (h um selo na bobina de K1) e o contato 23 e 24 de K1 se fecha e permanece fechado. desta maneira que acontece a mudana de linhas no mtodo cascata. O cilindro A avana e atinge o fim-de-curso S2, que energiza 2Y1 e pilota a vlvula 2V1, fazendo com que o cilindro 2A avance. O fim-de-curso 2S2 do cilindro dever fazer o retorno de 2A, ou seja, energizar 2Y2. 2Y2, entretanto, energizado na Linha II. Para que se retorne para esta linha, o rel K1 deve ser desenergizado. Essa desenergizao feita quebrando-se a auto-reteno, que mantm a bobina do rel energizada. Assim, na linha II, podem ser feitos os dois prximos movimentos da seqncia. Evidentemente estas configuraes podem se modificar. Por exemplo, o boto pulso S1 no deve estar necessariamente nesta posio em que se encontra na Figura 89. Isto vai depender de sua funo e da criatividade do projetista.

1S2 2A 2S1 2S2

v=0

100%

2V2

2V1

4

2

1Y2 2Y1

2Y2

5

3

11 +24V 123 4 5 67

O cilindro 1A avana. Quando pressionar o fim-de-curso 1S2, o solenide 2Y1 ser energizado, fazendo com que o cilindro 2A avance, como pode ser visto na Figura

91.

+24V 123 4 5 67

O cilindro 2A avana e pressiona o fim-decurso 2S2, que desenergizar a bobina do rel K1, quebrando assim o selo. Isso far com que todos os contatos de K1 sejam invertidos, voltando s suas posies originais. Assim, a linha II volta a ser energizada e a linha I desenergizada, como pode ser visto na Figura 92.

+24V 123 4 5 67

Com esta mudana de linha, 2Y2 energizado primeiramente, fazendo o retorno de 2A e depois 1Y2, fazendo o retorno de 1A, fechando assim a seqncia de movimentos.

importante observar que este mtodo foi criado para evitar qualquer sobreposio de sinal (contrapresso). Isto ocorre porque no ocorre avano e retorno de um cilindro na mesma linha.

Um exemplo de que o boto pulso S1 pode ser trocado de lugar o circuito da Figura 93.

1A 1S1 1S2 2A 2S1 2S2

100%

1V1

4

2

1V2

2V1

100%

2V2

4

2

1Y1

1Y2 2Y1

2Y2

5

35

3

11 +24V 123 5 7

No circuito da Figura 93, para facilitar a montagem do circuito, a separao dos setores feita da seguinte maneira:

1A+|1A-2A+|2A- Setor II | Setor I |Setor II

A regra para a separao da seqncia em setores a seguinte: no pode haver movimentos de um mesmo cilindro em uma mesma linha. Da o motivo de se poder colocar em um mesmo setor 1A+ e 2A-. Esta seqncia tambm pode ser separada da seguinte forma:

1A+|1A-2A+|2A- Linha I | Linha II | Linha III A escolha de uma maneira de se separar esta seqncia depender da vontade do projetista.

1A 1S1 1S2 2A 2S2

100%

1V1

4

2

1V2

2V1

100%

2V2

4

2

1Y1

5

1 3

1Y2

2Y1

5

1 3

2Y2

+24V

1

2

3

4

7

8

9

A Figura 94 apresenta um circuito eletro-pneumtico da seqncia 1A+1A2A+2A-, traado utilizando-se trs linhas (trs setores). Para a transferncia da energia da Linha III para a Linha I (na qual ocorre o avano do cilindro 1A), utiliza-se o rel K1 e para a mudana de energia da Linha I para a II, utiliza-se o rel K2. Para que a energia

volte para a Linha III, importante que se desenergizem os rels K1 e K2. A desenergizao de somente do rel K1 implica em que, se o operador quiser iniciar um novo ciclo, isto no ser possvel porque a cascata no foi inteiramente desenergizada.

H uma questo importante a ser tratada: por que no so utilizadas vlvulas direcionais 5/2 vias simples servocomando para se traar os circuitos com o mtodo cascata? Estas vlvulas so mais baratas e com vida til maior, mas s aplicvel em algumas seqncias bem particulares. Isto porque, quando acontece as mudanas de linhas, h a possibilidade de desenergizao dos solenides de avano. No caso das vlvulas duplo servocomando no h problema, porque elas memorizam o ltimo acionamento. Mas no caso das vlvulas simples servocomando isso pode implicar em retorno indesejado de um cilindro no instante errado, comprometendo a seqncia de movimentos desejada.

Para ilustrar um circuito com trs cilindros, apresentada na Figura 95 a resoluo da seqncia 1A+1A-2A+3A+3A-2A-, com trs setores.

1A 1S1 1S2 2A 2S2

3S2

100%

1V1

4

2

1V2

2V1

100%

2V2

4

2

1Y1

1Y2 2Y1

2Y2 3Y1

5

35

3

1 11

1234 8 9 1011

+24V

Desta maneira, o solenide responsvel pela pilotagem esquerda da vlvula 1V1 e consequentemente responsvel pelo avano do cilindro 1A recebe o nmero 1Y1. Seguindo a leitura da seqncia da esquerda para direita, vai-se numerando os solenides na ordem crescente. O mesmo pode ser feito com os fins-de-curso, iniciando a contagem em 1S1.

A Figura 96 apresenta um circuito com quatro setores e dois atuadores, que realizam a seqncia A+B+B-A-B+B-.

1A 1S1 1S2 2A 2S1 2S2

13

2

4

12

5

11

11

8

1

4

8

7

10

6

13

11

12

Mtodo Passo-a-passo

A forma de se dividir uma seqncia em setores ou linhas pelo Mtodo Passo-apasso a mesma da pneumtica pura, ou seja, cada movimento representa um setor. Desta maneira, a seqncia 1A+2A+2A-1A- pode ser dividida assim:

1A+ | 2A+ | 2A- | 1AI | II | III | IV

Neste mtodo, o nmero de rels igual ao nmero de linhas mais um. O circuito da seqncia acima possuir, portanto, 5 rels. Uma seqncia com S setores possuir N = S+1 rels. Os N-1 primeiros rels faro auto-reteno e energizaro o rel seguinte.

Assim, o rel K1 far auto-reteno e energizar K2 por meio de um contato aberto na bobina deste outro rel e assim por diante. O ltimo rel, ou o rel N, no far autoreteno e desenergizar o primeiro rel. O circuito eletro-pneumtico da seqncia 1A+2A+2A-1A-, traado utilizando-se o Mtodo Passo-a-passo apresentado na Figura

97.

100%

1V2

100%

2V2

11 +24V12 34 56 78 9 10 11 12 13 14

Figura 97 Circuito eletro-pneumtico da seqncia 1A+2A+2A-1A

Como pode ser visto na Figura 97, os quatro primeiros rels (K1 a K4) fazem auto-reteno e energizam o rel seguinte por meio de um contato aberto inserido acima da bobina. O rel K5, o ltimo, no faz auto-reteno. O rel K1 energiza 1Y1 e inicia a seqncia de movimentos. O rel K2 energiza 1Y2, dando seqncia ao circuito. O rel K3 energiza 2Y1 e K4 energiza 2Y2. Entretanto, ao energizar o rel K3, K2 ainda est energizado, o que impossibilitaria o retorno de 2A, j que ocorreria contrapresso. A soluo inserir um contato fechado do rel K3 na linha do solenide 2Y1 (linha 11), de modo que quando 2Y2 for energizado 2Y1 seja desenergizado, evitando assim a contrapresso. Este cuidado deve ser sempre tomado. Basta olhar os solenides de uma

mesma vlvula 1Y1 e 1Y2 da vlvula 1V1 e 2Y1 e 2Y2 da vlvula 2V2. Perceba, nas linhas 10 e 11 os contatos fechados de K4 e K3, respectivamente.

A Figura 98 apresenta um circuito eletro-pneumtico da seqncia 1A+1A2A+2A-, traado utilizando-se o Mtodo Passo-a-passo.

100%

1V1

4

2

1V2

2V1

100%

2V2

4

2

11 +24V12 34 56 78 9 10 11 12 13 14

Na Figura 98, pode-se perceber novamente os contatos fechados nas linhas dos solenides, para evitar contrapresso. Assim, na linha 10, tem-se um contato de K2, pois na vlvula 1V1 no podem ser energizados ao mesmo tempo 1Y1 e 1Y2. E na vlvula 2V1, no pode ocorrer contrapresso e, portanto, no podem ser acionados 2Y1 e 2Y2 simultaneamente.

A Figura 99 apresenta um circuito eletro-pneumtico com trs atuadores, para a seqncia 1A+2A+3A+3A-2A-1A-.

A Figura 100 apresenta um circuito eletro-pneumtico pelo mtodo passo-apasso para a seqncia 1A+(2A+3A+)3A-2A-1A. Os parnteses representam movimento simultneo.

1S2 2A2S1 2S2

2V1

4

2

100%

2V2

1Y1

3Y1

2Y1

2Y2

5

3

3S2

1

11

12 34 56 78 910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

+24V

2314

4515

616

815

1014

121

7

9

11

13

16

17

18

19

2312

414

613

812

101

5

7

9

11

13

15

16

17

1A+ Setor I Rel K1 (2A+3A+) Setor II Rel K2 3A- Setor III Rel K3 2A- Setor IV Rel K4 1A- Setor V Rel K5

O nmero de rels no circuito igual ao nmero de setores mais 1. Portanto, tem-se seis rels. O rel K6 responsvel pela desenergizao de K1 e, conseqentemente, de todos os demais rels, fechando a seqncia.

importante relembrar que os dois solenides de uma mesma vlvula no podem estar energizados simultaneamente. Deve-se prestar muita ateno aos solenides 1Y1 e 1Y2, 2Y1 e 2Y2 e 3Y1 e 3Y2, que so os pares das trs vlvulas, 1V1, 2V1 e 3V1, simultaneamente. A seqncia ilustrada no circuito da Figura 101 a mesma da Figura 100, ou seja, 1A+(2A+3A+)3A-2A-1A-, traada pelo mtodo passo-a-passo, mas desta vez com vlvulas simples servocomando. Ao contrrio do mtodo cascata, aqui possvel a utilizao deste tipo de vlvula, mais barata e to eficiente quanto uma duplo servocomando. Como todos os rels, excetuando-se o ltimo, fazem auto-reteno (selo), no h que se preocupar com a desenergizao do solenide e conseqente atuao da mola.

231416

420

616

818

1017

121

3

9

5

7

9

11

13

11

13

15

21

18

17

19

20

Figura 102 Circuito eletro-pneumtico da seqncia 1A+2A+2A-1A-1A+1A-

Alguns dispositivos eltricos so muito importantes no dia-a-dia da automao. Dentre eles, podem-se citar dois sinalizadores: o sonoro e o visual.

Sinal sonoro:

Buzzer

Sinal luminoso:

Indicator light

Estes dois componentes so muito importantes quando h necessidade de se avisar o operador que alguma ao est sendo executada, como por exemplo, uma prensa entra em funcionamento, um boto de emergncia pressionado e assim por diante. Considere o circuito da Figura 103.

1A 1S1 1S2 2A 2S1 2S2

100%

1V2

100%

2V2

11 +24V 1 34 56 789

No circuito da Figura 103, apresentada uma seqncia direta, 1A+2A+1A-2A-, ciclo contnuo. Ao ser acionado o boto pulso S1, que d incio seqncia de movimentos, tambm acionado um sinalizador visual (uma lmpada), para indicar ao operador que a mquina entrou em funcionamento. H tambm um boto de emergncia, que funciona da seguinte maneira: ao ser pressionado, ele energiza a bobina de um rel K1. Dois contatos de K1 desenergizaro os solenides de avano (1Y1 e 2Y1), quando a bobina de K1 for energizada. E dois contatos deste mesmo rel energizaro os solenides de retorno (1Y2 e 2Y2). por isso que existem dois contatos abertos de K1 ligados a 1Y2 e 2Y2. Quando este boto de emergncia for acionado, dois

sinalizadores sero energizados: um visual (uma lmpada) e outro sonoro, para que haja uma diferenciao do boto trava que d incio ao ciclo e do boto de emergncia (tambm trava).

Hoje em dia os fins-de-curso, do tipo sensores de proximidade, so muito utilizados. Os principais so os sensores do tipo capacitivo, indutivo e ptico. Eles so representados pelos seguintes smbolos:

Sensor indutivo:

So caractersticas tcnicas do sensor indutivo do Laboratrio de Hidrulica e Pneumtica:

Distncia de sensorizao: 5 mm Freqncia mxima: 800 Hz Sinal de sada: 24Vcc PNP Tenso de alimentao: 10 a 30 Vcc Cabo eltrico equipado com pinos do tipo banana de 4 mm:

-positivo: vemelho

negativo: azul sada PNP: preto.

Sensor capacitivo:

So caractersticas tcnicas do sensor capacitivo do Laboratrio de Hidrulica e Pneumtica:

Distncia de sensorizao: 50 mm Freqncia mxima: 100 Hz Sinal de sada: 24Vcc PNP Tenso de alimentao: 10 a 30 Vcc Cabo eltrico equipado com pinos do tipo banana de 4 mm:

-positivo: vemelho

negativo: azul sada PNP (0): preto sada PNP (1): verde.

Sensor ptico:

So caractersticas tcnicas do sensor ptico do Laboratrio de Hidrulica e Pneumtica:

Distncia de sensorizao: 300 mm Freqncia mxima: 100 Hz Sinal de sada: 24Vcc PNP Tenso de alimentao: 10 a 30 Vcc Cabo eltrico equipado com pinos do tipo banana de 4 mm:

-positivo: vemelho

negativo: azul sada PNP: preto

Como pode ser notado em uma leitura rpida das caractersticas de cada sensor, tem-se 3 ou 4 cabos a serem ligados. No caso de trs cabos, um deles ser ligado ao

0Vcc, o outro ao 24 Vcc e o outro o cabo do sinal, que energizar algum elemento eltrico do circuito.

Assim, foi traado um circuito 1A+2A+2A-1A-, utilizado-se o mtodo cascata e somente sensores capacitivos como fins-de-curso. O resultado apresentado na Figura

104.

1A 1S2 2A 2S1 2S2

100%

1V1

4

2

1V2

2V1

100%

2V2

4

2

11 +24V123 5 8 11

8 21 5

EXERCCIOS RESOLVIDOS

Ex01. Em um dispositivo de colar, um cilindro de dupla ao deve avanar com velocidade lenta (o comando poder ser escolhido pelo operador em srie ou em paralelo. No caso do comando em srie, dever ser feito um comando bimanual. A escolha do tipo de comando realizada pressionando-se um boto trava S1 somente se a presso for no mnimo de 4 kgf/cm2. Aps avanar e fixar a pea por 10 segundos o cilindro retorna com velocidade rpida. A presso de trabalho de 5 kgf/cm2 e se for inicialmente inferior a este valor, o ciclo no se inicia e se for inferior a este valor durante

o ciclo, o cilindro deve retornar imediatamente sua posio inicial, devendo haver uma indicao ptica indicando que isto ocorreu. A colocao da pea no dispositivo feita manualmente. Por questes de segurana, o cilindro deve retornar quando acionado um boto de emergncia. Quando o boto de emergncia for pressionado, deve haver indicao ptica e sonora.

Observaes importantes para a resoluo do problema:

Neste exerccio, a vlvula de escape rpido utilizada para que o retorno do cilindro seja realizado mais rapidamente. Se o operador quiser passar o acionamento de bimanual para comando em paralelo ou seja, ele poder pressionar S2 ou S3 que o cilindro avanar, dever pressionar o boto seletor S1. S2 e S3 compem, portanto, o start do sistema.

Por comando bimanual entenda que o operador dever pressionar dois botes em um intervalo de tempo menor ou igual a dois segundos. Caso contrrio, se ele pressionar os dois botes, o cilindro no avanar.

O boto de emergncia, enquanto pressionado, no poder permitir que o usurio inicie um novo ciclo. O boto de emergncia normalmente diferenciado, de cor vermelha e do tipo trava, devendo ficar em um local de fcil acesso e tambm de fcil visualizao.

A resposta do exerccio apresentada a seguir, na Figura 105.

Circuito eletropneumtico relativo ao Ex01:

23

24

4

6

1

8

9

14

Figura 105 Resposta do Ex01.

Ex02. Desenhe um circuito pneumtico da seqncia A+B+A-B-, utilizando uma vlvula de seqncia para o avano de B (no lugar de um fim-de-curso). O cilindro B dever permanecer avanado durante cinco segundos. Ser possvel a regulagem da velocidade de avano de ambos os atuadores.

Comentrios acerca da resoluo:

Os alunos tm certa dificuldade no momento de ligar corretamente as vias pneumticas da vlvula temporizadora e tambm da vlvula de seqncia. Para que isso fique claro, basta perceber, na vlvula temporizadora, que a via 1 a via de presso, ali que dever ser conectado o suprimento de ar para a vlvula 3/2 vias. A via 12 a via de pilotagem, ali que ter incio a contagem do tempo. A pergunta que deve ser feita pelo estudante : quando deve iniciar a contagem do tempo? No caso deste exerccio, a contagem do tempo deve ser disparada quando o cilindro atuar no fim-de-curso 2S2, ou seja, quando ele chegar ao fim de seu curso de avano. por este motivo que a via 12 da vlvula temporizadora alimentada pela via 2 da vlvula 2S2.

Ex03. Desenvolva um circuito pneumtico para a prensa representada pela Figura 107. Devem ser tomados os seguintes cuidados:

Comando bimanual para segurana o cilindro s poder avanar se os dois botes forem pressionados simultaneamente ou em um intervalo menor ou igual a 2 segundos; O cilindro B s poder avanar aps se ter certeza de que A atingiu o fim de seu curso; O atuador B s poder avanar se a presso mnima na rede for de 6 bar.

Figura 107 Esquema de uma prensa pneumtica.

A seqncia que resolve o problema A+B+(B-A-), podendo ser usado o mtodo intuitivo. importante lembrar que outras seqncias tambm so capazes de solucionar o problema, entretanto, o estudante deve pensar sempre na seqncia que otimize o processo.

Na resoluo deste exerccio, foram utilizadas vlvulas direcionais 5/2 vias. No caso da vlvula direcional 2V1, que faz o avano e retorno do cilindro 2A, sua via 1 no alimentada diretamente do compressor, mas passa por uma vlvula reguladora de presso. A vlvula de seqncia, que pode ser numerada como 0Z4, poderia excluir a utilizao do fim-de-curso 1S2. Este rolete foi mantido, entretanto, por questes de segurana.

importante perceber que a vlvula temporizadora utilizada norma aberta (NA). Isso se deve ao fato de como o comando bimanual foi construdo. Se qualquer um dos dois botes for pressionado, ele enviar uma mensagem para a vlvula temporizadora, para que se inicie a contagem de tempo. Entretanto, se o operador pressionar os dois botes-pulso em um intervalo menor ou igual que dois segundos, a vlvula temporizadora perde a sua funo e o ar passa livre pela sua via 1, seguindo para pilotar a vlvula direcional 1V1.

Ex04. A Figura 109 representa um dispositivo de carimbar peas. Este dispositivo consiste de trs cilindros: um para fixao da pea a ser carimbada, outro para carimbar a pea e outro para ejetar a pea j carimbada. Desenvolva um circuito pneumtico adequado para o dispositivo. No se esquecer de usar vlvulas limitadoras de presso e vlvulas reguladoras de fluxo.

Figura 109 Dispositivo para carimbar peas.

Uma das seqncias que fariam o circuito funcionar 1A+2A+(2A-1A-)3A+3A- e para a resoluo do problema utilizado o Mtodo Passo-a-passo. Foram utilizadas duas vlvulas de seqncia, mas poderiam ser usados fins-de-curso em seu lugar. A escola pelas vlvulas de seqncia se deu pelo fato de ser difcil posicionar os fins-decurso no dispositivo. Poderiam ser utilizados atuadores com sensores eletromagnticos para resolver a dificuldade de posicionamento dos roletes fins-de-curso, mas isso para o estudante que j tiver conhecimento de eletro-pneumtica. Observe o cilindro 2A: h uma dificuldade de se inserir um rolete no final de seu curso, pois o atuador realiza a tarefa de carimbar a pea, mas isso no quer dizer que seja impossvel. A utilizao tambm de sensores, do tipo indutivo ou c