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PREFÁCIO
A presente "Introdução a Pneumática" é uma coletânea de material de ensino criada e desenvolvida para o curso básico. Ela se desenvolveu, durante longos anos de atividade até compor esta consistente Introdução.
Dentro dela foi, em traços fundamentais, considerada e mantida a construção didática igual à dos cursos.
Nesta nova e ampliada edição, os autores abandonaram deliberadamente as considerações teóricas desnecessárias, a favor de um resumo simples.
Os elementos básicos desta matéria também poderiam ser estudados e aprendidos pelo interessado, sem qualquer ajuda de um professor ou instrutor de ensino.
Considerando-se aqui, principalmente, o estudo em separado da construção tecnológica dos elementos de trabalho e de comando, sem esquecer, no entanto, as relações gerais da matéria. Uma parte relativamente grande foi dedicada à produção e preparação do ar comprimido. Estes dois fatores são freqüentemente os causadores de dificuldades, bem como do funcionamento imperfeito de instalações pneumáticas. A matéria foi adaptada ao nível tecnológico atual, sendo que os autores se limitaram ao essencial.
A "Introdução A Pneumática" tenta dar a todos, que de uma ou outra forma estão ligados a esta matéria, uma ampla base de conhecimentos para uma formação profissional especializada. Os Autores
SUMÁRIO
- 1 DESENVOLVIMENTO DA TÉCNICA DO AR COMPRIMIDO
- 1.1 INTRODUÇÃO
- 1.2 PROPRIEDADES DO AR COMPRIMIDO.........................................................
- 1.2.1 Vantagens do ar comprimido
- 1.2.2 Limitações do ar comprimido
- 1.3 FUNDAMENTOS FISICOS
- 1.3.1 Grandezas fundamentais
- 1.3.2 Grandezas derivadas
- 1.3.3 Conversão de unidades
- 1.3.4 Escalas de pressão
- 1.3.5 Compressibilidade do ar
- 2 Produção do ar comprimido
- 2.1 INSTALAÇÃO DE PRODUÇÃO......................................................................
- 2.2 TIPOS DE COMPRESSORES........................................................................
- 2.2.1 Compressor de êmbolo
- 2.2.2 Compressores rotativos
- 2.2.3 Turbo compressores T
- 2.3 REGULAGEM DOS COMPRESSORES.........................................................
- 2.3.1 Regulagem de marcha em vazio
- 2.3.2 Regulagem de carga parcial
- 3 DISTRIBUIÇÃO DO AR COMPRIMIDO
- 3.1 DIMENSIONAMENTO DA REDE DISTRIBUIDORA.......................................
- 3.2 REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE AR COMPRIMIDO
- 3.3 MATERIAL DA TUBULAÇÃO
- 3.3.1 Tubulações principals..................................................................................
- 3.3.2 Tubulações secundarias..............................................................................
- 3.3.3 Posicionamento de drenos nas linhas de distribuição
- 4 PREPARAÇÃO DO AR COMPRIMIDO
- 4.1 IMPUREZAS
- 4.2 SECAGEM POR ABSORÇÃO
- 4.3 SECADOR POR ABSORÇÃO
- 4.4 SECAGEM POR RESFRIAMENTO
- 4.5 FILTRO DE AR COMPRIMIDO.......................................................................
- 4.6 FILTROS DE AR COMPRIMIDO COM REGULADOR DE PRESSAO
- 4.7 LUBRIFICADOR DE AR COMPRIMIDO.........................................................
- 4.8 UNIDADE DE CONSERVAÇÃO
- 4.8.1 Manutenção das unidades de conservação
- 5 ELEMENTOS PNEUMÁTICOS DE TRABALHO
- 5.1 MOVIMENTOS LINEARES.............................................................................
- 5.1.1 Cilindros de simples ação
- 5.1.2 Cilindros de dupla ação
- 5.1.3 Cilindros especiais
- 5.2 MOVIMENTOS ROTATIVOS..........................................................................
- 5.2.1 Cilindro rotativo (cremalheira)
- 5.2.2 Cilindro rotativo "DSR"
- 5.2.3 Motores pneumaticos
- 5.3 TIPOS DE FIXAÇÃO.......................................................................................
- 5.4 CÁLCULOS PARA CILINDROS
- 5.5 TIPOS DE VEDAÇÃO.....................................................................................
- 5.6 UNIDADES ESPECIAIS..................................................................................
- 5.6.1 Unidade hidropneumática
- 5.6.2 Alimentador de avanço compassado
- 5.6.3 Mesa giratória
- 6 VÁVULAS PNEUMÁTICAS
- 6.1 VÁLVULAS DIRECIONAIS
- 6.1.1 Desenvolvimento dos símbolos
- 6.1.2 Identificação das posições e conexões
- 6.1.3 Identificação das conexões
- 6.1.4 Tipos de acionamentos................................................................................
- 6.1.5 Caracteristicas construtivas das válvulas direcionais
- 6.2 VÁLVULAS DE BLOQUEIO............................................................................
- 6.2.1 Válvula de retenção
- 6.2.2 Válvula alternadora
- 6.2.3 Válvula de simultaneidade...........................................................................
- 6.2.4 Válvula de escape rápido.............................................................................
- 6.3 VÁLVULAS DE FLUXO..................................................................................
- 6.3.1 Válvula reguladora de fluxo bidirecional
- 6.3.2 Válvula reguladora de fluxo unidirecional
- 6.4 VÁLVULAS DE PRESSÃO
- 6.4.1 Regulador de pressão com orifício de escape
- 6.4.2 Regulador de pressão sem orifício de escape
- 6.4.3 Válvula limitadora de pressão
- 6.4.4 Válvula de seqüência
- 6.5 COMBINAÇÕES DE VÁLVULAS....................................................................
- 6.5.1 Válvula temporizadora normal fechada.
- 6.5.2 Válvula temporizadora normal aberta
- 6.5.3 Divisor binário (flip-flop)
- 7 CONFECÇÃO DE CIRCUITOS PNEUMÁTICOS...........................................
- 7.1 CADEIA DE COMANDOS...............................................................................
- 7.2 DESIGNAÇÃO DOS ELEMENTOS
- 7.2.1 Identificação por algarismos
- 7.2.2 Identificação por letras
- 7.2.3 Representação dos elementos
- 7.2.4 Definição das posições (conforme VDI 3260)
- 7.3 POSSIBILIDADES DE REPRESENTAÇÃO DOS MOVIMENTOS.
- 7.3.1 Representação por ordem cronológica
- 7.3.2 Representação em forma de tabela
- 7.3.3 Representação em forma vetorial
- 7.3.4 Representação em forma algébrica.
- 7.3.5 Representação gráfica em forma de diagrama
- 7.3.6 Diagrama de movimentos
- 7.3.7 Diagrama trajeto-tempo
- 7.3.8 Diagrama de comando
- 7.4 DESENVOLVIMENTO DO ESQUEMA DE COMANDO
- 8 SIMBOLOGIA PNEUMÁTICA
- 8.1 TRANSFORMAÇÃO DE ENERGIA
- 8.2 COMANDO E REGULAGEM DE ENERGIA: VÁLVULAS DIRECIONAIS
- 8.3 VÁLVULAS DE BLOQUEIO..........................................................................
- 8.4 VÁLVULAS DE PRESSÃO
- 8.5 VÁLVULAS DE FLUXO.................................................................................
- 8.6 VALVULA DE FECHAMENTO
- LIGAÇÃO PARALELA................................................................................................. 8.7 VÁLVULA REGULADORA DE FLUXO COM VÁLVULA DE RETENÇÃO EM
- 8.8 TRANSMISSÃO DE ENERGIA.....................................................................
- 8.9 ACIONAMENTO - PEÇAS MECÂNICAS......................................................
- 8.10 MEIOS DE ACIONAMENTO - ACIONAMENTO MANUAL (MUSCULAR)....
- 8.11 ACIONAMENTO MECÂNICO
- 8.12 ACIONAMENTO ELÉTRICO
- 8.13 ACIONAMENTO POR PRESSÃO
- 8.14 ACIONAMENTO COMBINADO
Apesar da sua rejeição inicial, quase que sempre proveniente da falta de conhecimento e instrução, ela foi aceita e o número de campos de aplicação tornou-se cada vez maior.
Hoje, o ar comprimido tornou-se indispensável, e nos mais diferentes ramos industriais instalam-se equipamentos pneumáticos.
1.2 PROPRIEDADES DO AR COMPRIMIDO
1.2.1 Vantagens do ar comprimido
QUANTIDADE: o ar, para ser comprimido, se encontra em quantidades ilimitadas praticamente em todos os lugares.
TRANSPORTE: o ar comprimido é facilmente transportável por tubulações, mesmo para distâncias consideravelmente grandes. Não há necessidade de preocupação com o retorno do ar.
ARMAZENAMENTO: no estabelecimento não é necessário que o compressor esteja em funcionamento contínuo. O ar pode ser sempre armazenado em um reservatório e, posteriormente, tirado de lá. Além disso, é possível o transporte em reservatórios.
TEMPERATURA; o trabalho realizado com ar comprimido é insensível às oscilações da temperatura. Isto garante, também em situações térmicas extremas, um funcionamento seguro.
SEGURANÇA: Não existe o perigo de explosão. Portanto, não são necessárias custosas proteções contra explosões.
LIMPEZA: o ar comprimido é limpo. O ar que eventualmente escapa das tubulações ou outros elementos inadequadamente vedados, não polui o ambiente. Esta limpeza é uma exigência, por exemplo, nas indústrias alimentícias, madeireiras, têxteis e químicas.
CONSTRUÇÃO DOS ELEMENTOS: Os elementos de trabalho são de construção simples e, portanto, de custo vantajoso.
VELOCIDADE: o ar comprimido é um meio de trabalho rápido, permitindo alcançar altas velocidades de trabalho. (A velocidade de trabalho dos cilindros pneumáticos oscila entre 1-2 m/seg.).
REGULAGEM: As velocidades e forças de trabalho dos elementos a ar comprimido são reguláveis sem escala.
PROTEÇÃO CONTRA SOBRECARGA; Os elementos e ferramentas a ar comprimido são carregáveis até a parada total e portanto seguros contra sobrecargas.
1.2.2 Limitações do ar comprimido
PREPARAÇÃO: o ar comprimido requer uma boa preparação. Impureza e umidade devem ser evitadas, pois provocam desgastes nos elementos pneumáticos.
COMPRESSIBILIDADE: Não é possível manter uniforme e constante as velocidades dos cilindros e motores pneumáticos mediante ar comprimido.
A seguinte apresentação estabelece a relação entre “SISTEMA TÉCNICO DE MEDIÇÃO” e novo “SISTEMA DE UNIDADES SI”.
1.3.1 Grandezas fundamentais
UNIDADES E SÍMBOLOS
Unidade Símbolo Sistema Técnico Sistema S.I. Comprimento L Metro (m) Metro (m) Massa M Kp. S^2 /m Kilograma (kg) Tempo T Segundos (s) Segundos (s) Temperatura T Celcius (^0 C) Kelvin (K) Intensidade de Corrente I Ampère (A) Ampère (A) Intensidade Luminosa I Candella (cd) Quantidade de Substância N Mol (mol)
1.3.2 Grandezas derivadas
Grandeza Símbolo Sistema Técnico Sistema S.I.
Força F
Kilopond (kp)
Kilograma força (Kgf)
Newton (N) N = 1 Kg S 2. m
Área A Metro quadrado (m^2 ) Metro quadrado (m^2 ) Volume V Metro cúbico (m^3 ) Metro cúbico (m^3 ) Vazão Q (m^3 /s) (m^3 /s) Pressão P Atmosfera (at) (kp/cm^2 ) Pascal (Pa) 1 Pa = 1N/m^2 1 bar = 10^5 Pa = 100KPa
1.3.3 Conversão de unidades
Massa (^) 1(Kg) = m
Kp. s^2 9 , 81
Força 1(Kp) = 9,81 (N) para cálculos aproximados pode-se empregar 1Kp = 10N Temperatura Diferença de temperatura: 1^0 C = 10 K (kelvin) Ponto zero: 0^0 C = 273 K (kelvin) Além das unidades de pressão mencionadas (at no sistema técnico, bem como Bar e Pascal no sistema SI), outras expressões serão ainda usadas freqüentemente. Para completar o já exposto, as mesmas serão apresentadas a seguir.
- Atmosfera, at (pressão absoluta no sistema técnico) 1 at = 1 kp/cm^2 = 0,981 bar (98,1 KPa) 2)Pascal, Pa Bar, (bar) (pressão absoluta no sistema padrão SI) 1 Pa = (^1) mN 2^ = 10-5^ bar 1 bar = (^2)
m
N (^) = 10 (^5) Pa = 1,02 at
- Atmosfera física, atm (pressão absoluta no sistema físico) 1atm = 1,033 at = 1,013 bar (101,3 kPa)
Pressão
- Coluna de mercúrio, mm Hg (corresponde a unid. de pressão Torr) 1mm Hg = 1 Torr 1at = 736 Torr, 100kPa (1 bar) = 750 Torr (Torricelli)
1.3.5 Compressibilidade do ar
Como todos os gases o ar comprimido não tem uma forma definida. O ar se altera à menor resistência, ou seja, ele se adapta a forma do ambiente. O ar se deixa comprimir (compressão), mas tende sempre a se expandir (expansão).
O que nos demonstra isto é a lei de BOYLE-MARIOTTE.
Sob temperatura constante, o volume de um gás fechado em um recipiente é inversamente proporcional à pressão absoluta, quer dizer, o produto da pressão absoluta e o volume são constantes para uma determinada quantidade de gás.
p 1 ⋅ V 1 = p 2 ⋅ V 2 = p 3 ⋅ V 3 = cons tan te
Se a pressão permanece constante e a temperatura se eleva 1 K partindo de 273 K, o
ar se dilata 2731 do seu volume.
Isto É demonstrado pela lei de Gay-Lussac:
2
1 2
1
T
T
V
V
V 1 = volume na temperatura T 1
V 2 = volume na temperatura T 2
Para o ar comprimido vale também a equação geral dos gases.
2
2 2 1
1 1
T
P V
T
P ⋅ V = ⋅
= constante
2 PRODUÇÃO DO AR COMPRIMIDO
2.1 INSTALAÇÃO DE PRODUÇÃO
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
2.2.1 Compressor de êmbolo
COMPRESSOR DE PISTÃO
Este tipo de compressor de êmbolo com movimento linear é hoje o mais utilizado. Ele é apropriado não só para 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
COMPRESSOR DE PISTÃO DE 2 OU MAIS ESTAGIOS
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 torna 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 400kPa (4 bar), 1 estágio até 1500kPa (15 bar), 2 estágios acima de 1500kPa (15 bar), 3 ou mais estágios
COMPRESSOR DE MEMBRANA
pela força centrífuga apertadas contra a parede. Devido à excentricidade de localização do rotor há uma diminuição e aumento das células.
As vantagens deste compressor estão em sua construção, bem como em seu funcionamento silencioso, continuo e equilibrado, e no fornecimento uniforme de ar, livre de qualquer pulsação.
COMPRESSOR DUPLO PARAFUSO (DOIS EIXOS)
Dois parafusos helicoidais, Os quais, pelos perfis côncavo e convexo comprimem o ar que é conduzido axialmente.
COMPRESSOR ROOTS
Nestes compressores o ar é transportado de um lado para o outro sem alteração de volume. A compressão (vedação) é feita no lado da pressão pelos cantos dos êmbolos
2.2.3 Turbo compressores
Estes tipos trabalham segundo o princípio de fluxo e são adequados para o funcionamento de grandes vazões. Os turbo compressores são construídos em duas versões: axial e radial.
