UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA "JLIO DE MESQUITA FILHO" CAMPUS DE GUARATINGUET Colgio Tcnico Industrial de Guaratinguet

APOSTILA DE COMANDOS HIDRULICOS E PNEUMTICOS

PNEUMTICA

AUTOR : Prof. EDUARDO SILVA SANTOS

1- INTRODUO O homem moderno NO quer mais usar sua fora muscular para movimentar mais nada. Hoje em dia , ele j dependente do controle remoto e quer conforto total que vai desde mudar o canal de uma tv controlar uma mquina distncia. Trocar de canal muito simples pois no necessita de uma fora considervel no seletor da tv, entretanto nas mquinas a coisa mais sria pois, s vezes, precisa-se de fora de vrias toneladas para movimentar um equipamento. Comandos Hidrulicos e Pneumticos, que o meio mais moderno e atual de gerao das FORAS que movimentam as mquinas. A Hidrulica e a Pneumtica sobressaem-se dos demais sistemas de gerao de energia, pela sua SIMPLICIDADE, FACILIDADE DE MANUTENO, CONFORTO E SEGURANA que proporciona ao homem moderno. A Direo Hidrulica e os freios nos automveis e avies, o Laboratrio de Manufaturas que usa a fora pneumtica/hidrulica para movimentar robos e realizar tarefas totalmente automticas, de acordo com a programao dos computadores, as Portas Automticas dos nibus, o motorzinho e o sugador dos dentistas, o Trem de pouso e os Comandos de Vo dos avies, a retroescavadeira, a Betoneira e o caminho do lixo que compacta os resduos na carroceria dos caminhes, a Furadeira, a Parafusadeira, a Prensa e inmeras outras mquinas portteis so exemplos prticos da utilizao da fora pneumtica e hidrulica. Em virtude do exposto acima, h necessidade de que os alunos do CTIG, com formao voltada atuao industrial, aprendam Comandos Hidrulicos e Pneumticos , que o mais moderno sistema de gerao de fora e movimento que se tem notcia no momento. Quem no sabe hidrulica/pneumtica e trabalha na indstria, como no saber ler na nossa vida cotidiana, neste mundo globalizado. 2- P N E U M T I CA / H I D R U L I C A Como o prprio nome indica, Pneumtica trabalha com Ar enquanto que Hidrulica com leo. Os Circuitos Hidrulicos e Pneumticos so muito semelhantes e funcionam da mesma maneira, a nica diferena que dentro de cada um deles corre o Ar comprimido fornecido pelo Compressor de AR ou o leo sob presso gerada pelas Bombas Hidrulicas. Por finalidade ltima podemos dizer que quando precisamos de uma pequena fora para movimentar pequenos objetos , leves, usamos a Pneumtica, enquanto que quando precisamos fazer uma grande fora para movimentar grandes objetos, pesados, usamos a Hidrulica. Este resultado final da aplicao da fora resultante da baixa presso encontrada nos circuitos pneumticos e da alta presso encontrada nos circuitos hidrulicos. Precisamos estar sempre cientes, que tanto a pneumtica quanto a hidrulica so Sistemas de Controle de Fora e Movimento. Pneumtica a cincia que estuda as propriedades fsicas do ar e dos outros gases, trata das propriedades mecnicas dos gases. O termo pneumtica derivado grego pneumosou pneuma, que significa respirao, sopro, e definido como o segmento da fsica que se ocupa da dinmica e dos fenmenos fsicos relacionados com os gases e com o vcuo, bem como estuda a converso de energia produzida pelo ar em energia mecnica, atravs de seus elementos de trabalho. PNEUMTICA O RAMO DA FSICA QUE TRATA DAS PROPRIEDADES MECNICAS DOS GASES.

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3 - SISTEMA PNEUMTICO um mecanismo que funciona com ar comprimido. composto de tubulaes e vlvulas cuja funo transformar a presso do fluido ali confinado, em fora mecnica com movimento controlado. Os circuitos pneumticos normalmente so utilizados para transmitir movimento em equipamentos que no necessitam de grande esforo de operao, pois sua principal caracterstica trabalhar com baixa presso e pouca fora de movimentao. Exemplos de atuao da fora pneumtica: mquinas de manufaturas, abertura e fechamento da porta de nibus, ferramentas pneumticas (brocas de dentista, martelo, furadeira , aparafusadeira, britadeira, dosadora, lixadeira, soldadora, etc.), freio ar, cilindros lineares e /ou rotativos, motores pneumticos, vlvulas de controle, injetoras, prensas de impacto, sistemas de pintura, robtica e outras infindveis aplicaes. 4- HISTRICO No sculo III a.C. , na Alexandria, o grego KTESBIOS fundou a Escola de Mecnicos, tornando-se o precursor da tcnica de comprimir o ar para realizar um trabalho mecnico. Tem-se registros de sua inveno, uma catapulta pneumtica, que tinha a finalidade de pressurizar o ar para tocar um rgo musical. Foi reconstituda em 1960 para comprovar a sua eficincia. Tal invento por falta de recursos na poca e por no existirem materiais adequados sua construo (metalurgia), tornaram-se esquecidos ao longo do tempo, at que na primeira Revoluo Industrial JAMES WATT inventou a mquina vapor, dando incio a produo industrial de inmeros equipamentos pneumticos que aumentam a cada dia por fora dos benficos da automao . H pouco mais de duas dcadas atrs, um torneiro mecnico sempre corria o risco de perder o dedo numa mquina. Hoje, tudo que ele tem a fazer apertar botes no computador que comanda a mquina (CNC mquinas de controle numrico). Todas as operaes da mquina so realizadas automaticamente. A escolaridade dos operrios melhorou. As grandes indstrias do Vale do Paraba, exigem pelo menos o 2 grau completo ao seu quadro de funcionrios. Em contraste, na linha de montagem, basta procurar que possvel encontrar at engenheiros e economistas apertando parafusos. Eles no se atualizaram nas reas da moderna tecnologia de automao pneumtica, eltrica, eletrnica, hidrulica, mecatrnica e/ou robtica e, no conseguiram empregos melhores com seus diplomas. As fbricas se modernizaram e cortaram empregos daqueles que no acompanharam a evoluo tecnolgica. 5- PRESSO Presso o termo que define quanta fora aplicada numa certa rea. A definio tcnica de presso fora por unidade de rea. P = F / A. Presso Absoluta a presso medida a partir de um ponto de referncia zero ou completo vcuo. usada para medir presso atmosfrica. Presso Manomtrica a presso contida em um circuito, no levando em conta a presso atmosfrica. Presso diferencial a diferena entre duas presses agindo em lados opostos a uma superfcie. Unidades de medida de presso pneumtica encontrada nas mquinas industriais: Quilograma-fora por centmetro quadrado (kgf/cm2), Libra por polegada quadrada (Lb/ pol2) que igual a Pounds per Square Inch (PSI) no sistema Ingls, Pascal (pa), Bar (bar) , Polegada de mercrio (Hg), Polegada de gua (H2O), Atmosfera (atm) .

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Tabela de converso de unidades: 1 Kgf/cm2 = 14,22 PSI ; 1 bar = 14,5 PSI ; 1PSI = 6894,76 pa ; 1 atm = 14,73 PSI = 29,92 Hg = 100 Kpa . 6 - PRESSO ATMOSFRICA a massa de ar que envolve a Terra, cuja altitude dessa camada de ar se estende at aproximadamente 80 quilmetros. Sabemos que o ar ocupa lugar no espao e tem peso, podemos comprovar isso comparando o peso uma bola de futebol vazia com uma cheia. A bola cheia mais pesada pois contm ar no seu interior. Sem a existncia do ar, no haveria vida em nosso planeta. Apesar de no possuir uma forma fsica, podemos notar sua presena em todos os lugares. Por ser elstico e compressvel ocupa todo o espao onde est contido. Sua composio principal constituda por 78% de Nitrognio (gs inerte e pode ser combinado com qualquer outro elemento, sem problemas, sendo usado com muita eficincia para encher pneus de veculos), 21 % de Oxignio (gs muito ativo, elemento necessrio combusto e, se combinado com leo, graxa ou sujeira pode provocar combusto espontnea e at mesmo exploso) e 1% de outros gases tais como Argnio, Nenio, Hlio, Hidrognio, resduos de Dixido de Carbono, etc. A camada de ar atmosfrico que envolve a Terra, por sua vez, que est sob efeito da ao da gravidade, faz com que prximo superfcie dos mares (parte mais baixa), haja um maior acmulo de oxignio e nitrognio e por sua vez, uma maior quantidade de presso. A medida que se afasta do nvel do mar, subindo, a presso atmosfrica diminui. TORRICELLI em 1643 inventou o barmetro (aparelho para medir presso atmosfrica), por meio do qual demonstrou que a atmosfera exerce uma presso capaz de suportar uma coluna de mercrio, num tubo fechado, invertido sobre uma base. Com auxlio do barmetro podemos medir o valor da presso atmosfrica, que nos deu os valores da tabela a seguir:TABELA ALTITUDE X PRESSO Nvel Mar 14,73 PSI 1000 ps 14,18 PSI 5000 ps 12,22 PSI 10000 ps 10,10 PSI 15000 ps 8,29 PSI 20000ps 6,75 PSI

Figura 1 - Tabela preso x altitude O ser humano est acostumado a sobreviver em altitudes abaixo de 10000 ps, pois acima dessa altitude, devido diminuio de presso, falta-lhe ar para respirao. Quando a seleo brasileira de futebol vai jogar em La Paz na Bolvia, que

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acima dessa altitude, os jogadores cansam-se rapidamente e falta-lhes ar para continuar jogando. um eterno sacrifcio, o empate j considerado uma vitria para os atletas. Na setor aeronutico, a FAA (rgo internacional que regulamenta os fabricantes de avies) limita a altitude das cabines de vo para 8000 ps, obrigando os fabricantes a manter o ambiente refrigerado e pressurizado, independente de qual altitude esteja voando o avio. Um avio voando, por exemplo, a 20000 ps de altitude, com a cabine pressurizada com a presso igual do nvel do mar, ter em toda sua estrutura uma fora de 7,98 libras tentando romp-la. Se a presso vazar por rompimento, em menos de 0,5 (meio) segundo, haver exploso e isto ocorrendo, o piloto ter que baixar rapidamente o avio para 10000 ps, seno todos l dentro morrero e haver a perda do avio.Coluna de 1 cm2 de rea e 80 Km altura com Ar Atmosf rico no seu interior TEMOS : Peso da Coluna de Ar = 1 Kgf Presso = F/A ; 1 Kgf / 1 cm2 ; 1 Kgf / cm2 Planeta Terra Presso Atmosf rica ao Nvel Mar = 1 Kgf /cm2

Figura 2 - Coluna de presso atmosfrica 7 - COMPRESSIBILIDADE Um volume de ar , quando submetido por uma fora exterior, como por exemplo um pisto pneumtico (cilindro), seu volume inicial ser reduzido, o ar fica preso no seu interior com maior presso, retraindo o pisto, revelando uma de suas propriedades bsicas: a compressibilidade, mostrado na figura a seguir :Fora Aplicada e Pisto Comprimido

FORAFigura 3 - Pisto comprimido 8 - ELASTICIDADE A propriedade da elasticidade faz com que uma vez desfeita a fora da compressibilidade, a presso do ar faz com que ele se expanda novamente e o pisto volta ao seu ponto inicial distendido, agora sem presso nenhuma ou zero de presso.Fora Solta e Pisto Distendido

Figura 4 - Pisto distendido 9 - EXPANSIBILIDADE

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O ar ocupa o lugar onde ele colocado. Por sua qualidade expansiva, seu volume varivel e ele facilmente se adapta a qualquer recipiente onde colocado. Sua forma adaptada de acordo com a presso que nele aplicada.

Figura 5 - Expansibilidade do gs 10 LEI GERAL DOS GASES PERFEITOS possvel, como vimos anteriormente, reduzir o volume de um gs, aplicandolhe uma certa presso. O estado de um gs determinado atravs das trs grandezas: presso, volume e temperatura. A relao para os gases ideais descrita atravs das leis de Gay-Lussac, Charles e Boyle-Mariotte. A presso contida em um gs inversamente proporcional ao seu volume, sob temperatura constante. Temos: P1.V1 = P2 V2. Problema: Um recipiente contem 420 litros de ar presso de 1,5 kgf/cm2. Em seguida comprime-se o ar reduzindo seu volume para 70 litros. Calcular a presso de compresso do ar ? Resoluo: P1V1=P2V2 ento 420 l . 1,5 kgf/cm2 = 70 l . X temos X= 9 kgf/cm2 Resposta: A presso de compresso do ar de 9 kgf/cm2. Sabe-se entretanto que ao se comprimir um gs, eleva-se sua temperatura. Comprovamos isso ao encher o pneu da bicicleta, notando o aquecimento da bomba a medida que o pneu vai enchendo e, quanto maior a presso colocada no pneu, mais quente a bomba fica. Nos sistemas pneumticos de aeronaves que necessitam de grande quantidade de ar comprimido, a temperatura do mesmo chega a atingir 200 centgrados. NOTA: quando o ar comprimido se expande, ao aliviarmos sua presso, ocorre um forte resfriamento e por este princpio que so construdos os sistemas de refrigerao da cabine dos avies, que baixam a temperatura de 200 para 20 C. A equao geral do estado dos gases, levando em conta a variao de temperatura, deve ser aplicado com a seguinte frmula P1.V1 = P2.V2 devido ao aumento ou diminuio da temperatura com a compresso/descompresso. T1 T2 Problema: Uma certa quantidade de vapor d gua introduzido numa seringa uma temperatura de 500 K e ocupa um volume de 5 cm3. Fechada a entrada, o vapor d gua exerce uma presso de 4 atm nas paredes da seringa. Quando o mbolo solto, empurrado pelo vapor fazendo seu volume chegar a 16 cm3 e a temperatura a 400 K. Determine a nova presso no interior da seringa ? Resoluo: P1.V1 = P2.V2 ento 4 atm . 5 cm3 = P2 . 16 cm3 temos P2 = 1,0 atm T1 T2 500 K 400 K Resposta: A nova presso no interior da seringa de 1,0 atmosfera. 11 - DISPOSITIVO DE MEDIO DE PRESSO

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O valor da presso normalmente indicado com um manmetro, do qual existem diferentes dispositivos internos de comando, sendo mais usado o tipo tubo de bourdon que consiste de um tubo oco de forma elptica que tende a se esticar quando lhe aplicado presso e, quando cessa esta presso o tubo volta a sua posio inicial de repouso. Neste tubo preso um ponteiro que ao se movimentar passa por uma escala graduada de indicao de presso. Para evitar que os manmetros no sejam danificados por oscilaes e choques abruptos de presso, a presso at ele conduzida atravs de um estrangulamento na sua conexo de entrada. Tambm um amortecimento atravs de um fluido (glicerina) , muito usado.

Figura 6 - Manmetro (smbolo) 12 - ATUADORES PNEUMTICOS So dispositivos que convertem a energia (presso) contida no ar comprimido, em trabalho. Nos circuitos pneumticos, os atuadores so ligados mecanicamente carga a ser movimentada e assim, ao ser influenciado pelo ar comprimido, sua energia convertida em fora ou torque, que transmitida carga. So os cilindros, os motores pneumticos. A energia pneumtica ser transformada, por cilindros pneumticos, em movimentos retilneos e pelos motores pneumticos em movimentos rotativos. Na atuao linear encontramos na pneumtica os seguintes tipos de cilindros : cilindro de ao simples (retorno por mola), cilindro de ao dupla com haste simples , cilindro de ao dupla com haste dupla e eventualmente algum outro tipo de cilindro semelhante um destes citados, porm com alguma variao interna, como veremos mais adiante. 12.1 CLASSIFICAO DOS ATUADORES PNEUMTICOS Esto divididos em trs grupos: -Os que produzem movimentos lineares: so constitudos de componentes que convertem a energia pneumtica em movimento linear ou angular. So representados pelos Cilindros Pneumticos. Dependendo da natureza dos movimentos, velocidade, fora ou tipo, haver um tipo adequado para cada funo -Os que produzem movimentos rotativos: convertem a energia pneumtica em energia mecnica, atravs de momento torsor (torque) contnuo. So representados pelos Motores Pneumticos e as Turbinas Pneumticas. -Os que produzem movimentos oscilantes: convertem energia pneumtica em energia mecnica, atravs do movimento torsor (torque) limitado por um nmero de graus ou movimentos. So representados pelos Osciladores Pneumticos ou Atuadores Giratrios.

12.2 PNEUMTICO -

CRITRIOS ESSENCIAIS PARA SELEO DE ATUADOR

Tipo de movimento a executar: rotativo ou linear Sentido de rotao e inverso Nmero de rotaes e velocidade

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Torque e Fora a executar Potncia a desnvolver Uniformidade da fora e velocidade Caractersticas em relao s influncias ambientais internas e externas Aspectos ergonomtricos

12.3 - APARELHOS DA TCNICA PNEUMTICA ACIONAMENTOS Movimento rotativo FERRAMENTAS MANUAIS Movimento rotativo Motor Pneumtico Unidirecional Furadeira Rosqueadeira Lixadeira Aparafusadeira Motor Pneumtico Serra Bidirecional Tesoura para chapa Movimento de percusso Martelo Britadeira Rebitadeira Estampo para gravao pregador UNIDADE CONSTRUTIVA Unidade de avano Unidade de fixao Esteira transportadora Mesa giratria posicionadora Unidade furadora Unidade rosqueadora Aparafusadeira mltipla

Oscilador Pneumtico ou Atuador Giratrio

Movimento linear Cilindro de simples ao recuo Movimento Linear Macaco Pneumtico Morsa Pneumtica Cilindro de simples ao avano Prensa Pneumtica Tesoura de Corte Cilindro de simples ao sem mola Cilindro de membrana Cilindro tipo fole Cilindro de dupla ao

Cilindro de dupla ao com haste passante

Cilindro de dupla ao sem haste

Cilindro de presso diferencial

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Cilindro com trava

Figura 7 - Tabela aparelhos da Tcnica Pneumtica

12.4 - EXERCCIOS SOBRE CILINDRO a- Um cilindro de dupla ao possui o dimetro de mbolo de 80 mm e o dimetro de haste de 25 mm. A presso de trabalho do cilindro de 6 bar (60 N/cm2). Quais so as foras tericas que ele desenvolve no curso de avano e retorno ? Soluo: calcular as reas maior e menor do cilindro A > = 3,14 x 80 x 80 = 50,3 cm2 4 A < = 3,14 x 25 x 25 = 45,4 cm2 4 Calcular a fora exercida Fora avano = Presso x rea = 60 N/cm2 x 50,3 cm2 = 3018 N Fora recuo = Presso x rea = 60 N/cm2 x 45,4 cm2 = 2724 N

b - O atuador pneumtico abaixo recebe, ao mesmo tempo, uma presso de 142,2 PSI nos pontos a e b. Calcular a fora de distenso, em kgf, do seu pisto, sabendo-se que os dimetros de sua haste de 2 cm e de seu mbolo de 20 cm.a0

b

Figura 8 Atuador pneumtico com presso nas duas reas

c- Uma bomba de encher pneu de bicicleta, figura abaixo, recebe uma fora de 20 kgf na sua haste, cujo cilindro tem 3 cm de dimetro, volume inicial de 10 cm3, isso numa temperatura ambiente de 30 C. Calcular a presso final aplicada no pneu, em PSI, quando o pisto comprimido at o volume de 2 cm3 e sua temperatura aumenta para 50 C.BOMBA PNEUMTICA Fora = 20 lkgfhaste mbolo

Temperatura inical = 30 C Temperatura f inal = 50 C

pneuVolume inicial = 10 cm3 Volume f inal = 2 cm3

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Figura 9 Bomba pneumtica 13 - FLUXO DE AR O fluxo produz o movimento. Podemos visualiz-lo cada vez que abrimos uma torneira de gua. O fluxo o movimento do fluido causado pela diferena de presso em dois pontos. A companhia de gua cria uma presso nos canos e, quando abrimos a torneira, a diferena de presso fora a gua para fora. Nos circuitos pneumticos, os compressores de ar criam a presso que fora o ar a executar um trabalho mecnico.Temos duas formas de medir o fluxo: pela velocidade ou pela vazo. Velocidade do fluido a velocidade mdia de suas partculas ao passar por um certo ponto. Ela medida geralmente em metros por segundo (m/seg) ou metros por minuto (m/min) e tambm polegadas por minuto (pol/min) ou ps por minuto (feet/min) no sistema ingls. A vazo o volume de fluido que passa por um ponto na unidade de tempo. Geralmente dada em ps cbicos por minutos ou metros cbicos por minuto. Na aviao usa-se libras por minuto (PPM Pounds Per Minute). Poucos so os usurios que tm uma noo de quanto custa o ar comprimido. A maioria o considera uma fonte de energia barata, da o engano desses usurios. O custo do ar comprimido de aproximadamente U$ 0,30 para cada 1000 ps cbicos por minuto ou 28 metros cbicos por minuto de ar comprimido consumido, para tanto necessrio os tcnicos na rea estarem conscientes da utilizao racional dos equipamentos de compresso de ar. 14 - COMPRESSORES DE AR 14.1 DEFINIO Compressores so mquinas destinadas a elevar a presso de um certo volume de ar admitido nas condies atmosfricas, at uma determinada presso exigida na execuo dos trabalhos dos atuadores pneumticos. 14.2 COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO Baseiam-se fundamentalmente na reduo do volume do ar. O ar admitido da atmosfera e enviado para uma cmara isolada do meio exterior, onde seu volume gradualmente diminudo, processando-se a compresso. Quando a presso ideal atingida, para-se a admisso/compresso do ar ou, se no for possvel parar a mquina, alivia-se o excesso de presso para a atmosfera a fim de que a presso no aumente muito e provoque a exploso devido ruptura dos recepientes que encerram o ar comprimido. 14.3 COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO DINMICO Nestes compressores, a elevao de presso obtida por meio de converso de energia cintica em energia de presso, durante a passagem do ar atravs das palhetas do compressor. O ar admitido colocado em contato com impulsores (rotor laminado) dotados de alta velocidade. Este ar acelerado, atingindo velocidades elevadas e conseqentemente os impulsores transmitem energia cintica ao ar . Posteriormente, seu escoamneto retardado por meio de difusores, obrigando a uma elevao de presso.

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14.4 TIPOS DE COMPRESSORES

Figura 10 - Tipos de compressores e simbologia de compressor a- COMPRESSOR MONOESTGIO DE PISTES No compressor monoestgio de pistes, durante o curso de admisso, o ar aspirado atravs da vlvula de aspirao que abre a passagem do ar atmosfrico, atravs de um filtro. A aspirao se d durante todo o recuo do pisto. Com o avano do pisto, o ar anteriormente succionado para dentro do pisto, ser comprimido durante todo o curso de avano do pisto. A compresso se dar durante o avano do pisto, pelo princpio de diminuio de rea. Haver a, alm do aumento de presso, um aumento de temperatura que dever ser compensada com um sistema de refrigerao, operada por alhetas e ventilador. Este compressor atualmente o mais usado e sua lubrificao feita na parte inferior dos pistes, acionado por um eixo virabrequim que salpica o leo nas partes mveis interiores.

Figura 11 Compressor de pisto b - COMPRESSOR MULTIESTGIO DE PISTES Para a compresso a presses mais elevadas, so necessrios compressores com vrios estgios. O ar aspirado ser comprimido pelo primeiro mbolo (pisto), refrigerado e novamente comprimido pelo prximo mbolo. Na produo de altas presses, faz-se necessria uma

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refrigerao intermediria pois cria-se alto aquecimento resultante da compresso das molculas do ar que so altamente excitadas, alterando sua posio inicial de repouso.

Figura 12 - Compressor pisto de 2 estgios c - COMPRESSOR DE MEMBRANA (DIAFRAGMA) Este tipo pertence ao grupo de compressores de pisto. Mediante uma membrana, o pisto fica separado da cmara de suco e compresso, quer dizer, o ar no ter contato com as partes deslizantes. Este ar , portanto, ficar sempre livre de resduos de leo. Estes compressores so os preferidos e mais empregados na indstria alimentcia, farmacutica e qumica, devido no haver contato entre o ar produzido e as partes mecnics do compressor.

Diaf ragma

Pisto

Figura 13 Compressor de membrana

d - COMPRESSOR DE PARAFUSOS Os compressores de parafusos so compressores rotativos com dois eixos de rotao. Eles operam conforme o princpio do deslocamento e deslocam continuamente. Com isto no ocorrem golpes e oscilaes de presso. Uma vez que estes no possuem vlvulas de aspirao e de presso, eles tm baixa manuteno. So pequenos no tamanho e permitem alta rotao, no entanto o consumo de potncia mais alto que nos compressores de pistes. Os compressores de parafusos so construdos para operar seco para ar comprimido isento de leo, ou no caso normal com injeo de leo para lubrificao, vedao e resfriamento.

Figura 14 Compressor de parafusos e - COMPRESSOR DE PALHETAS Trata-se de um compressor rotativo, de um eixo que opera conforme o princpio de deslocamento. Em um compartimento cilndrico, com aberturas de entrada e sada, gira um rotor alojado excentricamente, com palhetas ao seu redor. Neste compressor, se estreitam12

(diminuem) os compartimentos, a medida que as palhetas vo passando, comprimindo ento o ar nos mesmos. Quando em rotao, as palhetas so, pela fora centrfuga, foradas contra a parede. Devido excentricidade onde gira o rotor, h um aumento de rea na suco e uma diminuio na presso. A vantagem deste compressor est na sua construo um tanto econmica em espao, bem como em seu funcionamento contnuo e equilibrado e, no uniforme fornecimento de ar livre de qualquer pulsao. Sua lubrificao feita por injeo de leo.

Figura 15 - Compressor palheta f - COMPRESSOR ROOTS Neste compressor, o ar transportado de um lado para o outro sem alterao de volume. A compresso do ar efetua-se pelos cantos de duas clulas rotativas, cujo ar forado a passar para o outro lado do compressor, que eventualmente estar sendo enviado para uma cmara fechada a receber a presso. Este compressor tem baixa capacidade de compresso, entretanto capaz de enviar enorme carga (volume) de ar para ambientes de grandes necessidades de vazo do ar, como por exemplo cabines pressurizadas de aeronaves com grande nmero de passageiros. Atravs de um acionamento sincronizado das clulas, pode-se obter uma operao sem contato entre as clulas rotativas e a carcaa do compressor, no sendo necessria uma lubrificao no seu interior, apenas no rolamento do eixo rotativo das clulas.

Figura 16 - Compressor roots g - COMPRESSOR AXIAL (TURBINA) Este compressor trabalha segundo o princpio de fluxo e adequado para o fornecimento de grandes vazes de ar. O ar colocado em movimento por uma ou mais turbinas, e esta energia de movimento ento transformada em energia de presso.O ar movimenta-se em direo ao prprio sentido do eixo do compressor, axialmente, e dirige-se para o lado de sada com grande carga de volume e presso. Se as turbinas forem colocadas em srie, o poder de compresso e de fluxo sero enormes e podero ser utilizados por um grande nmero de equipamentos. o que encontramos nas grandes indstrias que necessitam de uma grande produo de ar para acionar numerosos equipamentos pneumticos em paralelo.

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Figura 17 - Compressor axial h - COMPRESSOR RADIAL (CENTRFUGO) Este compressor tambm trabalha segundo o princpio de fluxo , adequado para o fornecimento de grande vazo de ar. Os compressores radiais so mquinas de fluxo como os compressores axiais., nos quais a energia cintica convertida em presso. Nesta a aspirao tambm ocorre no sentido axial sendo em seguida o ar conduzido no sentido radial (90 em relao ao eixo) para a sada. Tambm os compressores radiais so fabricados para grandes vazes, so de baixa manuteno, e para alcanar presses maiores so necessrios vrios estgios de compresso.

Figura 18 - Compressor Radial 14.5 - VAZO DE AR DOS COMPRESSORES A vazo de ar fornecido pelos compressores a quantidade de ar que est sendo fornecido pelo compressor e atravs da vazo fornecida que escolhemos o compressor ideal para operar nossos equipamentos pneumticos. Uma grande indstria ou uma aeronave de grande porte que necessita de um enorme potencial de componentes pneumticos, trabalha com compressores de fluxo tipo axial ou radial. Um pintor de veculos numa pequena oficina mecnica precisa apenas de um compressor tipo pisto monoestgio. A vazo fornecida depende da construo do compressor e indicada como vimos anteriormente, em metros cbicos por minuto, ps cbicos por minuto ou libras/min. A presso de regime a presso fornecida pelo compressor, bem como a presso do reservatrio e a presso na rede distribuidora at o consumidor. A presso de trabalho a presso necessria nos pontos de trabalho. Um Sistema Pneumtico Bsico constitudo de um compressor, um reservatrio e um ponto de trabalho. 14.6 - REGULAGEM E ACIONAMENTO DOS COMPRESSORES O acionamento dos compressores, conforme as necessidade do usurio, podendo ser por motor eltrico ou motor a exploso. Em instalaes industriais, aciona-se na maioria dos casos, com motor eltrico. Tratando-se de uma estao mvel, emprega-se para o acionamento um motor a exploso (gasolina ou leo diesel).

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Para combinar o volume de fornecimento com o consumo de ar, necessria uma regulagem dos compressores. Dois valores limites so pr-estabelecidos: presso Mxima e presso Mnima, as quais influenciam no volume fornecido. Encontramos, teoricamente, diversas formas de regulagens que vo desde fechamento da suco do ar at o fechamento do fornecimento de presso, entretanto a maneira que mais encontrada na prtica a regulagem intermitente que permite ao compressor funcionar em dois campos: fornecimento em carga e parada total. Na regulagem intermitente, o ar produzido pelo compressor ao atingir a presso mxima regulada, tem seu motor eltrico desligado por um pressostato (interruptor eltrico sensvel presso) e ele pra ento de fornecer presso, mantendo a carga j produzida no seu reservatrio. A medida que a presso do ar vai sendo consumida e baixa at um valor mnimo tambm pr-estabelecido, o pressostato liga novamente o motor eltrico e o compressor comea a trabalhar outra vez, fornecendo a presso necessria para encher novamente o reservatrio. 14.7 - REFRIGERAO DOS COMPRESSORES O ar quente resultante da compresso aquece por demasia as paredes do cilindro que alojam o pisto de compresso. Torna-se necessrio ento, a refrigerao do cilindro para que ele permita o perfeito funcionamento do pisto. Em compressores de pequeno porte, sero suficientes palhetas de aerao para que o calor seja dissipado. Compressores maiores, esto equipados, ainda mais, com um ventilador para dissipar o calor nas alhetas. Tratando-se de uma estao de compressores com uma elevada potncia de acionamento, uma refrigerao a ar seria insuficiente, os compressores devem ento ser equipados com refrigerao gua . 14.8 - LUGAR DE MONTAGEM DOS COMPRESSORES A estao de compressores deve ser montada dentro de um ambiente fechado, com proteo acstica devido ao grande barulho por ele produzido. O mantenedor de funcionamento do compressor deve utilizar sempre um abafador nos ouvidos. O ambiente deve ter boa aerao e o ar sugado para o compressor deve ser fresco, seco e livre de poeira. Nas indstrias de grande porte, alarmes sonoros avisam os mantenedores, a falha de produo de um compressor. Compressor reserva automaticamente acionado no parando a linha de produo. 14.9 - MANUTENO DO COMPRESSOR Esta uma tarefa importante dentro do setor industrial. imprescindvel seguir as instrues recomendadas pelo fabricante, que conhece os pontos vitais de manuteno. Um plano semanal de manuteno ser previsto, e nele ser programada uma verificao no nvel de lubrificao, nos lugares apropriados e, particularmente nos mancais do compressor, motor e crter. Neste mesmo prazo ser prevista a limpeza do filtro de ar e a verificao experimental da vlvula de segurana, para comprovao de seu real funcionamento. Ser prevista, tambm, a verificao da tenso das correias. Periodicamente ser verificada a fixao do volante sobre o eixo de manivelas. Drenar semanalmente a gua acumulada no tanque do compressor e, quando seu uso muito constante, drenar diariamente. 14.10 - RESERVATRIO DE AR COMPRIMIDO O reservatrio serve para a estabilizao da distribuio do ar comprimido. Ele elimina as oscilaes de presso na rede distribuidora e, quando h momentaneamente alto consumo de ar, uma garantia de reserva. A grande superfcie do reservatrio refrigera o ar suplementar, por isso se separa diretamente no reservatrio, uma parte da umidade do ar com gua. A gua encontrada nos reservatrios de ar comprimido resultante da condensao do ar quente de compresso(aspirado e comprimido com a umidade encontrada na atmosfera), resfriado pelo

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contato com o grande volume de ar fresco do reservatrio. A gua, mais pesada, repousa no fundo do tanque e deve ser, diariamente, eliminada por interveno manual.

Figura 19 - Reservatrio de ar comprimido 15 - REDE DE DISTRIBUIO DO AR COMPRIMIDO Provocada pela sempre crescente racionalizao e automatizao das instalaes industriais, a necessidade de ar nas fbricas est crescendo. Cada mquina e cada dispositivo requer sua quantidade de ar que est sendo fornecido pelo compressor, atravs da rede distribuidora. O dimetro das tubulaes deve ser capaz de alimentar cada ponto de distribuio e manter uma carga de ar necessria para manter em operao, cada ponto de utilizao. A escolha do dimetro da tubulao no realizada por quaisquer frmulas empricas ou para aproveitar tubos por acaso existentes em depsito, mas sim considerando-se : - volume corrente (vazo) - comprimento da rede - queda de presso admissvel - presso de trabalho - nmero de pontos de estrangulamento da rede 15.1 - REDE DE DISTRIBUIO EM CIRCUITO ABERTO Consiste de uma tubulao nica fornecedora de presso. O ar do compressor atua em toda extenso da tubulao, que possui em posies estratgicas, os pontos de distribuio do ar. As tubulaes devem ser montadas com um declive de 1% a 2% na direo do fluxo e, por causa da formao de gua condensada, fundamental, em tubulaes horizontais instalar os ramais de tomadas de ar na parte superior do tubo principal. Para interceptar e drenar a gua condensada, devem ser instaladas derivaes com drenos na parte inferior da tubulao principal.

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Figura 20 - Rede de distribuio de ckt aberto 15.2 - REDE DE DISTRIBUIO EM CIRCUITO FECHADO Geralmente as tubulaes principais so montadas em circuito fechado. Partindo da tubulao principal, so instaladas as ligaes em derivao. Quando o consumo de ar muito grande, consegue-se mediante este tipo de montagem, uma alimentao uniforme. O ar flui em ambas as direes.

Figura 21 - Rede de distribuio de ckt fechado

15.3 - REDE DE DISTRIBUIO COMBINADA A rede combinada tambm uma instalao em circuito fechado, a qual por suas ligaes longitudinais e transversais, oferece a possibilidade de trabalhar com ar em qualquer lugar. Mediante vlvulas de fechamento existe a possibilidade de fechar determinadas linhas de ar comprimido quando as mesmas no forem usadas ou quando for necessrio p-las fora de servio por razes de reparao e manuteno. Tambm pode ser feito um controle de estanqueidade.

Figura 22 Rede de distribuio combinada 16 - PREPARAO DO AR COMPRIMIDO Somente na prtica que encontramos exemplos onde se deve dar muito valor qualidade do ar comprimido. Impurezas em forma de partculas de sujeira ou ferrugem, restos de leo e umidade levam, em muitos casos falha em instalaes e avarias nos elementos pneumticos. devido a isso, todo sistema pneumtico deve possuir elementos que provoquem a filtragem e a devida limpeza do ar a ser utilizado. Na preparao do ar comprimido a ser utilizado no sistema, encontramos trs elementos bsicos: Filtro, Regulador de Presso e Lubrificador.

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16.1 - FILTRO DE AR COMPRIMIDO Sua funo reter as partculas de impureza, bem como a gua condensada presentes no ar que por ele passa. O ar comprimido ao entrar no copo do filtro, forado a um movimento de rotao por meio de "rasgos direcionais". Com isso, separam-se as impurezas maiores, bem como as gotculas de gua, por meio da fora centrfuga e depositam-se no fundo do copo. O lquido condensado acumulado no fundo do copo deve ser eliminado, o mais tardar ao atingir a marca do nvel mximo, j que se isto no ocorrer, o lquido ser arrastado novamente pelo ar que passa. Para tal prtica, basta abrir o parafuso de dreno no fundo do copo indicador. Alguns filtros possuem dreno automtico. As partculas slidas, maiores que a porosidade do filtro, sero retidas por este. Com o tempo, o acmulo destas partculas impede a passagem do ar. Portanto, o elemento filtrante deve ser limpo ou substitudo a intervalos regulares.

Figura 23 Filtro 16.2 - REGULADOR DE PRESSO Tem por funo manter constante a presso de trabalho, independente da presso fornecida pelo compressor de ar ou mesmo do consumo do ar nos pontos de trabalho. A presso regulada por meio de uma membrana. Uma das faces da membrana submetida presso de trabalho, enquanto que do outro lado da membrana, atua uma mola cuja presso ajustvel por meio de um parafuso de regulagem. Com o aumento da presso na rea de trabalho, a membrana se movimenta contra a fora da mola. Com isso, a seco nominal de passagem do ar na sede da vlvula diminui progressivamente, ou se fecha totalmente. Isto significa que a presso cortada para a linha de alimentao do sistema pneumtico. Por ocasio do consumo do ar na linha de trabalho, a presso diminui e a fora da mola reabre a vlvula, permitindo que o ar penetre no sistema pneumtico novamente.

Figura 24 - Regulador de presso 16.3 - LUBRIFICADOR DE AR COMPRIMIDO O lubrificador tem a tarefa de abastecer suficientemente, com materiais lubrificantes, os elementos pneumticos. Os materiais lubrificantes so necessrios para garantir um desgaste mnimo dos elementos mveis, manter to mnimos quanto possvel as foras de atrito e proteger os aparelhos contra a corroso. Lubrificadores de leo trabalham, geralmente, segundo o princpio venturi. Segundo este princpio, a diminuio do dimetro da tubulao por onde passa o ar acarreta um aumento de sua velocidade e por conseqncia acarreta uma queda de presso na linha de diminuio de rea. Com isso, o venturi lubrificador comea a funcionar automaticamente, quando houver fluxo, empurrando o leo lubrificante para as linhas de utilizao do trabalho.

Figura 25 - Lubrificador 16.4 - UNIDADE DE CONSERVAO

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A unidade de conservao a combinao de um filtro de ar comprimido, um regulador de presso de ar comprimido e de um lubrificador de ar comprimido, tudo num conjunto nico o que facilita a manuteno dos trs itens mais importantes para a operao de um sistema pneumtico: a filtragem para manter o ar absolutamente limpo, a regulagem da presso para limitar a carga de trabalho dos equipamentos e a lubrificao das partes mveis dos mecanismos, para manter seus movimentos livres e uniformes.

Figura 26 - Unidade de conservao 17 - VLVULAS PNEUMTICAS As vlvulas pneumticas so aparelhos de comando ou de regulagem de partida, parada e direo. Elas comandam tambm a presso ou a vazo do meio de presso armazenada em um reservatrio ou movimentada por um compressor. A denominao "vlvula" vlida, correspondendo linguagem internacionalmente usada, para todos tipos de construo: registros, vlvulas de esfera, vlvulas de assento, vlvulas direcionais, etc. . Esta validade definida pela norma DIN 24 300, conforme recomendao da CETOP (Comisso Europia de Transmisses leo - Hidrulica e Pneumtica). Esquemas pneumticos usam smbolos para a descrio de vlvulas , smbolos estes que no caracterizam o tipo de construo, mas somente a funo das vlvulas. As vlvulas simbolizam-se com quadrados e o nmero de quadrados unidos indica o nmero de posies que uma vlvula pode assumir. A funo e o nmero de vias so desenhados nos quadrados. As linhas indicam as vias de passagem, as setas a direo do fluxo. Fechamentos so indicados dentro dos quadrados com tracinhos transversais A denominao de uma vlvula depende do nmero de vias (conexes) e do nmero das posies de comando. O primeiro nmero indica a quantidade de vias e o segundo nmero indica a quantidade das posies de comando da vlvula. As conexes de pilotagem (comando da vlvula por presso) no so consideradas como vias. Exemplo:

Figura 27 - Vlvula direcional 3/2 significa - 3 ligaes comandadas (vias) - 2 posies de comando (2 quadrados)X Y

Figura 28 - Vlvula direcional 4/3 significa - 4 ligaes comandadas (vias) - 3 posies de comando (3 quadrados) 17.1 - TIPOS DE ACIONAMENTOS DE VLVULAS Conforme a necessidade, so adicionados s vlvulas direcionais os mais diferentes tipos de acionamento. Os smbolos de acionamento devem ser desenhados horizontalmente nos quadrados laterais das vlvulas e so atravs deles que sabemos como as vlvulas so acionadas . Para se distinguir uma vlvula usamos a seguinte linguagem tcnica :

Figura 29 - Vlvula direcional 5/3 , alavanca com trava, centro fechado - significa que a vlvula direcional possui 5 vias, 3 posies, acionada por alavanca.

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X

Figura 30 - Vlvula direcional 3/2, bobina e mola, NA significa que a vlvula direcional possui 3 vias, 2 posies, acionada por solenide e tem uma mola que a mantm na posio normalmente aberta.X Y

Figura 31 - Vlvula direcional 4/2 duplo solenide significa que a vlvula direcional possui 4 vias, 2 posies e acionada por dois solenides.

17.3 - VLVULAS ESPECIAIS a - VLVULA DIRECIONAL 3/2 ROLETE SERVO-COMANDADA Para diminuir a fora de acionamento em vlvulas direcionais de comando mecnico, empregam-se vlvulas pilotos. A fora de acionamento de uma vlvula geralmente determinante para o emprego da mesma. Esta fora deve ser ento minimizada, com a ajuda de uma vlvula piloto descrita a seguir. A vlvula direcional rolete piloto 3/2 alimentada atravs de uma pequena passagem com o canal de alimentao P. Acionando a alavanca do rolete, abre-se a vlvula de servocomando. O ar comprimido flui para a membrana e movimenta o prato da vlvula principal para baixo. A comutao da vlvula efetua-se em duas etapas: primeiro, fecha-se a passagem de A para R; segundo, abre-se a passagem de P para A. O retorno efetua-se aps soltar-se a alavanca do rolete. Isto provoca o fechamento da passagem do ar para a membrana, e posterior exausto. A mola repe o pisto de comando da vlvula principal na posio inicial. Este tipo de vlvula tambm pode ser empregada como vlvula normalmente aberta (NA) ou normalmente fechada (NF). Devem ser intercambiadas apenas as ligaes P e R, e deslocada em 180 a unidade de acionamento (rolete).

Figura 32 - Vlvula direcional 3/2 servo-comandada b - VLVULA DIRECIONAL 4/2 PILOTADA Esta vlvula tem, para sua comutao, um carretel de comando. A seleo das duas possveis posies de comando da vlvula feita no carretel longitudinal , que recebe na sua extremidade direita ou esquerda, a presso piloto. A sua comutao efetua-se portanto por impulso pneumtico, normalmente oriundo de uma outra vlvula direcional de 3 vias que seleciona sua posio de comando. Mediante um breve impulso pneumtico na ligao de comando Y, a corredia une P com B e A com R. Outro impulso do lado Z liga P com A e B com R. Tirando o ar da linha de comando, o pisto permanece em posio estvel at que seja dado outro sinal no lado oposto (comportamento biestvel). Ver figura no final da apostila.

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Figura 33 Vlvula direcional 4/2 duplo-piloto c - VLVULA ALTERNADORA (FUNO LGICA "OU") Tambm chamada "vlvula de comando duplo ou vlvula de dupla reteno". Esta vlvula tem duas entradas, X e Y, e uma sada A. Entrando ar comprimido em X, a esfera fecha a entrada Y e o ar flui de X para A. Em sentido contrrio, quando o ar flui de Y para A e a entrada X ser fechada. Esta vlvula tambm seleciona os sinais das vlvulas pilotos provenientes de diversos pontos e evita o escape do ar atravs de uma segunda vlvula. Ela muito utilizada quando se precisa garantir o acionamento de um cilindro pneumtico, por duas fontes distintas. Estando no caminho de atuao do cilindro, ela garante sempre seu acionamento por qualquer uma das fontes (muito til em situaes de emergncias). Ver figura no final da apostila.

Figura 34 Vlvula alternadora OU 18 RESTRIO VLVULA REDUTORA DE FLUXO UNIDIRECIONAL COM

Tambm conhecida como "vlvula reguladora de velocidade", nesta vlvula a regulagem de fluxo feita somente em uma direo. Uma vlvula de reteno fecha a passagem numa direo e o ar pode fluir somente atravs da rea regulada. Em sentido contrrio, o ar passa livre atravs da vlvula de reteno aberta. Empregam-se estas vlvulas para a regulagem da velocidade em cilindros ou motores pneumticos. Regulagem da entrada do ar (regulagem primria) Nesta situao, a regulagem de fluxo feita somente no sentido de presso do ar para a unidade acionadora (cilindro pneumtico). O retorno do ar livre, atravs da vlvula de reteno. Regulagem de Exausto (regulagem secundria) A regulagem feita na exausto do ar que volta do cilindro pneumtico. Na entrada da presso, a vlvula de reteno permite o fluxo livre. OBS. - a vlvula reguladora de fluxo melhora em muito, a conduta do avano dos cilindros pneumticos e comumente encontrada em suas linhas de atuao.

Figura 35 - Vlvula redutora de fluxo unidirecional com restrio 19 - SIMBOLOGIA PNEUMTICA Todos alunos devero elaborar um trabalho contendo todos os smbolos de vlvulas e demais componentes pneumticos existentes. Para isto, pesquisar junto aos programas fornecidos nas aulas de Laboratrio Este trabalho ser o complemento da presente apostila de pneumtica e, dever ser consultado durante a realizao da prova do 1 bimestre de 2004

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20 - BIBLIOGRAFIA www.micromecanica.com.br www.rexroth.com.br www.parker.com.br www.automationstudio.com Software Automation Studio

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