Pneumática Prof.ª Eduardo Lima da Silva
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ÍNDICE PNEUMÁTICA 1 – Considerações Gerais 2 – Características do Ar Comprimido 2.1 – Vantagens 2.2 – Desvantagens 3 – Produção do Ar Comprimido 3.1 – Compressores 3.2 – Simbologia 3.3 – Tipos de Compresssores 3.3.1 – Compressor de Embolo 3.3.1.1 – Compressor de Embolo com Movimento Linear 3.3.1.2 – Compressores de Membrana 3.3.2 – Compressor Rotativo 3.3.2.1 – Compressor Rotativo Multicelular 3.3.2.2 – Compressor Rotativo de Duplo Parafuso (2 Eixos) 3.3.2.3 – Compressor Roots 3.3.3 – Turbo Compressores 3.4 – Diagrama de Volume e Pressão Fornecida 3.5 – Refrigeração 3.6 – Lugar de Montagem 3.7 – Regulagem da Capacidade 3.7.1 – Readmissão do Ar By-Pass 3.7.2 – Partida e Parada Automática do Motor Elétrico 3.7.3 – Alívio nas Válvulas de Adminissão 3.8 – Manutenção 4 – Resfriamento 4.1 Resfriamento do Ar 4.1.1 – Intercooler 4.1.2 – Aftercooler 5 – Armazenamento e Distribuição do Ar Comprimido 5.1 – Reservatório de Ar Comprimido 5.1.1 – Localização 5.2 – Rede de Distribuição de Ar Comprimido 5.2.1 – Vazamentos 5.2.2 – Material da Tubulação 5.2.2.1 – Tubulações Principais 5.2.2.2 – Tubulações Secundárias 5.2.3 – Conexões para Tubulações 5.2.3.1 – Conexões para Tubos Metálicos 6 – Preparação do Ar Comprimido 6.1 – Impurezas 6.1.1 – Secagem por Absorção 6.1.2 – Secagem por Adsorção 6.1.3 – Secagem por Resfriamento
4 5 5 5 6 6 6 7 7 7 8 8 10 10 10 11 12 12 12 13 14 15 15 15 16 17 17 17 18 18 19 19 20 21 22 23 23 24 24 24 25 25 26 27 28 2
6.1.4 – Filtro de Ar Comprimido 6.1.4.1 – Funcionamento do Dreno Automático 6.1.5 – Regulador de Pressão com Orifício de Escape 6.1.6 – Regulador de Pressão sem Orifício de Escape 6.1.7 – Lubrificador 6.1.7.1 – Funcionamento do Lubrificador 6.1.8 – Unidades de Conservação 6.2 – Manutenção 7 – Elementos Pneumáticos de Trabalho 7.1 – Elementos Pneumáticos de Movimento Retilíneo 7.1.1 – Cilindros de Simples Ação 7.1.2 – Cilindro de Dupla Ação 7.1.2.1 – Cilindro de Dupla Ação com Haste Passante 7.1.2.2 – Cilindro Tandem 7.1.2.3 – Cilindro de Dupla Ação com Amortecimento 7.1.2.4 – Cilindro Rotativo com Amortecimento 7.1.2.5 – Cilindro de Múltiplas Posições 7.1.2.6 – Cilindro de Membrana 7.1.3 – Tipos de Fixação 7.1.4 – Vedações 7.2 – Elementos Pneumáticos com Movimento Giratório 7.2.1 – Motores de Pistão 7.2.2 – Motor de Palhetas 7.2.3 – Motores de Engrenagem 7.2.4 – Turbo Motores 7.2.5 – Características dos Motores Pneumáticos 8 – Válvulas 8.1 – Válvulas Direcionais 8.1.1 – Simbologia das Válvulas 8.1.2 – Tipos de Acionamentos de Válvulas 8.1.3 – Funcionamento 8.1.4 – Características de Construção das Válvulas Direcionais 8.1.4.1 – Válvulas de Sede ou de Assento 8.1.4.1.1 – Válvula de Sede Esférica 8.1.4.1.2 – Válvula de Sede de Prato 8.1.4.2 – Válvulas Corrediças 8.1.4.2.1 – Válvula Corrediça Longitudinal 8.1.4.2.2 – Válvula Corrediça Giratória 8.2 – Válvulas de Bloqueio 8.2.1 – Válvula de Retenção 8.2.2 – Válvula Alternadora ou de Isolamento (Elemento “ou”) 8.2.3 – Válvula de Escape Rápido 8.2.4 – Expulsor Pneumático 8.2.5 – Válvula de Simultaneidade 8.3 – Válvula de Fluxo 8.3.1 – Válvula Reguladora de Fluxo Unidirecional 8.4 – Válvulas de Pressão 8.4.1 – Válvula de Sequência
29 31 32 33 34 34 35 36 37 37 37 39 39 40 40 41 42 43 43 45 46 46 47 48 48 49 49 50 50 53 56 57 57 57 58 66 66 69 71 71 72 73 73 74 75 75 77 77
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8.5 – Combinações Especiais 8.5.1 – Acionamento Pneumático com Comutação Retardada 8.5.1.1 – Temporizador (Normalmente Fechado) 8.5.1.2 – Temporizador (Normalmente Aberto) 9 – Simbologia 10 – Comandos Pneumáticos 10.1 – Introdução 10.2 – Classificação dos Grupos 10.3 – Cadeia de Comandos 11 – Circuitos Complexos 11.1 – Circuito para Desligamento de Sinais 11.2 – Métodos Sistemáticos de Esquemas 11.3 – Condições Marginais EXERCÍCIOS
78 78 78 79 80 93 93 93 94 102 112 115 131 140
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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PNEUMÁTICA
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1 - CONSIDERAÇÕES GERAIS A maioria das indústrias possui instalações de ar comprimido, dependendo da aplicação, consumirão grandes quantidades de ar ou este será apenas um elemento secundário no processo. O ar comprimido é relativamente caro e, portanto, é conveniente assegurarmos que o sistema trabalhe com ótimo rendimento, evitando perdas na instalação. O usuário geralmente desconhece o aspecto econômico e por tratar-se de “ar”, um fluido econômico e não perigoso, não se dá a devida importância importância às pequenas perdas. Contrariamente ao vapor, o ar comprimido não condensa nas tubulações, portanto, não existem perdas fixas, o que torna relativamente fácil detectar sua existência. existência. Durante as paradas da fábrica o consumo deve ser nulo. Se este não for, indicará uma perda. Evitar as perdas não é o único ponto a levar-se em conta. Em qualquer parte de uma instalação de ar comprimido pode-se melhorar o rendimento.
• Conceito: É a tecnologia que estuda os movimentos e fenômenos dos gases. • Etimologia: Do antigo grego provém o termo Pneuma, que expressa vento, fôlego.
2 - CARACTERÍSTICAS DO AR COMPRIMIDO 2.1 – Vantagens • Volume - O ar a ser comprimido encontra-se em quantidades ilimitadas praticamente em todos os lugares;
• Transporte - Facilmente transportável por tubulações; • Armazenagem - O ar pode ser sempre armazenado ou transportado em reservatórios; • Temperatura - Garantia de funcionamento seguro, apesar das oscilações de temperatura;
• Segurança - Não existe o perigo de explosão ou de incêndio; • Limpeza - O ar comprimido é limpo, não polui o ambiente; 5
• 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.
2.2 - Desvantagens • Preparação - O ar comprimido requer uma boa preparação. Impureza e umidade devem ser evitadas, pois provocam desgastes;
• Compressibilidade - Não é possível manter uniformes e constantes as velocidades dos pistões mediante o ar comprimido;
• Escape de ar - O escape de ar é ruidoso; • Custos - O ar comprimido é uma fonte de energia muito custosa. O custo de ar comprimido torna-se mais elevado se na rede de distribuição e nos equipamentos houver vazamentos consideráveis. consideráveis.
3 - PRODUÇÃO DO AR COMPRIMIDO 3.1 – Compressores 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 se encontra, geralmente, 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 os devidos lugares através de uma rede tubular. Instalações móveis de produção são usadas, principalmente, principalmente, na indústria de mineração, ou para máquinas que freqüentemente mudam de local. Já ao projetar, devem ser consideradas a ampliação e aquisição de outros novos aparelhos pneumáticos. Por isso é necessário sobredimensionar a instalação para que mais tarde não se
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venha constatar que ela está sobrecarregada. Uma ampliação posterior da instalação se torna geralmente muito cara. A geração ideal de ar comprimido, equipamentos equipamentos e acessórios, é demonstrada abaixo: Sistema de Controle de Temperatura
Aftercooler
Sistema de Drenagem
Separador de Umidade
Pulmão
Compressor
Figura 1 - Equipamentos e acessórios ideais na geração de ar comprimido. Muito importante é o grau de pureza do ar. Um ar limpo garante uma longa vida útil de instalação. O emprego correto dos diversos tipos de compressores também deve ser considerado.
3.2 Simbologia
3.3 - Tipos de Compressores Sempre, conforme as necessidades fabris, em relação à pressão de trabalho e ao volume, são empregados compressores de diversos tipos de construção. Serão diferenciados dois tipos básicos de compressores:
• O primeiro se trata de um tipo baseado no princípio de redução de volume. Aqui se consegue a compressão, sugando o ar para um ambiente fechado, e diminuindo-se
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posteriormente posteriormente o tamanho deste ambiente. Este tipo de construção denomina-se compressor de êmbolo ou pistão (compressores de êmbolo de movimento linear).
• 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).
Figura 2 - Tipos de compressores. 3.3.1 - Compressor de Êmbolo 3.3.1.1 Compressor de êmbolo com movimento linear Este tipo de compressor é hoje o mais utilizado. Ele é apropriado não só para a compressão a baixas e médias pressões, mas também para altas pressões. O campo de pressão é de cerca de 100 kPa (1 bar) até milhares de kPa.
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Figura 3 – Compressor de êmbolo de 1 estágio. Figura 4 – Compressor de dois estágios com refrigeração intermediária. Para se obter ar a pressões elevadas, são necessários compressores de vários estágios 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. Para pressões mais elevadas são necessários mais estágios, como segue: até
100 kPa (4 bar), 1 estágio
até
1500 kPa (15 bar), 2 estágios
acima de 1500 kPa (15 bar), 3 ou mais estágios. Não é muito econômico, mas podem ser utilizados compressores: de 1 estágio, até 1200 kPa (12 bar) de 2 estágios, estágios, até 3000 kPa (30 bar) de 3 estágios, até 22000 kPa (220 ( 220 bar) Para os volumes fornecidos, ver figura (diagrama).
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3.3.1.2 Compressores de membrana Este tipo 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, alimentícias, farmacêuticas e químicas.
Figura 5 – Compressor de membrana. 3.3.2 - Compressor Rotativo Neste tipo, se estreitam (diminuem) os compartimentos, comprimindo então o ar contido em seu interior.
3.3.2.1 Compressor rotativo multicelular Em um compartimento cilíndrico, com aberturas de entrada e saída, gira um rotor alojado excentricamente. O rotor tem, nos rasgos, palhetas que em conjunto com as pareces, formam pequenos compartimentos (células). Quando em rotação, as palhetas serão, pela força centrífuga, apertadas contra a parede. Devido à excentricidade de localização do rotor há uma diminuição e aumento das células.
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As vantagens deste compressor estão em sua construção um tanto econômica em espaço, bem como em seu funcionamento silencioso, contínuo contínuo e equilibrado, e no uniforme fornecimento de ar, livre de qualquer pulsação.
Figura 6 – Compressor rotativo multicelular. 3.3.2.2 Compressor rotativo de duplo parafuso (dois eixos) Dois parafusos helicoidais, os quais, pelos perfis côncavo e convexo comprimem o ar que é conduzido axialmente. axialmente. O volume fornecido está na figura que contém diagrama.
Figura 7 – Compressor duplo parafuso.
Figura 8 – Compressor Roots .
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3.3.2.3 Compressor 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.
3.3.3 - Turbo Compressores Estes compressores trabalham segundo o princípio de fluxo e são adequados para o fornecimento de grandes vazões. Os turbo compressores são construídos em duas versões: axial e radial. Em ambas as execuções o ar é colocado em movimento por uma ou mais turbinas, e esta energia de movimento é então transformada em energia de pressão.
Figura 9 – Compressor axial.
Figura 10 – Compressor radial.
A compressão, neste tipo de compressor, se processa pela aceleração do ar aspirado no sentido axial do fluxo. O ar é impelido axialmente para as paredes da câmara e posteriormente posteriormente em direção ao eixo e daí no sentido radial para outra câmara sucessivamente em direção à saída.
3.4 - Diagrama de volume e pressão fornecida Neste diagrama estão indicadas as capacidades, em quantidade aspirada e pressão alcançada, para cada modelo de compressor.
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Figura 11 – Diagrama de Volume e Pressão fornecido. 3.5 - Refrigeração Provocado pela compressão do ar e pelo atrito, cria-se no compressor, o qual deve ser dissipado. Conforme o grau de temperatura no compressor, é necessário escolher a refrigeração mais adequada. Em compressores pequenos são suficientes algumas algumas aletas de refrigeração, para que o calor seja dissipado. Compressores maiores são equipados com um ventilador para dissipar o calor.
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Figura 12 – Aletas de refrigeração. Tratando-se de uma estação de compressores com uma potência de acionamento de mais de 30 KW (40 HP), uma refrigeração a ar seria insuficiente. Os compressores devem então ser equipados com uma refrigeração de água circulante ou a água corrente. Freqüentemente não é levada em consideração uma instalação de refrigeração completa, com torre de refrigeração, devido ao seu alto custo, porém uma refrigeração adequada prolonga em muito a vida útil do compressor e produz um ar melhor refrigerado o que em certas circunstâncias, torna desnecessária uma refrigeração posterior, posterior, ou a mesma pode ser feita com menor empenho.
3.6 - Lugar de montagem 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.
3.7 - Regulagem da capacidade A regulagem da capacidade dos compressores visa adequar o volume de ar comprimido produzido pelo compressor à demanda real. r eal. Os tipos mais utilizados são:
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3.7.1 - Readmissão do ar By-pass
Figura 13 – Readmissão do ar ou 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 economizando trabalho.
3.7.2 - Partida e parada automática do motor elétrico O reservatório de ar é conectado a um pressostato de modo que a pressão, ao 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, automaticamente, permitindo nova marcha do compressor.
Figura 14 – Partida e parada automática do motor elétrico.
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3.7.3 - Alívio nas válvulas de admissão É o sistema mais empregado. Ao atingir uma pressão fixada, as válvulas de admissão do compressor são mantidas abertas, por meio de um gana acionada por comando pneumático, permitindo que o compressor trabalhe em vazio. Quando a pressão diminuir ou estiver estabilizada, estabilizada, o trabalho de compressão é reiniciado. r einiciado.
Figura 15 – Alívio nas válvulas de admissão.
3.8 - Manutenção A seguir, são apresentados alguns problemas observados nos compressores com as possíveis causas.
Tabela 1 PROBLEMAS
POSSÍVEIS CAUSAS *Falta de óleo no cárter *Válvulas presas
Aquecimento excessivo
*Refrigeração insuficiente *Válvulas sujas *Óleo muito viscoso
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*Filtro de ar entupido *Carvão no pistão *Folga ou desgaste nos pinos que prendem as
Barulho anormal
buchas ou pistões mancais do virabrequim defeituosos *Válvula mal assentada *Entupimento *Entupimento do filtro de ar
Períodos longos de
*Perda de ar nas linhas
funcionamento
*Válvulas sujas ou empenadas *Consumo excessivo de ar
4 – RESFRIAMENTO 4.1 - Resfriamento do ar A finalidade de uma instalação de ar comprimido é ministrar ar nos pontos de consumo nas melhores condições - limpo, seco e com o mínimo de queda de pressão. Qualquer falha poderá aumentar o desgaste de ferramentas; diminuir a eficiência em equipamentos como pistolas de pintura, e os custos operacionais serão maiores do que deveriam ser.
4.1.1 - Intercooler Resfriamento intermediário feito entre os estágios num compressor de multi estágios. Sua função é resfriar o ar quente entre um estágio e outro. Esse resfriamento reduz o volume, o que aumenta o rendimento do compressor, mas ao mesmo tempo provoca a condensação de parte da água contida no ar. É necessário drenar o condensado do intercooler. Esta drenagem pode ser feita por meio de um purgador, específico para ar comprimido, conforme Fig. 16.
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Intercooler
Compressor
Purgador de Bóia ou Purgador Eletrônico
Figura 16 - Intercooler. 4.1.2 – Aftercooler Em compressores de dois estágios com resfriador intermediário (intercooler), boa parte da umidade é retirada. Porém, o ar é descarregado na linha a uma temperatura ainda elevada, devendo passar por um resfriador posterior, conhecido como aftercooler. Este é um trocador de calor de resfriamento que deve ser instalado após o compressor para a obtenção de uma melhor temperatura. A maior parcela de umidade contida no ar condensa nesses dois resfriadores, sendo eliminada, preferencialmente, por meio de separadores de umidade, instalados após o aftercooler e no tanque de armazenamento (pulmão). A temperatura do ar, após o aftercooler, depende do dimensionamento do mesmo e da temperatura do fluido refrigerante. Normalmente, o aftercooler é refrigerado com água da rede ou a ar, para pequenos compressores. A fim de evitar desperdícios da água, pode-se utilizar utilizar uma válvula controladora de temperatura para resfriamento. A perda de carga em um aftercooler não deve exceder a 0,2 bar. Nesse tipo de equipamento consegue-se temperaturas de saída do ar entre 10 e 15 oC acima da temperatura de entrada da água, condições estas que satisfazem as exigências normais de aplicação industrial.
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Sistema de Controle de Temperatura
Ar do Compressor Ar para o Pulmão
Sistema de Drenagem
Figura 17 - Aftercooler. 5 - ARMAZENAMENTO E DISTRIBUIÇÃO DO AR COMPRIMIDO 5.1 - Reservatório de ar comprimido Um sistema de ar comprimido é dotado, geralmente, de um ou mais reservatórios, desempenhando desempenhando grandes funções junto a todo o processo de produção.
Figura 18 – Reservatório de ar comprimido.
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Em geral, 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 • Estabilizar Estabilizar o fluxo de ar • Controlar as marchas dos compressores, etc. Os reservatórios são construídos no Brasil conforme a norma PNB 109 da ABNT que recomenda: Nenhum reservatório deve operar com uma pressão acima da Pressão Máxima de Trabalho permitida, exceto quando a válvula de segurança estiver dando vazão; nesta condição, a pressão não deve ser excedida em mais de 6% do seu valor.
5.1.1 - Localização Os reservatórios devem ser instalados de modo que todos 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; 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, preferencialmente, deverá ser automático. automático. Os reservatórios são dotados ainda de manômetro, válvulas de segurança, e são submetidos a uma prova de pressão hidrostática, antes da utilização.
5.2 - 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 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.
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Figura 19 – Rede de distribuição de circuito aberto. Geralmente as tubulações são montadas em circuito fechado. 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 alimentação uniforme. O ar flui em ambas as direções.
Figura 20 – Tubulação com circuito fechado. A rede combinada também é uma instalação de circuito fechado, a qual por suas ligações longitudinais 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
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serviço por razões de reparação e manutenção. Também pode ser feito um melhor controle de estanqueidade.
Figura 21 – Rede combinada. As tubulações, em especial as redes em circuito aberto devem ser montadas com um declive de 1 a 2%, na direção do fluxo. 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 devem ser instaladas derivações com drenos na parte inferior da tubulação principal.
Figura 22 – Tomada de ar. 5.2.1 – Vazamentos As quantidades de ar perdidas através de pequenos furos, acoplamentos com folgas, vedações defeituosas, etc., quando somadas, alcançam elevados valores.
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A importância econômica desta contínua perda de ar torna-se mais evidente quando comparada com o consumo de um equipamento equipamento e a potência necessária necessária para realizar a compressão. Desta forma, um vazamento na rede representa um consumo consideravelmente maior de energia, que pode ser verificado através da tabela 2. 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, reapertando as conexões, refazendo vedações nas uniões roscadas, eliminando eliminando ramais de distribuição fora de uso e outras que podem aparecer dependendo da rede construída.
Tabela 2 – Vazamentos e perda de potência em furos.
5.2.2 - Material da Tubulação 5.2.2.1 - Tubulações principais Na escolha do material da tubulação temos várias possibilidades: Cobre
Tubo de aço preto
Latão
Tubo de aço zincado (galvanizado)
Aço Liga
Material sintético
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Toda tubulação deve ser fácil de instalar, resistente à corrosão e de preço vantajoso. 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. A desvantagem destas uniões é 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. A resistência à corrosão nestes tubos é muito melhor do que a do tubo de aço preto. Lugares decapados (roscas) também podem enferrujar razão pela qual também aqui é importante o emprego de unidades de conservação. Em casos especiais prevêm-se tubos de cobre ou de material sintético (plástico).
5.2.2.2 - Tubulações Secundárias Tubulações à base de borracha (mangueiras) somente devem ser usadas onde for requerida certa flexibilidade e onde, devido a um esforço mecânico mais elevado, não possam ser usadas tubulações de material sintético. Tubulações à base de borracha podem ser mais caras e menos desejáveis do que as de material sintético. Tubulações à base de polietileno e poliamida hoje são mais freqüentemente usadas em maquinários, e aproveitando novos tipos de conexões rápidas, as tubulações de material sintético podem ser instaladas de maneira rápida e simples, sendo ainda de baixo custo.
5.2.3 - Conexões para Tubulações 5.2.3.1 - Conexões para tubos metálicos Especialmente Especialmente para tubos de aço e cobre.
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Figura 23 - Conexão com anel de corte permite várias montagens e desmontagens.
Figura 24 - Conexão com anel de pressão para tubos de aço e cobre. Com anel interno especial serve também para tubos plásticos.
Figura 25 - Conexão com reborbo prensado.
Figura 26 - Conexão com reborbo flangeado. f langeado. 6 - PREPARAÇÃO DO AR COMPRIMIDO 25
6.1 - IMPUREZAS Na prática encontramos 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 e avarias nos elementos 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 água (umidade) já 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. Precauções: Filtragem correta do ar aspirado pelo compressor. Utilização de compressores livres de óleo. O ar comprimido deve, em casos de ocorrência de umidade, passar por uma secagem posterior.
Embora seja eliminada a maior parte da umidade nos separadores, outra parte certamente condensará na instalação em pontos mais frios. Algumas aplicações necessitam de ar extremamente seco e torna-se necessário a aplicação de um secador especial para diminuir o ponto de orvalho. Para isto existem vários tipos de secagem:
• Secagem por absorção • Secagem por absorção • Secagem por resfriamento
6.1.1 - Secagem por absorção A secagem por absorção é um processo puramente químico. Neste processo, o ar comprimido é conduzido no interior de um volume através de massa higroscópica insolúvel que absorve a
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umidade do ar, processando-se uma reação química. Esta mistura deve ser removida periodicamente 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 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.
Figura 27 – Secagem por absorção. O processo de absorção caracteriza-se por:
• Montagem simples de instalação; • Desgaste mecânico mínimo já que o secador não possui peças móveis; • Não necessita de energia externa.
6.1.2 - Secagem por adsorção A secagem por adsorção está baseada num processo físico. (Adsorver: admitir uma substância à superfície de outra).
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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). É evidente que a capacidade de acumulação de uma camada de "GEL" é limitada. Cada vez que o elemento secador estiver saturado, poderá ser regenerado de uma maneira fácil: fazendo-se fluir ar quente pelo interior da câmara saturada, a umidade é absorvida por este ar é eliminada do elemento. A energia calorífica para a regeneração pode ser gerada por eletricidade ou por ar comprimido quente. 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).
Figura 28 – Secagem por adsorção. 6.1.3 - Secagem por Resfriamento
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O secador de ar comprimido por resfriamento funciona pelo princípio da diminuição de temperatura até o ponto de orvalho. A temperatura do ponto de orvalho é a temperatura à qual deve ser esfriado um gás para obter a condensação do vapor de água nele contido. O ar comprimido a ser tratado entra no secador, passando primeiro pelo denominado trocador trocador de calor ar-ar. Mediante o ar frio e seco proveniente do trocador de calor (vaporizador) é esfriado o ar que está entrando. A formação de condensado de óleo e água é eliminada pelo trocador de calor. Esse ar comprimido pré-esfriado circula através do trocador de calor (vaporizador) e devido a isso, sua temperatura desce até 274,7 K (1,7°C) aproximadamente. Desta maneira o ar é submetido a uma segunda separação de condensado de água e óleo. Posteriormente, o ar comprimido pode ainda passar por um filtro fino a fim de serem eliminados corpos estranhos.
Figura 29 – Secagem por resfriamento. 6.1.4 – Filtro de ar comprimido A função do filtro de ar comprimido é reter as partículas de impureza, bem como a água condensada.
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Figura 30 – Filtro. Para entrar no copo (1), o ar comprimido deve passar passar por uma chapa defletora (2) 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 centrífuga, depositando-se depositando-se no fundo do copo coletor. O filtro (4) sinterizado 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
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eliminada, porque caso contrário a água será arrastada novamente pelo ar comprimido para os elementos pneumáticos.
6.1.4.1 - Funcionamento do dreno automático A água chega através do canal (1) até à câmara (2). À medida que aumenta o nível da água, a bóia (3) sobe, e a uma determinada altura abre a passagem (4). Pelo tubo (5) passa ar comprimido a outra câmara e empurra o êmbolo (6) contra a mola (7). Esta se comprime dando passagem para a água sair pelo orifício (8). A bóia (3) fecha novamente a passagem (4) à medida que vai diminuindo a água. O ar restante escapa para a atmosfera pela passagem (9). Isso pode ser realizado manualmente também pelo pino (10).
Figura 31 – Dreno automático.
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6.1.5 - 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 (2) 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 secção 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, o manter da pressão regulada se torna um constante abrir e fechar da válvula. Para evitar a ocorrência de uma vibração indesejável, sobre o prato da válvula (6) é constituído 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.
Figura 32 – Regulador de pressão com orifício de escape.
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6.1.6 – 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.
Funcionamento: Por meio do parafuso de ajuste (2) é tensionada a mola (8) juntamente com a membrana (3). Conforme a regulagem da mola (8) a passagem do primário para o secundário 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.
Figura 33 – Regulador de pressão sem orifício de escape.
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6.1.7 – Lubrificador O lubrificador tem a tarefa de abastecer suficientemente, com material lubrificante, os elementos pneumáticos. pneumáticos. O elemento lubrificante lubrificante é necessário para garantir um desgaste mínimo dos elementos móveis, manter tão mínimo quanto possível as forças de atrito e proteger os aparelhos contra a corrosão. Os lubrificadores trabalham, geralmente, segundo o princípio de "VENTURI". A diferença de pressão (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.
Figura 34 – Princípio de Venturi. 6.1.7.1 - Funcionamento do lubrificador O lubrificador mostrado trabalha segundo o princípio do Venturi. O ar comprimido entra no lubrificador pela entrada (1) até a saída (2). Pelo estreitamento da secção 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
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câmara de gotejamento (7) e no canal (8) até o fluxo do ar comprimido, que flui para a saída (2). 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 35 – Lubrificador. 6.1.8 - Unidade de conservação A unidade de conservação é uma combinação dos seguintes elementos:
• Filtro de ar comprimido • Regulador de pressão • Lubrificador de ar comprimido
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Figura 36 – Conjunto lubrefil. Devem-se 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. 2. A pressão de trabalho nunca deve ser superior à indicada no aparelho. A temperatura ambiente não deve ser maior que 50°C (máximo ( máximo para copos de material sintético).
Figura 37 – Conjunto lubrefil (detalhado/simplificado) 6.2 - Manutenção Freqüentemente, Freqüentemente, são necessários os seguintes serviços de manutenção:
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Quanto ao 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. substituído.
Quanto ao regulador de pressão de ar comprimido Na existência de um filtro de ar comprimido antes do regulador, este não necessita de manutenção; Deve-se:
• 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; • Usar somente óleos minerais de baixa viscosidade (3,15°E a 20°C) no lubrificador.
7 - ELEMENTOS PNEUMÁTICOS DE TRABALHO A energia pneumática será transformada, por cilindros pneumáticos, pneumáticos, em movimentos retilíneos e pelos motores pneumáticos em movimentos rotativos.
7.1 - Elementos pneumáticos de movimento retilíneo (cilindros pneumáticos) A geração de um movimento retilíneo com elementos mecânicos, conjugada com acionamentos elétricos é relativamente custosa e ligada a certas dificuldades de fabricação e durabilidade. Por esta razão utilizam-se os cilindros pneumáticos.
7.1.1 - Cilindros de simples ação Os cilindros de simples ação são acionados por ar comprimido de um só lado, e, portanto, realizam trabalho em um só sentido. O retrocesso efetua-se mediante uma mola ou através de força externa. A força da mola é calculada para que possa retroceder o êmbolo à posição
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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 aproximadamente 100 mm. Estes elementos são utilizados principalmente, para fixar, expulsar, prensar, elevar, alimentar, etc.
Figura 38 – Cilindro de simples ação. 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 segunda execução mostrada, 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 39 – Cilindro de simples ação.
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7.1.2 - Cilindro de dupla ação A força exercida pelo ar comprimido movimenta 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 êmbolo. 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 se efetua mediante êmbolo (êmbolo de dupla vedação).
Figura 40 – Cilindro de dupla ação. 7.1.2.1 - Cilindro de dupla ação com haste passante Este tipo de cilindro de haste passante possui algumas vantagens. A haste é mais bem guiada devido aos dois mancais de guia. Isto possibilita a admissão de uma ligeira carga lateral. Os elementos sinalizadores sinalizadores podem ser montados na parte livre da haste do êmbolo. Neste cilindro, as forças de avanço e retorno são iguais devido a mesma área de aplicação de pressão em ambas as faces do êmbolo.
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Figura 41 – Cilindro de dupla ação com haste passante. 7.1.2.2 - 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 utilização de cilindros de maior diâmetro.
Figura 42 – Cilindro Tandem. 7.1.2.3 - 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 secos ou até danificações. Antes de alcançar a posição final, um êmbolo de amortecimento interrompe o escape direto do ar, deixando somente uma pequena passagem geralmente regulável.
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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.
Figura 43 - Cilindro de dupla ação com amortecimento nos fins de curso. 7.1.2.4 - Cilindro rotativo com amortecimento nos fins de curso Neste tipo, a haste de êmbolo tem um perfil dentado (cremalheira). A haste de êmbolo aciona com esta cremalheira 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, isto é, de 45° - 90° - 180° - 290° até 720°. Um parafuso de regulagem possibilita, 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.
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Figura 44 - Cilindro rotativo com amortecimento nos fins de curso. 7.1.2.5 - Cilindro de múltiplas posições Este tipo de cilindro é formado de dois ou mais cilindro de dupla ação. Estes elementos estão, como ilustrado, unidos um ao outro. Os cilindros movimentam-se, conforme os lados dos êmbolos que estão sob pressão, individualmente. Com dois cilindros de cursos diferentes obtêm-se quatro (4) posições.
Figura 45 – Cilindro de múltiplas posições. Aplicação:
• Seleção de ramais para transporte de peças em esteiras; • Acionamento Acionamento de alavancas; • Dispositivo selecionador selecionador (peças boas, refugadas r efugadas e a serem aproveitados).
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7.1.2.6 - Cilindro de membrana Uma membrana, que pode ser de borracha, de material sintético sintético ou também metálico, assume a tarefa do êmbolo. A haste do êmbolo é fixada no centro da membrana. Nesse caso a vedação deslizante não existe. Em ação contrária existe somente a força elástica da membrana. Estes elementos são utilizados na fabricação de ferramentas e dispositivos, bem como em prensas de cunhar, rebitar e fixar peças em lugares estreitos.
Figura 46 – Cilindro de membrana. 7.1.3 - Tipos de fixação Determina-se o tipo de fixação pela montagem dos cilindros em máquinas e dispositivos. O cilindro pode ser construído para certo tipo de fixação, se este tipo de fixação não necessitar modificações. Pelo contrário, ainda é possível modificar o cilindro para uma outra fixação usando peças de montagem padronizadas. Especialmente ao usar um grande número de
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cilindros é vantajoso um estoque racional simplificado das peças de montagem padronizada, pois assim, basta apenas combinar o cilindro básico com o tipo de fixação desejado.
Figura 47 – Tipos de fixação. f ixação.
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7.1.4 - Vedações: O-Ring (junta Toroidal)
Anel de vedação em "L"
Quadring (perfil quadrado)
Junta toroidal achatada internamente
Juntas copo de encaixe bilateral Junta tipo faca (lábio simples)
Junta copo de encaixe unilateral
Junta duplo lábio (T-DUO)
Junta duplo copo com anel deslizante
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Figura 48 – Tipos de vedações para êmbolos. 7.2 - ELEMENTOS PNEUMÁTICOS COM MOVIMENTO GIRATÓRIO Estes elementos transformam a energia pneumática em movimento de giro. São os motores a ar comprimido.
Motores a ar comprimido O motor pneumático com campo angular ilimitado é um dos elementos de trabalho mais utilizados na pneumática. Os motores pneumáticos estão classificados, segundo a construção, em:
• Motores de pistão; • Motores de palhetas; • Motores de engrenagens; • Turbomotores (turbinas).
7.2.1 - Motores de pistão Este tipo está subdividido em motores de pistão radial e axial. Por 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 dos 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 46
oscilante transforma a força de 5 cilindros, axialmente posicionados, em movimento giratório. 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 (2 a 25 CV).
Figura 49 – Motor radial e motor axial . 7.2.2 - Motor de palhetas Graças à construção simples e pequeno peso, os motores pneumáticos geralmente são fabricados segundo este tipo construtivo. Estes são, em princípio, de funcionamento inverso aos compressores multicelular de palhetas (compressor rotativo). O rotor fixado excentricamente em um espaço cilíndrico. O rotor é dotado de ranhuras. As palhetas colocadas nas ranhuras serão, pela força centrífuga, afastadas contra a parede interna do cilindro. A vedação individual das câmaras é garantida. Por meio de pequena quantidade de ar, as palhetas serão afastadas contra a parede interna do cilindro, já antes de acionar o rotor. Em tipos de construção diferente, o encosto das palhetas é feito por pressão de molas. Motores desta execução têm 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 do aumento da câmara.
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A rotação do rotor varia de 3000 a 8500 rpm e a faixa de potência, em pressão normal, é de 0,1 a 17 KW (0,1 a 24 CV). Existem motores pneumáticos pneumáticos com rotação à direita e à esquerda.
Figura 50 – Motor de palhetas - sentido de rotação. 7.2.3 - Motores de engrenagem A geração do momento de torção efetua-se neste tipo, pela pressão do ar contra os flancos dos dentes de duas engrenagens engrenadas. Uma engrenagem é montada. Fixa no eixo do motor, a outra livre no outro eixo. Estes motores são utilizados como máquinas de acionar; estão à disposição com até 44 KW (60 CV). O sentido de rotação destes motores, fabricados com engrenagens retas ou helicoidais, é reversível.
7.2.4 - Turbomotores Turbomotores somente são usados para trabalhos leves, pois sua velocidade de giro é muito alta (são utilizados em equipamentos dentários até 500.000 rpm). r pm). O princípio de funcionamento é o inverso dos turbocompressores.
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7.2.5 - Características dos motores pneumáticos • Regulagem sem escala de rotação e do momento de torção; • Grande escolha de rotação; • Construção leve e pequena; • Seguro contra sobre-carga; • Insensível contra poeira, água, calor e frio; • Seguro contra explosão; • Conservação e manutenção insignificantes; insignificantes; • Sentido de rotação fácil de inverter.
8 - VÁLVULAS GENERALIDADES: Os circuitos pneumáticos são constituídos por elementos de sinal, de comando e de trabalho. Os elementos emissores de sinais e de comando influenciam no processo dos trabalhos, razão pela qual serão denominadas “válvulas". As válvulas são elementos de comando para partida, parada e direção ou regulagem. Elas comandam também a pressão ou a vazão do fluido armazenado em um reservatório ou movimentado por uma hidro-bomba. 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 1219, conforme recomendação da CETOP (Comissão Européia de Transmissões Óleo-hidráulicos Óleo-hidráulicos e Pneumáticas). Pneumáticas). Segundo suas funções as válvulas se subdividem em 5 grupos: 1. Válvulas direcionais. 2. Válvulas de bloqueio. 3. Válvulas de pressão. 4. Válvulas de fluxo (vazão). 5. Válvulas de fechamento.
8.1 - Válvulas direcionais
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Componentes usados para controlar a direção do fluxo e para que sejam obtidos os movimentos desejados dos atuadores (cilindros, motores, etc.), de maneira a efetuar o trabalho exigido. São elementos que influenciam no trajeto do fluxo de ar, principalmente principalmente nas partidas, nas paradas e na direção do fluxo.
8.1.1 - Simbologia das válvulas Para representar as válvulas direcionais nos esquemas, são utilizados símbolos; estes símbolos não dão idéia da construção interna da válvula; somente a função desempenhada por elas. É usada para válvulas de sinal e de comando e para válvulas direcionais de 2,3,4 ou 5 vias. As posições das válvulas são representadas por meio de quadrados.
O número de quadrados unidos indica o número de posições que uma válvula pode assumir.
O funcionamento é representado simbolicamente simbolicamente dentro dos quadrados.
As linhas indicam as vias de passagem. As setas indicam o sentido do fluxo. Os bloqueios são indicados dentro dos quadrados com traços transversais.
A união de vias dentro de uma válvula é simbolizada por um ponto.
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As conexões (entrada e saída) serão caracterizadas por traços externos, que indicam a posição de repouso da válvula. O número de traços indica o número de vias.
Outras posições obter-se-ão deslocando os quadrados, até que coincidam com as conexões.
As posições de comando podem ser indicadas por letras minúsculas (a,b,c, 0).
Válvula com 3 posições de comando. Posição Central = posição de repouso.
Define-se como "posição de repouso" àquela condição em que, através de molas, por exemplo, os elementos móveis da válvula são posicionados enquanto a mesma não está sendo acionada. A posição de partida (ou inicial) será denominada àquela em que os elementos móveis da válvula assumem após montagem na instalação e ligação da pressão de rede, bem como a possível ligação elétrica, elétrica, e com a qual começa o programa previsto. Vias de exaustão sem conexão (escape livre).
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Triângulo no símbolo.
Vias de exaustão com conexão (escape dirigido) Triângulo afastado do símbolo
Para garantir uma identificação e uma ligação correta das válvulas, marcam-se as vias com letras maiúsculas, ou números. Convenciona-se o seguinte: Vias para utilização (saídas)
A,B,C,D
(2,4,6)
Linhas de alimentação alimentação (entrada)
P
(1)
Escapes (exaustão)
R,S,T
(3,5,7)
Linhas de comando (pilotagem)
Z,Y,X
(12, 14,16)
Nota:
A norma ISO 5599 recomenda as seguintes numerações (em parênteses acima), para a identificação das ligações das válvulas:
8.1.2 - Tipos de acionamentos de válvulas
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1. Acionamento por força muscular
Geral
Botão
Alavanca
Pedal
2. Acionamento mecânico Came
Mola
Rolete
Rolete escamoteável (gatilho)
3. Acionamento elétrico
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Eletroímã (bobina solenóide) com 1 enrolamento ativo
Com 2 enrolamentos ativos no mesmo sentido
Com 2 enrolamentos ativos em sentido contrário
4. Acionamento pneumático Acionamento direto
Por acréscimo de pressão (positivo)
Por decréscimo de pressão (negativo)
Por acionamento de pressão diferencial
Acionamento indireto Por acréscimo de pressão na válvula de précomando (servo-piloto-positivo) (servo-piloto-positivo)
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Por decréscimo de pressão na válvula de précomando (servo-piloto-negativo) (servo-piloto-negativo)
5. Acionamento combinado
Por eletroímã e válvula de pré-comando pneumático
Por eletroímã ou válvula de pré-comando
Exemplo 1: Válvula direcional direcional de 3 vias, 2 posições, posições, acionada por botão; retorno por mola.
Exemplo 2: Válvula direcional direcional de 4 vias, 2 posições, acionada acionada diretamente por acréscimo de pressão; pressão; retorno por mola.
Segundo o tempo de acionamento, distinguem-se:
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1. 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.
2. 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 r epondo a válvula à sua posição inicial.
8.1.3 - Funcionamento Nestes componentes, uma peça cilíndrica, com diversos rebaixos (carretel), este se desloca a partir de acionamento. Dentro de um corpo no qual são usinados diversos furos, por onde entra e sai o fluido. Os rebaixos existentes no carretel são utilizados para intercomunicar as diversas tomadas de fluido desse corpo, determinando a direção do fluxo. O acionamento pode ser manual, elétrico pneumático, hidráulico e o retorno a posição natural poderá ser feita por mola ou qualquer outro tipo de acionamento.
Figura 51– “Esqueleto” de uma válvula direcional.
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8.1.4 - Características de construção das válvulas direcionais As características de construção das válvulas determinam sua vida útil, força de acionamento, possibilidades possibilidades de ligação e tamanho. Segundo a construção, distinguem-se os tipos:
Válvulas de assento: Válvulas de sede esférica Válvulas de sede de prato
Válvulas corrediças: Corrediça longitudinal (carretel) Corrediça plana longitudinal (comutador) Corrediça giratória (disco)
8.1.4.1 - Válvulas de sede ou de assento As ligações nas válvulas de sede 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.
8.1.4.1.1 - Válvulas de sede esférica 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 força 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 direcionais de 2 vias, pois têm 2 posições de comando (aberto e fechado) e 2 ligações, entrada e saída (P e A).
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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.
Figura 52 – Válvulas direcionais – de sede esférica. 8.1.4.1.2 - Válvula de sede de prato As válvulas mostradas nas figuras abaixo são construídas e baseadas no princípio de sede de prato. Elas têm uma vedação simples e boa. O tempo de comutação é curto. Um pequeno movimento do prato libera uma área bastante grande para o fluxo do ar. Também estas como as de sede esférica, são insensíveis à sujeira e têm uma longa vida útil. Ao acionar o apalpador são interligados, interligados, num campo limitado, todos os três orifícios: 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, dizemos que existe "exaustão cruzada".
Figura 53 - Válvulas direcionais (NA) – de sede de prato.
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As válvulas construídas segundo o princípio de sede de prato único, são livres de exaustão cruzada. Não existe perda de ar quando de uma comutação lenta. Ao acionar o apalpador primeiro fecha-se a passagem de A para R (escape), pois o mesmo se veda no prato. Empurrando mais ainda, o prato afasta-se da sede, abrindo a passagem de P para A; o retorno é feito por meio da mola.
Figura 54 - Válvulas direcionais (NF) – de sede de prato. As válvulas direcionais de 3/2 vias são utilizadas para comandar cilindros de ação simples ou como emissores de sinal para pilotar válvulas de comando. Uma válvula em posição de repouso aberta, ao ser acionada, é fechada primeiramente a ligação entre P e A com um prato e posteriormente a passagem A para R através de um segundo prato. Uma mola retrocede o apalpador com os dois pratos na posição inicial. O acionamento das válvulas pode ser feito manual, mecânica, elétrica ou pneumaticamente.
Figura 55 – Válvula direcional de 3 vias por 2 posições (normal aberta). Uma válvula direcional de 4 vias (4/2), construída com sede de prato, consiste na combinação de duas válvulas de 3 vias (3/2); uma válvula em posição inicial fechada e outra aberta.
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Na figura abaixo estão abertas as vias de P para B e de A para R. Ao serem acionados simultaneamente os dois apalpadores, serão fechadas as vias de P para B e de A para R. Empurrando-se ainda mais os apalpadores até os pratos, deslocando-as contra a mola de retorno, serão abertas as vias de P para A e de B para R. Esta válvula é livre de exaustão cruzada e volta à posição inicial por meio de mola. Estas válvulas são usadas em comando de cilindro de ação dupla.
Figura 56 - Válvula direcional de 3 vias (3/2) (sede de prato) acionada pneumaticamente. 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 trabalho A pode escapar através de R.
Figura 57 – Válvula direcional de 3 vias por 2 posições (acionamento pneumático).
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Uma outra válvula de 3/2 vias construída com sede de prato está representada na figura abaixo. 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 ser constituída uma válvula normal fechada ou aberta. A pressão mínima de acionamento é de 120 KPa (1,2 bar); a pressão de trabalho é de 600 KPa (6 bar). A faixa de pressão está entre 120 KPa a 800 KPa (1,2 a 8 bar). A vazão nominal Q n é de 100 l/min.
Figura 58 - Válvula direcional de 3 vias por 2 posições com princípio de assento de prato. A figura abaixo mostra uma válvula direcional de 5/2 vias (5 vias por 2 posições). Trata-se de uma válvula da linha miniatura, que trabalha segundo o princípio de assento flutuante. Esta válvula é comutada alternadamente por impulsos, mantendo a posição de comando até receber um novo impulso (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. Montada sobre uma placa base de conexões padronizadas, a válvula pode ser retirada e substituída sem interferir nas ligações.
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Figura 59 - Válvula direcional de 5 vias por 2 posições (Princípio de assento ). Válvulas eletromagnéticas Estas válvulas são utilizadas onde o sinal de comando parte de um timer elétrico, de uma chave fim de curso elétrico, de um pressostato ou de aparelhos eletrônicos. Em comandos com distância relativamente grande e de tempo de comutação curto, escolhe-se na maioria dos casos, comando elétrico. As válvulas de acionamento eletromagnético dividem-se em válvulas de comando direto e indireto. As de comando direto são usadas apenas para pequenas secções de passagem. Para passagens maiores são usadas as válvulas eletromagnéticas com servocomando (indireto).
Figura 60 - Válvula direcional de 3 vias com 2 posições (acionamento eletromagnético). Quando energizada a bobina, o induzido é puxado para cima contra a mola. O resultado é a interligação dos canais canais P e A. A extremidade superior do induzido fecha o canal R. Cessando o
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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 curto. Para poder manter pequena a construção do conjunto eletromagnético, são utilizadas válvulas solenóides com servocomando (comando indireto). Estas são formadas de duas válvulas: a válvula solenóide com servo, de medidas reduzidas e a válvula principal, acionada pelo ar do servo.
Figura 61 – Válvula direcional de 4 vias por 2 posições (solenóide e servocomando). Funcionamento Da alimentação P na válvula principal deriva uma passagem para a sede da válvula servocomando (comando indireto). O núcleo da bobina é pressionado por uma mola contra a sede da válvula piloto. Após excitação da bobina, o induzido se ergue e o ar flui para o pistão de comando da válvula principal, afastando o prato da sede. O ar comprimido pode agora fluir de P para A. O canal de exaustão R, porém, já foi fechado (sem cruzamento). Em válvulas direcionais de 4 vias (4/2), ocorre, simultaneamente, uma inversão, o lado fechado se abre e o lado aberto se fecha. Ao desenergizar a bobina, uma mola pressiona o induzido sobre a sede e fecha o canal do ar piloto. O pistão de comando da válvula principal será recuado por uma mola na posição inicial.
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Válvula direcional de 3 vias (3/2) servocomandada (princípio de sede de prato): 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, em válvulas de 1/8" como a descrita, a uma pressão de serviço de 600 KPa (6bar) resulta num valor de 1,8 N (0,180 Kp).
Figura 62 – Válvula direcional de 3 vias por duas posições, com acionamento por rolete, servocomandada (normal fechada). Funcionamento 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. 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. Este tipo de válvula também pode ser utilizado como válvula normal aberta ou fechada. Devem ser intercambiadas apenas as ligações P e R e deslocada em 180° a unidade de acionamento (cabeçote).
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Figura 63 – Válvulas direcionais de 3 vias por duas posições, com acionamento por rolete, servocomandada (normal aberta). Em válvulas direcionais servopilotadas de 4 vias (4/2) serão, através das válvulas piloto, acionadas simultaneamente duas membranas e dois pistões de comando que conectam os pontos de ligação. A força de acionamento acionamento não se altera; é de 1,8 N (0,180 Kp).
Figura 64 – Válvula direcional de 4 vias por 2 posições (servopilotada). 8.1.4.2 - Válvulas corrediças Os diversos pontos de ligação das válvulas corrediças serão interligados e fechados por pistões corrediços, comutadores corrediços ou discos giratórios.
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8.1.4.2.1 - Válvula corrediça longitudinal 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.
Figura 65 – Válvula direcional de 5 vias por 2 posições (princípio de corrediça longitudinal). 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 0,002 a 0,004mm. Uma folga maior provocaria grandes vazamentos internos.
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Para diminuir as despesas para este custoso ajuste, veda-se geralmente com anéis "O" (O-Ring) ou com guarnições duplas tipo copo, montados no pistão (dinâmico) ou com anéis "O" (ORing) no corpo da válvula (estático). (estático). As aberturas de passagem de ar podem ser distribuídas na circunferência das buchas do pistão evitando assim danificações dos elementos vedantes.
Figura 66 – Tipos de vedação entre êmbolo e corpo da válvula . A figura abaixo mostra uma simples válvula corrediça longitudinal manual. Por deslocamento da bucha serão unidas as passagens de P para A ou de A para R. Esta válvula, de construção 67
simples, é utilizada como válvula de fechamento (alimentação geral) antes da máquina ou dispositivo pneumático.
Figura 67 – Válvula corrediça longitudinal manual. Válvula direcional de 3 vias por duas posições. Uma outra válvula corrediça plana longitudinal difere da anterior pelo tipo de acionamento. Esta é uma válvula comutada por alívio de pressão. O ar comprimido, nesta, deve ser também enviado às duas câmaras de comando. Por isso existem em ambos os lados do pistão de comando pequenos orifícios, os quais estão ligados com o canal P. Na existência de ar comprimido no canal P, ambos os lados do pistão de comando também ficam sob pressão. Existe equilíbrio de forças. Exaurindo o canal Y, a pressão cai deste lado. No lado oposto Z, existe uma pressão maior e esta pressão empurra o pistão de comando para o lado despressurizado. O canal P será ligado com o canal B e o canal de trabalho A com o escape R. Após fechar o canal de comando Y, a pressão aumenta outra vez nesta câmara, e o pistão permanece em sua posição até que, por abertura do canal de comando Z, sucede uma comutação em direção contrária. Isto resulta numa união do segundo canal de trabalho A com o canal P e do canal B com o canal R. A confecção de um comando com estas válvulas fica simples e econômica, porém não é muito seguro, porque no caso de rompimento de uma tubulação da válvula, ela será automaticamente invertida. Comandos e exigências suplementares não podem ser solucionados em todos os casos. Em diferentes comprimentos de tubulação de comando (volume) pode suceder, ao ligar a energia, uma comutação falsa. Para garantir uma comutação perfeita, é necessário manter o volume da câmara tão pequeno quanto possível.
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Figura 68 – Válvula direcional corrediça plana longitudinal de 4/2 vias comando por alívio bi-lateral de pressão. Comando por alívio bi-lateral de pressão
Figura 69 - Esquema de comando por impulso negativo. 8.1.4.2.2 - Válvula 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.
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A figura A mostra que na posição central todos os canais estão bloqueados. Devido a isso, o êmbolo do cilindro pode parar em qualquer posição do seu curso, porém essas posições intermediárias não podem ser fixadas com exatidão. Devido a compressibilidade do ar comprimido, ao variar a carga a haste também varia sua posição. Prolongando os canais das corrediças, consegue-se um outro tipo de posição central. A figura 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 força externa, até a posição de ajuste.
Figura 70 – Válvulas corrediça giratória.
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8.2 - Válvulas de bloqueio São elementos que bloqueiam a passagem preferentemente em um só 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.
8.2.1 - Válvula de retenção Estas válvulas impedem completamente completamente a passagem em uma direção; em 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. Símbolo: Válvula de retenção com fechamento por atuação de uma pressão sobre o elemento vedante.
Válvula de retenção com fechamento por atuação de contra pressão, por exemplo, por mola. Fecha quando a saída é maior ou igual a entrada.
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Figura 71 – Válvula de retenção. 8.2.2 - Válvula alternadora ou de isolamento (elemento “ou”) Também chamada “válvula de comando duplo ou dupla retenção”. 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. 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 72 – Válvula alternadora. Estas válvulas são chamadas também de “elemento OU (OR)”; seleciona sinais emitidos por válvulas de “sinais” provenientes de diversos pontos e impede o escape de ar por uma segunda válvula. Se um cilindro ou uma válvula de comando deve ser acionado de dois ou mais lugares, é necessária a utilização desta válvula (alternadora).
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8.2.3 - 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. A válvula é dotada de uma conexão de pressão P, uma conexão de escape R bloqueado e uma saída A. 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 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.
Figura 73 – Válvula de escape rápido. 8.2.4 - Expulsor pneumático Na indústria, há muito tempo é utilizado o ar comprimido para limpar e expulsar peças. O consumo de ar é neste caso, muito alto. Ao contrário do método conhecido, no qual o consumo do ar da rede é contínuo, com o expulsor o trabalho se torna mais econômico. O elemento consiste de um reservatório com uma válvula de escape rápido. O volume do reservatório corresponde ao volume de ar necessário.
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Uma válvula direcional de 3/2 vias, aberta na posição inicial é utilizada como elemento de sinal. O ar passa pela válvula e pela válvula de escape rápido até o pequeno reservatório. Ao acionar a válvula de 3/2 vias, a passagem de ar é interrompida para o reservatório e o canal até a válvula de escape rápido será exaurido. O ar do depósito escapa então rapidamente pela válvula de escape rápido para a atmosfera. A vazão de ar concentrada permite expulsar peças de dispositivos e ferramentas de corte, de esteiras transportadoras, dispositivos classificadores e equipamentos de embalagens. O sinal para a expulsão pode ser feito de forma manual, mecânica, pneumática ou elétrica.
Figura 74 – Expulsor pneumático. 8.2.5 - Válvula de simultaneidade 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. Caso haja diferença de tempo entre a aplicação dos sinais de entrada, o sinal atrasado aparecerá na saída. Esta válvula é também chamada de "elemento E (AND)". É utilizada em comandos de bloqueio, funções de controle e operações lógicas.
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Figura 75 – Válvula de simultaneidade.
8.3. – Válvula de fluxo Estas válvulas servem para reduzir a seção de passagem com o objetivo de modificar a vazão do ar comprimido e por conseqüência controlar a velocidades dos atuadores. Para uma determinada seção de passagem a vazão depende somente da diferença de pressão existente nas duas extremidades da restrição. A restrição pode ser relativamente longa em relação ao diâmetro (estrangulador) ou de pequeno comprimento em relação ao diâmetro (diafragma).
8.3.1 - Válvula reguladora de fluxo unidirecional Também conhecida como "válvula reguladora de velocidade" ou regulador 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. Estas válvulas são utilizadas para a regulagem da velocidade em cilindros pneumáticos. Para os cilindros de ação dupla, são possíveis dois tipos de regulagem. As válvulas reguladoras de fluxo unidirecional devem ficar o mais próximo possível dos cilindros.
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Figura 76 – Válvula reguladora de fluxo fl uxo unidirecional. Válvula reguladora de fluxo unidirecional com acionamento mecânico regulável (com rolete) São utilizadas quando houver necessidade de alterar a velocidade de um cilindro, de ação simples ou dupla, durante o seu trajeto. Para os cilindros de ação dupla, podem ser utilizadas como amortecimento de fim de curso. Antes do avanço ou recuo se completar, a massa de ar é sustentada por um fechamento ou redução da secção transversal da exaustão. Esta aplicação se faz quando for recomendável um reforço no amortecimento amortecimento de fim de curso. Por meio de um parafuso pode-se regular uma velocidade inicial do êmbolo. Um came, que força o rolete para baixo, regula a secção transversal de passagem. Em sentido contrário, o ar desloca uma vedação do seu assento e passa livremente.
Figura 77 – Válvula reguladora de fluxo unidirecional com acionamento mecânico regulável (com rolete).
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8.4 - Válvulas de pressão São válvulas que têm influência principalmente sobre a pressão, e pelas quais podem ser feitas as regulagens; ou válvulas que dependem da pressão em comandos. Distinguem-se: Distinguem-se: * Válvula reguladora de pressão. * Válvula limitadora de pressão. * Válvula de seqüência.
8.4.1 - Válvula de seqüência O funcionamento é muito similar ao da válvula limitadora de pressão. Abre-se a passagem quando é alcançada uma pressão superior à ajustada pela mola. Quando no comando Z é atingida uma certa pressão pré-ajustada, o êmbolo atua uma válvula 3/2 vias, de maneira a estabelecer um sinal na saída A. Estas válvulas são utilizadas em comandos pneumáticos que atuam quando há necessidade de uma pressão fixa para o processo de comutação (comandos em função da pressão). O sinal é transmitido somente quando for alcançada a pressão de comando.
Figura 78 – Válvula de seqüência.
8.5. - Combinações especiais 77
Quando existe a necessidade de um espaço de tempo entre uma operação e outra em um circuito pneumático, a válvula de retardo ou temporizador pneumático representa uma eficiente solução.
8.5.1 - Acionamento pneumático com comutação retardada (temporizador) Esta unidade consiste de uma válvula direcional de 3/2 vias, com acionamento pneumático, de uma válvula reguladora de fluxo unidirecional e um reservatório de ar.
8.5.1.1 - Temporizador (normalmente fechado)
Figura 79 - Temporizador (normalmente fechado). Funcionamento O ar comprimido entra na válvula pelo orifício P. O ar de comando entra na válvula pelo orifício 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. 78
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 f eche a válvula, conectando a saída A com o escape R.
8.5.1.2 - Temporizador (normalmente aberto)
Figura 80 - Temporizador (normalmente aberto). Funcionamento Esta válvula também é uma combinação de válvulas, integrada por uma válvula 3/2 vias, uma válvula reguladora de fluxo unidirecional e um reservatório de ar. A válvula direcional 3/2 vias é uma válvula normalmente aberta. Também neste caso, o ar comando entra em Z; uma vez estabelecida no reservatório a pressão necessária para o comando, é atuada a válvula de 3/2 vias. Devido a isso, a válvula fecha a passagem P para A. Nesse instante o orifício A entra em exaustão com R. O tempo de retardo corresponde também ao tempo necessário para estabelecer estabelecer a pressão no reservatório. Caso for retirado o ar de Z, a válvula de 3/2 vias voltará à sua posição inicial. inicial.
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Em ambos os temporizadores, o tempo de retardo normal é de 0 a 30 segundos. Este tempo pode ser prolongado com um depósito adicional. Se o ar é limpo e a pressão constante, podem ser obtidas temporizações temporizações exatas.
9 - SIMBOLOGIA Segundo DIN/ISO 1219 e CETOP Obs.: Abaixo alguns símbolos mais importantes para aplicações da PNEUMÁTICA
1.TRANSFORMAÇÃO 1.TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA Denominação
Simbologia
* compressor (um sentido de fluxo, de deslocamento deslocamento de ar constante) * motor pneumático: a) de deslocamento de ar constante com - um sentido de rotação r otação
- dois sentidos de rotação
b) de deslocamento de ar variável com - um sentido de rotação r otação
- dois sentidos de rotação
* cilindro de simples ação - retorno por uma força não especificada
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- retorno por mola
* cilindro de dupla ação
* cilindro pneumático com campo giratório limitado
* cilindro de ação dupla com haste de êmbolo passante
* cilindro de ação dupla (amortecimento regulável em ambos os lados)
* cilindro telescópico telescópico de ação simples simples (retorno por força externa)
* cilindro telescópico de ação dupla
* intensificador para o mesmo meio de pressão
* intensificador para ar e óleo
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VÁLVULAS
Denominação
Simbologia
2.1. Distribuidores * válvula de 2/2 vias - posição normal fechada
- posição normal aberta
* válvula de 3/2 vias - posição normal fechada
- posição normal aberta
* válvula 3/3 vias posição intermediária fechada
* válvula de 4/2 vias
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* válvula de 4/3 vias - posição intermediária fechada
- posição intermediária com saídas em exaustão
* válvula de 5/2 vias
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2.2. Bloqueio - sem mola - com mola
- comandada
* válvula alternadora ou de isolamento (elemento “ou”)
* válvula de escape rápido
* válvula de simultaneidade (elemento “e”)
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2.3. Fluxo * válvula de fluxo - com estrangulamento constante
- com estrangulamento estrangulamento regulável nos dois lados
* válvula reguladora de vazão com retorno livre (válvula de fluxo com estrangulamento fixo ou regulável) ou válvula reguladora de fluxo unidirecional unidirecional
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2.4. Fechamento, representação simplificada. 2.5. De Pressão * válvula de seqüência
* válvula limitadora de pressão regulável (alívio)
* válvula de seqüência, regulável (função 3 vias) com escape
- não normalizada - normalizada
* válvula reguladora de pressão sem orifício de escape
* válvula reguladora de pressão com orifício de escape
2.6. Combinações especiais * comportamento temporizado de partida retardada (NF)
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* válvula para corte de sinal (NA)
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3. TRANSMISSÃO E CONDICIONAMENTO DA ENERGIA Denominação
Simbologia
* fonte de pressão
* linha de trabalho (utilização) * linha de comando (piloto) * linha de escape ou sangria (exaustão) * canalização flexível * conexão fixa (derivação)
* cruzamento de linhas não interligadas
* conexão de descarga - escape livre
- escape canalizado (dirigido)
* tubulação pneumática
* silenciador 88
* reservatório * ponto de escape
* ponto de ligação de pressão com conexão
3.1. Unidades de preparação do ar * filtro
* purgador com dreno manual
* purgador com dreno automático
* lubrificador
* resfriador
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* secador
* unidade de conservação (conjunto lubrefil) - detalhado
- simplificado
4. MEIOS DE ACIONAMENTO Denominação
Simbologia
4.1. Por ação muscular * Geral (sem identificação do modo de operação) * Botão * Alavanca * Pedal
4.2. Por ação mecânica * Apalpador, Pino, Came * Rolete * Gatilho (atua num único sentido) ou rolete escamoteável
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4.3. Por pressão * Piloto (por acréscimo de pressão - positivo)
4.4. Elétrico * Solenóide - com uma bobina
- com duas bobinas operando em um único sentido
- com duas bobinas operando em sentidos contrários
4.5. Retorno * Mola * Trava
5. APARELHOS DIVERSOS * indicador de pressão (manômetro)
* indicador de temperatura
* aparelho medidor de fluxo (vazão)
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* aparelho medidor de fluxo (volume)
6. DESIGNAÇÕES ABREVIADAS DE CONEXÃO Denominação - canalizações canalizações de trabalho - alimentação, alimentação, ligação de ar comprimido - escape de ar, exaustão - comando
Simbologia A, B, C, ... P R, S, T Z, Y, X
(2, 4, 6, ...) (1) (3, 5, 7) (12, 14, 16)
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10 - COMANDOS PNEUMÁTICOS 10.1 - INTRODUÇÃO O termo “Pneumática” no sentido usual não é mais suficiente hoje em dia para definir e delimitar claramente claramente o vasto campo de “trabalho” e “comando” através do ar. Existem muitas designações para os diferentes campos da pneumática, sendo que se entende por pneumática em geral, a aplicação industrial do ar como meio de trabalho. Pretende-se com isso nesse ponto, estabelecer uma determinação mais ou menos arbitrária, que deverá auxiliar e proporcionar clareza na confusão de termos existentes.
10.2 - CLASSIFICAÇÃO DOS GRUPOS - Pneumática de baixa pressão: Campo de pressão: até 1,5 bar aproximadamente. Estão nesta categoria todos os sistemas para a solução dos problemas de comando com a pressão mencionada. - Pneumática de pressão normal: Campo de pressão: pressão: 1,5 a 16 bar. Engloba toda toda a pneumática pneumática “normal” dos elementos elementos de comando e trabalho que funcionam dentro destas pressões consideradas. Também chamada de pressão “econômica”. “econômica”.
- Pneumática de pressão alta: Engloba as aplicações especiais da pneumática na parte de trabalho. Não se trata mais dos comandos utilizados na pneumática convencional, ou seja, em pressões de 1,5 a 16 bar. Os elementos de informações sem contato, tais como os sensores de proximidade, ocupam lugares cada vez mais importantes nos circuitos, classificados classificados na categoria de baixa pressão.
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10.3 - CADEIA DE COMANDOS A disposição gráfica dos diferentes elementos é análoga a representação esquemática da cadeia de comando, ou seja, o fluxo dos sinais é de baixo para cima. A alimentação é um fator muito importante deve ser bem representada. É recomendável representar elementos necessários a alimentação na parte inferior e distribuir a energia, tal como mencioná-la de maneira ascendente. Quadro I Elem entos de trabalho
Cilindros mot or ores, es, etc
Exec uçã o da ordem
Elem ento s de comando
Válvulas Válvulas direcionais
Saída do s sinais
Elementos d e processamento de sinais
Válv. "mem ória" Elem . "OU", "E" temp orizado res
Trata me nto dos sinais
Elem entos de sinais
Botão, ão, fim de curso, curs o, detecto r de proximidade
Introdução dos sinais
Element ement os de prod. trat trat.. e distribuiçã distr ibuiçã o
Unidad e de co nservaçã o, válv. de fechamento e distribuidor
Fonte de energia
O quadro mostrado predetermina que o esquema seja desenhado sem considerar a disposição física real dos elementos, recomendando-se ainda representar todos os cilindros e válvulas direcionais horizontalmente. horizontalmente.
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Como por exemplo, podemos considerar a disposição seguinte: seguinte: ELEMENTO DE TRABALHO
V 1
ELEMENTO DE COMANDO
ELEMENTO DE PROCESSAMENTO DE SINAIS
V1 ELEMENTOS DE SINAIS
ELEMENTO DE ENERGIA
Figura 81 – Disposição segundo o esquema da cadeia de comando. comando. No esquema pneumático pode-se observar, além da disposição segundo o esquema da cadeia de comando, a separação da situação do elemento final de curso. Esse final de curso “V1” será na realidade instalado na posição final dianteira do cilindro. Como, porém se trata de um módulo de sinal, o mesmo está representado na parte inferior do esquema. Para se obter a correspondência entre as duas disposições, a situação real é representada por um traço ( ⏐), com a respectiva indicação. indicação. Em comandos onde há vários elementos de trabalho, convém decompor o mesmo em várias cadeias de comandos individuais, podendo se formar uma cadeia de comando para cada elemento de trabalho. Convém que cada cadeia de comando seja representada, se possível, na seqüência do transcurso do movimento, lado a lado.
DESIGNAÇÃO ABREVIADA DAS CONEXÕES: Denominação:
Simbologia:
Canalizações Canalizações de trabalho
A, B, C, ...
(2,4,6, ...)
Alimentação, Alimentação, ligação de ar comprimido
P
(1)
Escape de ar, exaustão
R, S, T
(3,5,7)
Comando
Z, Y, X
(12,14,16)
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DESIGNAÇÃO DOS ELEMENTOS: Dois tipos podem ser encontrados com freqüência: Identificação por algarismos Identificação por letras
Identificação por Algarismos: Cada elemento dentro de um circuito pneumático tem sua função e para a sua identificação é utilizada a seguinte regra: A identificação é composta de um número de grupo e a numeração seguinte indica a função do elemento.
Denominação:
Simbologia:
Divisão de Grupos: Todos os elementos do abastecimento abastecimento de energia
Grupo “0”
Diversas cadeias de comando (um número de grupo/cilindro)
Grupo “1,2,3”...
Numeração corrente: Elementos de trabalho
.0
Elementos de comando
.1
Todos os elementos que influenciam no
.2, .4, ...
avanço do elemento de trabalho considerado (n0 par) Todos os elementos que influenciam no retorno
.3, .5, ...
(n0 ímpar) Elementos entre o elemento de comando e o
.01, .02 ...
elemento de trabalho (Ex.: válvula de fluxo)
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Figura 82 – Esquema pneumático. Identificação por letras: Este método é muito importante no estudo de esquemas para os comandos programados em função de trajetória. Este estudo necessita cálculos, desenho do diagrama e tabelas. A utilização deste método, através de letras, facilita a supervisão.
Denominação:
Simbologia:
Elementos de trabalho
A, B, C, ...
Chaves fim de curso acionadas
a 0, b0, c0, ...
na posição final traseira dos cilindros A, B, C, ... Chaves fim de curso acionadas
a 1, b1, c1, ...
na posição final dianteira dos cilindros A, B, C, ...
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Generalidades: Representação de Equipamentos: Todos os equipamentos devem ser representados no esquema na posição inicial de comando. Caso isto não seja possível ou caso não se proceda desta maneira, é necessário fazer uma observação. Quando válvulas com posição normal forem desenhadas em estado acionado, isto deve ser indicado, por exemplo, através de seta ou em caso de chave fim de curso, através do desenho de ressalto.
• Definição das posições segundo DIN 24300:
Posição normal : posição de comando ocupado pelas partes móveis da válvula. Quando esta não estiver ligada (para válvula com existência de reposicionamento). reposicionamento).
Posição inicial: posição que as partes móveis da válvula ocupam após a sua montagem em uma instalação e ligação da pressão da rede e com a qual o programa da comutação previsto inicia. Representação de um elemento de sinal (fim de curso) com posição de repouso normal fechada é indicado no esquema em posição de trabalho. Válvulas com rolete escamoteável (gatilho) emitem sinais em um só sentido de acionamento. Nos esquemas, deve-se indicar o sentido de acionamento do gatilho. (conforme figura, respectivamente). respectivamente).
98
1.3
Figura 83 – Representação de um elemento de sinal. Canalizações, dados gerais: As canalizações devem ser, sempre que possível desenhadas de modo retilíneo e sem cruzamentos, no que, em comandos de volume não muito grande. As canalizações de trabalho podem ser contínuas e as de comando pontilhadas. pontilhadas.
Válvulas distribuidoras; campos de aplicação e utilização: • Função de 2 vias : Para simples tarefas de fechamento.
• Função de 3 vias : Comando de cilindros de ação simples Comando de válvulas comutadas por acréscimo de pressão Em geral: em todos os casos onde se necessita de uma sinal para o acionamento de uma ocorrência e se necessita e evacuá-lo através da válvula utilizada.
• Função de 4 vias : Para o comando de cilindros de ação dupla e como válvula alternadora para combinações de sinais. 99
• Função de 5 vias : Como na função de 4 vias, porém equipada com 2 escapes (para cada canalização de trabalho). Existe a possibilidade de influenciar o escape separadamente (por exemplo: regulação de velocidade).
Diferenciação: • Comando direto : Apenas pode ser escolhido se não existir grande volume do cilindro e principalmente principalmente se o transcurso a influenciar pode ser comandado a partir de um só elemento de sinal.
• Comando indireto : Quando existem vários sinais e quando os elementos de comando e módulos de sinal não podem ser agrupados. O elemento de sinal pode ser mantido pequeno, enquanto que a válvula principal apresenta as características correspondentes às dimensões do cilindro. A canalização de alimentação do elemento de comando ao cilindro pode ser bastante curta. Isto significa que o espaço morto e assim também o consumo de ar pode ser mantido pequeno enquanto que o trajeto elemento de sinal - elemento de comando pode ser transporto por uma canalização de comando de pequena secção transversal.
100
11 - CIRCUITOS COMPLEXOS A automatização baseia-se na associação das ações de mais de um cilindro, fazendo o encadeamento de seus funcionamentos por meio de válvulas. Os circuitos que têm, por finalidade, fazer funcionar vários cilindros, segundo uma ordem pré-determinada, são denominados seqüências, que podem ser direta ou indireta. - Cada cilindro é designado por uma letra maiúscula - Para a seqüência estar completa cada cilindro deverá realizar suas duas operações (avanço/retorno) A + B +C + A - B - C (+) ⇒ avanço
(-) ⇒ retorno
Direta: se a ordem de operação se repete inteiramente independente do tipo de operação. A+B-C+D-A-B+C-D+
Indireta: quando houver uma única inversão na ordem das operações. A+B-C+D-A-C-B+D+ A + B + (C + B-) A - C –
Possibilidades de representação da seqüência de trabalho: A necessidade de representar seqüências de movimentos e estados de comutação de elementos de trabalho e de comando de maneira facilmente visível não necessita de maiores esclarecimentos. Assim que existir um problema um tanto mais complexo, as relações não são reconhecíveis rápida e seguramente, se não for escolhida uma forma apropriada da representação. Uma representação simples facilita a compreensão em um âmbito maior.
Exemplo: Pacotes que chegam sobre a correia de rolos são elevados por um cilindro pneumático e empurrados por um segundo cilindro para uma segunda correia. O cilindro B apenas pode retornar quando o cilindro A houver alcançado a posição final traseira. O sinal de partida deve ser introduzido através de um botão manual, para uma seqüência de trabalho em cada vez.
101
Esboço da situação:
Diagrama de trajeto e passo: Seqüência: Constituição do circuito: 1. Relação em seqüência cronológica: - o cilindro A avança e eleva os pacotes - o cilindro B empurra os pacotes para a segunda correia - o cilindro A desce - o cilindro B retrocede
2. Forma de tabela: Passo de trabalho
Movimento cilindro “A ”
Movimento cilindro “B”
1
Para frente
-
2
-
Para frente
3
Para trás
-
4
-
Para trás
102
3. Diagrama de setas (representação simplificada) forma vetorial: (→) avanço
(←) retorno
A→ B→ A← B←
4. Maneira de escrever abreviada (em forma algébrica): ( + ) avanço ( - ) retorno A+B+A-B-
5. Representação gráfica em forma de diagrama : Os diagramas de funcionamento são utilizados para a representação das seqüências funcionais, de comandos mecânicos, pneumáticos, hidráulicos, elétricos e eletrônicos, assim como para combinações destes tipos de comandos, por exemplo, eletropneumáticos e eletrohidráulicos. O diagrama de funcionamento é em muitos casos a base para a elaboração dos esquemas de funcionamento. funcionamento. Na representação de seqüências de funcionamen f uncionamento to deve-se distinguir entre:
Diagrama de movimento: representa os estados dos elementos de trabalho e das unidades construtivas.
Diagrama de comando: fornece informações sobre o estado de elementos de comando individual (aplicação: manutenção). Ambos os diagramas em conjunto são denominados de diagramas de funcionamento .
Diagrama de movimento: • Diagrama de trajeto e passo: representa a seqüência de operação de um elemento de trabalho, levando-se ao diagrama a indicação do movimento em dependência de cada passo (variação do estado de qualquer unidade construtiva) considerado.
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1
2
3
4
5
em frente
Cilindro A
atrás
Trajeto Passos
Recomendações para o traçado do diagrama : 1. os passos devem ser desenhados horizontalmente e com as mesmas distâncias. 2. o trajeto não deve ser desenhado em escala e deve ser igual para todas as unidades construtivas. 3. no caso de haver várias unidades, a distância vertical entre os trajetos não deve ser muito pequena. 4. podem ser introduzidos passos intermediários se durante o movimento altera-se a condição da instalação, por exemplo, pela atuação de uma chave fim de curso na posição central do cilindro, ou pela modificação da velocidade de avanço. 5. a designação da condição da instalação pode ser de duas formas: através de indicação da posição (atrás-frente, encima-embaixo, etc.) ou também através de números (por exemplo: “0” para a posição final traseira e “1” ou “L” para a posição final dianteira). 6. a designação da respectiva unidade deve ser anotada ao lado esquerdo do diagrama, por exemplo, cilindro A.
• Diagrama de trajeto e tempo: o trajeto de uma unidade construtiva é representado em função do tempo. Representa com mais clareza, as sobreposições e as diferentes velocidades de trabalho.
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L
Cilindro A 0 L
Cilindro B 0
Trajeto
Passos
Diagrama de comando : Anotam-se os estados de comutação de sinais e dos elementos de processamentos de sinais, sobre os passos, não considerando-se os tempos de comutação.
1
2
3
4
5
6
Aberto
Fechado
Estado
1
Passos
2
3
4
5
6
b1
105
Recomenda-se o seguinte: 1. deve se possível, ser desenhado em combinação com o diagrama de movimentos. 2. os passos ou tempos devem ser desenhados em forma horizontal. 3. a distância vertical das linhas de movimentos pode ser igual, porém, devem ser bem visíveis. O diagrama de funcionamento (diagrama de movimento e de comando) para o exemplo está representado na figura abaixo: L
A 0 L
B 0 L
1.1 0 L
2.1 0 L
2.2 0
Elaboração de um problema de comando: (situação do problema, estabelecimento das condições) Deve haver desde o início um estabelecimento claro e definido do problema e, sobretudo dos objetivos. Relação exata das condições marginais com vistas a: conforto na operação, segurança exterior da instalação, segurança de funcionamento, etc.
Condições Marginais: 1. Para a seqüência de funcionamento:
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condições de partida, condições de instalação, condições de segurança. 2. Para influências operacionais: influências do ambiente, local de utilização, alimentação, pessoal .
Realização de um esquema: A disposição gráfica deve ser efetuada segundo o esquema da cadeia de comando, deve haver um fluxo de sinal de baixo para cima. Como a alimentação de energia é importante para o esquema, deve ser representada no mesmo, sendo que todos os elementos necessários ao abastecimento abastecimento de energia distribuída em seguida de baixo para cima. Recomenda-se representar todos os cilindros e válvulas distribuidoras horizontalmente, horizontalmente, o esquema seja desenhado sem considerar a disposição física dos elementos. A posição dos elementos de sinal deve ser indicada através de um traço de marcação. Representar os equipamentos em posição inicial de comando. Desenhar as canalizações sempre que possível de modo retilíneo e sem cruzamentos.
COMPOSIÇÃO DE ESQUEMAS PARA COMANDOS DE TRAJETÓRIA PROGRAMADA Se o diagrama de movimento e as condições marginais estiverem definidos, pode-se iniciar a composição do esquema. O tipo de representação e a disposição gráfica foram descritos detalhadamente anteriormente. Segundo esta sistemática inicia-se então a construção do circuito. Esta construção e com ela também a sistemática fundamental para a composição do esquema dependem do tipo de desligamento de sinal utilizado. Para comandos mais simples e principalmente em todos os casos onde se pode aceitar as desvantagens do desligamento de sinais através de roletes escamoteáveis, pode-se recomendar a aplicação de válvulas com acionamento acionamento por roletes escamoteáveis. escamoteáveis. Em todos os demais casos convém instalar um desligamento de sinal através de válvulas de inversão. Esta sistemática para a composição metódica de esquemas é designada também como o assim chamado “ método de cascata” ou “passo-a-passo”.
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Recomenda-se então o seguinte procedimento para a composição do esquema: 1. desenho dos elementos de trabalho (representado horizontalmente); horizontalmente); 2. desenho dos elementos de comando correspondentes (representar horizontalmente); 3. desenho dos módulos de sinal necessários sem símbolo de acionamento; 4. desenho dos elementos elementos de abastecimento abastecimento de energia (embaixo); (embaixo); 5. conectar as canalizações canalizações de comando (retilíneo e sem cruzamento); 6. numerar os elementos; 7. conversão do diagrama de movimento em esquema; 8. verificação dos locais onde se tornam necessários desligamentos de sinal; 9. desenho dos tipos de acionamento; 10. eventualmente, introdução das condições marginais. Pode-se verificar no diagrama de funcionamento, se há necessidade de desligamento de sinal e onde. Em geral o diagrama de comando é desenhado como se houvesse apenas válvulas com acionamento por rolete ou por came na função de chaves fim de curso. Além disto, deve-se observar que os sinais que influenciam o mesmo cilindro sejam desenhados uns sob os outros.
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SOLUÇÃO: Trajeto-Passo
Trajeto-Comando
109
110
11.1 - CIRCUITO PARA DESLIGAMENTO DE SINAIS Desligamento mecânico Por rolete escamoteável Caso o sinal a desligar seja fornecido por um fim de curso, pode-se utilizar uma válvula de acionamento através de rolete escamoteável escamoteável (gatilho).
Figura 84 – Rolete escamoteável. Devem-se observar os seguintes pontos na utilização: utilização: - o rolete escamoteável deve ser completamente ultrapassado, ou seja, fica liberado na posição final. - não há precisão nas posições finais de curso (importante em caso de cilindros com curso pequeno). - a velocidade de acionamento não pode ser muita elevada (com velocidades demasiadamente demasiadamente elevadas, obtêm-se sinais demasiadamente curtos). - a duração do sinal depende do comprimento do came de acionamento e da velocidade do cilindro. - como o gatilho é liberado na posição final do curso, não existe a possibilidade de utilizar o sinal para outras operações posteriores, pois o sinal desaparece após o acionamento. acionamento. - nenhuma possibilidade possibilidade para temporização. temporização. - posição correta no sentido do acionamento. O uso do rolete escamoteável permite projetar esquemas no método intuitivo.
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112
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Através de circuito temporizado Desligamento de sinais mediante retardo do sinal, utilizando-se um temporizador normalmente aberto ou corte de sinal. A
a
Z
P
R
e
Figura 85 –Circuito temporizado. Estes circuitos são muito confiáveis no funcionamento, porém, na utilização em comandos mais volumosos, os mesmos são complexos e caros. Além disso, eles são utilizáveis apenas para o simples desligamento de sinais, não oferecendo possibilidades de executar um bloqueio contra acionamentos acionamentos repetidos. Isto se torna claro no exemplo a seguir. Um cilindro de dupla ação deve avançar e retornar automaticamente mesmo que a válvula de partida continue sendo acionada. Uma partida só deve ser possível soltando-se a válvula e acionando-a novamente (bloqueio de ciclo contínuo).
Figura 86 – Circuito para desligamento de sinais.
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Anulação de sinais através de válvulas de inversão (memória) Nesse método, utiliza-se válvula direcional de duplo piloto pneumático de 3/2, 4/2 ou 5/2 vias, também chamada de “memória”.
Figura 87 - Válvulas de inversão (memória). Este método é utilizado com maior freqüência na prática. O mesmo funciona com grande segurança, pressupondo um dimensionamento correto, possuindo ainda a vantagem de que, freqüentemente, se consegue reunir diversos sinais para o desligamento e assim manter o volume relativamente pequeno. A idéia básica é de se permitir ação do sinal apenas no instante em que o mesmo é necessário. Com os sinais, podem-se realizar muitas combinações. combinações.
11.2 - MÉTODOS SISTEMÁTICOS DE ESQUEMAS O caminho mais simples para a construção de qualquer comando e de forma segura, consiste em desconectar o sinal quando este não é mais necessário, o que significa a anulação após cada passo ou operação. Por exemplo, quando se trata de realizar anulações, pode-se representar da seguinte forma: S1
S2
S3
S4
e1
e2
e3
e4
Figura 88 – “Caixa preta”. “e1, e2, e3 e e4” representam os sinais sinais de entrada. “S1, “S1, S2, S3 e S4” representam os sinais de saídas.
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Esta unidade deve solucionar o problema dos sinais permanentes e deve realizar as exigências determinadas. determinadas. - o número de sinais de entrada é igual ao número de sinais de saída. - para cada sinal de entrada existe um sinal de saída. - os sinais de saída são memorizados, quer dizer, devem permanecer mesmo que tenha desaparecido o sinal de entrada correspondente. - somente pode estar presente um único sinal de saída e deve existir a possibilidade de desconectar estes sinais de saída de forma controlada. - os sinais de entrada devem ter efeito, somente seguindo uma ordem pré-estabelecida: pré-estabelecida: 1 - 2 - 3 - 4 - 1 -2 - ... Pode ter duas versões:
- CASCATA - PASSO - A - PASSO Método Cascata Este método é aplicado com maior freqüência na prática. Funciona com grande segurança. Permite a ação do sinal apenas no instante em que mesmo é necessitado, isto pode ser conseguido bloqueando o sinal após o módulo de sinal através de uma válvula ou fornecendo energia ao módulo de sinal apenas quando o sinal for necessitado. Para a inversão utiliza normalmente uma válvula de inversão. Esta sistemática para a composição metódica de esquemas é designada também “método de cascata”. (deve-se assegurar que exista apenas um sinal de saída das válvulas de inversão após cada inversão, isto pode ser alcançado através de conexão em série em forma de degraus, de válvulas de 4/2 vias, ou 5/2 vias e acionamento por duplo piloto positivo). Através desta disposição assegura-se que existe ar comprimido em apenas uma saída a cada vez e que todas as outras saídas encontram-se em exaustão. Os limites do método são dados através da característica de que a energia é introduzida através de uma conexão. O ar flui f lui através de todas as válvulas da cascata antes de acionar uma ocorrência de comando.
Regras Gerais: (Procedimentos na composição de esquemas) - Estabelecer a seqüência dos movimentos na forma algébrica do diagrama trajeto passo. - Divisão em grupos: Letras iguais não devem pertencer ao mesmo grupo.
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- O número de grupos corresponde ao número de linhas auxiliares da cascata. - O número de linhas menos um é igual ao número de válvulas distribuidoras (“memória” de 4/2 vias ou 5/2). São ligadas em série (conexão de válvulas em forma escalonada), a primeira válvula da série alimenta as duas primeiras linhas e assim por diante. Somente a última válvula da série é alimentada com pressão da rede. - A cada grupo deve-se trocar de linha. - Verificar a que grupo pertence o último movimento: Neste método sempre vamos ter ao final do ciclo, ar na 1ª ou na última linha. - Se o último movimento pertencer ao 1º grupo então desenhar circuito com ar na 1ª linha. - Se o último movimento pertencer ao último grupo então desenhar o circuito com ar na última linha. - É recomendado r ecomendado no máximo 5 linhas auxiliares.
Características: - Maior segurança - Maior facilidade na construção de circuitos (não existe contrapressão) - Não usa gatilho - Não usa memórias - Não usa Flip-Flop - Todos os elementos são ligados nas linhas de rede r ede da cascata.
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Limitações: É conseqüência da alimentação de energia que é realizada através de uma única válvula. O ar que passa por todas as válvulas antes de iniciar o processo de comando, pode sofrer uma excessiva queda de pressão que chega a ser considerada e, portanto prejudicial, quando se necessita de rapidez em determinados momentos do processo. A queda de pressão é maior à medida que se aumenta o número de válvulas no comando, e em conseqüência se obtém um funcionamento mais lento. Recomenda-se, portanto, não montar esquemas com mais de 4 memórias (5 linhas). A série abaixo mostra passo por passo a seqüência na comutação da cascata.
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Configurações:
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120
121
Método Passo-a-passo (convencional) Ao contrário do método cascata, no sistema passo a passo são utilizadas “memórias” de 3/2 vias (duplo piloto) não dispostas em série, mas conectadas independentemente uma das outras, tanto na alimentação alimentação como na distribuição (ligadas em paralelo em linha horizontal). Deste modo é possível abastecer cada uma das válvulas (memórias) diretamente com o ar da rede. A desvantagem da queda de pressão do método cascata aqui não existe. Para que ocorra a emissão de um único sinal de saída, cada sinal de entrada comuta uma válvula que inverte a memória ativada no passo anterior, simultaneamente com a alimentação do passo em questão. Como na cascata, o passo a passo requer a divisão da seqüência. A diferença, no entanto, é que neste método, cada movimento deve ser separado e a cada divisão damos o nome de PASSO. Cada PASSO será comandado nesta técnica por uma válvula 3/2 duplo piloto. O número de válvulas de comando é igual ao número de passos.
Exemplo: A+
A-
B+
B-
1
2
3
4
A figura abaixo mostra a conexão fundamental das válvulas para uma cadeia de passoa-passo quaternária.
1a versão:
Para que seja possível um bloqueio dos sinais de entrada, é conectado diante de cada entrada um elemento “e”. A figura a seguir mostra a ligação dos elementos “e” com as memórias.
122
2a versão:
Regras Gerais: (Procedimentos na composição de esquemas) - Estabelecer a seqüência dos movimentos na forma algébrica do diagrama trajeto passo. - Divisão em grupos: cada passo corresponde a um grupo. - O número de grupos corresponde ao número de linhas auxiliares. - O número de linhas corresponde ao número de válvulas “memória” + elemento “E”. - A cada passo deve-se trocar de linha; todos os elementos de sinais estarão abaixo das linhas. - Neste método, ao final do ciclo, sempre vamos ter pressão na última linha.
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124
Princípio de funcionamento dos módulos passo-a-passo: Em primeiro lugar, devem-se distinguir dois tipos de módulos:
Módulo tipo “A”:
O módulo “A” recebe, através da conexão “Yn”, um sinal de partida e comuta a memória que se encontra alimentada alimentada de pressão. Com isso: - Ativa a saída de sinal “A”; - Alimenta o elemento “E” para o passo seguinte; - Ativa o indicador óptico de sinal de saída; - Repõe a memória do passo anterior através da conexão “Zn”. Quando em “X” chega um sinal de informação proveniente proveniente de um fim f im de curso (por exemplo, o avanço ou recuo de um cilindro) e, simultaneamente, simultaneamente, a informação “A” da memória, atua-se o elemento “E” que comuta a memória do passo seguinte. Mediante um sinal na conexão “L” , proveniente, por exemplo, da “EMERGÊNCIA”, desativa a memória do módulo “A”.
Designação das conexões: A
- sinal de saída
Yn
- sinal para o início do ciclo ou reposição da memória anterior
P
- pressão
Zn
- repor memória anterior
L
- emergência
X
- sinal para mudança de linha
Yn+1 - comuta memória seguinte Zn+1 - repor memória
125
Módulo “B”:
Este módulo é uma variante do módulo “A” e é utilizado quando o último passo de uma seqüência for necessário para colocar em posição de partida o primeiro passo. O “start” ou partida só será possível quando: - existir uma ordem de colocar em posição de partida; - quando se desenvolveram todos os movimentos até a última fase. Deve-se assegurar que, durante o processo de desenvolvimento dos movimentos, não pode existir nenhuma informação de “Partida”. O módulo “B” garante essa exigência, recebendo sinal da primeira memória, pela conexão “Zn+1”. Pela conexão “L”, por exemplo, em caso de uma avaria ou “Parada de emergência”, todas as memórias recebem um sinal, que as recoloca em sua posição original.
Seqüência de um comando passo-a-passo de 4 saídas: O sinal “Yn+1” do último passo está combinado em série com o botão (função “E”) e a saída do botão de partida está conectada com a conexão “Yn” do primeiro passo que ativa a saída “A1”, repondo a última memória.
126
127
128
129
130
11.3 - CONDIÇÕES MARGINAIS Além da seqüência de movimentos necessários no comando, na prática encontramos outras exigências que não pertencem diretamente ao funcionamento normal do comando. Estas condições chamadas condições marginais podem ser, por exemplo: - Partida - Manual / automático (ciclo único e ciclo contínuo) - Parada - Reposição a zero - Parada de emergência - Contador Estas condições significam, por um lado na simplificação ou comodidade no serviço. Por outro lado, funções adicionais do comando são especialmente importantes na pneumática, pois nota-se uma tendência clara na construção em placas e painéis de comando, que facilitam a montagem, manutenção e supervisão. Com estas condições condições se repetem continuamente continuamente ou voltam a aparecer de forma similar, é vantajoso o projeto de um comando básico com várias destas condições incluídas. Isto proporciona ao projetista uma facilidade de poder trabalhar em projetos (unir, acoplar as diferentes partes do comando).
Desenvolvimento de um comando: Para solucionar um problema de automatismo, o principal e mais importante é o planejamento planejamento do problema. É importante um planejamento esquemático do comando para poder chegar a uma determinação total do problema. Um comando se divide em 3 grupos: entrada de sinais → tratamento das informações → saída do sinal ou execução da ordem. Segundo esse padrão examina-se o problema, quer dizer, primeiro se estuda cada grupo em separado. Muito importante é também uma relação das condições marginais com vistas a:
MAG - Magazine (depósito de peças a ser alimentadas) alimentadas) Sinais:
PS - Sinal proveniente do processamento de sinais
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Definições das condições adicionais (Marginais): Comando liga-desliga: Mediante o uso de uma válvula com trava se pode ligar ou desligar a distribuição de energia de forma controlada.
Partida Acionando o “botão de partida” se coloca em funcionamen f uncionamento to o circuito.
Manual / Automático Através de uma válvula seletora (acionamento por alavanca) pode-se pré-selecionar partida manual ou automático.
Manual Em posição MAN, através de botões adicionais, pode-se efetuar o movimento individual de cada elemento de trabalho. Instalar - cada elemento pode ser comandado individualmente em seqüência arbitrária. Posicionar - através do acionamento do botão de posicionamento a instalação é colocada em uma posição definida. A partida AUT fica sem efeito.
Automático O automático se subdivide em:
• Ciclo único (uma seqüência de trabalho) • Ciclo contínuo (seqüência contínua) No caso do ciclo contínuo, após acionar o botão de partida, a instalação deve funcionar indefinidamente indefinidamente até que uma ordem contrária seja dada (parada). Parada: com o acionamento do botão de “parada” é anulado o ciclo contínuo. O ciclo é completado e o sistema volta a posição inicial. - Conforto na operação - Segurança exterior da instalação - Segurança de funcionamento, funcionamento, etc. A fim de obter uma maneira de expressão uniforme, os seguintes termos e divisões correspondentes necessitam ser precisados:
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Condições Marginais: - Condições marginais para a seqüência de funcionamento: a. Condições de partida b. Condições de instalação c. Condições de segurança - Condições marginais para influências operacionais: a. Influência do ambiente. Local de utilização b. Alimentação c. Pessoal Um comando se divide em 3 grupos: - Entrada de sinais - Tratamento das informações - Saída do sinal ou execução da ordem
Abreviaturas (Símbolos) Para maior compreensão destas informações, abaixo as abreviaturas das funções dos elementos, com letras ou símbolos, utilizados nos esquemas. Botão ou interruptor:
AUT
- Automático
MAN
- Manual
START
- Partida (AUT)
STOP
- Parada (AUT) - Ciclo Único (AUT) - Ciclo Contínuo (AUT)
RESET
- Posicionar para partida (MAN)
PE
- Parada de emergência
DE
- Desbloqueio da emergência Informação de retorno: (acionament ( acionamentoo mecânico ou emissão de
sinais sem contato)
FC
- Elemento de sinal para confirmação do último movimento da
seqüência ou fim de ciclo.
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Voltar a zero (Reset): Através de um sinal de “Voltar a zero” (botão), todas as válvulas memoriais de uma cascata ou passo a passo voltam a sua posição inicial.
Parada de emergência A posição dos elementos de trabalho nesta condição deve ser claramente definida de antemão. Na eletrônica ou eletricidade, ao ser produzido um sinal de “parada de emergência ”, toda a instalação fica sem energia. Na pneumática essa possibilidade, devido a compressibilidade do ar e a falta de auto retenção, raras vezes é utilizada. Ter-se-a o êxito desejado após a observação do tipo de trabalho que os elementos de trabalho (cilindros, motores, etc.) estão submetidos. Além disso, pode ocorrer que para um mesmo cilindro estas condições mudem várias vezes durante o desenvolvimento desenvolvimento do ciclo de trabalho. Observando a haste de um cilindro, vemos que, ao chegar o sinal de parada de emergência, este pode estar em uma das suas posições finais ou em movimento. movimento.
Desbloqueio de parada de emergência A instalação é liberada novamente para a continuação do funcionamento. A instalação deve partir, após o desbloqueio da parada de emergência, do ponto em que parou ou deve voltar à posição inicial. Estas considerações no problema da parada de emergência e desbloqueio da parada de emergência se faz ver claramente que não podem existir definições nem regras de validade geral. A aplicação de qualquer tipo de parada de emergência depende unicamente da problemática de cada instalação e seus pontos perigosos. Isto significa que as condições devem ser definidas para cada caso, problema ou instalação. instalação.
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EXERCÍCIOS
1a parte: Circuitos fundamentais 1. O êmbolo de um cilindro de simples ação deve avançar por acionamento de um botão e retornar imediatamente a posição final após a liberação do botão. 2. Como no exercício anterior, entretanto, o cilindro de simples ação deve ser substituído por um de dupla ação. 3. Pretende-se comandar um cilindro de dupla ação através de duas válvulas V1 e V2 de maneira que o êmbolo avance no acionamento da válvula V1 e permaneça em sua posição final dianteira mesmo após a liberação de V1 até que seja dado o sinal contrário para o retorno através de V2. 4. Alcançada a posição final dianteira, o êmbolo do cilindro de dupla ação deve acionar o seu próprio comando de retorno (automaticamente), se a válvula (botão) que leva ao avanço não estiver mais acionada. 5. O avanço de um cilindro de dupla ação deve ser comandado por uma válvula de botão. Alcançando o fim de curso o cilindro deve retornar automaticamente mesmo que a válvula de botão continue acionada. 6. Pretende-se tornar possível o avanço e o retorno da haste de um cilindro de dupla ação por impulsos pneumáticos. O êmbolo deve poder ser retido em qualquer posição intermediária através da liberação do botão correspondente e, se possível pneumaticamente, pneumaticamente, ser preso nesta posição. 6.1. com válvulas 2/2 vias bloqueando as canalizações do cilindro; 6.2. com uma válvula 5/3 vias com centro fechado. 7. A velocidade do êmbolo de um cilindro de simples ação deve ser regulada para o curso de avanço. 8. A velocidade do êmbolo de um cilindro de simples ação deve ser regulada para o curso do retorno. 9. A velocidade do êmbolo de um cilindro de simples ação deve ser ajustável para o curso de avanço e retorno r etorno e ser regulada separadamente.
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10. A velocidade do êmbolo de um cilindro de simples ação deve ser ajustável para o curso de avanço e retorno não ajustável separadamente. separadamente. 11. A velocidade do êmbolo de um cilindro de dupla ação deve ser regulada separadamente para os cursos de avanço e retorno: 11.1. com estrangulamento de ar de entrada; 11.2. com estrangulamento de ar de escape. 12. Um reservatório deve ser preenchido através de uma válvula de acionamento manual. Após soltar o acionamento acionamento o reservatório deve ser rapidamente exaurido. 13. A velocidade de retorno da haste de um cilindro de simples ação deve ser aumentada. 14. Da mesma forma para o avanço da haste de um cilindro de dupla ação. 15. Um cilindro de simples ação deve ser comandado a partir de dois locais distintos através de duas válvulas de 3/2 vias. 16. A haste de um cilindro de dupla ação deve avançar ao ser acionada de dois pontos distantes diferentes. 17. A haste de um cilindro de simples ação deverá avançar somente quando forem acionadas simultaneamente simultaneamente duas válvulas direcionais de 3/2 vias (ligação em série). 18. Acionamento de um cilindro de simples ação com montagem de válvula “E”. 19. Após o acionamento de um botão manual, o êmbolo de um cilindro de dupla ação deve avançar, permanecer na posição final dianteira durante um certo tempo ajustável e em seguida retornar por ação própria. 20. Como no exercício anterior, entretanto o comando de retorno em função do tempo sem válvula fim de curso.(dependente do tempo sem controle de posição final). 21. O avanço de um cilindro de dupla ação se dá por intermédio de uma válvula botão. O cilindro deve avançar até o fim de curso e retornar automaticamente mesmo que o botão continue sendo acionado. Uma nova partida só deve ser possível soltando-se o botão e acionando-o novamente (bloqueio da repetição mesmo com o botão constantemente acionado). 22. O avanço de um cilindro de dupla ação deve ser comandado por uma válvula de botão. Alcançada a posição final o cilindro deve retornar automaticamente mesmo que o botão permaneça acionado, com a velocidade de avanço ajustável e a velocidade de retorno a máxima possível.
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23. O movimento movimento de um cilindro de de dupla ação deve ser ser comandado, aleatoriamente, aleatoriamente, pelo botão V1 da válvula A ou pelo botão V2 da válvula B, O retorno do cilindro só pode ocorrer se este tiver alcançado o fim de curso e se for acionado o botão V3 da válvula C. 24. A haste do êmbolo do cilindro de dupla ação deve avançar através de um sinal de partida manual e ser comutada na posição final dianteira. O retorno apenas deve efetuar-se, caso na posição final exista pressão máxima no interior do cilindro.
142
Prensa de duas pressões Em um dispositivo, chapas deverão ser deformadas. Ao ser dada a partida, um cilindro de dupla ação deverá avançar lentamente até encostar na chapa, com uma pressão na câmara traseira de 1 bar. Nesta posição ele deverá permanecer durante 15 segundos, a fim de aquecer a chapa. Após esse período, a câmara traseira deverá receber uma pressão de 6 bar para o trabalho de deformação. Após a deformação, o cilindro deverá retornar rápida r ápida e automaticamente automaticamente à posição inicial, sem auxílio de fim de curso.
Pede-se: Esquema de comando pneumático.
Esboço do dispositivo:
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2a parte: Circuitos complexos Dispositivo de giro de mesas Ao ser dada a partida, o cilindro “A” destrava a mesa; em seguida o cilindro “B” da um passo na mesa e o cilindro “A” volta a travar novamente a mesa, voltando em seguida o cilindro “B”.
Esboço do dispositivo:
Pede-se: Seqüência algébrica. Diagrama de funcionamento. funcionamento. Esquema de comando pneumático segundo o método intuitivo.
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Dispositivo de Colagem Ao ser dada a partida os cilindros “A” deverão fixar as placas de madeira; em seguida, o cilindro “B” deverá uni-las. Após um determinado tempo de secagem, os cilindros “A” deverão soltar as peças e em seguida o cilindro “B” retorna à posição inicial.
Esboço do dispositivo:
Pede-se: Seqüência algébrica. Diagrama de funcionamento. funcionamento. Esquema de comando pneumático segundo o método intuitivo. .
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Dispositivo para carimbar peças As válvulas são colocadas no dispositivo manualmente. Ao ser dada a partida o cilindro (1.0) “A” avança carimbando a válvula, retornando em seguida. Logo após o cilindro (2 .0) “B” avança expulsando a válvula para um cesto, retornando em seguida.
Esboço do dispositivo:
Pede-se: Seqüência algébrica. Diagrama de funcionamento. funcionamento. Esquema de comando pneumático segundo o método intuitivo. .
146
Dispositivo de furação As peças são colocadas no dispositivo manualmente. Ao ser dada a partida o cilindro (1.0) “A” avança fixando a peça. Logo em seguida o cilindro (2.0) “B” avança lentamente até a peça, realizando a furação. Depois de terminado o processo, o cilindro (2.0) “B” retorna a sua posição inicial, acionando acionando em seguida o retorno do cilindro (1.0).
Esboço do dispositivo:
Pede-se: Seqüência algébrica. Diagrama de funcionamento. funcionamento. Esquema de comando pneumático segundo o método intuitivo. .
147
Dispositivo de dobrar chapas Pretende-se dobrar chapas sobre uma ferramenta de dobrar acionada pneumaticamente. Após o tensionamento da peça através de um cilindro de tensionamento A, de ação simples, efetua-se a primeira dobra através de um cilindro de ação dupla B e finalmente, por um outro cilindro de ação dupla C, a dobra final da peça. A partida se dá por um botão manual. O circuito deve ser desenvolvido de maneira a efetuar um ciclo de trabalho em cada partida.
Esboço da situação:
Pede-se: Seqüência algébrica. Diagrama de funcionamento. funcionamento. Esquema de comando pneumático segundo o método intuitivo.
Rebitagem de passadores 148
As peças são introduzidas manualmente no dispositivo. O cilindro (1 .0) “A” fixa a peça. Dois cilindros (2.0) “B” introduzem os rebites, mantendo-os fixos. O cilindro (3.0) “C” remacha as extremidades dos rebites. As peças prontas são extraídas manualmente. manualmente.
Esboço do dispositivo:
Pede-se: Seqüência algébrica. Diagrama de funcionamento. funcionamento. Esquema de comando pneumático segundo método cascata.
149
Gravação de perfis especiais Em um perfil especial devem ser gravadas marcas. O perfil é colocado manualmente no dispositivo. Os cilindros (1.0) “A” (2.0) “B” e (3.0) “C” gravam as marcas correspondentes uma após a outra. Cada cilindro deve retornar a posição inicial após a gravação.
Esboço do dispositivo:
Pede-se: Seqüência algébrica. Diagrama de funcionamento. funcionamento. Esquema de comando pneumático segundo método cascata.
150
Pretende-se rebitar dois grampos sobre uma prensa semi-automatizada. As partes e o rebite são introduzidos manualmente e retirados após o processo de rebitagem, novamente de maneira manual. A parte automatizada da seqüência de trabalho compõe-se da fixação e tensionamento das partes (cilindro A), assim como da rebitagem (cilindro B), e deve ser percorrida, após o acionamento do botão de partida, até a posição inicial.
Esboço do dispositivo:
Pede-se: Seqüência algébrica. Diagrama de funcionamento. funcionamento. Esquema de comando pneumático segundo método cascata.
151
Torno semi-automático. Acabamento de buchas (diâmetro interno) As buchas são conduzidas até a placa por intermédio de um carrinho que avança, mediante o cilindro (1.0) “A”. Quando o carrinho chega na posição final dianteira, o cilindro (2.0) “B” empurra a bucha entre entre as castanhas da placa. placa. O cilindro (3.0) “C” aciona aciona a placa e a bucha é fixada. A unidade de avanço hidropneumática (4.0) “D” movimenta o carro portaferramenta, executando o trabalho. A peça é solta e retirada manualmente. manualmente.
Esboço do dispositivo:
Pede-se: Seqüência algébrica. Diagrama de funcionamento. funcionamento. Esquema de comando pneumático segundo método cascata.
152
Dispositivo de Estampagem A peça é colocada manualmente no dispositivo. Ao ser dada a partida, o cilindro “A” avança, introduzindo a matriz na cavidade e, sucessivamente, os cilindros “B” e “C” e “D” efetuam em seqüência a estampagem. Após a última fase do cilindro “D”, voltam à posição inicial os cilindros “B”, “C” e “D”. Por último, o cilindro “A” retorna e extrai a matriz da peça que é retirada manualmente.
Esboço do dispositivo:
Pede-se: Seqüência algébrica. Diagrama de funcionamento. funcionamento. Esquema de comando pneumático segundo método cascata.
153
Dispositivo de Montagem de Parafuso de Vedação Em um parafuso de vedação para válvulas, válvulas, deve-se colocar colocar uma junta toroidal (o-ring). Por meio de um vibrador, o dispositivo é alimentado de parafusos. Os parafusos são individualmente colocados em um garfo, situado no cilindro “B”. O cilindro “A” levanta o oring quando há sinal de partida. O cilindro “B” retrocede o garfo. O cilindro “C” introduz o parafuso no o-ring. Os cilindros “A”, “B” e “C” retrocedem às suas posições iniciais. iniciais. O cilindro “D” levanta a peça do dispositivo para ser levada a um depósito, mediante um bico ejetor “E”.
Esboço do dispositivo:
Pede-se: Seqüência algébrica. Diagrama de funcionamento. funcionamento. Esquema de comando pneumático segundo método cascata.
154
Carimbador Em uma máquina especial, peças retangulares são carimbadas. As peças são retiradas de um depósito de queda, introduzidas na máquina através de um cilindro até um batente e tensionadas. Em seguida, são carimbados através de um segundo cilindro e eliminados por um cilindro ejetor.
Condições Marginais 1. Partida da instalação por botão manual PARTIDA. 2. Chave de seleção ciclo único (um ciclo de trabalho deve ser percorrido após o que se deseja a parada na posição inicial) ciclo contínuo (após o acionamento do botão de
PARTIDA) seqüência completamente automática automática até o sinal contrário “ciclo único”. 3. Através de uma chave fim de curso, o nível de depósito deve ser verificado. Se não houver mais peça alguma no depósito, a instalação deve ser paralisada na posição inicial e bloqueada com vistas a uma nova partida podendo ser acionada apenas após o carregamento do depósito. 4. Todas as hastes de êmbolo dos 3 cilindros deve retornar imediatamente de cada uma das posições à posição inicial em caso de acionamento de um botão de PARADA DE
EMERGÊNCIA e apenas entrarem novamente em condições de serviço após o desbloqueio. desbloqueio. Esboço do dispositivo:
155
Pede-se: Seqüência algébrica. Diagrama de funcionamento. funcionamento. Esquema de comando pneumático segundo método cascata.
156
Dado a seqüência algébrica seguinte: A+B+B-A-
Pede-se: Esquema de comando pneumático, obedecendo as seguintes condições marginais: a. ciclo contínuo. b. função emergência: retorno imediato à posição inicial e desarme do ciclo contínuo.
157
Dispositivo de furação Esboço do dispositivo:
Diagrama trajeto-passo
Pede-se: Seqüência algébrica. Esquema de comando pneumático segundo o método cascata, obedecendo as seguintes condições: a. partida (Start). b. ciclo único. c. ciclo contínuo. d. desarme do ciclo contínuo. e. depósito de peças ( magazine) - na falta de peças a instalação deve parar na posição inicial e bloqueada com vistas a uma nova partida.
158
f. parada de emergência - na PARADA DE EMERGÊNCIA todos os cilindros deve retornar imediatamente de qualquer posição para a posição inicial, porém, os cilindros A e C somente quando o B tiver alcançado a posição final traseira. g. desbloqueio de emergência. h. reset - recomposição das válvulas de inversão. i. controle de velocidade no avanço do cilindro B. 1a vez = 10 cm/s 2a vez = 15 cm/s
159
Dado a seqüência algébrica abaixo:
(A- B+) B- C- B+ B+ C+ B- 5s (A+B+) B- A- A+ 10s Pede-se : a. diagrama de trajeto-passo. trajeto-passo. b. esquema de comando pneumático segundo método cascata, obedecendo as seguintes condições: c. ciclo único. d. ciclo contínuo. e. desarme do ciclo contínuo. f. depósito de peças ( magazine) - na falta de peças a instalação deve parar na posição inicial e bloqueada com vistas a uma nova partida. Se a informação do magazine não existir, os elementos de sinal devem emitir um sinal acústico no acionamento. g. parada de emergência - na PARADA DE EMERGÊNCIA todos os cilindros deve retornar imediatamente de qualquer posição para a posição inicial, porém, o cilindro B
retorna, logo depois A avança e só depois C avança. h. desbloqueio de emergência. i. reset - recomposição das válvulas de inversão. j. controle de velocidade no avanço do cilindro B. 1a vez = 10 cm/s 2a vez = 15 cm/s 3a vez = 20 cm/s
160
Dado o esquema de comando pneumático abaixo pede-se: Seqüência algébrica. Diagrama de funcionamento. funcionamento.
Dado o esquema de comando pneumático abaixo pede-se: Seqüência algébrica. Diagrama de funcionamento. funcionamento.
161
162
Dispositivo de corte Esboço do dispositivo:
163
Diagrama trajeto-passo
Pede-se: Seqüência algébrica. Diagrama de funcionamento. funcionamento. Esquema de comando pneumático segundo o método passo-a-passo (2a e 3a versão).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: 164
Automação Pneumática - CJA-B, Schrader Bellows, Parker Pneumatic, Centro Didático de Automação. Cilindros Pneumáticos e Componentes para máquinas de produção, Schrader Bellows, Parker Pneumatic, Centro Didático de Automação. EP211 - Introdução a Sistemas Eletropneumáticos, Festo Didactic - Brasil, 1994. EP222 - Técnicas e Aplicação de Comandos Eletropneumáticos, Festo Didactic Brasil, 1988. E311 - Introdução a Controladores Lógicos Programáveis, Festo Didactic - Brasil, 1991. E322 - Programação de Controladores Programáveis, Festo Didactic - Brasil, 1992. Hasebrink, J. P e R. Kobler, Técnica de comandos 1, Fundamentos de Pneumática/ Eletropneumática, 1975. Macintyre, Archibald Joseph, Bombas e Instalações de Bombeamento, Editora Guanabara S.A., Rio de Janeiro, 1987. Manual de Pneumática - Fundamentos - Volume I, parte I, Rexroth, Divisão Pneumática. Manutenção de Instalações e Equipamentos Pneumáticos, Festo Didactic – Brasil, 1981. P111 - Introdução à Pneumática, Festo Didactic - Brasil, 1994. P121 - Análise e Montagem de Sistemas Pneumáticos, Festo Didactic - Brasil, 1995. P122 - Projeto de Sistemas Pneumáticos, Festo Didactic - Brasil, 1988. P131 - Projeto Avançado de Comandos Pneumáticos, Festo Didactic - Brasil, 1986. Princípios Básicos; Produção; Distribuição e Condicionamento do ar comprimido, Schrader Bellows, Parker Pneumatic, Centro Didático de Automação. Técnicas de Comandos Pneumáticos. Circuitos conceituais, Schrader Bellows, Parker Pneumatic, Centro Didático de Automação. Técnicas de Comandos Pneumáticos. Métodos de resolução, Schrader Bellows, Parker Pneumatic, Centro Didático de Automação. Válvulas Pneumáticas e Simbologia dos Componentes, Schrader Bellows, Parker Pneumatic, Centro Didático de Automação.
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