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Pneumática Básica

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  • Pneumtica Bsica

  • 1

    Introduo Pneumtica

    O ar comprimido , provavelmente, uma das mais antigas formas de transmisso de energia

    que o homem conhece, empregada e aproveitada para ampliar sua capacidade fsica. O

    reconhecimento da existncia fsica do ar, bem como a sua utilizao consciente para o trabalho, so

    comprovados h milhares de anos. O primeiro homem que, com certeza, sabemos se interessou pela

    pneumtica, isto , o emprego do ar comprimido como meio auxiliar de trabalho, foi o grego ktesibios.

    H mais de 2000 anos ele construiu uma catapulta a ar comprimido. Um dos primeiros livros sobre o

    emprego do ar comprimido como transmisso de energia, data do 10 sculo D.C e descreve

    equipamentos que foram acionados com ar aquecido. Dos antigos gregos provem expresso

    PNEUMA que significa flego, vento e, filosoficamente, alma. Derivando da palavra PNEUMA,

    surgiu, entre outros, o conceito de PNEUMTICA: a MATRIA dos movimentos dos gases e

    fenmenos dos gases. Embora, a base da pneumtica seja um dos mais velhos conhecimentos da

    humanidade, foi preciso aguardar o sculo XIX para que o estudo de seu comportamento e de suas

    caractersticas se tornasse sistemtico. Porm, pode-se dizer que somente aps o ano 1950 que

    ela foi realmente introduzida na produo indstria. Antes, porm, j existiam alguns campos de

    aplicao e aproveitamento da pneumtica, como, por exemplo, a indstria mineira, a construo civil

    e a indstria ferroviria (freios a ar comprimido). A introduo, de forma mais generalizada, da

    pneumtica na indstria, comeou com a necessidade, cada vez maior, de automatizao e

    racionalizao dos processos de trabalho. Apesar de sua rejeio inicial, quase sempre proveniente

    da falta de conhecimento e instruo, ela foi aceita e o nmero de campos de aplicao tornou-se

    cada vez maior. Hoje, o ar comprimido tornou-se indispensvel, e nos mais diferentes ramos

    industriais instalam-se aparelhos pneumticos.

  • 2

    Vantagens e desvantagens do ar comprimido

    Vantagens

    - Volume: o ar a ser comprimido se encontra em quantidades ilimitadas.

    - Transporte: facilmente transportvel por tubulaes.

    - Armazenagem: pode ser armazenado em reservatrios.

    - Temperatura: insensvel s oscilaes de temperatura.

    - Segurana: no existe o perigo de exploso ou incndio.

    - Construo: os elementos de trabalho so de construo simples.

    - Velocidade: permite alcanar altas velocidades de trabalho.

    - Regulagem: as velocidades e foras so regulveis sem escala.

    - Segurana contra sobre carga: os elementos de trabalho so carregveis at a parada final, sem

    prejuzo para o equipamento.

    Desvantagens:

    - Preparao: impurezas e humidades devem ser evitadas, pois provocam desgastes nos

    elementos pneumticos.

    - Compressibilidade: no possvel se manter constante as velocidades de elementos de trabalho.

    - Potncia: o ar econmico at uma determinada fora, cujo limite 3000 Kgf.

    - Escape de ar: o escape ruidoso.

    - Custos: a produo do ar comprido onerosa, pois depende de outra forma de energia. O custo do

    ar comprimido torna-se elevado se na rede de distribuio e nos equipamentos, se houverem

    vazamentos considerveis.

  • 3

    Propriedades do ar

    1. Compressibilidade: O ar tem a propriedade de ocupar todo o volume de qualquer recipiente,

    adquirindo ser formato, j que no forma prpria. Assim podemos fech-lo em um recipiente com

    volume determinado e posteriormente provocar-lhe uma reduo de volume usando uma fora

    exterior.

    2. Elasticidade: Possibilita ao ar voltar ao seu volume inicial assim que instinto a fora responsvel

    pela reduo.

    3. Difusibilidade: Permite misturar-se homogeneamente com qualquer meio gasoso que no esteja

    saturado.

  • 6

    5

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

    5. Peso do ar: Como toda matria o ar tem peso. Um litro de ar, a 0C e ao nvel do mar, pesa

    1,293 x 10-3 Kgf.

    O ar quente mais leve do que o ar frio

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    Sistema de Medidas

    Os sistemas de medidas usados na pneumtica so: o internacional (SI) e o tcnico.

    Unidades do Sistema Internacional

    Grandeza Unidade Smbolo

    Massa Quilograma Kg Intensidade de corrente Ampre A

    Tempo Segundo s Temperatura Kelvin K Comprimento Metro m

    Unidades derivadas

    Grandeza Unidade Smbolo

    Fora newton (N) 1 N = 1kg.m.s-2 F

    Presso pascal (Pa) 1 Pa = 1 N/m2

    bar 1 bar =~ 10 N/cm2

    p

    Trabalho joule (J) 1 J = 1 N.m Potncia watt (w) 1 W = 1 N.m.s -1 P

    Unidade de presso nos sistemas

    Internacional Pa

    Tcnico Kgf/cm2

    Ingls Psi ou lb/pol2 (pound square inch)

    Unidade de fora nos sistemas

    Internacional newton

    Tcnico Kgf

    Ingls lb (libra fora)

    Converso:

    1 kgf/cm2 = 1 bar (0,981 bar) 1 bar = 14,22 psi 1 bar = 100 000 Pa = 10 Kpa 1 atm = 14,70 psi

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    Exerccios:

    1. Converta:

    150 bar = psi

    300 psi = kgf/cm

    15 atm = psi

    195 lb/pol2 = bar

    3,5 kgf/cm2 = lb/pol2

    35 lb/pol2 = Kgf/cm2

    Fora, presso e rea

    Fora: toda causa capaz de modificar o estado de movimento ou causar deformaes. uma

    grandeza vetorial, e para ser caracterizada devemos conhecer sua intensidade, sentido e direo.

    Presso: quando o ar ocupa um recipiente exerce sobre suas paredes uma fora igual em todos os

    sentidos e direes. Ao se chocarem as molculas produzem um tipo de bombardeio sobre essas

    paredes, gerando assim um presso.

    Vazo: quantidade de fluido que passa atravs de uma tubulao durante um determinado intervalo

    de tempo. (Q = V/ t).

    P= Presso

    F= Fora

    A= rea

    Fora = Presso x rea

    Presso = Fora / rea

    rea = Fora / Presso

  • 10

    Produo e distribuio de ar comprimido

    1. Compressor

    2. Resfriador posterior ar/ar

    3. Separador de condensados

    4. Reservatrio

    5. Purgador automtico

    6. Pr-filtro coalescente

    7. Secador

    8. Purgador automtico eletrnico

    9. Pr-filtro coalescente grau x

    10. Pr-filtro coalescente grau y

    11. Pr-filtro coalescente grau z

    12. Separador de gua e leo

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    Hhumidade

    O ar atmosfrico uma mistura de gases, principalmente de oxignio e nitrognio, e contm

    contaminantes de trs tipos bsicos: gua, leo e poeira. O compressor, ao admitir ar, aspira

    tambm os seus compostos e, ao comprimir, adiciona a esta mistura o calor sob a forma de presso

    e temperatura, alm de adicionar leo lubrificante. Componentes com gua sofrero condensao e

    ocasionaro problemas. Sabemos que a quantidade de gua absorvida pelo ar est relacionada

    com a sua temperatura e volume.

    Quando o ar resfriado presso constante, a temperatura diminui, ento a parcial do vapor ser

    igual presso de saturao no ponto de orvalho. Qualquer resfriamento adicional provocar

    condensao da hhumidade. Denomina-se Ponto de Orvalho o estado termodinmico

    correspondente ao incio da condensao do vapor d'gua, quando o ar hmido resfriado e a

    presso parcial do vapor constante.

    A presena desta gua condensada nas linhas de ar, causada pela diminuio de

    temperatura, ter como consequncias:

    Oxidao da tubulao e componentes pneumticos.

    Dissoluo da pelcula lubrificante existente entre as duas superfcies que esto em contato,

    acarretando desgaste prematuro e reduzindo a vida til das peas, vlvulas, cilindros, etc.

    Baixo rendimento da produo de peas.

    Arraste de partculas slidas que prejudicaro o funcionamento dos componentes

    pneumticos.

    Aumento do ndice de manuteno

    Impossibilidade da aplicao em equipamentos de pulverizao.

    Portanto, da maior importncia que grande parte da gua, bem como dos resduos de leo,

    seja removida do ar para evitar reduo de todos os dispositivos e mquinas pneumticas.

    Principais componentes de produo e distribuio de ar comprimido:

    1. Compressor

    2. Resfriador

    3. Reservatrio

    4. Secador

    5. Tubagens

    6. Unidade de conservao

  • 12

    Compressor

    Compressores so mquinas destinadas a elevar a presso de um certo volume de ar,

    admitido nas condies atmosfricas, at uma determinada presso, exigida na execuo dos

    trabalhos realizados pelo ar comprimido.

    Funo: Simbologia

    Captar o ar comprimido;

    Aprisionar o ar;

    Elevar a presso;

    Compressor de Simples Efeito ou Compressor Tipo Tronco

    Este tipo de compressor leva este nome por ter somente uma cmara de compresso, ou seja,

    apenas a face superior do pisto aspira o ar e comprime; a cmara formada pela face inferior est

    em conexo com o carter. O pisto est ligado diretamente ao rotor por uma biela (este sistema de

    ligao denominado tronco), que proporciona um movimento alternativo de sobe e desce ao

    pisto, e o movimento totalmente transmitido ao cilindro de compresso. Iniciado o movimento

    descendente, o ar aspirado por meio de vlvulas de admisso, preenchendo a cmara de

    compresso. A compresso do ar tem incio com o movimento da subida. Aps obter-se uma

    presso suficiente para abrir a vlvula de descarga, o ar expulso para o sistema.

    Compressor de Duplo Efeito - Compressor Tipo Cruzeta

    Este compressor assim chamado por ter duas cmaras, ou seja, as duas faces do mbolo aspiram

    e comprimem. O rotor est ligado a uma cruzeta por uma biela; a cruzeta, por sua vez, est ligada

    ao mbolo por uma haste. Desta maneira consegue transmitir movimento alternativo ao

  • 13

    mbolo, alm do que, a fora de movimento no mais transmitida ao cilindro de compresso e sim

    s paredes guias da cruzeta. O mbolo efetua o movimento descendente e o ar admitido na

    cmara superior, enquanto o ar contido na cmara inferior comprimido e expelido. Procedendo-se

    o movimento oposto, a cmara que havia efetuado a admisso do ar realiza a sua compresso e a

    que havia comprimido efetua a admisso. Os movimentos prosseguem desta maneira, durante a

    marcha do trabalho.

    Cilindros (Cabeotes)

    So executados, geralmente, em ferro fundido perltico de boa resistncia mecnica, com dureza suficiente e boas

    caractersticas de lubrificao devido presena de carbono sob a forma de grafite. Pode ser fundido com aletas para

    resfriamento com ar, ou com paredes duplas para resfriamento com gua (usam-se geralmente o bloco de ferro fundido e

    camisas de ao). A quantidade de cilindros com camisas determina o nmero de estgios que podem ser:

    mbolo (pisto)

    O seu formato varia de acordo com a articulao existente entre ele e a biela. Nos compressores de S.E., o p da biela se

    articula diretamente sobre o pisto e este, ao subir, provoca movimento na parede do cilindro. Em consequncia, o mbolo

    deve apresentar uma superfcie de contato suficiente. No caso de D.E., o movimento lateral suportado pela cruzeta e o

    mbolo rigidamente preso haste. Os mbolos so feitos de ferro fundido ou ligas de alumnio.

  • 14

    Compressor de pisto com membrana

    Compressor de palheta

    Compressor Roots ou lbulo

  • 15

    Compressor de Parafuso

    Este compressor dotado de uma carcaa onde giram dois rotores helicoidais em sentidos opostos.

    Um dos rotores possui lbulos convexos, o outro uma depresso cncava e so denominados,

    respectivamente, rotor macho e rotor fmea. Os rotores so sincronizados por meio de engrenagens;

    entretanto existem fabricantes que fazem com que um rotor acione o outro por contato direto. O

    processo mais comum acionar o rotor macho, obtendo-se uma velocidade menor do rotor fmea.

    Estes rotores revolvem-se numa carcaa cuja superfcie interna consiste de dois cilindros ligados

    como um "oito". Nas extremidades da cmara existem aberturas para admisso e descarga do ar.

    O ar presso atmosfrica ocupa espao entre os rotores e, conforme eles giram, o volume

    compreendido entre os mesmos isolado da admisso. Em seguida, comea a decrescer, dando

    incio compresso. Esta prossegue at uma posio tal que a descarga descoberta e o ar

    descarregado continuamente, livre de pulsaes. No tubo de descarga existe uma vlvula de

    reteno, para evitar que a presso faa o compressor trabalhar como motor durante os perodos em

    que estiver parado.

    Irregularidades na compresso

    Como na compresso o ar aquecido, normal um aquecimento do compressor. Porm, s vezes o

    aquecimento exagerado pode ser devido a uma das seguintes causas:

    a) Falta de leo no carter

    b) Vlvulas presas

    c) Ventilao insuficiente

    d) Vlvulas sujas

    e) leo do carter viscoso demais

    f) Filtro de ar entupido

  • 16

    Resfriador

    Para resolver de maneira eficaz o problema inicial da gua nas instalaes de ar comprimido,

    o equipamento mais completo o resfriador posterior, localizado entre a sada do compressor e o

    reservatrio, pelo fato de que o ar comprimido na sada atinge sua maior temperatura. O resfriador

    posterior simplesmente um trocador de calor utilizado para resfriar o ar comprimido. Como

    consequncia deste resfriamento, permite-se retirar cerca de 75% a 90% do vapor de gua contido

    no ar, bem como vapores de leo; alm de evitar que a linha de distribuio sofra uma dilatao,

    causada pela alta da temperatura de descarga do ar. Um resfriador posterior constitudo

    basicamente de duas partes: um corpo geralmente cilndrico onde se alojam feixes de tubos

    confeccionados com materiais de boa conduo de calor, formando no interior do corpo uma espcie

    de colmeia. A segunda parte um separador de condensado dotado de dreno. Devido sinuosidade

    do caminho que o ar deve percorrer, provoca a eliminao da gua condensada, que fica retida

    numa cmara. A parte inferior do separador dotada de um dreno manual ou automtico na maioria

    dos casos, atravs do qual a gua condensada expulsa para a atmosfera. Certamente, a

    capacidade do compressor influi diretamente no porte do resfriador.

    Funo:

    Resfriar o ar;

    Reter impurezas em suas aletas

    Retirar a gua do sistema (65% a 80%)

  • 17

    Reservatrio

    Em geral, o reservatrio possui as seguintes funes SIMBOLOGIA

    Armazenar o ar comprimido.

    Resfriar o ar auxiliando a eliminao do condensado.

    Compensar as flutuaes de presso em todo o sistema de distribuio.

    Estabilizar o fluxo de ar.

    Controlar as marchas dos compressores, etc.

    Os reservatrios so construdos no Brasil conforme a norma PNB 109 da A.B.N.T, que recomenda:

    Nenhum reservatrio deve operar com uma presso acima da Presso Mxima de

    Trabalho permitida, exceto quando a vlvula de segurana estiver dando vazo; nesta condio, a

    presso no deve ser excedida em mais de 6% do seu valor. Manuteno e inspeo obedece

    a norma

    NR13.

    Os reservatrios devem ser instalados

    de modo que todos os drenos, conexes e

    aberturas de inspeo sejam facilmente

    acessveis, o mesma deve permanecer na

    sombra, para facilitar a condensao da

    humidade e do leo contidos no ar

    comprimido; deve possuir um dreno no ponto

    mais baixo para fazer a remoo deste

    condensado acumulado. Os reservatrios so

    dotados ainda de manmetro, vlvulas de

    segurana, e so submetidos a uma prova de

    presso hidrosttica, antes da utilizao.

  • 18

    Desumidificao do Ar ou Secador

    A aquisio de um secador de ar comprimido pode figurar no oramento de uma empresa

    como um alto investimento, um secador chegava a custar 25% do valor total da instalao de ar. Mas

    clculos efetuados mostravam tambm os prejuzos causados pelo ar hmido: substituio de

    componentes pneumticos, filtros, vlvulas, cilindros danificados, impossibilidade de aplicar o ar em

    determinadas operaes como pintura, pulverizaes e ainda mais os refugos causados na produo

    de produtos. Concluiu-se que o emprego do secador tornou-se altamente lucrativo, sendo pago em

    pouco tempo de trabalho, considerando-se somente as peas que no eram mais refugadas pela

    produo. Os meios utilizados para secagem do ar so mltiplos. Vamos nos referir aos trs mais

    Importantes, tanto pelos resultados finais obtidos quanto por sua maior difuso.

    Secagem por Refrigerao

    SIMBOLOGIA

    O mtodo de desumidificao do ar comprimido por refrigerao consiste em submeter o ar a uma

    temperatura suficientemente baixa, a fim de que a quantidade de gua existente seja retirada em

    grande parte. Alm de remover a gua, provoca, no compartimento de resfriamento, uma emulso

    com o leo lubrificante do compressor, auxiliando na remoo de certa quantidade.

  • 19

    Secagem Por Absoro

    o mtodo que utiliza em um circuito uma substncia slida ou lquida, com capacidade de absorver

    outra substncia lquida ou gasosa. Este processo tambm chamado de Processo Qumico de

    Secagem, pois o ar conduzido no interior de um volume atravs de uma massa higroscpica que

    absorve a humidade do ar, processando-se uma reao qumica

    As principais substncias utilizadas so: Cloreto de Clcio, Cloreto de Ltio, Dry-o-Lite.

    Com a consequente diluio das substncias, necessria uma reposio regular, caso contrrio o

    processo torna-se deficiente. A humidade retirada e a substncia diluda so depositadas na parte

    inferior do invlucro, junto a um dreno, de onde so eliminadas para a atmosfera.

    Secagem Por Adsoro

    a fixao das molculas de um adsorvato na superfcie de um adsorvente geralmente poroso e

    granulado, ou seja, o processo de depositar molculas de uma substncia (ex. gua) na superfcie

    de outra substncia, geralmente slida (ex.SiO2). Este mtodo tambm conhecido por Processo

    Fsico de Secagem, o processo de adsoro regenerativo; a substncia adsorvente, aps estar

    saturada de humidade, permite a liberao de gua quando submetida a um aquecimento

    regenerativo.

  • 20

    Rede de Distribuio

    A rede possui duas funes bsicas:

    1. Comunicar a fonte produtora com os equipamentos consumidores.

    2. Funcionar como um reservatrio para atender s exigncias locais.

    Um sistema de distribuio perfeitamente executado deve apresentar os seguintes requisitos:

    Pequena queda de presso entre o compressor e as partes de consumo; No apresentar escape de

    ar; Apresentar g r a n d e c a p a c i d a d e de realizar separao de condensado. Visando

    m e l h o r performance na distribuio do ar, o layout deve ser construdo em desenho isomtrico

    ou escala, permitindo a obteno do comprimento das tubulaes nos diversos trechos. O layout

    apresenta a rede principal de distribuio, suas ramificaes, todos os pontos de consumo, incluindo

    futuras aplicaes; qual a presso destes pontos, e a posio de vlvulas de fechamento,

    conexes, curvaturas, separadores de condensado, etc. Atravs do layout, pode-se ento definir o

    menor percurso da tubulao, acarretando menores perdas de carga e proporcionando economia.

    Em relao ao tipo de linha a ser executado, anel fechado (circuito fechado) ou circuito aberto,

    devem-se analisar as condies favorveis e desfavorveis de cada uma. Geralmente a rede de

    distribuio em circuito fechado deste anel partem as ramificaes para os diferentes pontos de

    consumo. O Anel fechado auxilia na manuteno de uma presso constante, alm de proporcionar

    uma distribuio mais uniforme do ar comprimido para os consumos intermitentes, dificulta porm a

    separao da humidade, porque o fluxo no possui uma direo.

    Vlvulas de fechamento na linha: So de grande importncia na rede de distribuio para permitir

    a diviso desta em sees, especialmente em casos de grandes redes, fazendo com que as sees

    tornem-se isoladas para inspeo, modificaes e manuteno. Assim, evitamos que outras sees

    sejam simultaneamente atingidas, no havendo paralisao do trabalho e da produo.

    Material dos tubos: Cobre, lato, ao preto ou galvanizado, plstico.

    Ligaes entre os tubos: Processam-se de diversas maneiras, rosca, solda, flange, acoplamento

    rpido, devendo apresentar a mais perfeita vedao.

    Curvatura: As curvas devem ser feitas no maior raio possvel, para evitar perdas excessivas por

    turbulncia.

    Inclinao: As tubulaes devem possuir uma determinada inclinao no sentido do fluxo interior. O

    valor desta inclinao de 0,5 a 2% em funo do comprimento reto da tubulao onde for

    executada.

    Drenagem de humidade: devem ser instalados drenos (purgadores), que podem ser manuais ou

    automticos, colocados nos pontos mais baixos, d i s t a n c i a d o s aproximadamente 20 a 30m um

    do outro.

    Tomadas de Ar: Devem ser sempre feitas pela parte superior da tubulao principal (bengalas)

  • 21

    Circuito aberto

    Circuito fechado

    Circuito em malha

  • 22

    Unidade de Conservao

    Para se manter o ar comprimido em boas condies de uso, utilizamos a unidade de

    conservao. A utilizao desta unidade de servio indispensvel em qualquer tipo de sistema

    pneumtico, do mais simples ao mais complexo. Ao mesmo tempo em que permite aos componentes

    trabalharem em condies favorveis, prolonga a sua vida til composta de:

    1- filtro

    2- regulador de presso

    3- lubrificador Simplificado:

    SIMBOLOGIA

  • 23

    Filtro de ar comprimido

    O filtro livra o ar comprimido das impurezas, inclusive da

    gua condensada. De acordo com a figura, o ar comprimido entra

    no filtro, onde colocado em rotao pelas fendas condutoras.

    Durante a rotao do ar, a fora centrfuga separa do ar, os

    corpos lquidos indesejveis e as partculas maiores de sujeiras

    que se acumulam na parte inferior do filtro. O material deve ser

    drenado antes de alcanar a marca mxima admitida, evitando a

    sua entrada outra vez , na corrente de ar. As partculas slidas

    maiores do que os poros do filtro so retidas. Com o tempo estas

    partculas obstruem o filtro que deve ser limpo ou trocado

    regularmente.

    Regulador de presso

    SIMBOLOGIA

    Regulador mantm a presso de trabalho (presso secundria) constante, dentro do

    possvel, independente da presso oscilante da rede(presso primria) e do consumo de ar .

    A presso de entrada deve ser maior do que a presso de sada. Ela regulada por um diafragma.

    De um lado do diafragma atua a presso de

    sada, no lado oposto , atua uma mola cuja

    presso pode ser regulada atravs do parafuso

    de regulagem. Quando ocorre um aumento de

    presso na entrada, o diafragma se movimenta

    pela ao do ar, reduzindo progressivamente a

    rea de passagem na sede da vlvula ou,

    fechando-a totalmente atravs do obturador. A

    presso regulada pelo volume passante. Uma

    fuga de ar acarreta uma queda de presso

    provocando a abertura da vlvula pela ao da

    mola. A regulagem de presso de sada pr -

    determinado um constante abrir e fechar da

    sede da vlvula. Um manmetro indica a presso

    de trabalho.

    SIMBOLOGIA

  • 24

    Lubrificador

    A lubrificao do ar comprimido feita atravs do lubrificador que abastece os elementos

    pneumticos com leo lubrificante. Os lubrificantes reduzem as foras de atrito ao mnimo, protegem

    os elementos mveis contra o desgaste e evitam a corroso dos aparelhos. Os lubrificantes

    geralmente funcionam pelo princpio venturi. Neste sistema de lubrificao, a diferena de presso,

    entre a presso antes do local pulverizador e, a presso de estrangulamento do bocal, suga o leo

    do reservatrio, pulverizando-o na corrente de ar. Aparelho lubrificador s entra em funcionamento

    quando h um fluxo de ar suficiente para provocar a depresso que suga o lubrificante do

    reservatrio. Desta forma, muito importante que se preste ateno aos valores de vazo (fluxo)

    indicados pelo fabricante do aparelho.

    SIMBOLOGIA

    Elementos de trabalho pneumtico

    A energia pneumtica transformada em movimento e fora atravs dos elementos de trabalho.

    Esses movimentos podem ser lineares ou rotativos.

    Os movimentos lineares so executados pelos cilindros e os movimentos rotativos pelos motores

    pneumticos e cilindros rotativos.

    Movimentos lineares

    - Cilindros de simples ao

    - Cilindros de dupla ao

    Movimentos rotativos

    - Motores de rotao contnua

    - Cilindros de rotao limitado

  • 25

    Componentes mecnicos de um cilindro

    1 Camisa

    2 Tampa traseira

    3 Tampa dianteira

    4 Haste

    5 Gaxeta

    6 Bucha

    7 Retentor

    8 Vedao (oring)

    9 mbolo

    Cilindros de simples ao

    Os cilindros de simples ao realizam trabalho recebendo ar comprimido em apenas um de

    seus lados. Em geral o movimento de avano o mais utilizado para a atuao com ar comprimido,

    sendo o movimento de retorno efetuado atravs de mola ou por atuao de uma fora externa

    devidamente aplicada.

    A fora da mola calculada apenas para que se possa repor o mbolo do cilindro sua

    posio inicial com velocidade suficientemente alta, sem absorver energia elevada.

    O curso dos cilindros de simples ao est limitado ao comprimento da mola. Por esta razo

    no so fabricados cilindros de simples ao com atuao por mola com mais de 100 mm. Os

    cilindros de simples ao so especialmente utilizados em operaes que envolvam fixao,

    expulso, extrao e prensagem entre outras. Os cilindros de simples ao podem ainda ser

    construdos com elementos elsticos para reposio. o caso dos cilindros de membrana onde o

    movimento de retorno feito por uma membrana elstica presa haste.

    A vantagem da membrana est na reduo do atrito porm a limitao da fora nestes

    casos se torna uma desvantagem. Estes cilindros so usados especialmente em situaes

    de pequenos espaos disponveis para operaes de fixao e indexao de peas ou

    dispositivos.

    Curso mximo 100mm usado em operaes que envolvam fixao, expulso,

    extrao e prensagem

  • 26

    SIMBOLOGIA

    Cilindros de dupla ao

    Os cilindros de dupla ao realizam trabalho recebendo ar comprimido em ambos os lados.

    Desta forma realizam trabalho tanto no movimento de avano como no movimento de retorno. Um

    sistema de comando permite ao ar comprimido atingir uma cmara de cada vez, exaurindo o ar retido

    na cmara oposta. Assim quando o ar comprimido atinge a cmara traseira estar em escape a

    cmara dianteira e o cilindro avanar. No movimento de retorno o ar comprimido chega a cmara

    dianteira e a cmara traseira estar em escape. Como no h a presena da mola, as limitaes

    impostas aos cilindros de dupla ao, esto ligadas as deformaes da haste quanto a flexo e a

    flambagem. Os cilindros de dupla ao quando sujeitos a cargas e velocidades elevadas, sofrem

    grandes impactos, especialmente entre o embolo e as tampas.

    Dimetro mximo normal de 6 320mm, Curso mximo 2000mm e Velocidade de 0,02 1m/s

  • 27

    SIMBOLOGIA

    Cilindro de haste passante

    Com este cilindro pode-se efetuar trabalho em ambos os lados ao mesmo tempo. Pode-se tambm

    utilizar um dos lados somente para acionamento de elementos de sinal. Um ponto positivo

    importante deste tipo de cilindro o fato de que por possuir dois mancais de apoio para as hastes,

    ele pode suportar cargas laterais maiores porm por possuir hastes em ambos os lados ele tem sua

    capacidade de foras reduzidas em relao cilindros convencionais com uma nica haste.

    SIMBOLOGIA

  • 28

    Cilindro de mltiplas posies

    Este tipo de cilindro formado por dois ou mais cilindros unidos por suas cmaras traseiras. Desta

    forma se consegue um curso mais longo em um pequeno espao fsico. Alm disso pode-se

    conseguir posicionamentos intermedirios escalonados.

    SIMBOLOGIA

    Clculo para dimensionamento de cilindro

    Para selecionar um cilindro deve se saber:

    Fora

    Presso

    Curso mximo

    Tempo

    Tipo de fixao

    Temperatura

    As foras realizadas pelos cilindros dependem da presso do ar, do dimetro do mbolo e em

    funo da aplicao que se deseja do cilindro. A fora terica exercida pelo cilindro calculada

    segundo a frmula:

  • 29

    Ac= rea da coroa

    r = raio

    A = superfcie til do mbolo (cm2)

    P= presso de trabalho (kgf/cm2)

    E = mbolo

    H = haste

    H E

    AC = x (rE2 rH2 ) A = rE2 x

    Tipo de cilindro Frmula

    Cilindro de simples ao Fn = (A x p ) x Fc Cilindro de dupla ao avano Fa = (A x p) x Fc Cilindro de dupla ao retorno Fr = (Ac x p) x Fc

    Fn = Fora efetiva

    Fa = Fora de avano

    Fr = Fora de retorno

    Fc = Fator de correo

    Fatores de correo da fora

    Velocidade de deslocamento da haste do

    cilindro

    Exemplo Fator de

    correo % Lenta e com carga somente no fim do curso Operao de rebitagem 0,25 Lenta e com carga em todo o curso Talha pneumtica 0,35 Rpida e com carga somente no fim de curso Operao de estampagem 0,35 Rpida e com carga em todo o curso Deslocamento de mesas 0,50

  • 30

    Exemplo: Precisamos elevar uma carga de 500 Kgf com uma talha pneumtica. Sabendo que a

    presso de trabalho de 80psi. Qual o dimetro do cilindro?

    Fora = F x Fc (kgf) Fora = rea x presso

    Presso = Kgf/cm2 625 = rea x 6

    625/6 = rea

    104 cm2 = rea

    rea = x r2

    104 = 3,1416 x r2

    104 / 3,1416 = r2

    33,10 = r2

    33,10 = r

    5,75 cm = r

    Elementos de sinal e comando pneumtico

    Os circuitos pneumticos so constitudos por elementos de trabalho (atuadores), sinal e

    comando (vlvulas). As vlvulas so elementos de comando para a partida, paragem, direo ou

    regulao. Elas comandam tambm a vazo ou a presso do fluido armazenado num

    reservatrio.

    So classificadas segundo suas funes, e obedecem a norma DIN/ISO 1219 so elas:

    Vlvulas de Controle Direcional

    Vlvulas de Bloqueio (Anti-Retorno)

    Vlvulas de Controle de Presso

    Vlvulas de Controle de Fluxo

    Vlvulas de Fecho

    Vlvulas direcionais

    So elementos que influenciam no trajeto do fluxo do ar, principalmente nas partidas, paradas

    e direo do fluxo.

    Para conhecermos bem uma vlvula, devemos levar em conta os seguintes dados:

    1. Nmero de Posies

    2. Nmero de Vias

    3. Tipo de Acionamento

    4. Tipo de Retorno

    5. Vazo

  • 31

    1. Nmero de Posies

    a quantidade de manobras distintas que uma vlvula direcional pode executar ou

    permanecer sob a ao de seu acionamento. So representadas por um retngulo, e este retngulo

    dividido em quadrados. A quantidade de quadrados representa o nmero de posies que a vlvula

    pode assumir.

    2 posies 3 posies

    2. Nmero de Vias

    o nmero de conexes de trabalho que a vlvula possui, so passagens que a vlvula tem

    comunicando o fludo com os diferentes pontos de aplicao ou de escape. So consideradas vias: a

    conexo de entrada, as conexes de trabalho, e os orifcios de escape.

    SIMBOLOGIA:

    As linhas indicam as vias de passagem;

    As setas indicam o sentido do fluxo;

    Os bloqueios so indicados dentro dos quadrados

    com linhas transversais

    Escape sem silenciador, e com silenciador

    Para garantir uma identificao e uma ligao correta das vlvulas, marcam-se as vias com

    letras maisculas, ou nmeros conforme norma.

    A regra para identificarmos o nmero de vias, consiste em separar um dos quadros e verificar

    quantas vezes os smbolos internos tocam os lados do quadro, obtendo-se assim o nmero de

    orifcios e consequentemente o nmero de vias.

  • 32

    Ac

    ion

    am

    en

    tos

    3 vias e 2 posies 5 vias e 2 posies

    3. Tipo de acionamento

    Os tipos de acionamentos so diversificados conforme a necessidade do usurio e podem

    ser:

    Musculares - Mecnicos - Pneumticos Eltricos - Combinados

    Estes elementos so representados por smbolos normalizados e so escolhidos conforme a

    necessidade da aplicao da vlvula direcional, os smbolos dos elementos so desenhados

    horizontalmente nos quadrados.

    Muscular

    Geral

    Por boto

    Por alavanca

    Por pedal

    Apalpador

    Mecnico Por mola

    Por rolete Por rolete escamotevel

    Eltrico

    Por eletroiman (solenide) 1 enrolamento ativo Com 2 enrolamentos ativos no mesmo sentido

    Com 2 enrolamentos ativos em sentido contrrio

    Pneumtico

    Direto

    Indireto

    Por acrscimo de presso

    Por decrescimo de presso

    Servopiloto positivo

    Servopiloto negativo

    Combinado Por eletroiman e vlvula de servocomando

    Por eletroiman ou vlvula de servocomando

  • 33

    4. Tipo de retorno

    Por mola ou acionamento pneumtico (piloto)

    Mola Pneumtico

    Exemplo:

    Vlvula direcional 3/2 vias com acionamento por boto e retorno por mola

    Vlvula direcional 5/2 vias duplamente pilotada

    Vlvula direcional 3/2 vias com acionamento por rolete e retorno por mola

    Vlvula direcional 3/2 vias com acionamento por piloto e retorno por mola

    Vlvula direcional 3/3 vias com acionamento por alavanca centrada por mola e retorno por mola

  • 34

    Vlvulas de Bloqueio

    Estas vlvulas so aparelhos que fecham a passagem em uma direo, dando passagem em

    direo contrria. A prpria presso aciona a pea vedante e ajuda, com isto, a vedao da vlvula.

    Vlvula alternadora (Elemento ou)

    Tambm chamada "vlvula de comando duplo ou vlvula de dupla reteno". Esta vlvula

    tem duas entradas, P1 e P2, e uma sada, A. Entrando ar comprimido em P1, a esfera fecha a

    entrada P2 e o ar flui de P1 para A. Em sentido contrrio, quando o ar flui de P2 para A, a entrada P1

    ser fechada. No retorno do ar, quer dizer, quando um lado de um cilindro ou de uma vlvula entra

    em exausto, a esfera permanece na posio em que se encontrava antes do retorno do ar.

    Resumindo: Uma sada em A possvel quando existe um sinal em P1 "OU" P2 (A = X+Y)

    Esta vlvula tambm seleciona os sinais das vlvulas pilotos provenientes de diversos pontos e evita

    o escape do ar atravs de uma segunda vlvula. Devendo ser um cilindro ou uma vlvula acionada

    de dois ou mais lugares necessrio empregar uma vlvula alternadora (dupla reteno)

    Vlvula de simultaneidade (elemento E)

    Esta vlvula tem duas entradas, P1 e P2 e uma sada em A. S haver uma sada em A,

    quando existirem os, dois sinais de entrada P1 E P2 . (A = X.Y). No sinal de entrada em P1 OU P2

    impede o fluxo para A, em virtude das foras diferenciais no pisto corredio. Existindo diferena de

    tempo nos sinais de entrada, o sinal atrasado vai para a 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.

    Emprega-se esta vlvula principalmente em comando de bloqueio, comandos de segurana e

    funes de controle em combinaes lgicas.

  • 35

    Vlvula de escape rpido

    Vlvulas de escape rpido se prestam para aumentar a velocidade nos cilindros. Tempos

    de retorno elevados, especialmente em cilindros de ao simples, podem ser eliminados dessa

    forma. A vlvula est provida de conexo de presso (P) e conexo, de escape (R) bloqueveis. Se

    tivemos presso em P, o elemento de vedao adere ao assento do escape. Dessa forma, o ar

    atinge a sada pela conexo de utilizao A. 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

    seu bloqueio. Dessa forma, o ar pode escapar por R, rapidamente, para a atmosfera.

    Evita-se, Com isso, que o ar de escape seja obrigado a passar por uma canalizao longa e de

    dimetro pequeno, at a vlvula de comando. O mais recomendvel colocar o escape rpido

    diretamente no cilindro ou, ento, o mais prximo possvel do mesmo.

    Vlvula de reteno

    Esta vlvula pode fechar completamente a passagem em uma direo. Em direo contraria,

    passa o ar com a mnima queda possvel de presso. O fecho de uma direo pode ser feito por

    cone, esfera, placa ou membrana.

    Smbolos:

    Vlvula de bloqueio fecha se por actuao de

    uma, fora sobre a pea vedante. Com contrapresso. Como por exemplo mola,

    Fecha se quando a presso de sada maior ou

    igual presso de entrada.

  • 36

    Vlvula de presso

    So vlvulas que influenciam principalmente a presso e pelas quais podem ser feitas

    regulagens ou comandos, em dependncia da presso. Distinguem-se:

    - Vlvula reguladora de presso (redutor de presso)

    - Vlvula limitadora de presso (de alivio)

    - Vlvula de seqncia (pressostato)

    Vlvula reguladora de presso

    O Regulador tem a tarefa de manter constante a presso de trabalho (secundria) pr

    regulada no manmetro, mesmo com a presso oscilante da rede, a fim de ser fornecida estvel

    para os elementos de trabalho e outros elementos.

    A presso de entrada deve ser sempre maior do que a de sada.

    Vlvula reguladora de presso sem escape

    A funo desta vlvula corresponde descrita anteriormente. A segunda sede no meio da membrana

    no existe. Portanto, mesmo numa presso secundria maior, o ar no pode escapar.

    Vlvula reguladora de presso com escape

  • 37

    Para conhecer a descrio da funo, vide aula anterior. Neste tipo de vlvula teremos, ao contrrio

    da anterior, uma presso equilibrada. Atravs da abertura de escape, elimina-se a sobrepresso do

    lado secundrio.

    Vlvula limitadora de presso

    Emprega-se principalmente como vlvula de segurana ou de alvio. No permite o aumento

    da presso no sistema, acima d presso mxima admissvel. Alcanada, na entrada da vlvula, a

    presso mxima, abre-se a sua salada e. o ar escapa. A vlvula permanece aberta at que a mola

    montada, aps alcanar a presso pr-regulada, em dependncia da linha de marcao, a feche.

    De seqncia

    A funo fundamental a mesma da vlvula limitadora de presso. Numa presso maior do

    que a pr-regulada na mola, a vlvula se abre. O ar flui de P para A e pode ser aproveitado como

    sinal de pilotagem.

    A sada A somente existe quando alcanada, no canal, de comando Z, uma presso pr-

    determinada, maior que a presso regulada na mola.

    Um mbolo de comando abre a passagem de P para A.

    Estas vlvulas usam-se em comandos pneumticos, quando h necessidade de uma presso

    determinada para o processo de comando (comandos em dependncia depresso, comandos

    seqenciais).

    Vlvula de Controlo de Fluxo

    Vlvula reguladora de fluxo unidirecional

    Tambm conhecida como "vlvula reguladora de Velocidade". Nesta vlvula, a regulao do

    fluxo feita somente em uma direo. Uma vlvula de reteno fecha a passagem numa direo e o

    ar pode fluir somente atravs da rea regulada. Em sentido contrrio, o ar passa livre atravs da

    vlvula de reteno aberta. Empregam-se estas vlvulas para a regulagem da velocidade em

    cilindros pneumticos.

  • 38

    Vlvula reguladora de fluxo unidirecional com acionamento mecnico regulvel

    So empregadas quando h necessidade de alterar a velocidade de um cilindro, de ao simples

    ou dupla, durante seu trajeto. Com cilindros de ao dupla, pode ser utilizada como amortecimento

    de fim de curso. Antes do avano ou recuo se completar, a massa sustentada por um fechamento

    ou reduo da seco transversal da exausto. Esta aplicao se far quando for recomendvel

    um reforo no amortecimento de fim de curso. Por meio de um parafuso, pode-se regular uma

    velocidade base. Um came, que fora o rolete para baixo, regula a seco transversal de

    passagem.

    Em sentido contrrio, o ar desloca uma vedao de seu assento e passa livremente. Esta vlvula

    pode ser usada normal aberta ou normal fechada.

  • 39

    Diagrama trajeto passo

    Representao dos Movimentos

    Quando os procedimentos de comando so um pouco mais complicados, de grande ajuda para o tcnico dispor dos esquemas de comando, e seqncias, segundo o desenvolvimento de trabalho das mquinas. Alm disso, uma representao clara possibilita uma compreenso bem melhor.

    'Exemplo: Pacotes que chegam por uma esteira transportadora de rolos so levantados e empurrados pela haste de cilindros pneumticos para outra esteira transportadora. Devido a condies de projeto, a haste do segundo cilindro s poder retornar aps a haste do primeiro ter retornado. Seqncia cronolgica:

    1. A haste do cilindro A avana e eleva o pacote.

    2. A haste do cilindro B avana e empurra o pacote para a esteira

    3. A haste do cilindro A retorna sua posio inicial.

    4. A haste do cilindro B retorna sua posio inicial.

    Indicao Algbrica

    1. Cilindro A +

    2. Cilindro B +

    3. Cilindro A -

    4. Cilindro B -

  • 40

    Diagrama trajeto-passo

    Neste caso se representa a sequncia de movimentos de um elemento de trabalho; levando-se ao diagrama os movimentos e as condies operacionais dos elementos de trabalho. Isto feito atravs de duas coordenadas, uma representa o trajeto dos elementos de trabalho, e a outra o passo (diagrama trajeto-passo).

    Se existem diversos elementos de trabalho para um comando, estes sero representados da mesma forma e desenhados uns sob os outros. A ocorrncia atravs de passos. Do primeiro passo at o passo 2 a haste de cilindro avana da posio final traseira para a posio final dianteira, sendo que esta alcanada no passo 2. A partir do passo 4, a haste do cilindro retorna e alcana a posio final traseira no passo 5.