Tecnologia Pneumática
Circuitos Pneumáticos e Comandos
Eletropneumáticos
Ailson Marins
Sa lt o
20 09
IF S P – In st i tu to F ed er a l de E du c aç ão , Ci ê nc ia s e Te c no lo gi a d e Sã o Pa ul o
Campus S al to
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Apostila de Pneumatica, Notas de estudo de Engenharia Mecânica
apostila de pneumatica
Tipologia: Notas de estudo
2017
1 / 134
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Circuitos Pneumáticos e Comandos
Eletropneumáticos
Ailson Marins
Salto
I F S P – I n s t i t u t o F e d e r a l d e E d u c a ç ã o , C i ê n c i a s e T e c n o l o g i a d e S ã o P a u l o C a m p u s S a l t o
Sumário Página
- Introdução
- Produção do ar comprimido
- Distribuição do ar comprimido
- Preparação do ar comprimido
- Atuadores lineares
- Motores pneumáticos
- Válvulas
- Seqüência de movimentos
- Tipos de esquemas
- Simbologia
- Eletropneumática
- Exercícios
- Componentes elétricos dos circuítos
- Bibliografia
1.2. Vantagens no uso do ar comprimido:
- É encontrado com facilidade e em grande quantidade no ambiente.
- Estando acondicionado em reservatório, é de fácil transporte e distribuição, podendo ser utilizado no momento que se queira.
- Funcionamento perfeito, mesmo em situações térmicas extremas.
- Sistema de filtragem torna o ar comprimido limpo.
- Eventuais vazamentos não poluem o ambiente.
- Permite alcançar altas velocidades de trabalho.
- O equipamento é seguro contra sobrecarga. 1.3. Desvantagem no uso do ar comprimido:
- Custo elevado na produção, armazenamento e distribuição do ar.
- Variações de velocidade devido à compressibilidade do ar.
- Escapes ruidosos, obrigando ao uso de silenciadores. 1.4. Rentabilidade do ar comprimido : Para o cálculo da rentabilidade real do ar comprimido, não devem ser considerados somente os custos de energia empregada; deve- se levar em conta, também, o processo mais econômico, em razão da automatização, barateando o produto. Com a utilização de máquinas automatizadas e o emprego do ar comprimido, podemos reduzir a utilização do trabalho braçal, principalmente em áreas insalubres e em condições perigosas; o que leva também a uma redução do custo final do produto.
1.5. Fundamentos das leis físicas dos gases Você já deve saber que a superfície terrestre está permanentemente envolvida por uma camada de ar. CAMADAS G ASOSAS DA ATMO SFERA Essa massa gasosa (ar), denominada atmosfera, tem composição aproximada de 78% de Nitrogênio, 21 % de Oxigênio e 1% de outros (dióxido de carbono, argônio, hidrogênio, neônio, hélio, criptônio, xenônio, etc.). Para melhor compreender as leis e as condições do ar, devemos primeiramente considerar as grandezas físicas, em nosso país adotamos as unidades de medidas do Sistema Internacional (SI), mas é comum o uso de unidades que não pertencem ao SI, principalmente em disciplinas instrumentais como: Hidráulica, Refrigeração, Pneumática, etc.
1.7. Força e pressão
Em pneumática, força e pressão são grandezas muito importantes. F o r ç a : é um agente capaz de deformar (efeito estático) ou acelerar (efeito dinâmico) um corpo. P r e s s ã o : é o quociente da divisão do módulo (intensidade) de uma força pela área onde ela atua. R e g r a d o T r i â n g u l o : 1.8. Princípio de Pascal Um fluido, ao ser comprimido em um recipiente fechado exercerá pressão igual em todos os sentidos. Podemos verificar isto facilmente, fazendo uso de uma bola de futebol. Apalpando- a, observamos uma pressão uniformemente distribuída em sua superfície.
F
P A
F
P A
F
P A
“a” significa divisão
“b” significa multiplicação
a
b
1.9. Pressão atmosférica É a pressão que a atmosfera exerce sobre os corpos, atuando em todos os sentidos. Ela equilibra uma coluna de 760mm (altura), de mercúrio, à 0 º^ C e ao nível do mar. Quem imaginou e levou a efeito essa exper iência foi o físico italiano Torricelli, de onde vem o nome de barômetro de T orricelli. Ele usou um tubo de vidro com cerca de 1m de comprimento, e um dos extremos fechado. Encheu- o de mercúrio e tampou o outro extremo com o dedo; depois inverteu o tubo e mergulhou- o num recipiente também com mercúrio. Quando retirou o dedo, o líquido desceu até atingir certa altura formando uma coluna. A coluna de mercúrio manteve-se em equilíbrio pela pressão atmosférica exercida sobre a superfície do mercúrio no recipiente. Medindo essa coluna, ao nível do mar, Torricelli constatou que media 760mm, a partir do nível de mercúrio do reservatório.
A T E N Ç Ã O
O aparelho que mede a pressão (manômetro normal) indica apenas a pressão relativa. Portanto, em termos de pressão absoluta, é necessário somar mais uma atmosfera(1 atm) ao valor indicado no manômetro. E X E M P L O O manômetro indica: Pressão Relativa Pressão Absoluta 3 atm 3 atm + 1 atm = 4 atm 8 bar 8 bar + 1 atm = 9 bar (1 atm = 1 bar) 5 kgf/cm^2 5 kgf/cm^2 + 1 atm = 6 kgd/cm^2 (1atm = 1kgf/cm^2 ) 2 PSI 2 PSI + 1 atm = 16,7 PSI (1 atm = 14,7 PSI) Pressão Relativa Sobrepressão Subpressão Pressão Absoluta 1 atm Zero relativo Zero absoluto
1.12 Temperatura É a quantidade de energia calórica em trânsito. A temperatura indica a intensidade de calor. No estudo dos gases, a temperatura é expressa em Kelvin, também conhecida como escala de temperatura absoluta. As escalas de temperatura mais utilizadas são: Celsius (C), Fahrenheit (F) e Kelvin (K) Observe as diferenças entre as escalas apresentadas na figura abaixo: Como pode ser visto na ilustração, as três escalas apresentam (entre congelamento e vaporização da água) as seguintes quantidades de divisões, na pressão atmosférica normal = 1 atm :
Escala Celsius (ºC) -------- 100
divisões
Escala Kelvin (K) -------- 100
divisões
Escala Fahrenheit
(ºF)
divisões
Como base nesses dados, obtemos as equações de conversões entre as três escalas:
Temperatura de
vaporização da água
Temperatura de
congelamento da água
100 ºC 212 ºF^ 373 K
0 ºC 32 ºF 273 K
Escala Célsius Escala Fahrenheit Escala Kelvin º C = 5 x ( º F – 32 ) 9 K = 5 x ( º F – 32 ) + 273 9 K = º C + 273 º C = K - 273
2. PRODUÇÃO DO AR COMPRIMIDO
Ao projetar a produção ou consumo de ar, deverão ser consideradas possíveis ampliações e futuras aquisições de equipamentos pneumáticos. Uma estação compressora fornece o ar comprimido para os equipamentos, através de uma tubulação, e uma ampliação posterior da instalação torna-se cara. Os vários tipos de compressores estão relacionados diretamente com a pressão de trabalho e a capacidade de volume, exigidas para atender às necessidades da indústria.
2.1. Compressor de êmbolo com movimento linear A) Compressor de êmbolo: Baseia- se no princípio de redução de volume. Isto significa que o ar da atmosfera é aspirado para um ambiente fechado (Câmara de compressão) onde um pistão (êmbolo) comprime o ar sob pressão. B) Compressor de membrana : O êmbolo fica separado, por uma membrana, da câmara de sucção e compressão, isto é, o ar não entra em contato com as partes deslizantes. Assim, o ar fica isento de resíduos de óleo, e por essa razão, esses compressores são os preferidos das indústrias alimentícias, químicas e farmacêuticas.
2.3. Generalidades A) Volume de ar fornecido É a quantidade de ar fornecido pelo êmbolo do compressor em movimento. Existem duas indicações de volume fornecido.
- teórico (volume interno x rpm)
- efetivo (volume teórico – perdas) B) Pressão
- pressão de Regime – é a pressão fornecida pelo compressor, e que vai da rede distribuidora até o consumidor.
- Pressão de T rabalho – é a pressão necessária nos postos de trabalho. Essa pressão é geralmente de 6 bar, e os elementos de trabalho são construídos para essa faixa de trabalho, considerada pressão normal ou econômica. C) Acionamento Em instalações industriais, na maioria dos casos, o acionamento se dá por motor elétrico. T ratando-se de uma estação móvel, o acionamento geralmente é por motor a explosão (gasolina, óleo diesel). D) Regulagem Para combinar o volume de fornecimento com o consumo de ar, é necessária uma regulagem do compressor (mecânica ou elétrica), a partir de dois valores limites pré-estabelecidos: pressão máxima e mínima.
E) Refrigeração O aquecimento ocorre em razão da compressão do ar e do atrito, e esse calor deve ser dissipado. É necessário escolher o tipo de refrigeração mais adequado, conforme o grau de aquecimento do compressor. Em compressores pequenos, serão suficientes palhetas de aeração para que o calor seja dissipado. Compressores maiores serão equipados com ventilador, e em alguns casos, devem ser equipados com refrigeração a água circulante ou água corrente contínua. F) Local de instalação e manutenção A estação de compressores deve ser montada dentro de um ambiente fechado, com proteção acústica, boa aeração e o ar sugado deve ser fresco, seco e livre de poeira. A manutenção do compressor é um fator muito importante, pois dela depende o seu bom funcionamento e a sua rentabilidade. Portanto, é imprescindível elaborar planos de manutenção e seguir as instruções recomendadas pelo fabricante. No plano deverá constar, obrigatoriamente, a verificação do nível do óleo de lubrificação nos locais apropriados, e particularmente nos mancais do compressor, motor e cárter, bem como a limpeza dos filtros de ar e da válvula de segurança do reservatório de ar, pois, se a mesma falhar, haverá perigo de explosão do reservatório, ou danificação da máquina.
3.2. Rede condutora principal Cada máquina, cada dispositivo requer quantidades adequadas de ar, que é fornecida pelo compressor, através da rede distribuidora. O diâmetro da tubulação deve ser escolhido de maneira que, mesmo com um consumo de ar crescente, a queda de pressão, do reservatório até o equipamento não ultrapasse 0,1 bar; uma queda maior de pressão prejudica a rentabilidade do sistema e diminui consideravelmente a sua capacidade. A escolha do diâmetro da tubulação não é realizada por quaisquer fórmulas empíricas ou para aproveitar tubos por acaso existentes em depósito, mas sim considerando:
- Volume corrente (vazão);
- Comprimento da rede;
- Queda de pressão admissível;
- Pressão de trabalho;
- Número de pontos de estrangulamento na rede.
Nota : Na distribuição do ar comprimido deve-se estar atento a possíveis vazamentos na rede, para que não haja perdas de pressão e elevação nos custos. 3.3. Montagem da rede de distribuição de ar comprimido Em uma rede de distribuição é importante não somente o correto dimensionamento mas também a montagem das tubulações As tubulações de ar comprimido requerem manutenção regular, razão pela qual as mesmas não devem, se possível, ser montadas dentro de paredes ou de cavidades estreitas. A) Rede de distribuição em circuito aberto: As tubulações, em especial nas 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 que eventualmente esteja 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 na tubulação principal B) Rede de distribuição em circuito fechado: