COLÉGIO NET WORK
Curso Técnico em Mecatrônica
2º Termo
Pneumática – Parte 1
Professor:
Bruno Brasselotti
Sumaré – SP
Fevereiro 2012
Pneumática
Introdução
Hoje, a Automação Pneumática, é uma das tecnologias mais usadas
para configurar soluções de variadas complexidades. Utiliza como
elemento motor a energia acumulada no as comprimido, sendo
completada com a eletro pneumática, especialmente nos controles mais
sofisticados.
Esse é um sistema caro, devido a infra-estrutura necessária para gerar
e armazenar o ar comprimido. O ar, captado da atmosfera, é comprimido
através de compressores, que reduz o seu volume, aumentando assim a
sua pressão em torno de 6 bar. Após passar por filtros e secadores para
retirar a umidade e as impurezas, ele é armazenado em reservatórios
onde posteriormente é distribuído por tubos, pintados na cor azul, para o
interior da fábrica.
Variáveis Hidráulica Pneumática
Pressão Maior Menor
Força MaiorMenor
Área Menor Maior
Velocidade Menor/ constante Maior/inconstante
Características Físicas
Componentes maioresComponentes menores
FluidoÓleo mineral / incompressível
Ar comprimido / compressível
Movimento Preciso Impreciso
Características do ar comprimido
Pneumática é a ciência que estuda as propriedades físicas do ar e de
outros gases.
Pneumática utiliza ar sobre pressão (ar comprimido) para transmitir
movimento mecânico (linear ou rotativo) multiplicando forças.
Ar – compressível.
Óleo / água – incompressível.
Ar comprimido – ar atmosférico com volume reduzido.
Vantagens:
-Volume
-Transporte
-Armazenagem
-Temperatura
-Segurança
-Limpeza
-Construção
-Velocidade
-Regulagem
-Segurança contra sobrecarga
Desvantagens:
- Preparação
- Compressibilidade
- Potência
- Custo
- Escape ruidoso/desperdício
- Rentabilidade (estudo da utilização)
Propriedades físicas dos gases:
Ar: o ar pode ser comprimido ou expandido, dependendo da variação da
temperatura, pressão e do volume.
A lei de Boyle-Morriotte: ar confinado a uma temperatura constante
(transformação isotérmica).
V1
V2
V3
F1 F2 F3
p1 . v1 = p2 . v2
Lei de Gay-Lussac: a uma pressão constante (transformação isobárica).
V2
T2V1 T1
2
11
2 T
T
V
V
Lei de Charles: a um volume constante (transformação isométrica).
V1
T1p1
V2
T2
p2
2
21
1 T
P
T
P
Transformação de temperatura:
Temperatura de Vapor da água
180 divisões
100 divisões
K
373
273
ºF
212
32
100 divisões
ºC
100
0
Temperatura de congelamento da água
tC – 0 = tF – 32 = tK – 273 ºF = 9 x ºC + 32
100 – 0 212 – 32 373 – 273 5
Para cálculos realizados nas propriedades dos gases, a escala de
temperatura utilizada é a Kelvin por se tratar de uma escala absoluta.
Produção do ar comprimido
Compressores:
São máquinas ou equipamentos responsáveis por admitir ou sugar o ar
da atmosfera, comprimi-lo e enviá-lo para uma reservatório que o
armazenará.
Pistão: de efeito simples;duplo efeito; um estágio;dois estágios.
Membrana;
Compressor de êmbolo rotativo;
Multicelular (palhetas);
Helicoidal de fuso rosqueado;
Tipo Roots.
Turbocompressor
Radial; Axial.
Critérios para a escolha de um compressor:
Volume fornecido: teórico e efetivo.
Pressão: de regime ou de trabalho.
Acionamento: motor elétrico ou de explosão (gasolina, álcool ou diesel).
Regulagem:
De marcha em vazio:
- regulagem por descarga – atingindo a regulagem máxima, o ar escapa
livremente por uma válvula;
- regulagem por fechamento – atingindo a regulagem, fecha-se o lado da
sucção;
- regulagem por garras – usada em compressores de êmbolo – atingindo
a regulagem máxima, algumas garras mantém as válvulas de sucção
abertas.
Regulagem de carga parcial:
- regulagem na rotação;
- regulagem por estrangulamento.
Regulagem intermitente: quando o compressor atinge a pressão
máxima, o motor é desligado e quando atinge a pressão mínima o motor
é ligado.
Refrigeração: a refrigeração de um compressor poderá ser feita por:
água – utilizando um trocador de calor; e por ar – dissipando o calor
através de palhetas.
Reservatório de ar comprimido: não faz parte obrigatoriamente do
compressor, tendo as seguintes funções:
-estabilizar a distribuição do ar comprimido;
- eliminar oscilações de pressão na rede;
- separar parte da umidade existente no ar;
- garantir reserva de ar.
O tamanho do reservatório depende:
- do volume de ar fornecido pelo compressor;
- do consumo de ar;
- da rede de distribuição;
- da regulagem do compressor;
- da diferença de pressão na rede.
Manutenção do compressor: deve-se seguir as orientações do
fabricante, mas existem algumas verificações periódicas a serem
seguidas:
- verificar o nível de óleo lubrificante;
- filtro de ar;
- válvula de segurança;
- drenar o condensado;
- manômetro.
Irregularidades na compressão:
Aquecimento exagerado do compressor: pode ser causado por:
- falta de óleo no cárter;
- válvulas presas ou sujas;
- ventilação insuficiente;
- válvula de recalque quebrada;
- óleo viscoso demais;
- filtro de ar entupido.
Batidas ou barulhos anormais no compressor:
- volante solto;
- válvulas mal assentadas;
- desgaste nos mancais principais;
- jogo nos mancais das buchas no eixo das manivelas;
- folga ou desgaste nos pinos que prendem as buchas ou pistões;
- sujeira no pistão.
Preparação do ar comprimido
Secagem por resfriamento
Para resolver de maneira eficaz o problema inicial da água nas instalações
de ar comprimido, o equipamento mais completo é o resfriador posterior,
localizado entre a saída do compressor e o reservatório, pelo fato de que o
ar comprimido na saída atinge sua maior temperatura.
O resfriador posterior é simplesmente um trocador de calor utilizado para
resfriar o ar comprimido. Como conseqüência deste resfriamento, permite-
se retirar cerca de 75% a 90% do vapor de água contido no ar, bem como
vapores de óleo; além de evitar que a linha. É necessário eliminar ou
reduzir ao máximo esta umidade. O ideal seria eliminá-la do ar comprimido
de modo absoluto, o que é praticamente impossível. Ar seco industrial não
é aquele totalmente isento de água; é o ar que, após um processo de
desidratação, flui com um conteúdo de umidade residual de tal ordem que
possa ser utilizado sem qualquer inconveniente.
Com as devidas preparações, conseguem-se a distribuição do ar com valor
de umidade baixa e tolerável nas aplicações encontradas.
Secagem Por Absorção
É a fixação de um absorto, geralmente líquido ou gasoso, no interior da
massa de um absorto sólido, resultante de um conjunto de reações
químicas. Em outras palavras, é o método que utiliza em um circuito uma
substância sólida ou líquida, com capacidade de absorver outra substância
líquida ou gasosa.
Este processo é também chamado de Processo Químico de Secagem, pois
o ar é conduzido no interior de um volume através de uma massa
higroscópica, insolúvel ou deliqüescente que absorve a umidade do ar,
processando-se uma reação química.
As substâncias higroscópicas
são classificadas como
insolúveis quando reagem
quimicamente com o vapor
d'água, sem se liquefazerem.
São deliqüescentes quando,
ao absorver o vapor d'água,
reagem e tornam-se líquidas.
Secagem Por Adsorção
É a fixação das moléculas de um adsorvato na superfície de um
adsorvente geralmente poroso e granulado, ou seja, é o processo de
depositar moléculas de uma substância (ex. água) na superfície de outra
substância, geralmente sólida (ex.SiO2). Este método também é conhecido
por Processo Físico de Secagem, porém seus detalhes são
desconhecidos. É admitido como teoria que na superfície dos corpos
sólidos existem forças desbalanceadas, influenciando moléculas líquidas e
gasosas através de sua força de atração; admite-se, portanto, que as
moléculas (adsorvato) são adsorvidas nas camadas mono ou
multimoleculares dos corpos sólidos, para efetuar um balanceamento
semelhante à Lei dos Octetos dos átomos. O processo de adsorção é
regenerativo; a substância adsorvente, após estar saturada de umidade,
permite a liberação de água quando submetida a um aquecimento
regenerativo.
Tubulações e conexões
Escolha do diâmetro de uma tubulação:
O diâmetro de uma tubulação da rede de ar comprimido deve ser escolhido
de maneira que a queda de pressão não ultrapasse 0,1 bar, mesmo se
houver um crescente consumo de ar. Quanto maior for a queda de pressão,
menor será a rentabilidade e a capacidade do sistema.
Considerações para o dimensionamento da tubulação:
- volume corrente (vazão);
- comprimento da rede;
- queda de pressão admissível;
- pressão de trabalho;
- número de partes de estrangulamento na rede.
Observação: considerar comprimento de reserva para futuras
instalações.
Tipos de rede de distribuição: primária e secundária.
Tipos de redes primárias de distribuição de ar: ;
- rede de circuito fechada
- rede de circuito aberta;
- rede de circuito combinada.
Critérios para montar uma rede de distribuição:
- as tubulações devem ter um declive entre 1 e 2% do seu comprimento
no sentido do fluxo;
- sempre que possível, manter a rede em circuito fechado que permite
uma distribuição mais uniforme da pressão;
- retirar a rede secundária da parte superior da primária.
Materiais utilizados nas redes:
Rede primária:
- cobre;
- latão;
- aço-liga;
- tubo de aço preto (galvanizado);
- tubos sintéticos (plástico).
Rede secundária:
- materiais à base de borracha (menos usado);
- materiais à base de polietileno (mais usado).
Conexões: acessórios utilizados para unir tubulações e também demais
componentes do circuito como, por exemplo, válvulas, atuadores, etc.
Conexões de tubos metálicos: são encontradas no mercado:
- com anel de corte;
- com anel de pressão;
- conexões rebordadas;
- de engate rápido, etc.
Conexões de mangueiras:
- conexões com porcas;
- conexão espigão;
- conexões de engate rápido, etc.
Unidade de conservação:
Partículas de pó ou ferrugem e umidade que se condensam nas tubulações
podem ocasionar falhas ou avarias nas válvulas, por isso perto do local de
consumo é colocada uma unidade de conservação que é composta de:
- filtro de ar comprimido;
- regulador de pressão;
- lubrificador de ar comprimido.
Unidade de Conservação
Regulador de Pressão
Lubrificador de ar comprimido
Filtro de ar comprimido
Manômetro
Filtro de ar comprimido
A função do filtro de ar comprimido é de reter as partículas sólidas e a
umidade condensada existente no ar comprimido.
Simbologia
Regulador de pressão
O regulador de pressão
mantém constante a pressão
de trabalho (secundária),
independentemente da
pressão da rede (primária) e
de consumo do ar.
Simbologia
Lubrificador de ar comprimido
O lubrificador acrescenta ao ar
comprimido uma fina névoa de óleo
que irá se depositar nas válvulas e
cilindros, proporcionando a esses
elementos a necessária lubrificação.
Simbologia
Alguns cuidados no manuseio do ar comprimido:
• não dirigir o ar comprimido para o próprio corpo nem às outras pessoas;
• não usar o ar comprimido como vassoura na limpeza de máquinas ou
local de trabalho;
• não obstruir orifícios de escape com a mão;
• não soltar mangueiras, tubulações ou conexões sem antes aliviar a
pressão;
• verificar e eliminar vazamentos de ar;
O uso indevido do ar comprimido, além de poder provocar um
acidente, é uma energia cara que está sendo desperdiçada.
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