BIBLIOGRAFIA. José Novais, Método sequencial para automatização electro-pneumática, Fundação Calouste Gulbenkian Tecnologia Pneumática Industrial,

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1 AUTOMAÇÃO (M323) CAPÍTULO III Sistemas Pneumáticos 2013/2014 BIBLIOGRAFIA José Novais, Método sequencial para automatização electro-pneumática, Fundação Calouste Gulbenkian Tecnologia Pneumática Industrial, Manual da Parker Training, M1001 BR, 2000 J. Caldas Pinto, Apresentações de Automação Industrial, DEM/IST Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 2

2 ÍNDICE Propriedades do ar comprimido Produção, tratamento e regulação da pressão do ar comprimido Características dos principais componentes pneumáticos Circuitos i pneumáticos básicos Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 3 Comparação entre diversas tecnologias Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 4

3 Comparação ã entre diversas tecnologias Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 5 Características das diversas tecnologias Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 6

4 Vantagens do ar comprimido O fluido de trabalho (ar atmosférico) é inesgotável Facilidade de transporte do fluido de trabalho Protecção simples contra sobrecargas Permite realizar movimentos rápidos Pode fazer-se vácuo utilizando o ar comprimido Fácil armazenamento do fluido de trabalho Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 7 Vantagens do ar comprimido Escape de fluido para a atmosfera não produz poluição ambiental (o ar é lubrificado com óleo mineral) Elementos pneumáticos de construção simples e de preço razoável Tecnologia robusta, fiável e com baixos custos de manutenção Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 8

5 Desvantagens do ar comprimido Compressibilidade do fluido de trabalho Forças reduzidas, quando comparado a hidráulica Escape do fluido de trabalho causa ruído e perda de energia (através de orifícios ou devido a má vedação das tubagens); Custo elevado de produção e preparação do ar comprimido Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 9 Factores que influenciam os Sist. Pneu. Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 10

6 Aplicações típicas Indústria em geral Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 11 Aplicações típicas Ferramentas portáteis Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 12

7 Produção do ar comprimido Quando o ar é comprimido, a sua temperatura aumenta O vapor de água contido no ar (humidade relativa) é concentrado e transforma-se em vapor a alta temperatura No arrefecimento do ar comprimido, o vapor condensa-se Podem estar presentes partículas sólidas (fragmentos de óleo queimado, partículas metálicas do compressor e partículas aspiradas pelo compressor) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 13 Produção de ar comprimido Compressão Arrefecimento do ar Remoção de água Remoção de partículas sólidas Regulação l ã da pressão de trabalho Adição de fluido lubrificante Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 14

8 Produção do ar comprimido Compressor: o modelo mais usado a bordo é o alternativo ou de êmbolo Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 15 Armazenamento do ar comprimido Reservatório Símbolo Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 16

9 Linhas de ar comprimido Linhas de distribuição de ar comprimido Rede em circuito aberto: é a mais simples. Deve ser montada com um declive de 1 a 2% na direcção do caudal, para garantir a eliminação dos condensados Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 17 Tratamento do ar comprimido Secadores (absorção) Processo químico Não necessita de energia externa Instalação e manutenção simples Utiliza-se geralmente Cloreto de Cálcio Ar húmido Ar Seco Purgador Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 18

10 Preparação final do ar comprimido Filtro: para retirar humidade e impurezas acumuladas no ar proveniente do compressor Regulador l d de pressão com manómetro: para ajustar a pressão (cerca de 6 a 7 bar) Lubrificador: para que as palhetas dos motores pneumáticos sejam lubrificadas, evitando seu desgaste prematuro Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 19 Preparação P ã final do ar comprimido id É muito importante manter o ar limpo Sem humidade e impurezas Com a pressão correcta Que permita efectuar a lubrificação adequada da ferramenta que vai utilizar o ar comprimido id (Nota: no caso de ser usado para actuar ferramentas pneumáticas) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 20

11 Unidadedetratamentodoar de do ar comprimido Símbolo simplificado Simbologia detalhada Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 21 Filtro de impurezas Saída do ar Placa deflectora Elemento filtrante Copo do filtro Condensado Parafuso de purga Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 22

12 Purgador Símbolo Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 23 Válvula reguladora de pressão Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 24

13 Lubrificador Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 25 Elementos de uma instalação de ar comprimido Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 26

14 ACTUADORES Lineares Outros Rotativos Acção Acção Garras Rotação Motores Simples Dupla Músculo limitada Anti-giro Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 27 Actuador linear - cilindro pneumático de simples efeito Características gerais: Aplicações: Diâmetro: 6 a 320 mm Curso: 1 mm a 2000 mm Força: 2 a Newtons Vel. de avanço: 0,02 02 a 1m/s Fixação Expulsão Extracção Prensagem de peças entre outras Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 28

15 Cilindros d pneumáticos em corte simples efeito Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 29 Cilindro d pneumático em corte duplo efeito Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 30

16 Cilindro d pneumático de duplo efeito com amortecimento Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 31 Cilindro d com haste dupla passante Vantagens: A haste tem um melhor guiamento. Isto possibilita a admissão de uma ligeira i carga lateral Neste caso, a força desenvolvida é igual em ambos os lados do cilindro (possui a mesma área de pressão) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 32

17 Cilindro d com haste dupla passante Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 33 Cilindro d tipo tandem Desta forma, com carga simultânea nos dois êmbolos, a força é uma soma das forças dos dois cilindros O uso deste cilindro é necessário para obter uma força elevada, quando o diâmetro do cilindro é pequeno (o espaço disponível é reduzido) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 34

18 Cilindro d sem haste Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 35 Actuadores t d rotativos: ti motor de palhetas Os motores pneumáticos têm uma correspondência total com os compressores de palhetas, embora funcionem de modo inverso Símbolo de motor pneumático reversível Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 36

19 Actuador t d rotativo: ti motor de palhetas Graças à sua construção simples e peso reduzido, os motores pneumáticos são geralmente fabricados com esta configuração Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 37 Motor t de palhetas Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 38

20 Válvulas l direccionaisi i Quanto ao número de estados: 2, 3 Quanto ao número de orifícios: 2, 3, 4, 5, Quanto ao comando: Manual (manípulo, botão, puxador, pedal) Mecânico (rolete, haste,...) Electromecânico Electro-pneumático Pneumático Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 39 Válvulas l direccionaisi i Quanto ao número de estados Dois estados Três estados Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 40

21 Válvulas direccionais: 2 orifícios / 2 estados (Simbologia ISO-CETOP 1219) Válvula fechada Válvula aberta Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 41 Válvula l 3/2: 3 orifícios i / 2 estados Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 42

22 Válvula l 3/2 (3 orifícios i / 2 estados) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 43 Válvula l 5/2 (5 orifícios i / 2 estados) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 44

23 Válvula l 5/2 (5 orifícios i / 2 estados) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 45 Válvula l 5/2 (5 orifícios i / 2 estados) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 46

24 Válvula l 5/2 (5 orifícios i / 2 estados) Válvula com duplo comando pneumático Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 47 Válvula l 5/3 (5 orifícios i / 3 estados) Com o distribuidor na posição central, o orifício de entrada (1) está ligado a ambos os orifícios de saída (2, 4) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 48

25 Válvula l 5/3 (5 orifícios i / 3 estados) Com o distribuidor na posição esquerda, o orifício de entrada está ligado ao 2 e o orifício 4 ao 5 (escape) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 49 5 Accionamento das válvulas Manual, rolete, pneumático e eléctrico Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 50

26 Accionamento pneumático Comando pneumático e retorno por mola Comando pneumático duplo e centragem por molas Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 51 Comando electro-pneumático (I) Bobina de comando Ar de accionamento do distribuidor Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 52

27 Comando electro-pneumático (II) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 53 Blocos de electroválvulas em cartuxo (manifold) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 54

28 Temporizador pneumático Podem ser de dois tipos: -Temporizador à acção - Temporizador ao repouso Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 55 Tipos de temporizadores pneumáticos Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 56

29 Contador pneumático Permitem prédefinir o número de contagens Enviam um sinal (A) quando a contagem for atingida id Y - Reset Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 57 Válvula l de retenção Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 58

30 Válvula l de retenção pilotada Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 59 Válvula E E pneumática Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 60

31 Válvula OU pneumática Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 61 Válvula reguladora de caudal ou estrangulador de fluxo (num sentido) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 62

32 Exemplos de circuitos com cilindros pneumáticos Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 63 Comando manual de cilindro de simples efeito (com válvula 3/2) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 64

33 Comando manual de cilindro de duplo efeito (com válvula 5/2) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 65 Regulação da velocidade da haste do êmbolo Regula-se a velocidade sempre na descarga do ar e nunca na admissão Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 66

34 Comando manual de um cilindro pneumático (I) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 67 Comando manual de um cilindro pneumático (II) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 68

35 Comando manual de um cilindro pneumático (III) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 69 Comando manual de um cilindro pneumático (esquema eléctrico) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 70

36 Bloqueamento do distribuidor - recuo Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 71 Bloqueamento do distribuidor - avanço Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 72

37 Comando semi-automático do cilindro Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 73 Comando automático do cilindro Válvula passiva Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 74

38 Comando automático do cilindro Esquema de comando eléctrico Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 75 Função E realizada com válvulas 3/2 Função lógica S=A.B Válvula passiva Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 76

39 Função E com comando eléctrico Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 77 Circuito manual/automático Equações de comando: A+=avanco+a0 A-=recuo+a1 Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 78

40 Circuito manual/automático Comando eléctrico Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 79 Circuito de arranque/paragem/emerg. Arranque através de botoneira de Start: O cilindro efectua o movimento de avanço-recuo de forma automática Paragem normal: o cilindro continua a realizar o movimento e quando recuar, pára Paragem a age de emergência: e ocilindro ose estiver a realizar o movimento de avanço, recua imediatamente e pára Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 80

41 Circuito de arranque/paragem/emerg. Válvula 3/2 - memória biestável Equações de comando: A+=a0.m A-=V3+a1 M+=V1 M-=V2+V3 Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 81 Circuito de arranque/paragem/emerg. Equações de comando: A+=a0.m A-=V3+a1 M+=(Start+m). V2.V3 M-=mola Memória monoestável Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 82

42 Circuito E temporizado Em muitas aplicações industriais, por razões de segurança, o operador é obrigado a actuar em duas botoneiras de comando em simultâneo Deste modo, previne-se a possibilidade de ocorrência de acidentes pessoais No o entanto, to, o operador pode trancar ta uma das botoneiras de modo a ficar com uma das mãos livres -> possibilidade d de ocorrência de acidentes Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 83 Circuito E temporizado com válvula biestável Este circuito utiliza um temporizador pneumático à acção para bloquear a válvula M biestável ao fim de um certo tempo Assim, caso o operador demore o tempo pré-definido no temporizador (T), a válvula 3/2 biestável fica bloqueada, o que impede o avanço do cilindro Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 84

43 Circuito E temporizado com válvula biestável Equações de comando: M+=A.B M-=t T=A+B A+=A.B.m Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 85 Exemplos de aplicação de sistemas pneumáticos em instalações marítimas Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 86

44 Sistemas de ar comprimido existentes a bordo dos navios Nos navios, existem fundamentalmente três sistemas de ar comprimido: Ar de arranque (30 bar) Ar de serviço geral (7 bar) Ar de regulação (4 a 5 bar): este sistema pode não existir, caso a instalação não possua sistemas de regulação pneumática Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 87 Esquema geral da rede de ar de arranque de uma instalação marítima íi Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 88

45 Válvula de evac. Fecho pneumático das válvulas de evacuação de motor diesel lento a dois tempos Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 89 Sistema de ar de arranque de motores marítimos Nos navios, o arranque dos motores fazse através de ar comprimido O ar de arranque é armazenado em garrafas de ar comprimido a 30 bar O elemento fundamental é o distribuidor de ar de arranque Este dispositivo comanda a abertura das válvulas de ar de arranque que colocam o motor a virar Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 90

46 Distribuidor de ar de arranque Esquema mecânico (MAN-B&W) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 91 Distribuidor de ar de arranque (Corvo) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 92

47 Válvula de ar de arranque Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 93 Esquema de ar de arranque Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 94

48 Esquema de ar de arranque válvula aberta para o cilindro nº 1 Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 95 Funcionamento do sistema de ar de arranque Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 96

49 Accionamento da válvula piloto Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 97 Sistema de ar de arranque com comando electrónico Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 98

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