LISTA DE FIGURAS E TABELAS

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1 LISTA DE FIGURAS E TABELAS Figura 1 Compressibilidade do ar... 4 Figura Elasticidade do ar... 4 Figura 3 Manômetro de Bourdon... 6 Figura 4 Pressão distribuída em uma bola... 7 Figura 5 Equivalência entre a Lei de Pascal e o Braço de Alavanca de Arquimedes... 7 Figura 6 Recipiente com líquido... 8 Figura 7 Escoamento em uma tubulação... 9 Figura 8 Ilustração do princípio da multiplicação de pressão Figura 9 Ilustração do Princípio da Continuidade... 1 Figura 10 Funcionamento do compressor tipo êmbolo de 1 estágio e estágios Figura 11 Compressor do tipo Membrana Figura 1 Compressor rotativo de Duplo Parafuso Figura 13 Compressor do tipo Roots Figura 14 Aletas de refrigeração Figura 15 Readmissão do ar ou by-pass Figura 16 Regulação automática de capacidade Figura 17 Alívio nas válvulas de admissão Figura 18 Reservatório de ar comprimido Figura 19 Rede de distribuição de ar comprimido... 0 Figura 0 Rede de distribuição em circuito fechado... 0 Figura 1 Rede de distribuição combinada... 0 Figura Recomendações para instalação de redes de ar comprimido... 1 Figura 3 Diagrama de umidade relativa da água (Ponto de orvalho)... Figura 4 Secador por absorção... 3 Figura 5 Secador por adsorção... 4 Figura 6 Filtro de ar comprimido... 4 Figura 7 Regulador de Pressão com Orifício de Escape... 5 Figura 8 Regulador de Pressão sem Orifício de Escape... 6 Figura 9 Funcionamento do lubrificador pelo princípio de Venturi... 7 Figura 30 Lubrificador... 7 Figura 31 Unidade de conservação de ar comprimido... 8 Figura 3 Simbologia de uma unidade de conservação de ar comprimido... 8 Figura 33 Cilindro de simples ação e retorno por mola... 9 Figura 34 Cilindro tipo êmbolo Figura 35 Cilindro de dupla ação Figura 36 Cilindro de dupla ação com haste passante Figura 37 Cilindro Tandem Figura 38 Cilindro de dupla ação com amortecimento nos finais de curso... 3 Figura 39 Cilindro Rotativo... 3 Figura 40 Cilindro de múltiplas posições Figura 41 Motor de pistão radial e axial Figura 4 Motor de Palhetas Figura 43 Válvulas direcionais de posições de e 3 vias e retorno por mola com sede esférica Figura 44 - Válvulas direcionais de posições de e 3 vias e retorno por mola com sede prato Figura 45 Válvula direcional com acionamento pneumático (piloto), posições, 3 vias e retorno por mola Figura 46 Válvula direcional, acionamento pneumático, posições, 3 vias e retorno por mola bidirecional Figura 47 Válvula direcional, acionamento pneumático, posições, 5 vias e bidirecional Figura 48 Eletroválvula direcional, posições e 3 vias Figura 49 Válvula direcional, posições, 3 vias, com acionamento por rolete servocomandada Figura 50 Válvula direcional corrediça, posições, 5 vias com acionamento pneumático Figura 51 Válvula direcional, 3 posições, 4 vias com acionamento manual (Corrediça giratória) Figura 5 Simbologia de um dispositivo de retenção Figura 53 Simbologia de um dispositivo de retenção por mola... 4 Figura 54 Válvula alternadora... 4 Figura 55 Válvula reguladora de fluxo unidirecional... 4 Figura 56 Válvula de escape rápido Figura 57 Válvula de simultaneidade Figura 58 Temporizador normalmente fechado Figura 59 Temporizador normalmente aberto Tabela 1 - Fatores de Conversão de Unidades de Pressão... 6 Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 1

2 SUMÁRIO I Introdução Pneumática Características do Ar comprimido Propriedades Físicas do Ar... 4 II Fundamentos Físicos Composição do Ar Conceito de Força e Pressão A lei de Pascal Pressão Estática em um Fluido Pressão Dinâmica em um Fluido Pressão Atmosférica Pressão Total em um Sistema Pneumático Princípio da Multiplicação de Pressão Princípio da Continuidade ou de Fluxo Produção de Ar Comprimido Tipos de Compressores Refrigeração dos Compressores e Montagem Regulação de Capacidade Reservatório de Ar Comprimido Rede de distribuição de ar comprimido Preparação do ar Comprimido... IV Atuadores Pneumáticos Cilindros Pneumáticos Atuadores Rotativos V Válvulas Pneumáticas Válvulas Direcionais Válvulas de Bloqueio Válvula Alternadora (Válvula OR) Válvula Reguladora de Fluxo Unidirecional Válvula de Simultaneidade (Válvula AND) Temporizador (Normalmente Fechado) Temporizador (Normalmente Aberto) VI Referências Bibliográficas VII ANEXO 1: Classificação das válvulas segundo Norma ISO-ABNT Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos

3 I Introdução Pneumática Pneumática é a tecnologia que estuda os movimentos e fenômenos de fluidos no estado gasoso. A etimologia da palavra é de origem grega, cujo radical Pneuma significa vento, fôlego. Atualmente, a pneumática é o ramo da engenharia que estuda a aplicação do trabalho feito por gases (principalmente o ar), em atuadores como cilindros e motores em diversos segmentos da indústria. O principal elemento de transmissão de energia na pneumática é o ar comprimido. 1.1 Características do Ar comprimido Algumas características oferecidas pelo ar comprimido proporcionaram-lhe vantagens que o tornou o principal elemento de transmissão de energia na pneumática, são elas: Volume - O ar a ser comprimido encontra-se em quantidades ilimitadas praticamente em todos os lugares; Armazenagem - O ar pode ser sempre armazenado ou transportado em reservatórios; Segurança - Não existe o perigo de explosão ou de incêndio; Limpeza - O ar comprimido é limpo, não polui o ambiente; Construção - Os elementos de trabalho são de construção simples; Velocidade - O ar comprimido permite alcançar altas velocidades de trabalho; Regulagem - As velocidades e forças dos elementos a ar comprimido são reguláveis sem escala; Segurança contra sobrecarga - Os elementos e ferramentas a ar comprimido são carregáveis até a parada final e, portanto, seguros contra sobrecarga. Apesar de um número muito grande de vantagens, o ar comprimido possui algumas desvantagens como: Preparação - O ar comprimido requer uma boa preparação. Impurezas e umidade devem ser evitadas, pois provocam oxidação e desgaste; Compressibilidade - Não é possível manter uniforme e constante a velocidade dos atuadores mediante o ar comprimido; Escape de ar - O escape de ar é ruidoso; Custos - O ar comprimido é uma fonte de energia cara. O custo de ar comprimido torna-se mais elevado se na rede de distribuição e nos equipamentos houver vazamentos consideráveis. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 3

4 1. Propriedades Físicas do Ar Apesar de insípido, inodoro e incolor, percebe-se o ar através dos ventos, aviões e pássaros que nele flutuam e se movimentam, sente-se ele também pelo seu impacto em o nosso corpo. Desta forma. Conclui-se facilmente que o ar tem existência real e concreta, ocupando lugar no espaço. A Compressibilidade O ar, assim como todos os gases, tem a propriedade de ocupar todo o volume de um recipiente, adquirindo o seu formato, já que não tem forma própria. Desta forma, pode-se encerrá-lo num recipiente com volume determinado e posteriormente provocar-lhe uma redução de volume usando uma de suas propriedades, a compressibilidade. A FIG.1 ilustra como o ar pode ter seu volume alterado em um recipiente. B - Elasticidade Figura 1 Compressibilidade do ar Propriedade que possibilita ao ar voltar ao seu volume inicial uma vez extinto o efeito (força) responsável pela redução de seu volume. Figura Elasticidade do ar Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 4

5 II Fundamentos Físicos.1 Composição do Ar A superfície terrestre é totalmente cercada por uma camada de ar, conhecida com atmosfera. Este ar é de interesse vital e é uma mistura gasosa de Nitrogênio (aproximadamente 78% do volume), Oxigênio (aproximadamente 1% do volume) e 1% de Monóxido e Dióxido de Carbono, Hidrogênio e Gases Nobres (argônio, neônio, hélio, criptônio e xenônio). Nas condições de baixa pressão e temperatura, o ar é considerado um gás ideal obedecendo às leis físicas para os mesmos.. Conceito de Força e Pressão Pode-se definir força, como qualquer causa capaz de realizar trabalho. Por exemplo, ao movimentar um corpo qualquer, deve-se aplicar uma força sobre ele. O mesmo ocorre quando se deseja pará-lo. Por outro lado, o conceito mais amplo de pressão pode ser entendido como a resistência oferecida pelo recipiente ao escoamento de um fluido. Disso decorrem duas situações, as observações estáticas e dinâmicas. Nas observações estáticas diz-se que em um fluido confinado sobre áreas iguais atuam forças iguais (princípio de Pascal), nas observações dinâmicas a pressão corresponde à energia necessária para vencer a resistência de escoamento decorrentes do atrito e choque dentro das tubulações e do próprio fluido. A aplicação mais simples do princípio de Pascal consiste em ao aplicar uma força F sobre uma superfície A, defini-se como pressão P, a razão entre a força F e a superfície A. Por exemplo, tendo-se uma dada pressão igual a N/m (300kPa) distribuída em uma superfície de 1m, diz-se que em cada quadrado de lado igual a 1m da superfície considerada, está atuando uma força de N (300kN) e pode-se dizer ainda que 300kN de força está atuando sobre o corpo. Matematicamente a pressão é definida como: onde: P = Pressão (Pa) F = Força (N) A = Área (m ) P F A O Manômetro é o instrumento utilizado para medição de pressão. A seguir será apresentado o Manômetro de BOURDON. Este consiste de uma escala calibrada em unidades de pressão e de um ponteiro ligado, através de um mecanismo, a um tubo oval, em forma de C. Esse tubo é ligado à pressão a ser avaliada. Existem atualmente diversos medidores de pressão que utilizam diversos princípios físicos para medição, não é objetivo do curso em descrevê-los, porém será demonstrado princípio do Manômetro de Bourdon, que possui grande aplicação em medições locais. Observando a FIG. 3, nota-se que com o aumento da pressão no sistema o tubo de Bourdon tende a endireitá-lo devido às diferenças nas áreas entre os diâmetros interno e externo do tubo. Esta ação de endireitamento provoca o movimento do ponteiro, proporcional ao movimento do tubo, que Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 5

6 registra o valor da pressão no mostrador. Esses instrumentos são de boa precisão com valores de erro variando entre 0,1 e 3% da escala total. Figura 3 Manômetro de Bourdon A pressão é, normalmente, expressa por kgf/cm, PSI (pounds square inches - libras por polegadas quadradas), bars ou atmosferas. Porém de acordo com o sistema internacional de medidas, a pressão deve ser expressa em N/m que corresponde a Pa. (Pascal) e seu múltiplos. A TAB. 1 apresenta valores de conversão das unidades de pressão mais usuais. Tabela 1 - Fatores de Conversão de Unidades de Pressão 1 atm 1,0333kgf/cm 1kgf/cm 0,9677atm 1atm 1,0134bar 1kgf/cm 0,9807bar 1 atm 14,697psi(lbf/pol ) 1kgf/cm 14,3 psi(lbf/pol ) 1atm 760mmHg 1kgf/cm 736mmHg 1bar 0,9867atm 1psi 0,0680atm 1bar 1,0196kgf/cm 1psi 0,0703kgf/cm 1bar 14,503 psi(lbf/pol ) 1psi 0,0689bar 1bar 759mmHg 1psi 51,719mmHg 1MPa 10,kgf/cm 1MPa 10bar 1Mpa 145,04 psi(lbf/pol ) 1MPa 7501,mmHg.3 A lei de Pascal Constata-se que o ar é muito compressível sob a ação de pequenas forças. Quando contido em um recipiente fechado, o ar exerce uma pressão igual sobre as paredes, em todos os sentidos. Podemos verificar isto facilmente, fazendo uso de uma bola de futebol, FIG.4. Apalpando-a, observa-se uma pressão uniformemente distribuída sob a sua superfície. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 6

7 Figura 4 Pressão distribuída em uma bola "A Pressão exercida em um ponto qualquer de um fluido em repouso transmite-se integralmente a todos os pontos do fluido e atua perpendicularmente contra as paredes do recipiente que o contém". Talvez, pela simplicidade da Lei de Pascal, é que o homem não percebeu o seu enorme potencial por dois séculos. Somente, no princípio da Revolução Industrial, é que um mecânico britânico, Joseph Bramah, veio a utilizar a descoberta de Pascal para desenvolver uma prensa hidráulica. A FIG.5 faz uma comparação entre a Lei de Pascal e a o Braço de Alavanca mostrando o mecanismo de multiplicação de Força em ambos. Figura 5 Equivalência entre a Lei de Pascal e o Braço de Alavanca de Arquimedes Considerando P 1 a pressão exercida pelo fluido na área menor e, P a pressão exercida na área maior, matematicamente pode-se interpretar a Lei de Pascal do seguinte modo: P1 P Como: P 1 P F A F A 1 1 Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 7

8 Então: F1 A 1 F A ou, F 1A F A1 Observa-se da dedução anterior que na maior área têm-se a maior força. Pela de Lei de Pascal é mostrado porque o uso da energia fluídica (principalmente a hidráulica) tem se difundido tanto na atualidade..4 Pressão Estática em um Fluido Considere um recipiente que contém um fluido líquido da FIG.6. Observa-se que a massa deste fluido exerce uma força (Peso) no fundo do mesmo, se for utilizado o conceito de pressão neste caso, verifica-se que a força peso que atua na massa do líquido produz pressão na superfície inferior do recipiente. Figura 6 Recipiente com líquido Como o líquido está parado, esta pressão é conhecida como pressão estática e, matematicamente pode ser expressa como: Onde: Pe = Pressão estática (Pa) h = Altura da coluna de líquido (m) g = Aceleração da gravidade local (m/s ) ρ = Densidade volumétrica do líquido (kg/m 3 ) Veja a demonstração da equação de pressão estática a seguir: Considere o líquido a uma altura h (m) e que a área de seção transversal no fundo do recipiente é de A (m ). É fácil notar que o volume de líquido no recipiente pode ser dado por: V Ah Considerando que o líquido tem densidade ρ (kg/m 3 ), pode-se escrever a massa como sendo: m V m Ah P e gh Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 8

9 Da definição de pressão, tem-se: P F A P P A P mg A P Ah g A P gh.5 Pressão Dinâmica em um Fluido A pressão dinâmica é o resultado da energia cinética que um fluido adquire com a velocidade de seu escoamento. Em síntese considere a FIG.7 para dedução desta pressão. P A v ρ Sabe-se que: d Figura 7 Escoamento em uma tubulação T Fd 1 Ec mv Considerando um escoamento sem perda, ou seja, todo trabalho produzido para deslocamento do fluido será convertido em energia cinética para o mesmo. Desta forma: 1 mv Logo: Fd 1 Ad v Fd F A 1 v Pd 1 v Onde: P d = Pressão dinâmica (Pa) v = Velocidade de escoamento do fluido (m/s) ρ = Densidade volumétrica do líquido (kg/m 3 ).6 Pressão Atmosférica A Terra está envolvida por uma camada de ar, denominada atmosfera, constituída por uma mistura gasosa cujos principais componentes são o oxigênio e o nitrogênio. A espessura dessa camada não pode ser perfeitamente determinada, porque, à medida que aumenta a altitude, o ar se torna muito rarefeito, isto é, com pouca densidade. O ar sendo composto por moléculas, é atraído pela força de gravidade da Terra e, portanto, tem Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 9

10 peso. Devido ao seu peso, a atmosfera exerce uma pressão, chamada pressão atmosférica, sobre todos os objetos nela imersos. O valor da pressão atmosférica pode ser medido com uma experiência idealizada pelo físico italiano Evangelista Torricelli: Pegue um tubo de vidro de 1m de comprimento, fechado numa das extremidades, e o encha-o completamente com mercúrio. Feche com o dedo a extremidade aberta, inverto o tubo e o ermerja-o num frasco que também contém mercúrio. Ao retirar o dedo, observase que o tubo não se esvazia completamente. O mercúrio nele contido escoa para o frasco até que o desnível atinja cerca de 76cm. É a pressão atmosférica que impede que o tubo se esvazie até o fim. Ela comprime a superfície exposta do mercúrio e, desse modo, sustenta o líquido que ficou no interior do tubo. A pressão atmosférica diminui com o aumento da altitude. Isso ocorre porque o peso do ar sobre as camadas elevadas da atmosfera é menor do que aquele que age sobre as camadas mais baixas. Por exemplo, a pressão atmosférica na cidade do Rio de Janeiro é maior que a pressão atmosférica em Belo Horizonte. Sobre o Rio de Janeiro, ao nível do mar, a coluna de ar é maior que sobre Belo Horizonte, situada numa maior altitude (836 metros). Ao nível do mar, a pressão atmosférica é, em média, de 76 cm de mercúrio. Em todos os planetas que possuem atmosfera, existirá uma pressão atmosférica com um certo valor. Na Lua, não havendo atmosfera, não haverá consequentemente pressão atmosférica. Os instrumentos destinados a medir a pressão atmosférica chamam-se barômetros. Existem dois tipos: os de mercúrio, baseados na experiência de Torricelli, e os metálicos que utilizam as deformações provocadas pela pressão atmosférica numa caixa de metal em cujo interior foi feito vácuo. Quando a pressão externa se altera, a caixa metálica se deforma; essa deformação é transmitida a um ponteiro que se desloca sobre uma escala graduada..7 Pressão Total em um Sistema Pneumático Num sistema pneumático a pressão total num ponto qualquer de um fluido em escoamento ideal é encontrado pela soma das pressões estáticas, dinâmica externa (quando existir). A seguir é apresentada a equação para pressão total também conhecida como Equação de Bernoulli. P T P P P d e P P T 1 v gh P P Onde: P e = Pressão estática (Pa) P P = Pressão externa (Pa) P d = Pressão dinâmica (Pa) v = Velocidade de escoamento do fluido (m/s) ρ = Densidade volumétrica do líquido (kg/m 3 ) h = Altura da coluna de fluido (m) g = Aceleração da gravidade (m/s ) Na pneumática considera-se para efeito de cálculos, as parcelas de pressão dinâmica e a externa, pois como o ar tem densidade muito baixa a parcela de pressão estática (que é a própria pressão atmosférica) não é considerada. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 10

11 .8 Princípio da Multiplicação de Pressão Para ilustração deste princípio, observe a FIG.8. Figura 8 Ilustração do princípio da multiplicação de pressão Dois êmbolos de diâmetros diferentes são unidos entre si por uma haste. Atuando-se com a pressão P 1 sobre a área A 1, temos no êmbolo maior a força F 1. A força F 1 é transmitida pela haste ao êmbolo menor. Essa força age sobre a superfície A e provoca a pressão P. Eliminando o atrito, tem-se: F1 F Como: F P 1 1A1 F P A Então: P A ou, 1 1 P A P1 A P A 1 Num multiplicador de pressão, as pressões são inversamente proporcionais às áreas..9 Princípio da Continuidade ou de Fluxo Num sistema pneumático a força é transmitida só pela pressão, o fluxo provoca o movimento dos atuadores. A bomba é responsável pelo fornecimento de óleo, produzindo-se assim um fluxo. Para medição de fluxo deve-se ter em mente os seguintes conceitos: Velocidade - É a distância que as partículas percorrem em uma unidade de tempo. Sua unidade no SI é m/s. d v t onde: v = Velocidade de escoamento do fluido (m/s) d = Distância (m) Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 11

12 t = tempo (s) Vazão Volumétrica - É o volume que atravessa uma seção de tubo em uma unidade de tempo. Sua unidade no SI é o m 3 /s, ou mais comumente 1/min. V Q t onde: Q = Vazão de escoamento do fluido (m 3 /s) V = Volume de fuido (m 3 ) t = tempo (s) O Princípio da Continuidade ou de Fluxo diz que: Conforme varia a secção transversal de uma tubulação a velocidade média das partículas do fluido varia inversamente, apesar de a vazão ser constante. A FIG.9 ilustra o princípio enunciado acima. A vazão não muda com a alteração da seção da tubulação, o que se observa é uma mudança na velocidade de escoamento do fluido. Figura 9 Ilustração do Princípio da Continuidade Para comprovar o princípio acima, considere na FIG-9, as hipóteses: A 1 = Área de menor seção transversal da tubulação A = Área de maior seção transversal da tubulação v 1 = Velocidade do fluido na menor seção transversal da tubulação v = Velocidade do fluido na maior seção transversal da tubulação d 1 = Diâmetro menor da tubulação d = Diâmetro maior da tubulação V 1 = Volume de fluido na menor seção da tubulação V = Volume de fluido na maior seção da tubulação Q 1 = Fluxo ou Vazão de fluido na menor seção da tubulação Q = Fluxo ou Vazão de fluido na maior seção da tubulação É fácil perceber que o volume de fluido nas seções da tubulação será: V 1 A1 d1 Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 1

13 V Ad Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 13

14 Como a vazão não muda: Q1 Q Então: A1 d t 1 1 Ad t Na equação anterior, observa-se que: d v1 t 1 1 Conclui-se que: A 1v1 Av d v t A equação anterior é conhecida com o Princípio da Continuidade e comprova que numa tubulação de seções diferentes o que muda é a velocidade de escoamento do fluido e não a vazão. 3- Produção de Ar Comprimido Para a produção de ar comprimido são necessários compressores, os quais comprimem o ar para a pressão de trabalho desejada. Na maioria dos acionamentos e comandos pneumáticos existe, em geral, uma estação central de distribuição de ar comprimido. Não é necessário calcular e planejar a transformação e transmissão da energia para cada consumidor individual. A instalação de compressão fornece o ar comprimido para dos devidos lugares através de uma rede de tubulações. No projeto, devem ser consideradas a ampliação e aquisição de outros novos aparelhos pneumáticos. Por isso é necessário sobre dimensionar a instalação para que mais tarde não venha-se constatar que ela está sobrecarregada. Uma ampliação posterior da instalação se torna geralmente muito cara. Outro fator importante é o grau de pureza do ar. Um ar limpo garante uma vida útil longa para instalação. O emprego correto dos diversos tipos de compressores também deve ser considerado. 3.1 Tipos de Compressores Conforme as necessidades fabris, em relação à pressão de trabalho e ao volume, são empregados compressores de diversos tipos de construção. Os compressores são diferenciados segundo seu princípio de funcionamento, conforme é apresentado a seguir. O primeiro é baseado no princípio de redução de volume. Nele se consegue a compressão sugando o ar para um ambiente fechado diminuindo posteriormente o tamanho deste ambiente. Este tipo de construção é denomina compressor de êmbolo ou pistão (compressores de êmbolo de movimento linear). Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 14

15 O outro tipo de construção funciona segundo o princípio de fluxo. Sucção de ar de um lado e compressão no outro por aceleração de massa (turbina). A Compressor do Tipo Êmbolo Ele é apropriado para a compressão a baixas, médias pressões e altas pressões. Figura 10 Funcionamento do compressor tipo êmbolo de 1 estágio e estágios Apenas com 1 estágio (FIG.10 esquerda) não se consegue altas pressões para o ar comprimido. Para se obter pressões elevadas, é necessário que o compressor tenha vários estágios (FIG.10 direita) de compressão. O ar aspirado será comprimido pelo primeiro êmbolo (pistão), refrigerado intermediariamente, para logo, ser comprimido pelo segundo êmbolo (pistão). O volume da segunda câmara de compressão é, em relação ao primeiro, menor. Durante o trabalho de compressão se forma uma quantidade de calor, que tem que ser eliminada pelo sistema de refrigeração. Os compressores de êmbolo podem ser refrigerados por ar ou água. B Compressores do Tipo Membrana Também pertence ao grupo dos compressores de êmbolo. Uma membrana separa o êmbolo da câmara de trabalho; o ar não tem contato com as peças móveis. Portanto, o ar comprimido está isento de resíduos de óleo. Estes compressores são empregados com preferência nas indústrias alimentícias, farmacêuticas e químicas. A FIG.11 ilustra o aspecto construtivo e o princípio de funcionamento deste compressor. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 15

16 Figura 11 Compressor do tipo Membrana C Compressor Rotativo de Duplo Parafuso Dois parafusos helicoidais, os quais, pelos perfis côncavo e convexo comprimem o ar que é conduzido axialmente. A FIG.1 ilustra este tipo de compressor. Figura 1 Compressor rotativo de Duplo Parafuso Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 16

17 D Compressor do tipo Roots Nestes compressores o ar é transportado de um lado para outro, sem alteração de volume. A compressão (vedação) efetua-se no lado da pressão pelos cantos dos êmbolos. Na FIG.13 tem-se o aspecto construtivo e o princípio de funcionamento deste tipo de compressor. Figura 13 Compressor do tipo Roots 3. Refrigeração dos Compressores e Montagem Em compressores pequenos são suficientes algumas aletas de refrigeração, para que o calor seja dissipado. Compressores maiores são equipados com um ventilador para dissipar o calor. A FIG.14 ilustra as aletas dispostas na câmara de compressão. Figura 14 Aletas de refrigeração A estação de compressores deve ser montada dentro de um ambiente fechado, com proteção acústica para fora. O ambiente deve ter boa ventilação. O ar sugado deve ser fresco, seco e livre de poeira. 3.3 Regulação de Capacidade A regulação da capacidade dos compressores visa adequar o volume de ar comprimido produzido pelo compressor à demanda real. Os tipos mais utilizados são: Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 17

18 A Readmissão do ar By-pass Quando a pressão do reservatório atinge um valor preestabelecido, ela aciona, através de um pressostato, uma válvula direcional que dirigirá o fluxo para a admissão, economizando trabalho, veja FIG.15. Figura 15 Readmissão do ar ou by-pass B Partida e Parada Automática do Motor Elétrico O reservatório de ar é conectado a um pressostato, quando a pressão alcançar um valor prefixado, fará com que este desligue a chave magnética que comanda o motor elétrico. A pressão diminui com o consumo e, quando chega abaixo de um determinado valor, a chave magnética é ligada automaticamente, permitindo nova marcha do compressor, veja FIG.16. Figura 16 Regulação automática de capacidade C Alívio nas Válvulas de Admissão É o sistema mais empregado. Ao atingir uma pressão pré-fixada, as válvulas de admissão do compressor são mantidas abertas, por meio de uma gana acionada por comando pneumático, permitindo que o compressor trabalhe em vazio, veja FIG.17. Quando a pressão diminuir ou estiver estabilizada, o trabalho de compressão é reiniciado. Figura 17 Alívio nas válvulas de admissão Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 18

19 3.4 Reservatório de Ar Comprimido Um sistema de ar comprimido é dotado, geralmente, de um ou mais reservatórios, desempenhando grandes funções junto a todo o processo de produção. A FIG.18 ilustra os componentes e simbologia do reservatório. Figura 18 Reservatório de ar comprimido O reservatório possui as seguintes funções: Armazenar o ar comprimido; Resfriar o ar auxiliando a eliminação de condensado; Compensar as flutuações de pressão em todo o sistema de distribuição; Controlar as compressão do compressor, etc. Os reservatórios devem ser instalados de modo que todo os drenos, conexões e aberturas de inspeção sejam facilmente acessíveis. Em nenhuma condição o reservatório deve ser enterrado ou instalado em local de difícil acesso, ele deve ser instalado de preferência fora da casa dos compressores, na sombra, para facilitar a condensação da umidade e do óleo contidos no ar comprimido. Deve possuir um dreno no ponto mais baixo para fazer a remoção deste condensado acumulado em cada 8 horas de trabalho; o dreno, preferencialmente, deverá ser automático. Os reservatórios são dotados ainda de manômetro, válvulas de segurança, e são submetidos a uma prova de pressão hidrostática, antes da utilização. 3.5 Rede de distribuição de ar comprimido É de importância não somente o correto dimensionamento, mas também a montagem das tubulações. As tubulações de ar comprimido requerem uma manutenção regular, razão pela quais as Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 19

20 mesmas não devem, dentro do possível, ser montadas dentro de paredes ou cavidades estreitas, pois isto dificulta a detecção de fugas de ar. Pequenos vazamentos são causas de consideráveis perdas de pressão. A FIG.19 ilustra uma rede de distribuição de ar comprimido. Figura 19 Rede de distribuição de ar comprimido Geralmente as tubulações são montadas em circuito fechado, veja FIG.0. Partindo da tubulação principal, são instaladas as ligações em derivação. Quando o consumo de ar é muito grande consegue-se mediante esse tipo de montagem, uma alimentação uniforme. O ar flui em ambas as direções. Figura 0 Rede de distribuição em circuito fechado A rede combinada também é uma instalação de circuito fechado, a qual por suas ligações longitudinais e transversais oferece a possibilidade de fornecimento de ar em qualquer local. Mediante válvulas de fechamento, existe a possibilidade de bloquear determinadas linhas de ar comprimido quando as mesmas não forem usadas ou quando for necessário pô-las fora de serviço por razões de reparação e manutenção. Também pode ser feito um melhor controle de estanqueidade. Figura 1 Rede de distribuição combinada As tubulações, em especial as redes em circuito aberto devem ser montadas com um declive de 1 a %, na direção do fluxo, veja FIG.. Por causa da formação de água condensada, é fundamental em tubulações horizontais, instalar os ramais de tomadas de ar, na parte superior do tubo principal. Dessa forma evita-se que a água condensada eventualmente existente na tubulação principal possa chegar às tomadas de ar através dos ramais. Para interceptar e drenar a água condensada deve ser instalado derivações com drenos na parte inferior da tubulação principal. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 0

21 Figura Recomendações para instalação de redes de ar comprimido A quantidade de ar perdida através de pequenos furos, acoplamentos com folgas, vedações defeituosas, etc., quando somadas, alcançam elevados valores. A importância econômica desta contínua perda de ar torna-se mais evidente quando comparada com o consumo de um equipamento e a potência necessária para realizar a compressão. É impossível eliminar por completo todos os vazamentos, porém estes devem ser reduzidos ao máximo com uma manutenção preventiva do sistema, de 3 a 5 vezes por ano, sendo verificada, por exemplo: substituição de juntas de vedação defeituosa, engates, mangueiras, tubos, válvulas, reaperto das conexões, refazer vedações nas uniões roscadas, eliminar ramais de distribuição fora de uso e outras que podem aparecer dependendo da rede construída. Na escolha do material da tubulação tem-se algumas possibilidades: Cobre Latão Aço Liga tubo de aço zincado (galvanizado) material sintético Tubulações instaladas para um tempo indeterminado devem ter uniões soldadas que, neste caso, serão de grande vantagem, pois, são bem vedadas e não muito custosas. As desvantagens destas uniões são as escamas que se criam ao soldar. Estas escamas devem ser retiradas da tubulação. A costura da solda também é sujeita à corrosão e isto requer a montagem de unidades de conservação. Em redes feitas com tubos de aço zincado (galvanizado), o ponto de conexão nem sempre é totalmente vedado. Lugares decapados (roscas) também podem enferrujar, razão pela qual também aqui é importante o emprego de unidades de conservação. Em casos especiais prevêem-se tubos de cobre ou de material sintético (plástico). Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 1

22 3.6 Preparação do ar Comprimido Na prática, encontram-se vários exemplos onde se deve dar muito valor à qualidade do ar comprimido. Impurezas em forma de partículas de sujeira ou ferrugem, restos de óleo e umidade originam muitas vezes falhas nas instalações e equipamentos pneumáticos. Enquanto a eliminação primária do condensado é feita no separador após o resfriador, a separação final, filtragem e outros tratamentos secundários do ar comprimido são executados no local de consumo. É necessária especial atenção para a umidade contida no ar comprimido. A umidade penetra na rede através do ar aspirado pelo compressor. A quantidade de umidade depende, em primeiro lugar, da umidade relativa do ar, que por sua vez, depende da temperatura e condições atmosféricas. A umidade absoluta é a quantidade de água contida em 1 m³ de ar. A quantidade de saturação é a quantidade máxima de água admitida em 1 m³ de ar a uma temperatura determinada. Nesse caso, a umidade relativa é de 100% (Ponto de orvalho). Na FIG.3, pode-se observar a quantidade de saturação em função da temperatura. Umidade Relativa = umidade absoluta. 100% Quantidade de saturação Figura 3 Diagrama de umidade relativa da água (Ponto de orvalho) Por exemplo, um ponto de orvalho de 313 K (40 C), 1 m³ de ar contém 50 g de água. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos

23 Para preservar e aumentar a vida útil da instalação é necessário à secagem do ar comprimido, além da regulação de pressão e lubrificação para as válvulas e atuadores. A seguir será apresentado os elementos necessários para a preparação do ar comprimido. A Secadores A.1 - Secagem por Absorção A secagem por absorção é um processo puramente químico. Neste processo, o ar comprimido passa sobre uma camada esse elemento, combina-se quimicamente com ele e se dilui formando uma combinação elemento secador/água. Esta mistura deve ser removida periodicamente do absorvedor. Essa operação pode ser manual ou automática. Com o tempo, o elemento secador é consumido e o secador deve ser reabastecido periodicamente (duas a quatro vezes por ano). O secador por absorção separa ao mesmo tempo vapor e partículas de óleo. Porém, quantidades maiores de óleo influenciam no funcionamento do secador. Devido a isso é conveniente antepor um filtro fino ao secador. A FIG.4 ilustra um típico secador por absorção. Figura 4 Secador por absorção O processo de absorção caracteriza-se por: Montagem e instalação simples; Desgaste mecânico mínimo já que o secador não possui partes móveis. A. - Secagem por Adsorção A secagem por adsorção está baseada num processo físico. (Adsorver: admitir uma substância à superfície de outra). O elemento secador é um material granulado com arestas ou em forma de pérolas. Este elemento secador é formado de quase 100% de dióxido de silício. Em geral é conhecido pelo nome "GEL" (sílica gel). Mediante a montagem em paralelo de duas instalações de adsorção, uma delas pode ser ligada para secar enquanto a outra está sendo tratada com ar quente (regeneração). A FIG.5 ilustra este processo de secagem. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 3

24 Figura 5 Secador por adsorção A.3 Filtro de Ar Comprimido A função do filtro de ar comprimido é reter as partículas de impureza, bem como a água condensada. A FIG.6 ilustra um típico filtro de ar comprimido e sua respectiva simbologia. Figura 6 Filtro de ar comprimido Para entrar no copo (1), o ar comprimido passa por uma chapa defletora () com ranhuras direcionais. Como conseqüência, o ar é forçado a um movimento de rotação. Com isso, separam-se as impurezas maiores, bem como as gotículas de água por meio de força centrípeta, depositando-se no fundo do copo coletor. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 4

25 O filtro (4) sintetizado tem uma porosidade que varia entre 30 e 70 µm. Por ele, as partículas sólidas maiores são retidas. O elemento filtrante deve ser limpo ou substituído em intervalos regulares quando estiver saturado. O ar limpo passa então pelo regulador de pressão e chega à unidade de lubrificação e daí para os elementos pneumáticos. O condensado acumulado no fundo do copo deve ser eliminado ao atingir a marca do nível máximo admissível, através de um parafuso purgador (3). Se a quantidade de água é elevada, convém colocar no lugar do parafuso (3) um dreno automático. Dessa forma a água acumulada no fundo do copo pode ser eliminada, caso contrário a água será arrastada novamente pelo ar comprimido para os elementos pneumático. B Reguladores de Pressão B.1 Regulador de Pressão com Orifício de Escape O regulador tem por função manter constante a pressão de trabalho (secundária) independente da pressão da rede (primária) e consumo de ar. A pressão primária tem que ser sempre maior que a pressão secundária. A pressão regulada por meio de uma membrana (1). Uma das faces da membrana é submetida à pressão de trabalho, enquanto a outra é pressionada por uma mola () cuja pressão é ajustável por meio de um parafuso de regulagem (3). Com o aumento da pressão de trabalho, a membrana se movimenta contra a força da mola. Com isso a seção nominal da passagem na sede de válvula (4) diminui até o fechamento completo. Isto significa que a pressão é regulada pela vazão. Por ocasião do consumo a pressão diminui e a força da mola reabre a válvula. Com isso, a pressão é mantida regulada e constante no abrir e fechar da válvula. Para evitar a ocorrência de uma vibração indesejável, sobre o prato da válvula (6) é constituído um amortecedor por mola (5) ou ar. A pressão de trabalho é indicada por manômetro. Se a pressão crescer demasiadamente do lado secundário, a membrana é pressionada contra a mola. Com isso, abre-se o orifício da parte central da membrana e o ar em excesso sai pelo furo de escape para a atmosfera. A FIG.7 ilustra o regulador de pressão com orifício de escape e sua simbologia. Figura 7 Regulador de Pressão com Orifício de Escape Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 5

26 B. Regulador de Pressão sem Orifício de Escape No comércio encontram-se reguladores de pressão sem abertura de escape. Nesses casos, não se pode permitir a fuga do ar contido no sistema para a atmosfera. Por meio do parafuso de ajuste () é tensionada a mola (8) juntamente com a membrana (3). Conforme a regulagem da mola (8) a passagem do ar da via primária para a secundária se torna maior ou menor. Com isso o pino (6) encostado à membrana afasta ou aproxima a vedação (5) do assento. Se do lado secundário não houver passagem de ar, a pressão cresce e força a membrana (3) contra a mola (8). Desta forma, a mola (7) pressiona o pino para baixo e a passagem é fechada pela vedação (5). Somente quando houver demanda de ar pelo lado secundário é que o ar comprimido do lado primário voltará a fluir. A FIG.8 ilustra as partes constituintes e a simbologia desta válvula. Figura 8 Regulador de Pressão sem Orifício de Escape C - Lubrificador O lubrificador tem a tarefa de abastecer com material lubrificante, os elementos pneumáticos. O elemento lubrificante é necessário para garantir um desgaste mínimo dos elementos móveis, mantendo o mínimo possível as forças de atrito e proteger os aparelhos contra a corrosão. Os lubrificantes trabalham, geralmente, segundo o princípio de "Venturi". A diferença de pressão (ΔP queda de pressão), entre a pressão antes do bocal (nebulizador) e a pressão no ponto estrangulado do bocal, será aproveitada para sugar óleo de um reservatório e misturá-lo com o ar, formando uma neblina. O lubrificador somente começa a funcionar quando existe um fluxo suficientemente grande. Quando houver uma pequena demanda de ar, a velocidade no bocal é insuficiente para gerar uma depressão (sucção) que possa sugar o óleo do reservatório. Deve-se, portanto, prestar atenção aos valores de vazão (fluxo) indicados pelos fabricantes. Na FIG.9 é mostrado o funcionamento do lubrificador pelo princípio de Venturi. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 6

27 Figura 9 Funcionamento do lubrificador pelo princípio de Venturi O lubrificador da FIG.30 trabalha segundo o princípio de Venturi. O ar comprimido entra no lubrificador pela entrada (1) até a saída (). Pelo estreitamento da seção da válvula (5), é produzida uma queda de pressão. No canal (8) e na câmara de gotejamento (7) é produzida uma depressão (efeito de sucção). Através do canal (6) e do tubo elevador (4), o óleo chega na câmara de gotejamento (7) e no canal (8) até o fluxo do ar comprimido, que flui para a saída (). As gotas de óleo são pulverizadas pelo ar comprimido e chegam em forma de neblina nos aparelhos. A sucção de óleo varia segundo a quantidade de ar que passa e segundo a queda de pressão. Na parte superior do tubo (4) pode-se realizar outro ajuste da quantidade de óleo, por meio de um parafuso. Uma determinada quantidade de ar exerce pressão sobre o óleo que se encontra no depósito, através da válvula de retenção (3). Figura 30 Lubrificador Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 7

28 D Unidade de Conservação Atualmente, a secagem, a regulação de pressão e a lubrificação são realizadas por uma unidade de conservação que incorpora em um único dispositivo as três funções. Esta é conhecida popularmente com LUBREFIL. A FIG.31 e 3 ilustra uma unidade de conservação e sua simbologia respectivamente. Figura 31 Unidade de conservação de ar comprimido Figura 3 Simbologia de uma unidade de conservação de ar comprimido Na especificação de uma unidade de conservação é importante observar os seguintes pontos: 1 A vazão total de ar em m³/hora é determinante para o tamanho da unidade. Uma demanda (consumo) de ar grande demais provoca uma queda de pressão nos aparelhos. Devem-se observar rigorosamente os dados indicados pelos fabricantes. A pressão de trabalho nunca deve ser superior à indicada no aparelho. A temperatura ambiente não deve ser maior que 50 C (máximo para copos de material sintético). A seguir serão apresentados alguns cuidados na manutenção da unidade de conservação de ar comprimido. D.1 Manutenção do Filtro de Ar Comprimido O nível de água condensada deve ser controlado regularmente, pois a altura marcada no copo indicador não deve ser ultrapassada. A água condensada acumulada pode ser arrastada para a tubulação de ar comprimido e para os equipamentos. Para drenar a água condensada, deve-se abrir o parafuso de dreno no fundo do copo indicador. O cartucho filtrante, quando sujo, também deve ser limpo ou substituído. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 8

29 D. Quanto ao Regulador de Pressão de Ar Comprimido Na existência de um filtro de ar comprimido antes do regulador, este não necessita de manutenção. D.3 Quanto ao Lubrificador Controlar o nível de óleo no copo indicador. Se necessário, completar o óleo até a marcação. Limpar, somente com querosene, os filtros de material plástico e o copo do lubrificador e usar somente óleos minerais de baixa viscosidade. IV Atuadores Pneumáticos A energia pneumática será transformada em energia mecânica pelos atuadores pneumáticos. Dentre eles pode-se destacar os cilindros pneumáticos (atuadores de movimento retilíneo) e, motores pneumáticos (atuadores de movimento rotativo). 4.1 Cilindros Pneumáticos A geração de um movimento retilíneo com elementos mecânicos, conjugados com acionamentos elétricos é relativamente cara e com dificuldade de fabricação e durabilidade. Por esta razão utilizam-se os cilindros pneumáticos. Os cilindros recebem uma classificação conforme seu comando de atuação. A - Cilindros de Simples Ação Os cilindros de simples ação são acionados por ar comprimido em uma única via, portanto, realizam trabalho em um só sentido. Seu retorno é efetuado mediante uma mola ou através de força externa. A força da mola é calculada para que possa retroceder o êmbolo à posição inicial, com uma velocidade suficientemente alta, sem absorver, porém, energia elevada. Em cilindros de simples ação com mola, o curso do embolo é limitado pelo comprimento desta. Por esta razão fabricam-se cilindros de ação simples com comprimento de curso até aproximadamente 100 mm. São utilizados principalmente, para fixar, expulsar, prensar, elevar, alimentar, etc. A FIG.33 ilustra este tipo de atuador e sua simbologia. Figura 33 Cilindro de simples ação e retorno por mola Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 9

30 B Cilindro de Êmbolo A vedação é feita por um material flexível alojado em um êmbolo metálico, ou de material sintético (Perbunan). Durante o movimento do êmbolo, os lábios da junta deslizam sobre a superfície interna do cilindro. Na FIG.34 à direita, o curso de avanço é feito por uma mola e o retrocesso por ar comprimido. São utilizados para freios de caminhões e vagões ferroviários. Vantagem: Frenagem instantânea quando da falta de energia. Figura 34 Cilindro tipo êmbolo C Cilindro de Dupla Ação A força exercida pelo ar comprimido movimenta o êmbolo do cilindro de dupla ação realizando movimento nos dois sentidos. Será produzida uma determinada força no avanço, bem como no retorno do pistão. Os cilindros de dupla ação são utilizados especialmente onde é necessário também realizar trabalho no retrocesso. O curso em princípio é ilimitado, porém é importante levar em consideração a deformação por flexão e flambagem. A vedação aqui, efetua-se mediante êmbolo (êmbolo de dupla vedação). A FIG.35 mostra um cilindro de dupla ação e sua simbologia. Figura 35 Cilindro de dupla ação D Cilindro de Dupla Ação com Haste Passante O cilindro de haste passante possui algumas vantagens. A haste é melhor guiada devido aos dois mancais de guia. Isto possibilita a admissão de uma ligeira carga lateral. Os elementos sinalizadores podem ser montados na parte livre da haste do êmbolo. Neste cilindro, as forças de avanço e retorno são iguais devido à mesma área de aplicação de pressão em ambas as faces do êmbolo. A FIG.36 ilustra este tipo de cilindro e sua simbologia. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 30

31 Figura 36 Cilindro de dupla ação com haste passante E - Cilindro Tandem Esta construção nada mais é do que dois cilindros de dupla ação os quais formam uma só unidade. Desta forma, com simultânea pressão nos dois êmbolos, a força é uma soma das forças dos dois cilindros. O uso desta unidade é necessário para se obter grandes forças em locais onde não se dispõe de espaço suficiente para a utilização de cilindros de maior diâmetro. A FIG.37 ilustra o cilindro tandem e sua simbologia. Figura 37 Cilindro Tandem F Cilindro de Dupla Ação com Amortecimento nos Fins de Curso Quando volumes grandes e pesados são movimentados por um cilindro, deve existir neste, um sistema de amortecimento para evitar impactos. Antes de alcançar a posição final, um êmbolo de amortecimento interrompe o escape direto do ar, deixando somente uma pequena passagem geralmente regulável. Com o escape do ar restringido, cria-se uma sobre pressão que, para ser vencida absorve parte da energia e resulta em perda de velocidade nos fins de curso. Invertendo o movimento do êmbolo, o ar entra sem impedimento pelas válvulas de retenção, e o êmbolo pode com força e velocidade total, retroceder. A FIG.38 ilustra internamente este cilindro. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 31

32 Figura 38 Cilindro de dupla ação com amortecimento nos finais de curso G Cilindro Rotativo com Amortecimento nos Fins de Curso Neste cilindro, a haste de êmbolo tem um perfil dentado (cremalheira). A haste de êmbolo aciona esta cremalheira através de uma engrenagem, transformando o movimento linear num movimento rotativo à esquerda ou direita, sempre de acordo com o sentido do curso. Os campos de rotação mais usuais são vários, podendo ser de até 70. Um parafuso de regulagem possibilita porém a determinação do campo de rotação parcial, dentro do total. O momento de torção depende da pressão de trabalho da área do êmbolo e da relação de transmissão. O acionamento giratório é utilizado para virar peças, curvar tubos, regular instalações de ar condicionado, e no acionamento de válvulas de fechamento e válvulas borboleta. A FIG.39 ilustra o cilindro rotativo e sua simbologia. Figura 39 Cilindro Rotativo H Cilindro de Múltiplas Posições Este tipo de cilindro é formado de dois ou mais cilindro de dupla ação. Estes elementos estão unidos um ao outro, conforme ilustrado na FIG.40. Os cilindros movimentam-se, conforme os lados dos êmbolos que estão sob pressão, individualmente. Com dois cilindros de cursos diferentes obtêm-se quatro posições. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 3

33 Figura 40 Cilindro de múltiplas posições Os cilindros de múltiplas posições possuem aplicações em: Seleção de ramais para transporte de peças em esteiras; Acionamento de alavancas; Dispositivo selecionador (peças boas e refugados a serem aproveitados). 4. Atuadores Rotativos A Motores a Ar Comprimido Estes elementos transformam a energia pneumática em movimento rotativo. Os motores pneumáticos estão classificados segundo sua construção em: Motores de pistão; Motores de palhetas. Os motores a ar comprimido apresentam as seguintes características: Regulagem sem escala de rotação e do momento de torção; Elevada gama para escolha de rotação; Fisicamente pequenos e de simples construção; Seguros contra sobre-carga; Protegidos contra poeira, água, calor e frio. A.1 Motores de Pistão Este tipo está subdividido em motores de pistão radial e axial. Os de pistões em movimento radial, o êmbolo, através de uma biela, aciona o eixo do motor. Para que seja garantido um movimento sem golpes e vibrações são necessários vários pistões. A potência destes motores depende da pressão de entrada, número de pistões, área dos pistões e do curso dos mesmos. O funcionamento dos motores de pistão axial é similar ao dos motores de pistão radial. Um disco oscilante transforma a força de 5 cilindros, axialmente posicionados, em movimento rotativo. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 33

34 Dois pistões são alimentados simultaneamente com ar comprimido, com isso obter-se-á um momento de inércia equilibrado, garantindo um movimento do motor uniforme e sem vibrações. Existem motores pneumáticos com rotação à direita e à esquerda. A rotação máxima está fixada em 5000 rpm e, a faixa de potência em pressão normal varia entre 1,5 a 19 KW ( a 5 CV). A FIG.41 ilustra os tipos de motores de pistão. Figura 41 Motor de pistão radial e axial A. Motor de Palhetas Por meio de pequena quantidade de ar, as palhetas serão afastadas contra a parede interna do cilindro antes de acionar o rotor. Existem tipos de construções que o encosto das palhetas é feito por pressão de molas, possuindo geralmente entre 3 a 10 palhetas. Estas formam no motor, câmaras de trabalho, nas quais pode atuar o ar sempre de acordo com o tamanho da área de ataque das palhetas. O ar entra na câmara menor, se expandindo na medida em que aumenta a câmara. A rotação do rotor varia de 3000 a 8500 rpm. Estes motores podem ter um ou dois sentidos de rotação. A FIG.4 ilustra um típico motor de palhetas. Figura 4 Motor de Palhetas Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 34

35 V Válvulas Pneumáticas Os circuitos pneumáticos são constituídos por elementos de manobra, comando e trabalho. Os elementos manobra influenciam no processo de trabalho, estes elementos são denominados válvulas. As válvulas são elementos de manobra para partida, parada, direção ou regulagem. Elas comandam também a pressão ou a vazão do fluído armazenado em um reservatório ou movimentado por uma bomba-hidráulica. A denominação "válvula" é válida considerando-se a linguagem internacionalmente usada para tipos de construção como: registros, válvulas de esfera, válvulas de assento, válvulas corrediças, etc. Esta é a definição da norma DIN/ISO 119, conforme recomendação da CETOP (Comissão Européia de Transmissões Óleo Hidráulicas e Pneumáticas). Segundo sua função as válvulas se subdividem em 5 grupos: 1. Válvulas direcionais 4. Válvulas de fluxo (vazão). Válvulas de bloqueio 5. Válvulas de fechamento 3. Válvulas de pressão 5.1 Válvulas Direcionais Para representar as válvulas direcionais em diagramas, são utilizados símbolos. Ests não dão idéia da construção interna da válvula, somente a função desempenhada por elas. Para garantir uma identificação e uma ligação correta das válvulas, marcam-se as vias com letras maiúsculas, ou números. A convenção de segundo a norma ISO/ABNT é vista no ANEXO1- Classificação das válvulas segundo Norma ISO-ABNT. As válvulas direcionais são classificadas segundo seu tipo de acionamento em: Acionamento Contínuo:Durante o tempo da comutação, a válvula é acionada mecânica, manual, pneumática ou eletricamente. O retorno efetua-se manual ou mecanicamente através da mola. Acionamento Momentâneo (impulso): A válvula é comutada por um breve sinal (impulso) e permanece indefinidamente nessa posição, até que um novo sinal seja dado repondo a válvula à sua posição inicial. Quanto às características de construção das válvulas direcionais são distintas em dois tipos, as válvulas de assento e as corrediças. As características de construção das válvulas determinam sua vida útil, força de acionamento, possibilidades de ligação e tamanho. Válvulas de assento: Válvulas de sede esférica; Válvulas de sede de prato. Válvulas corrediças: Corrediça longitudinal (carretel); Corrediça plana longitudinal (comutador); Corrediça giratória (disco). Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 35

36 A.1 - Válvulas de sede ou de assento As ligações nas válvulas de sede ou de assento são abertas por esfera, prato ou cone. A vedação das sedes de válvula efetua-se de maneira muito simples, geralmente com elemento elástico de vedação. As válvulas de sede possuem poucas peças de desgaste e têm, portanto uma longa vida útil. Elas são robustas e insensíveis à sujeira. A força de acionamento é relativamente alta; sendo necessário vencer a força da mola de retorno e do ar comprimido agindo sobre a área do elemento de vedação. A construção de válvulas de sede esférica é muito simples e, portanto, de preço vantajoso. Estas válvulas se caracterizam por suas reduzidas dimensões. Uma mola pressiona a esfera contra a sede, evitando que o ar comprimido passe do orifício de pressão P para o orifício de trabalho A. Por acionamento da haste da válvula, afasta-se a esfera da sede. Para isto, é necessário vencer a força da mola e a força do ar comprimido. Estas são válvulas direcionais de vias, pois têm posições de comando (aberto e fechado) e ligações, entrada e saída (P e A). Com um canal de exaustão pela haste elas podem ser empregadas também como válvulas direcionais de 3 vias. O acionamento pode ser realizado manual ou mecanicamente. A FIG.43 ilustra uma válvula de sede esférica de posições de e 3 vias. Figura 43 Válvulas direcionais de posições de e 3 vias e retorno por mola com sede esférica As válvulas mostradas FIG.44, são construídas e baseadas no princípio de sede de prato. Elas têm uma vedação simples e eficiente. O tempo de comutação é curto. Um pequeno movimento do prato libera uma área bastante grande para o fluxo do ar. Como as válvulas de sede esférica, são insensíveis à sujeira e têm uma longa vida útil. Ao acionar o apalpador são interligadas num campo limitado todas as três vias: P, A e R. Isto provoca, quando em movimento lento, um escape livre de um grande volume de ar, sem ser aproveitado para o trabalho. Quando isto ocorre, diz-se que existe "exaustão cruzada". Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 36

37 Figura 44 - Válvulas direcionais de posições de e 3 vias e retorno por mola com sede prato As válvulas construídas segundo o princípio de sede de prato único, são livres de exaustão cruzada. Não existe perda de ar numa comutação lenta. Ao acionar o apalpador fecha-se primeiro a passagem de A para R (escape), pois o mesmo se veda no prato. Empurrando mais o apalpador, o prato afasta-se da sede, abrindo a passagem de P para A; o retorno é feito pela mola. Na FIG.45 é apresentada uma válvula direcional de acionamento pneumático de sede prato. Acionando-se o pistão de comando com ar comprimido na conexão Z, será deslocado o eixo da válvula contra a mola de retorno. Os orifícios P e A serão interligados. Após a exaustão do sinal de comando Z, o pistão de comando será recolocado na posição inicial por intermédio da mola. O prato fecha a via de P para A. O ar do canal de trabalho A pode escapar através de R. Figura 45 Válvula direcional com acionamento pneumático (piloto), posições, 3 vias e retorno por mola Uma outra válvula de 3/ vias construída com sede de prato está representada na FIG.46. A pressão de comando na conexão Z aciona uma membrana ligada ao pistão de comutação, afastando o prato de sua sede. Invertendo-se as ligações P e R, pode se ter uma válvula normal fechada ou aberta. A pressão mínima de acionamento é de 10 KPa (1, bar); a pressão de trabalho é de 600 KPa (6 bar). A faixa de pressão está entre 10 KPa a 800 KPa (1, a 8 bar). A vazão nominal Qn é de 100 l/min. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 37

38 Figura 46 Válvula direcional, acionamento pneumático, posições, 3 vias e retorno por mola bidirecional A FIG.47 mostra uma válvula direcional de 5/ vias (5 vias por posições). Trata-se de uma válvula da linha miniatura, que trabalha segundo o princípio de assento flutuante. Esta válvula é comutada alternadamente por pulsos de ar, mantendo a posição de comando até receber um novo pulso (bi-estável). O pistão de comando desloca-se, como no sistema de corrediça, ao ser submetido à pressão. No centro do pistão de comando encontra-se um prato com anel vedante, o qual seleciona os canais de trabalho A e B, com o canal de entrada P de pressão. A exaustão é feita através dos canais R ou S. Figura 47 Válvula direcional, acionamento pneumático, posições, 5 vias e bidirecional A FIG.48 mostra uma válvula de acionamento elétrico. Estas são utilizadas onde o sinal de comando parte de um timer elétrico, de uma chave fim de curso elétrica, de um pressostato ou de dispositivos eletrônicos. As válvulas de acionamento eletromagnético dividem-se em válvulas de comando direto e indireto. As de comando direto são usadas apenas para pequenas seções de passagem. Para passagens maiores são usadas as válvulas eletromagnéticas com servocomando (indireto). Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 38

39 Figura 48 Eletroválvula direcional, posições e 3 vias Quando energizada a bobina, o induzido (núcleo móvel) é puxado para cima contra a mola, veja FIG.48. O resultado é a interligação dos canais P e A. A extremidade superior do induzido fecha o canal R. Cessando o acionamento da bobina, a mola pressiona o induzido contra a sede inferior da válvula e interrompe a ligação de P para A. O ar do canal de trabalho A escapa por R. Esta válvula tem cruzamento de ar. O tempo de atuação é pequeno. Para reduzir a força de atuação em válvulas direcionais com comando mecânico, é utilizado o sistema de servocomando. A força de acionamento de uma válvula é geralmente determinante para a utilização da mesma. Esta força é de 600 KPa (6bar) em válvulas de 1/8", resultando de 1,8 N (0,180 Kp). Figura 49 Válvula direcional, posições, 3 vias, com acionamento por rolete servocomandada A válvula piloto é alimentada através de uma pequena passagem com o canal de alimentação P. Acionando a alavanca do rolete, abre-se a válvula de servocomando. O ar comprimido flui para a membrana e movimenta o prato da válvula principal para baixo. A comutação da válvula é feita em duas etapas, Primeiro, fecha-se a passagem de A para R; segundo, abre-se a passagem de P para A. O retorno é feito após soltar-se a alavanca do rolete. Isto provoca o fechamento da passagem do ar para a membrana, e posterior exaustão. Uma mola repõe o pistão de comando da válvula principal na posição inicial, veja a FIG.49. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 39

40 A.1 - Válvulas Corrediças Os diversos pontos de ligação das válvulas corrediças serão interligados e fechados por pistões corrediços, comutadores corrediços ou discos giratórios. Esta válvula tem como elemento de comando um pistão que seleciona as ligações mediante seu movimento longitudinal. A força de acionamento é pequena, pois não é necessário vencer a pressão do ar ou da mola, ambas inexistentes (como nos princípios de sede esférica e de prato). Neste tipo de válvulas são possíveis todos os tipos de acionamentos: manual, mecânico, elétrico e pneumático, o mesmo é válido também para o retorno à posição inicial. O curso é consideravelmente mais longo do que as válvulas de assento assim como os tempos de comutação. A FIG.50 ilustra o funcionamento de uma válvula corrediça longitudinal. Figura 50 Válvula direcional corrediça, posições, 5 vias com acionamento pneumático A vedação nesta execução de válvula corrediça é bastante problemática. A conhecida vedação "metal sobre metal" da hidráulica, requer um perfeito ajuste da corrediça no corpo. A folga entre a corrediça e o cilindro em válvulas pneumáticas não deve ser maior do que 0,00 a 0,004mm. Uma folga maior provocaria grandes vazamentos internos. A FIG.51 ilustra uma válvula direcional corrediça giratória. Estas válvulas são geralmente de acionamento manual ou por pedal. É difícil adaptar-se outro tipo de acionamento a essas válvulas. São fabricadas geralmente como válvulas direcionais de 3/3 vias ou 4/3 vias. Mediante o deslocamento rotativo de duas corrediças pode ser feita a comunicação dos canais entre si. A FIG.51 A, mostra que na posição central todos os canais estão bloqueados, por isso, o êmbolo do cilindro pode parar em qualquer posição do seu curso, apesar dessas posições intermediárias não podem ser fixadas com exatidão. Devido a compressibilidade do ar comprimido, ao variar a carga a haste também varia sua posição. A FIG.51 B mostra que na posição central os canais A e B estão conectados com o escape. Nesta posição, o êmbolo do cilindro pode ser movido por uma força externa até a posição de ajuste. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 40

41 Figura 51 Válvula direcional, 3 posições, 4 vias com acionamento manual (Corrediça giratória) 5. Válvulas de Bloqueio São válvulas que bloqueiam a passagem de fluxo em um sentido, permitindo passagem livre em direção contrária. A pressão do lado de entrada atua sobre o elemento vedante e permite com isso uma vedação perfeita da válvula. A Válvula de Retenção Estas válvulas impedem completamente a passagem de ar em um sentido, na direção contrária o ar flui com a mínima queda de pressão. O fechamento em um sentido pode ser feito por cone, esfera, placa ou membrana. A FIG.5 ilustra a simbologia de um dispositivo de retenção. Figura 5 Simbologia de um dispositivo de retenção Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 41

42 A FIG.53 ilustra a simbologia de um dispositivo de retenção com fechamento por atuação de contra pressão, por exemplo, por mola. Fecha a força da mola é maior ou igual à pressão da entrada. Figura 53 Simbologia de um dispositivo de retenção por mola 5.3 Válvula Alternadora (Válvula OR) Esta válvula possui duas entradas X e Y, e uma saída A. Quando o ar comprimido entra em X, a esfera bloqueia a entrada Y e o ar circula de X para A. Em sentido contrário quando o ar circula de Y para A, a entrada X fica bloqueada, veja FIG.54. Quando o ar retorna, quer dizer, quando um lado de um cilindro ou de uma válvula entra em exaustão, a esfera permanece na posição em que se encontrava antes do retorno do ar. Figura 54 Válvula alternadora 5.4 Válvula Reguladora de Fluxo Unidirecional Nesta válvula a regulagem do fluxo é feita somente em uma direção. Uma válvula de retenção fecha a passagem numa direção e o ar pode fluir somente através da secção regulável. Em sentido contrário, o ar passa livre através da válvula de retenção aberta, veja FIG.55. Figura 55 Válvula reguladora de fluxo unidirecional 5.5 Válvula de Escape Rápido Estas válvulas são usadas para aumentar a velocidade dos êmbolos dos cilindros. Tempos de retorno elevados, especialmente em cilindros de ação simples, podem ser eliminados dessa forma. Quando se aplica pressão em P, a junta desloca-se contra o assento e veda o escape R. O ar circula até a saída A. Quando a pressão em P deixa de existir, o ar que agora retorna pela conexão A, movimenta a junta contra a conexão P provocando 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 Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 4

43 por uma canalização longa e de diâmetro pequeno até a válvula de comando. O mais recomendável é colocar o escape rápido diretamente no cilindro ou então o mais próximo possível do mesmo. A FIG.56 mostra uma válvula de escape rápido e sua simbologia. Figura 56 Válvula de escape rápido 5.6 Válvula de Simultaneidade (Válvula AND) Esta válvula possui duas entradas X e Y e uma saída A. O ar comprimido pode passar unicamente quando houver pressão em ambas as entradas. Um sinal de entrada em X ou Y impede o fluxo para A em virtude do desequilíbrio das forças que atuam sobre a peça móvel. Quando existe uma diferença de tempo das pressões, a última é a que chega na saída A. Se os sinais de entrada são de pressões diferentes, a maior bloqueia um lado da válvula e a pressão menor chega até a saída A, veja FIG.57. Figura 57 Válvula de simultaneidade 5.7 Temporizador (Normalmente Fechado) O ar comprimido entra na válvula pelo orifício P. O ar de comando entra na válvula pela via Z e passa através de uma reguladora de fluxo unidirecional. Conforme o ajuste da válvula, passa uma quantidade maior ou menor de ar por unidade de tempo para o depósito de ar, incorporado. Alcançada a pressão necessária de comutação, o êmbolo de comando afasta o prato do assento da válvula dando passagem de ar de P para A. O tempo de formação da pressão no reservatório corresponde ao retardo da válvula, veja o mecanismo de funcionamento na FIG.58 à direita. Para que a válvula temporizadora retorne à sua posição inicial, é necessário exaurir o ar do orifício Z. O ar do reservatório escapa através da válvula reguladora de fluxo, o piloto da válvula direcional fica sem pressão, permitindo que a mola feche à válvula, conectando a saída A com o escape R, veja o mecanismo de funcionamento na FIG.58 à esquerda.. Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 43

44 Figura 58 Temporizador normalmente fechado 5.8 Temporizador (Normalmente Aberto) O princípio de funcionamento deste temporizador é idêntico ao descrito anteriormente. A única diferença é que a temporização é ajustada para fechar a passagem de fluxo de P para A. A FIG. 59 à esquerda ilustra sua posição normalmente aberta e a FIG.59 à direita ilustra o fechamento da via depois de decorrido o tempo ajustado. Em ambos os temporizadores, o tempo de retardo normal é de 0 a 30 segundos. Este tempo pode ser prolongado com um depósito adicional. Com o ar é limpo e pressão constante, pode-se obter temporizações exatas. Figura 59 Temporizador normalmente aberto Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 44

45 VI Referências Bibliográficas [1] SÉRGIO, Luís; Apostila de Pneumática Básica CETEM-MMN. Minas Gerais, junho 006. [] PARKER; Manual de Pneumática Básica, São Paulo, 00. [3] ROLF, Ganger.: Introdução a Pneumática. Festo Didatic, ª ed., São Paulo, SP. [4] AYRES PACHECO, Mário; Controles Hidráulicos e Pneumáticos. Minas Gerais, [5] PARKER HANNIFIN CO; Tecnologia Pneumática Industrial, Centro Didático de Automação Parker Hannifin Divisão Schrader Bellows Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 45

46 VII ANEXO 1: Classificação das válvulas segundo Norma ISO-ABNT. Para identificação da simbologia das válvulas direcionais (ISO ABNT) deve-se considerar: - Número de posições - Número de vias - Posição normal - Tipo de Acionamento Os quadrados (FIG. 1) unidos representam o número de posições ou manobras distintas que uma válvula pode assumir. Deve-se saber que uma válvula direcional possui no mínimo dois quadrados, ou seja realiza pelo menos duas manobras. O número de vias corresponde ao número de conexões úteis que uma válvula pode possuir, podem ser vias de passagem ou vias de bloqueio ou a combinação de ambas. A posição normal de uma válvula de controle direcional é a posição em que se encontram os elementos internos quando a mesma não foi acionada, geralmente é mantida por força de uma mola. FIGURA 1 Simbologia de válvulas direcionais As numerações de vias e comandos são indicadas por números ou letras: - vias para utilização (saídas): A - B - C - D ou linhas de alimentação (entrada): P ou 1 - Tanque, escapes (exaustão): R - S - T ou linha de comando (pilotagem): Z - Y - X ou Acionamentos Hidráulcos e Pneumáticos 46