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PNEUMÁTICA
MARCOS DORIGÃO MANFRINATOMARCOS DORIGÃO MANFRINATO
UNIVERSIDADE PAULISTA
CAMPUS ARARAQUARA/SP
2009
BIBLIOGRAFIA
- Ariveltro Bustamante Fialho. Automação Pneumática – projetos, dimensionamento e análise de circuitos. 2 ° edição, Editora Érica, 2004.
- Antonio Creus Solé. Neumática e Hidráulica. 1 ° edição, EdicionesEdiciones TécnicasTécnicas Marcombo,Marcombo, 20072007 ..
- Harry L. Stewart. Pneumática & Hidráulica. 3 ° edição, Editora Hemus, 2007
- Nelso Gauze Bonacorso e Valdir Noll. Automação Eletropneumática. 11 ° edição, Editora Érica, 2008.
- FESTO DIDATIC, Introdução a Pneumática, São Paulo, Editora Festo Didact, 2004. 6.6. FESTOFESTO DIDATIC,DIDATIC, IntroduçãoIntrodução aa SistemasSistemas Eletropneumáticos, São Paulo, Editora Festo Didatic, 2004.
- FESTO DIDATIC, Introdução a Controladores Lógicos Programáveis, São Paulo, Editora Festo Didact, 2004.
- FESTO DIDATIC, Técnicas de Automação Industrial - I, São Paulo, Editora Festo Didact, 2004.
- PARKER HANNIFIN, Tecnologia Eletropneumática Industrial, São Paulo, Editora Parker Training, 2001
CONCEITOS BÁSICOS
O QUE É PNEUMÁTICA???
Onde aplicar????Onde aplicar????
Princípios físicos que envolvem???
Que sistema poderia fazer a mesmaQue sistema poderia fazer a mesma
coisa?
VANTAGENS
- QUANTIDADE – o ar para ser comprimido existe em quantidades ilimitadas. Já na hidráulica o fluido é limitado ao reservatório, caso exista algum vazamento o sistemasistema poderápoderá sofrersofrer aa influênciainfluência dada faltafalta dodo fluidofluido hidráulico e o sistema não funciona.
- TRANSPORTE – o ar comprimido é transportado por meio de tubulações, não existindo para esse caso a necessidade de linhas de retorno, como é feito nos sistemas hidráulicos. A mangueira de transporte de ar comprimidocomprimido sãosão maismais baratasbaratas poispois nãonão precisaprecisa dede reforço como as mangueiras utilizadas na hidráulicos, fato este devido a pressão de trabalho. A pressão de trabalho na hidráulica pode passar de 350 bar enquanto que na pneumática a pressão máxima não passam de 15 bar.
VANTAGENS
- CONSTRUÇÃO – uma vez que as pressões de trabalho são relativamente baixas quandocomparadas à hidráulica, seus elementos de comando e ação são menosmenos robustosrobustos ee maismais leves,leves, podendopodendo serser construídos em liga de alumínio, tornando seu custo relativamente menor, portando mais vantajoso.
- VELOCIDADE – é um meio de trabalho que permite alta velocidade de deslocamento, em condições normais entre 1 e 2 m/s, podendo atingir 10 m/s no casocaso dede cilindroscilindros especiaisespeciais ee 500500 .. 000000 rpmrpm nono casocaso dede turbinas pneumáticas. Na hidráulica a velocidade de deslocamento, em condições normais é de 0,5 m/s.
VANTAGENS
- REGULAGEM – a pneumática não possuem escala de regulagem, isto é, os elementos são regulados em velocidade e força, conforme a necessidade da aplicação,aplicação, sendosendo dada escalaescala dede zerozero ãoão máximomáximo dodo elemento.
- SEGURANÇA CONTRA SOBRECARGA – diferenemente dos sistemas puramente mecânicos ou eletroeletrônicos, os elementos pneumáticos podem ser solicitados, em carga, até parar, sem sofrer qualquer dano,dano, voltandovoltando aa funcionarfuncionar normalmentenormalmente tãotão logologo cessecesse a resistência. Em sistemas hidráulicos quando ocorre sobrecarga o sistema pode sofrer danos na bomba, mangueiras e conexões.
DESVANTAGENS
- PREPARAÇÃO – a fim de que o sistema possa ter um excelente rendimento, bem como uma prolongada vida útil de seus componentes, o ar comprimido requer um boa preparação da qualidade do ar, isto é, isento de impurezas e umidades, o que é possívelpossível comcom aa utilizaçãoutilização dede filtrosfiltros ee purgadorespurgadores.. DessaDessa forma,forma, variações na úmidade do ar e particulas suspensas afetam a qualidade de produção de ar comprimido.
- COMPRESSIBILIDADE – a compressibilidade é uma característica não apenas do ar, mas também de todos os gases, que impossibilita a utilização da pneumática com velocidades uniformes e constantes. Isto que dizer que diferentemente da hidráulica,hidráulica, ouou mesmomesmo dada eletrônica,eletrônica, emem controlecontrole dede servomotoresservomotores para movimentos de precisão, a pneumática não possibilita controle de velocidade preciso e constante durante vários ciclos seguidos. Já na hidráulica por utilizar fluido incompressível a velocidade dos atuadores são uniformes o que possibilita também a reversão de rotação instantânea.
- FORÇA – a pneumática conseguer aplicar forças pequenas, fato esse se considerarmos que a pressão normal de trabalho nas redes pneumáticas industriais, ou seja, uso econômico (6 bar), com o uso direto de cilindros, chegar a forças de 4825 N (capacidade
DESVANTAGENS
o uso direto de cilindros, chegar a forças de 4825 N (capacidade para erguer uma massa de 494 kg) com um atuador linear de diâmetro de pistão de 320 mm. Se utilizarmos o mesmo atuador linear agora em um sistema hidráulico cuja a bomba forneça uma pressão de trabalho de 350 bar a força pode chegar a 281486 N (capacidade para erguer uma massa de 28723 kg).
- ESCAPE DE AR – sempre que o ar é expulso de dentro de um atuador,atuador, apósapós seuseu movimentomovimento dede expansãoexpansão ouou retração,retração, aoao passarpassar pela válvula comutadora, espalhando-se na atmosfera ambiente, provoca um ruído relativamente alto, apesar de que nos dias de hoje, este problema foi quase totalmente eliminado com o desenvolvimento de silenciadores.
PRODUÇÃO DE AR
COMPRIMIDO CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES NA ESCOLHA DE UM COMPRESSOR
- •VolumeVolume dede arar fornecidofornecido Volume teórico Volume efetivo •Pressão Pressão de regime Pressão de trabalho •Acionamento Motor elétrico MortorMortor aa explosãoexplosão •Sistema de regulagem Regulagem por descarga Regulagem por fechamento Regulagem por garras Regulagem por rotação Regulagem intermitente
PRODUÇÃO DE AR
COMPRIMIDO
PISTÃO OU ÊMBOLO
PRODUÇÃO DE AR
COMPRIMIDO
DUPLO PISTÃODUPLO PISTÃO
Mais utilizado atualmente;
Suporta pressões acima de 10 bar;
Contamina o ar com óleo;
Compressão pulsante;
Baixo custo.
PRODUÇÃO DE AR
COMPRIMIDO
PALHETASPALHETAS
Isento de lubrificação;
Não atinge alta pressão;
Compressão contínua;
Pode ser usado como bomba de vácuo.
DISTRIBUIÇÃO DE AR
COMPRIMIDO
SECAGEM D0 AR
COMPRIMIDO
IMPLANTAÇÃO DA REDE DE
DISTRIBUIÇÃO
REDE DE DISTRIBUIÇÃO
COMPRIMENTO TOTAL
DA LINHA TRONCO
É a soma do comprimento linear da tubulação tronco com o comprimento equivalente originado dos pontos de estrangulamento
LLtt.................m.................m
Lt = L 1 + L 2 L 1 = comprimento retilíneo (m) L 2 = comprimento equivalente (m)
QUEDA DE PRESSÃO
ADMITIDA A pressão de um fluido, ao deslocar-se através de uma tubulação, sofre gradual redução ao longo do comprimento,comprimento, emem funçãofunção dosdos atritosatritos internosinternos ee dosdos possíveis estrangulamentos (curvas, registros, válvulas, etc.) que existam ao longo dela. Essa queda de pressão, também conhecida como perda de carga, para um satisfatório desempenho da rede, não deve exceder 0,3 kgf/cm^2. Em caso de grandesgrandes redesredes podepode chegarchegar aoao máximomáximo dede 00 ,, 55 kgf/cmkgf/cm^22 ..
∆P....................kgf/cm^2
PRESSÃO DE REGIME Como já fora visto anteriomente, é a
pressão na qual o ar se encontra
armazenadoarmazenado nono reservatórioreservatório (( 77 aa 1212
kgf/cm^2 ). Lembrando que a pressão de
trabalho considerada econômica
industrialmente é de 6 kgf/cm^2.
P........................kgf/cmP........................kgf/cm^2
EQUACIONAMENTO
A determinação do diâmetro mínimo
necessário para atender à demanda,
inclusiveinclusive jájá prevendoprevendo expansãoexpansão futura,futura,
pode ser obtida então pelo seguinte
equacionamento das variáveis citadas:
1 , 663785. 10.. 10
Q L d
t
∆
= 5 .
10 P P
d
t
EXEMPLO PRÁTICO 1 – linha tronco
A seguir, é demonstrado um exemplo prático em que se deseja determinar o diâmetro necessário à tubulação da linha tronco de uma rede com as seguintes caractesísticas:
- •Comprimento de tubulação linear (retilíneo)Comprimento de tubulação linear (retilíneo) 300 m300 m •Perda de carga admitida 0,3 kgf/cm^2 •Pressão de regime 9 kgf/cm^2 •Volume de ar corrente 300 m^3 /h •Aumento de capacidade prevista nos próximos 10 anos 60% Singularidades:Singularidades: •10 tês roscados com fluxo em ramal •5 tês roscados com fluco em linha •7 válvulas do tipo gaveta, roscadas •6 curvas de 90° de raio longo
Em primeiro lugar é necessário dispor da tabela com todas as singularidades com seus respectivos comprimentos equivalentes, porém, ao consultarmos verificaremos que há a necessidade do conhecimento de um diâmetro nominal. Esse diâmetro será obtido de uma primeira aplicação da equação do diâmetro minimo, sem, no entanto, considerar a existência das singularidades, ou seja, será considerado apenas o comprimento da tubulação retílinea. Assim, teremos:
( (^) m)
m
PP
Q L d t
1 , 663785. 10. 300. 1 , 6. 300
.
1 , 663785. 10.. 10
3 1 ,^85 3
5
3 1 , 85
∆
=
−
−
( )
d mm
cm
kgf cm
kgf
m h d
70
0 , 3. 9
1 , 663785. 10. 300. 1 , 6. 300 10 2 2
3 5
=
=^
EXEMPLO PRÁTICO 2 – linha secundária Supondo que a rede calculada anteriormente tenha a vista superior, conforme demonstrado na figura a seguir:
Os dados referentes às linhas secundárias, conforme a Figura Acima, são os seguintes: •Comprimento de tubulção linear (cada linha) 11 m •Perda de carga admitida 0,3 kgf/cm^2 •Pressão de regime 9 kgf/cm^2 •Volume de ar corrente total da fábrica 300 m^3 /h •Aumento de capacidade prevista nos próximos 10 anos 60% São dez linhas secundárias de igual comprimento.São dez linhas secundárias de igual comprimento. Singularidades •3 tês roscados com fluxo em ramal •1 válvula do tipo gaveta roscada •1 curva de 90° de raio longo roscada •1 cotovelo comum de 90° roscado
Ajustando o volume de ar corrente por linha secundária, teremos na equação:
P P
Q L d t .
1 , 663785. 10.. 10 5
3 1 , 85
∆
=
−
( )
cm
kgf cm
kgf
m h
m
d 0 , 3. 9
. 11 10
- 1 , 6 1 , 663785. 10. 10
2 2
3 1 ,^85 3 5
=
−
d mm
cm cm
= 15 , 42
Verificando o diâmetro calculado na Tabela ASTM A 120, teremos um diâmetro interno nominal de 1/2 in. Utilizando o valor do diâmetro nominal de 1/2 in, pode- se encontrar os valores das singularidades na tabela, desta forma teremos:
SINGULARIDADE QUANTIDADE
COMPRIMENTO EQUIVALENTE (m)
TOTAL (m)
Tê roscado com fluxo em ramal
3 1,3 3,
Válvula do tipo gaveta, roscada
1 0,17 0, roscada Curva de 90° de raio longo
1 0,67 0,
Cotovelo comum de 90° roscado
1 1,1 1,
Comprimento equivalente total (L 2 ) 5,
