Apostila Eletropneumática - eletrônica, Notas de estudo de Cultura

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Comandos

Eletropneumáticos

Centro de Formação Profissional “Fidélis Reis”

Presidente da FIEMG

Robson Braga de Andrade

Gestor do SENAI

Petrônio Machado Zica

Diretor Regional do SENAI e

Superintendente de Conhecimento e Tecnologia

Alexandre Magno Leão dos Santos

Gerente de Educação e Tecnologia

Edmar Fernando de Alcântara

Elaboração e Montagem

Edson Machado Barbosa

Unidade Operacional

Centro de Formação Profissional “Fidélis Reis”

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Apresentação

“Muda a forma de trabalhar, agir, sentir, pensar na chamada sociedade do

conhecimento. “

Peter Drucker

O ingresso na sociedade da informação exige mudanças profundas em todos os

perfis profissionais, especialmente naqueles diretamente envolvidos na produção,

coleta, disseminação e uso da informação.

O SENAI , maior rede privada de educação profissional do país,sabe disso , e

,consciente do seu papel formativo , educa o trabalhador sob a égide do conceito da

competência :” formar o profissional com responsabilidade no processo produtivo, com

iniciativa na resolução de problemas, com conhecimentos técnicos aprofundados,

flexibilidade e criatividade, empreendedorismo e consciência da necessidade de educação

continuada .”

Vivemos numa sociedade da informação. O conhecimento , na sua área tecnológica,

amplia-se e se multiplica a cada dia. Uma constante atualização se faz necessária.

Para o SENAI , cuidar do seu acervo bibliográfico, da sua infovia, da conexão de

suas escolas à rede mundial de informações – internet- é tão importante quanto

zelar pela produção de material didático.

Isto porque, nos embates diários,instrutores e alunos , nas diversas oficinas e

laboratórios do SENAI , fazem com que as informações, contidas nos materiais

didáticos, tomem sentido e se concretizem em múltiplos conhecimentos.

O SENAI deseja , por meio dos diversos materiais didáticos, aguçar a sua

curiosidade, responder às suas demandas de informações e construir links entre os

diversos conhecimentos, tão importantes para sua formação continuada!

Gerência de Educação e Tecnologia

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2. 2. UUnniiddaaddeess,, GGrraannddeezzaass ee SSíímmbboollooss

Para melhor entender o inter-relacionamento dos processos e equipamentos técnicos são necessários conhecimentos básicos das características físicas de cada transportador de energia. Para a descrição destas características são necessárias as definições das grandezas físicas, suas unidades e fórmulas. O sistema adotado pela maioria dos países é o sistema internacional de unidade simbolizado pela sigla SI, mas também são utilizados outros sistemas. Para a área de tecnologia de automatização são importantes as seguintes unidades:

Unidades básicas

Grandeza Símbolo Unidade (abreviação) Comprimento M metro (m) Massa m quilograma (kg) Tempo t segundo (s) Temperatura (^) grau Celsius ( C) Kelvin (K)

Unidades derivadas

Grandeza Símbolo Unidade (abreviação) Força F newton (N) 1 N = 1 kg. m.s- Pressão P pascal (Pa) 1 Pa = 1 N/m bar 1bar = 10N/cm Trabalho joule (J) 1J = 1N.m Potência P watt (W) 1W = 1N.m.s-

Força

É toda causa capaz de modificar o estado de movimento ou causar deformação. É uma grandeza vetorial e para ser perfeitamente caracterizada devemos conhecer sua intensidade, direção e sentido.

Unidades de força nos sistemas

Internacional (SI) N (Newton) Técnico kgf ou kp (quilograma-força) Inglês lb (libra-força)

Peso

Peso de um corpo é a força de atração gravitacional que a terra exerce nos corpos. Sendo m a massa do corpo e g a aceleração da gravidade da Terra, a intensidade do peso é dada pela fórmula P= m.g.

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A aceleração da gravidade (g) independe da natureza dos corpos, varia de lugar para lugar de acordo com a altitude, mas seu valor médio no sistema internacional é 9,81 m/s2 (metros por segundo ao quadrado). Em aplicações técnicas e na resolução de problemas é comum arredondar o valor da aceleração da gravidade(g) para 10 m/s2.

Velocidade

É a relação entre o espaço percorrido por um corpo e o correspondente tempo gasto.

t

s

v

onde:

v = velocidade s = espaço t = tempo

Unidades de velocidade nos sistemas

Internacional: m/s (metros por segundo) cm/s (centímetros por segundo)

Inglês: ft/s (pés por segundo) pol/s (polegadas por segundo)

Pressão

Um corpo, ao ser apoiado sobre um plano horizontal, terá o seu peso distribuído uniformemente ao longo da superfície de contato.

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Pressão atmosférica

As camadas de ar exercem um peso sobre a superfície da terra. A atmosfera exerce sobre nós uma força equivalente ao seu peso e ela atua em todos os sentidos e direções com a mesma intensidade. A pressão atmosférica varia de acordo com a altitude, pois em grandes alturas, a massa de ar é menor do que ao nível do mar.

Altitude (m) Pressão (mbar) 0 1013 500 955 1000 899 2000 795 5000 540 8000 356

Visto que a altitude e as condições do tempo também alteram a pressão atmosférica, adota-se uma pressão de referência que é pressão atmosférica absoluta ao nível do mar.

Pressão atmosférica absoluta:

1013 mbar 1013 hPascal 760 Torr (mmHg) 1,033 kg/cm 14,7 psi

Pressão absoluta e pressão manométrica

A pressão manométrica é a que se lê nos instrumentos de medição (manômetros) em compressores, ou linhas de ar comprimido e também nos catálogos e especificações técnicas.

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A pressão manométrica não considera a pressão atmosférica. A pressão absoluta é soma da pressão atmosférica com a pressão manométrica. Quando representamos a pressão absoluta, acrescentamos o símbolo (a) após a unidade, por exemplo 50 psi (a).

Vazão

A vazão representa o volume deslocado de um fluido numa unidade de tempo.

t

V

Q

onde:

Q = vazão V = volume de fluido deslocado t = tempo

Em tubulações, a vazão do fluido depende da velocidade e da seção transversal do tubo. Assim

Q v A onde:

Q = vazão v = velocidade A = área da seção transversal do tubo

Em compressores, a vazão representa a quantidade de ar descarregada em um determinado intervalo de tempo, também chamada “capacidade efetiva” ou “ar livre”.

Unidades de vazão nos sistemas:

Internacional (SI) m3/s (metro cúbico por segundo) l/min (litros por minuto) m³/min (metros cúbicos por minuto) m³/h (metros cúbicos por hora)

Sistema Inglês pcm (pés cúbicos por minuto) cfm (cubic feet per minute)

Estas unidades se referem a quantidade de ar ou gás comprimido efetivamente nas condições de temperatura e pressão no local onde está instalado o compressor. Como estas condições variam em função da altitude, umidade relativa e temperatura são definidas condições padrão de medidas, sendo que as mais usadas são: Nm3/h (normal metro cúbico por hora) definido a pressão 1,033 kg/cm2, temperatura de 0 C e umidade relativa 0%; SCFM (standart cubic feet per minute) definida a pressão de 14,7 lb/pol2 (psi), temperatura de 60 F e umidade relativa de 0%.

Temperatura

A esta energia de agitação das partículas chamamos de energia térmica do corpo. As partículas constituintes dos corpos estão constantemente em movimento, sendo dotadas de uma energia de movimento ou energia de agitação. Entenderemos temperatura como uma medida do estado de agitação das partículas que constituem os corpos. Quanto maior a temperatura mais agitadas ficam as partículas do corpo. Quando dois corpos em temperatura diferentes são postos em contato, espontaneamente há transferência de energia térmica (calor) do corpo mais quente para o mais frio até ser atingido o equilíbrio térmico. Algumas grandezas, como o comprimento, volume, resistência elétrica, variam de acordo com a temperatura são as grandezas termométricas.

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Os compressores centrífugos multiestágio utilizam 2 ou mais rotores montados no mesmo eixo. Cada estágio tem um difusor radial e um canal de retorno separando os rotores.

As principais aplicações desses compressores estão na área de processos que necessitam de grande quantidade de ar.

Compressor axial

Esse tipo de compressor é de grande capacidade e de alta rotação, com características totalmente diferentes do radial. Cada estágio consiste de duas fileiras de lâminas, uma rotativa e outra estacionária. As lâminas do rotor transmitem velocidade e pressão ao ar, e a velocidade é transformada em pressão nas lâminas estacionárias.

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O compressor centrífugo axial é empregado nas indústrias que necessitam de ar a baixa pressão e alta vazão, como túneis de vento, combustão, agitadores, ventilação, resfriamento de gases, petroquímicas.

Compressores de deslocamento positivo

Compressores de êmbolo com movimento linear

A construção desses compressores está baseada na redução de volume da massa gasosa. Isso significa que o ar da atmosfera é confinado em câmara(s) fechada(s) (câmara de compressão) onde um êmbolo, por exemplo, comprime o ar reduzindo o seu volume, obtendo assim um aumento de pressão.

Este tipo de compressor é apropriado não só para baixas e médias pressões, mas também para altas. A faixa de pressão é de cerca de 100 kpa (1 bar) até milhares de kPa.

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Neste caso é necessário que haja uma separação entre a câmara de sucção / compressão e o êmbolo, o que é conseguido através da utilização de um compressor de membrana.

Compressor de êmbolo rotativo de palhetas deslizantes

O compressor de palhetas consiste de um rotor dotado de ranhuras girando em uma carcaça excêntrica. As palhetas ou lâminas inseridas nas ranhuras podem deslizar livremente. A força centrífuga mantém as palhetas comprimidas contra a superfície interna da carcaça excêntrica, resultando num selo entre os compartimentos formados pelas palhetas. Também as extremidades do rotor são seladas. A locação excêntrica do rotor em relação à carcaça forma um espaço de folga de seção transversal crescente. À medida que o rotor gira, o ar entra através das aberturas nos compartimentos, formados pelas palhetas, sendo então aprisionado e seu volume gradativamente reduzido até ser descarregado do lado oposto.

Compressor rotativo de parafuso

Este compressor é composto de dois parafusos entrelaçados que giram em eixos paralelos dentro de uma carcaça com folgas bastante reduzidas. Os parafusos geralmente têm uma configuração complementar, tipo macho-fêmea. O rotor macho possui lóbulos convexos que correspondem aos pistões. Tendo uma seção transversal em forma de arco circular, estes lóbulos formam hélices ao longo do comprimento do rotor como as cristas de uma rosca. O rotor fêmea correspondente possui sulcos côncavos equivalentes aos cilindros que possuem a mesma seção transversal em forma de arco circular para aceitar o lóbulo do rotor-macho complementar. Ao girar, os rotores produzem um ciclo de três fases. Na primeira fase, sucção, os espaços do “cilindro” passam pela abertura de entrada numa das extremidades da carcaça e são enchidos com ar atmosférico. Quando o espaço entre lóbulos está completamente cheio, a rotação dos “cilindros” faz com que o

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espaço passe além da abertura de entrada, aprisionando o ar entre o rotor e a carcaça. Ao continuar a rotação, os “cilindros” realizam a fase de compressão. Aqui os lóbulos helicoidais machos ou pistões giram para dentro dos sulcos do rotor fêmea ou cilindros. O ponto de entrelaçamento move-se ao longo do comprimento do rotor, reduzindo progressivamente o volume do ar e conseqüentemente aumentando a pressão. A fase final de descarga ocorre quando o espaço entre lóbulo cheio de ar comprimido chega ao pórtico de saída.

Compressor tipo roots

Consiste de dois rotores simétricos em forma de oito, chamados de lóbulos, que giram em direção oposta, transportando o ar de um lado para o outro, sem alteração de volume.

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4. 4. PPrreeppaarraaççããoo ddoo AArr CCoommpprriimmiiddoo

Impurezas

Uma preparação adequada do ar comprimido prolonga a vida útil dos elementos pneumáticos. Portanto, a qualidade do ar comprimido é um fator muito importante a ser observado. Quanto a rede de condutores de ar comprimido não é drenada (pelo escoamento da água condensada no interior da tubulação) a água pode causar a corrosão na rede metálica, nos elementos pneumáticos e nas máquinas. O óleo residual proveniente dos compressores pode produzir, junto com o ar comprimido, uma mistura de ar e óleo (mistura gasosa), que apresenta perigo de explosão, principalmente quando há temperaturas elevadas (mais de 333k). Com a colocação de resfriadores, eliminam-se, de uma maneira geral, as partículas estranhas, água e óleo.

Resfriador

1. Entrada de ar
2. Saída de ar (refrigerado)
3. Entrada de água de refrigeração
4. Saída de água
5. Peça de refrigeração
6. Separador
7. Saída de água condensada
8. Válvula de segurança

Em muitos casos, o que leva a falhas e avarias nas instalações e nos elementos pneumáticos são as impurezas em formas de partículas de sujeira ou ferrugem que se acumulam nas tubulações. A separação primária do condensado é feita no separador, após o resfriador. A separação final, filtragem e outros tratamentos secundários do ar comprimido, é executada no local de consumo. Para isso é necessário atentar especialmente para a ocorrência de umidade. A água (umidade) já penetra na rede pelo próprio ar aspirado pelo compressor. A incidência da umidade depende, em primeira instância, da umidade relativa do ar que, por sua vez, depende da temperatura e condições atmosféricas.

Umidade absoluta é a quantidade de água contida em 1Nm³ de ar.

Quantidade de saturação é a quantidade de água admitida em 1Nm³ de ar a uma determinada temperatura. Nesse caso, a umidade relativa é de 100% (ponto de orvalho). No diagrama do ponto de orvalho, pode-se observar a quantidade de saturação à temperatura correspondente.

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Umidade relativa =

x100%

quantidadedesaturação

umidaderelativa

Exemplo: No ponto de orvalho, a 200C, 1m3 de ar contém 17,3g de água.

Limitação dos efeitos por meio de:

Filtragem do ar aspirado; Utilização de compressores livres de óleo; Passagem do ar comprimido por um secador, em casos de ocorrência de umidade. Para isso existem os seguintes processos: Secagem por absorção Secagem por adsorção Secagem por resfriamento

Diagrama do ponto de orvalho

Exemplo - Para um ponto de orvalho de 313K (400C), 1Nm³ de ar contém 50g de água.