Introdução a Pneumática e a Hidráulica

Introdução a Pneumática e a Hidráulica Conteúdo adaptado de Treinamento Festo por Profa.Karla em 2-2015 DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 1

Conteúdo Fundamentos e princípios físicos da pneumática. Produção, preparação e distribuição de ar comprimido. Símbolos normalizados (DIN/ISO 1219). Especificações técnicas, formas construtivas e funções dos atuadores, válvulas direcionais, de bloqueio, de fluxo, de pressão e combinadas. Circuitos pneumáticos para atender requisitos de automação e comandos seqüenciais utilizando-se de um ou mais atuadores com apoio de software de desenho e simulação. DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 2

Qualificação adquirida Conhecerá os principais componentes pneumáticos e será capaz de identificá-los através do seu respectivo símbolo normalizado. Desta forma, será capaz de interpretar especificações técnicas, desenhos e dados de catálogo que sejam úteis à sua função. Entender o sistema pneumático com o qual está trabalhando, evitando erros de montagem. Será capaz de propor alternativas em situações emergenciais de produção. Poderá conceber e/ou otimizar sistemas pneumáticos básicos, com precisão, adequação à aplicação. DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 3

Pneumática Tecnologia do ar comprimido DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 4

Tecnologias Utilizadas Automação Hidráulica Elétrica (Eletroeletrônica) Mecânica Pneumática DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 5

Comparação qualitativa: força, velocidade e precisão Mecânica Boa força Ótimas velocidades Ótima precisão Pneumática Força limitada Boas velocidades Precisão limitada Hidráulica Ótima força Baixas velocidades Boa precisão Elétrica Comando/Controle DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 6

Comparação quantitativa Energia Hidráulica Elétrica Pneumática Transmissão Limitada e muito cara Bem rápida e para longas Limitada e lenta distâncias Distância econômica Até aprox. 100m Pratic. s/ limites Até aprox. 1000m Vel. de transmissão Aprox. 50 mm/s Aprox. 300.000 km/s Aprox. 2 m/s Rotações Limitado Boas Até 500.000 rpm Força Bem alto Alto Baixo Proteção contra sobrecarga Excelente Não tão boa Excelente DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 7

Vantagens do ar comprimido Funcionamento seguro mesmo em situações térmicas extremas. Limpeza: Vazamentos eventuais não poluem o ambiente. Seguro: Não há riscos de explosão ou incêndio. Construção simples dos elementos. Altas velocidades de trabalho. Seguro contra sobrecarga. Quantidade ilimitada. Fácil armazenamento. Fácil transporte. Fácil regulagem. DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 8

Desvantagens do ar comprimido O ar comprimido é econômico entre 6 e 7 bar de pressão. Ruído: o escape do ar é ruidoso, porém, atualmente os sistemas já estão mais confortáveis. Preparação: Impurezas e umidade causam desgaste prematuro dos elementos pneumáticos. Compressibilidade: Não é possível manter constante as velocidades dos atuadores. Custo: o ar comprimido é uma fonte de energia cara. DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 9

Propriedades físicas do ar Inodoro Incolor Nitrogen 77,00% Compressibilidade: Capacidade de reduzir o espaço de uma certa quantidade de ar. V i Insípido V f Various 0,07% Argon Water 0,90% 1,30% Carbondioxid 0,03% F Oxygen 20,70% Expansibilidade: Capacidade de retornar ao seu volume inicial. Difusibilidade: Capacidade de misturar-se homogeneamente com quaisquer outros gases. DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 10

Pressão (p) É a relação entre a força dividida pela área onde está sendo aplicada. p = F ---- A Sendo: p = Pressão - Pa F = Força - N A = Área - m 2 F O R Ç A ÁREA DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 11

Gráfico das pressões kpa Pressão absoluta Faixa de Sobre-pressão + Pe Nível variável da Pressão Atmosférica 101kPa Faixa de depressão - Pe 0 DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 12

Unidades no Sistema Internacional (SI) Unidade Símbolo Sistema Internacional Comprimento L Metro (m) Massa m Kilograma (kg) Tempo t Segundos (s) Força F Newton (N) Área A Metro quadrado (m 2 ) Volume V Metro cúbico (m 3 ) Vazão Q Metro cúbico por segundo (m 3 /s) Pressão p Pascal (Pa) 1 Pa = N/m 2 Bar 1 bar = 10 5 Pa 101 kpa DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 13

Válvulas Válvulas Direcionais Bloqueio Pressão Fluxo Combinadas DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 14

Construção do símbolo de válvulas (norma DIN/ISO 1219) Quadrado representa posição Número de posições da válvula Setas indicam a direção e sentido do fluxo do ar T s representam bloqueios das vias As conexões de entrada e saída são representadas por traços externos. Estes, indicam o número de vias. DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 15

Acionamentos e seus símbolos Musculares Mecânicos Pneumáticos Geral Botão Alavanca Came Rolete Gatilho Piloto Positivo Decréscimo de pressão Pedal Mola DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 16

Tipos de acionamentos DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 17

Válvulas direcionais - 2/2 vias NF acionamento por came retorno por mola 2 (A) Simbologia 1 (P) (2) (2) (1) (1) DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 18

Válvulas direcionais - 3/2 vias NA acionamento por came retorno por mola 2 (A) 1 3 (P) Simbologia (R) DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 19

Válvulas direcionais - 3/2 vias NF acionamento por came retorno por mola (A) 2 (P) 1 3 Simbologia (R) DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 20

Válvulas direcionais - 3/2 vias NF acionamento por came retorno por mola (A) 2 (P) 1 3 (R) Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 21

Válvulas direcionais - 3/2 vias NF acionamento por simples piloto (A) 2 (P) 1 3 Simbologia (R) DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 22

Válvulas direcionais - 3/2 vias NF acionamento botão retorno por mola 2 1 3 Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 23

Válvulas direcionais - 3/2 vias NF acionamento por rolete servopilotada (A) 2 (P) 1 3 Simbologia (R) DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 24

Válvulas direcionais - 4/2 vias acionamento por duplo piloto 4 2 1 3 Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 25

Válvulas direcionais - 5/2 vias acionamento por duplo piloto (A) 4 2 (B) 14(Z) (R) 5 Simbologia 12(Y) 3 (S) 1 (P) 1 DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 26

Válvulas direcionais - 5/2 vias acionamento por duplo piloto (A) 4 2 (B) 14(Z) (R) 5 1 (P) 1 Simbologia 3 12(Y) (S) DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 27

Válvulas de bloqueio válvula de retenção Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 28

Válvulas de bloqueio Retenção pilotada 2 21 1 Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 29

Válvulas de bloqueio Alternadora (OU) 2 12 14 Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 30

Válvulas de bloqueio Simultaneidade (E) 2 12 14 Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 31

Válvulas de bloqueio Escape rápido (P) 1 2 (A) Simbologia 3 (R) DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 32

Válvulas de pressão Limitadora de pressão R 1(P) 3(R) Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 33

Válvulas de pressão Reguladora de pressão A R 2 P 1 3 Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 34

Válvulas de fluxo Reguladora de fluxo bidirecional Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 35

Válvulas de fluxo Reguladora de fluxo unidirecional Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 36

Válvulas combinadas Temporizadora NF 2 12 100% Simbologia 1 3 DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 37

Válvulas combinadas Temporizadora NA 2 10 100% P R Simbologia 1 3 DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 38

Válvulas combinadas Seqüência 2(A) (Z)12 1(P) Simbologia 3(R) 2 (A) 3 (R) (Z) 12 1 (P) DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 39

Acionamentos: Botoeira Alavanca Pedal DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 40

Válvulas de Sede ou Assento Esferas Pratos Cones DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 41

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Obs: Melhor vedação que a anterior DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 47

Sem Mola Com Mola Seletora (Função Lógica OU) de Simultaneidade (Função Lógica E) de Escape Rápido DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 49

Compressores Compressores Pistão Membrana Duplo Pistão Palhetas Duplo Parafuso DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 62

Compressores Pistão ou êmbolo Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 63

Compressores Duplo pistão Simbologia Suporta pressões acima de 10 bar Contamina o ar com óleo Compressão pulsante Baixo custo DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 64

Compressores Pistão com membrana Simbologia Isento de contaminação Não atinge altas pressões Compressão pulsante Baixa vazão Pequenas aplicações DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 65

Compressores Palhetas Simbologia Isento de lubrificação Não atinge altas pressões Compressão contínua Pode ser utilizado como bomba de vácuo DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 66

Compressores Duplo parafuso Simbologia Compressão contínua Isento de lubrificação Alta vazão Baixa manutenção Custo elevado Grande aplicação na indústria DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 67

Escolha de compressores DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 68

Distribuição Distribuição Redes de Ar Reservatório DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 69

Redes de ar comprimido Circuito aberto Circuito fechado (anel) Circuito combinado (válvulas de fechamento) DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 70

Tubulações de Ar Comprimido (Anéis) DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 71

Tubulações de Ar Comprimido (Drenos) DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 72

Rede de ar Comprimido 1. Compressor 2. Resfriador posterior ar/ar 3. Separador de condensados 4. Reservatório 5. Purgador automático 6. Pré-filtro coalescente 7. Secador 8. Purgador automático eletrônico 9. Pré-filtro coalescente grau x 10. Pré-filtro coalescente grau y 11. Pré-filtro coalescente grau z 12. Separador de água e óleo DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 73

Reservatório Simbologia Estabilização da rede de ar comprimido Elimina as oscilações Garantia de reserva Refrigera o ar (por sua grande superfície) Separa parte da umidade contida no ar por condensação DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 74

Secadores Secadores Resfriamento Absorção Adsorção DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 75

Secadores - Secagem por resfriamento Ar Úmido Pré-Resfriador Ar Seco Simbologia Resfriador Principal Resfria o ar Separador Compressor Refrigeração Necessita de energia externa By-Pass Reduz a umidade pela condensação do ar Muito utilizado na indústria metalúrgica Dreno Condensado Freon DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 76

Secadores - Secagem por absorção Ar Seco Simbologia Processo químico Não necessita de energia externa Instalação e manutenção simples Utiliza-se geralmente Cloreto de Cálcio Ar Úmido Purgador DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 77

Secadores - Secagem por adsorção Simbologia Elemento secante regenerável Manutenção simples Não é preciso parar o fornecimento para regenerar o elemento secante Utiliza-se geralmente Sílica-Gel DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 78

Produção, preparação e distribuição do ar DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 79

Preparação final Preparação Final Unidade de Conservação Filtro Purgador Automático Regulador de pressão Lubrificador DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 80

Preparação final Unidade de conservação Simbologia simplificada Simbologia detalhada A vazão total em m 3 /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 não deve ser maior que 50 0 C (corpos de material sintético). DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 81

Preparação final Filtro/regulador = Simbologia detalhada Filtro-regulador com lubrificador Lubrificador Filtro-Regulador Os sistemas pneumáticos evoluem para não comprometer o meio ambiente. Já existem vários produtos que trabalham sem lubrificação. DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 82

Tipos de filtros Cyclone separador Pré-filtro Micro filtro Carbono ativo Estéril Água, pó > 50 µm Água, pó 40... 5 µm àgua, pó, óleo 0.01 µm Odores Bactérias, vírus DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 83

Filtro de impurezas Saída do ar Simbologia Placa defletora Elemento filtrante Copo do filtro Filtro sinterizado Condensado Parafuso purgador A função do filtro é reter as partículas de impurezas, bem como a água condensada. DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 84

Purgador automático Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 85

Válvula reguladora de pressão Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 86

Lubrificador de ar comprimido Câmara de gotejamento Canal de alimentação Simbologia Válvula de retenção Tubo ascendente Parafuso de regulagem Parafuso de abastecimento Óleo DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 87

Manômetros Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 88

Elementos de trabalho Atuadores Lineares Outros Rotativos Simples Ação Dupla Ação Garras Giro Limitado Motores Músculo Antigiro DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 89

Atuadores Simples ação Simbologia Diâmetro: 6 a 320 mm Curso: 1 mm a 2000 mm Força: 2 a 50.000 Newtons Vel. de avanço: 0,02 a 1m/s Aplicações: Fixação Expulsão Extração Prensagem de peças entre outras DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 90

Atuadores Simples ação Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 91

Atuadores Simples ação (com membrana) Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 92

Atuadores Dupla ação Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 93

Atuadores Dupla ação (amortecimento por buchas) Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 94

Atuadores Dupla ação (amortecimento pneumático regulável) Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 95

Atuadores Dupla ação (amortecimento pneumático regulável) Parafuso de regulagem Simbologia Êmbolo de amortecimento DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 96

Atuadores Dupla ação (haste passante) Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 97

Atuadores Dupla ação (múltiplas posições) Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 98

Atuadores Dupla ação (tandem) Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 99

Atuadores Dupla ação sem haste acoplamento mecânico Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 100

Atuadores Dupla ação sem haste acoplamento mecânico Simbologia F DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 101

Atuadores Dupla ação sem haste acoplamento magnético Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 102

Atuadores Anti-giro Êmbolo Retangular Êmbolo Oblongo Êmbolo Oval DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 103

Atuadores Garras pneumáticas Paralela Radial 3 Pontos Angular DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 104

Atuadores Músculo pneumático Simbologia Alta velocidade (até 2000 mm/s) Diâmetro de 10, 20 e 40 mm Comprimento de 40 até 9000 mm Possibilita contração (curso) de 15% até 25% do comprimento Freqüência de até 90 Hz DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 105

Atuadores Rotativo (giro limitado) Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 106

Atuadores Rotativo (giro limitado) Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 107

Atuadores Rotativo (pinhão cremalheira) Simbologia DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 108

Atuadores Motor de palhetas Simbologia Os motores de palhetas podem atingir rotações entre 3000 e 8500 rpm com potências que vão de 0,1 à 24 cv, à pressão normal. DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 109

Atuadores Cálculos Cálculos Simples ação Dupla ação DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 110

Cálculo da forca nos cilindros simples ação p = pressão de trabalho (bar) Fm = força da mola (kgf) Fa = força de atrito (kgf) D = diâmetro do êmbolo (cm) d = diâmetro da haste (cm) A = área do êmbolo (cm 2 ) a = área da haste (cm 2 ) Fav = força de avanço teórica (kgf) Frt = força de retorno teórica (kgf) D Fa Fm p Fa 2. D A 4 F p. A F av av ( F a real F av F : 3 20% F a av ) F m Fa Fa DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 111

Cálculo da forca nos cilindros dupla ação D 2. D A 4 F p. A F av av ( F a real F av p F : 3 20% F a av ) Fa Fa Fa Fa p 2. d a 4 F p.( A F rt rt real F rt a) F a a = área da haste d DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 112

Comandos seqüenciais Identificação dos componentes Atuadores: Número seqüencial + letra A (1A..., 2A...) Bombas e compressores: Número seqüencial + letra P (1P..., 2P...) Válvulas: Número do atuador + letra V + número seqüencial (1V1..., 2V1...) Fins de curso: Número do atuador + letra S + 1 p/ recuado e 2 p/ avançado (1S1..., 1S2...,2S1..., 2S2...) Outros: Número do atuador + letra Z + número seqüencial DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 113

Comandos seqüenciais representação dos movimentos Atuador 2A Empurra a caixa Atuador 1A Eleva a caixa DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 114

Comandos seqüenciais representação dos movimentos (tabela) Passo de trabalho Movimento do cilindro 1A 1 Avança 2 Parado avançado 3 Recua 4 Parado recuado Movimento do cilindro 2A Parado recuado Avança Parado avançado Recua DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 115

Comandos seqüenciais Representação dos movimentos (forma algébrica) (+) Avanço ( - ) Recuo 1A+ 2A+ 1A- 2A- DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 116

Comandos seqüenciais Representação dos movimentos (Diagrama trajeto-passo) Avanço Parado Avançado Recuo Parado Recuado DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 117

Comandos seqüenciais 1A s2 s1 1 2 3 4 5=1 1S2 1S1 2A ST s2 s1 2S2 2S1 1A+ 2A+ 1A - 2A - ST 1S2 2S2 1S1 2S1 DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 118

Válvulas combinadas Corte de sinal DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 119

Dúvidas? DIDACTIC P110 Automação Pneumática 13/09/2015 120