curso de formação profissional técnico em mecânica módulo ... · atmosfera é uma camada...

Comandos Pneumáticos

Instrutor: Raphael Ribeiro

Técnico em Eletroeletrônica

Conteúdo Formativo

INTRODUÇÃO AOS FUNDAMENTOS FÍSICOS DA PNEUMÁTICA

• Produção preparação e distribuição do ar comprimido:

Elementos de produção de ar.

Preparação do ar.

Reservatório de ar.

Filtros e secadores de ar.

Redes de distribuição de ar comprimido.

UNIDADES DE CONDICIONAMENTOS:

• Filtros de ar.

• Regulador de pressão.

• Lubrificador.

Conteúdo Formativo

VÁLVULAS DE CONTROLE

• Identificação de válvulas pneumáticas.

• Tipos de acionamento e comando.

• Tipos construtivos.

• Características das válvulas direcionais.

VÁLVULAS AUXILIARES

• Válvulas de retenção e escape rápido.

• Elementos lógicos.

• Válvulas de controle de fluxo e de pressão.

• Temporizador e contador pneumático.

• Módulo de segurança.

ATUADORES PNEUMÁTICOS

• Cilindros e Motores Pneumáticos.

Objetivo

Estabelecer requisitos mínimos para o desenvolvimento de competências relativas à Pneumática

Industrial, seus conceitos, aplicação e desenvolvimento, de acordo com as normas técnicas da qualidade,

saúde, segurança e meio ambiente.

INTRODUÇÃO AOS FUNDAMENTOS FÍSICOS DA PNEUMÁTICA

Pneumática

A expressão pneumo/pneuma vem do grego, e significa respiração, folego, sopro, vento. De

acordo com o dicionário é definida como um ramo da física que estuda as propriedades dos gases, em

repouso ou em movimento. Ainda pode ser encarada como aparelho ou maquina movido por uma energia

gerada pela compressão de ar e à esses dispositivos se dá o nome de maquinas pneumáticas.

Definições

Fluído

Chamam-se fluidos os corpos cujas moléculas sejam extremamente moveis umas em relação as

outras. Portanto, essas substancias assumem o mesmo formato do recipiente em que se encontra

confinado. Agua, mel, óleo, ar comprimido, GNV são exemplos de fluidos.

Líquidos: São fluidos poucos compressíveis, as moléculas em um liquido apresentam um estado

de equilíbrio.

Gases: São fluidos muito compressíveis, as moléculas em um gás tendem a se repelir.

Propriedades Físicas do Ar

1. Compressibilidade

O ar, assim como todos os gases, tem a propriedade de ocupar todo o volume de qualquer

recipiente, adquirindo o seu formato, já que não tem forma própria. Assim, podemos colocá-lo num

recipiente com volume determinado e posteriormente provocar-lhe uma redução de volume usando uma

de suas propriedades, a compressibilidade, logo, o ar permite reduzir o seu volume quando sujeito à ação

de uma força exterior.

2. Elasticidade

Propriedade que possibilita ao ar voltar ao seu volume inicial uma vez extinto o efeito (força)

responsável pela redução do volume.


3. Difusibilidade

Propriedade do ar que lhe permite misturar-se homogeneamente com qualquer meio gasoso que

não esteja saturado.


4. Expansibilidade

Propriedade do ar que lhe possibilita ocupar totalmente o volume de qualquer recipiente,

adquirindo o seu formato.


5. Peso do Ar

O ar possui peso como toda a matéria. Se colocarmos ar com a mesma pressão e temperatura

em recipientes idênticos, os dois terão o mesmo peso. Através desse exemplo, pode-se concluir que o ar

em pressão ou temperatura diferente passa a ter um peso diferente. É o que acontece com a massa de ar

frio e de ar quente, o ar quente tende a “pesar” (fica menos denso) menos que o ar frio e por esse motivo,

os aparelhos de ar condicionado ficam instalados na parte mais alta dos ambientes e aquecedores na

parte mais baixa. Um litro de ar, a 0ºC e ao nível do mar, pesa 0,001293 kg.

Atmosfera

Atmosfera é uma camada inodora, incolor e insipida que envolve a Terra e acompanha todos os

seus movimentos, prendendo-se a ela pela ação da gravidade. Pelo fato de o ar ter peso, as camadas

inferiores são comprimidas pelas camadas superiores. Assim, as camadas inferiores são mais densas que

as superiores e quando se diz que o peso de 1 litro de ar é de 0,001293 kg ao nível do mar, isso significa

que, em altitudes diferentes, o peso tem valor diferente.

Pressão Atmosférica

A atmosfera exerce sobre nós uma força equivalente ao seu peso, mas não a sentimos, pois ela

atua em todos os sentidos e direções com a mesma intensidade. Esse fato é denominado pressão

atmosférica.

Atmosfera

Pressão

Pressão é um termo que vem do latim “pressio”, “pressione”, e é utilizado em diversas áreas

científicas como grandeza que mede a ação de uma força sobre um objeto ou espaço, seja ele líquido,

gasoso ou sólido.

A pressão é a força exercida sobre alguma coisa, além de também possuir o significado

de comprimir um objeto ou um gás, ou ainda pressionar algo ou alguém.

A pressão é uma força que pode ser medida, ou quantificada, calculando-se a razão entre força

(F) e área de uma superfície (A) onde a força está sendo aplicada.

𝑃 =𝐹

𝐴

P – Pressão;

F – Força normal a superfície;

A – Área total onde a força é aplicada.

Vazão

A vazão pode ser determinada a partir do escoamento de um fluido através de determinada seção

transversal de um conduto livre (canal, rio ou tubulação aberta) ou de um conduto forçado (tubulação com

pressão positiva ou negativa). Isto significa que a vazão representa a rapidez com a qual um volume

escoa.

A forma mais simples para se calcular a vazão volumétrica é apresentada a seguir na equação

mostrada.

𝑄𝑣 =𝑉

𝑡

Qv – Vazão volumétrica;

V – Volume;

t – Intervalo de tempo.

Unidades de Medida• kgf/cm2 – quilograma força por centímetro quadrado.

• PSI – abreviatura de pounds per square inch – libras por polegada quadrada.

• bar – é um múltiplo da Bária: 1 bar = 100 bárias. Bária é a unidade de pressão no sistema c, g, s, e

vale uma dyn/cm2.

• kPa – O pascal (símbolo: Pa) é a unidade padrão de pressão e tensão no SI. Equivale a força de 1 N

aplicada uniformemente sobre uma superfície de 1 m². O plural no nome da unidade pascal é pascals.

Ar Comprimido

O uso do ar comprimido de forma generalizada na indústria, começou com a necessidade cada

vez maior da automatização e da racionalização dos processos de trabalho.

Atualmente, o ar comprimido como meio de trabalho, tornou-se indispensável, e podemos

encontrá-lo em diversos segmentos, entre os quais:

• Automotivo;

• Indústria em geral;

• Transporte naval.

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.

Vantagens do Ar Comprimido

• 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.

Desvantagens 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.

• Forças: o ar comprimido é econômico somente até uma determinada força, limitado pela pressão

normal de trabalho de 700 kPa (7 bar), e também pelo curso e velocidade. 0 limite está fixado entre

20.000 a 30.000 N (2000 a 3000 kpa).

• Escape de ar: o escape de ar é ruidoso. Com o desenvolvimento de silenciadores, este problema esta

atualmente solucionado.

Produção do Ar Comprimido

Os compressores são os dispositivos utilizados para a produção de ar comprimido, logo eles tem

como função comprimir o ar para a pressão de armazenamento ou trabalho necessário. Em geral, temos

uma estação de geração, preparação e distribuição de ar comprimido em ambientes industriais que

fornece a pressão necessária para que os acionamentos e comandos pneumáticos funcionem de forma

adequada. Em geral, dependendo da relação de pressão de trabalho e de vazão, utiliza-se compressores

do tipo deslocamento positivo e deslocamento dinâmico (não positivo).

Compressores de Deslocamento Positivo: São compressores que se baseiam fundamentalmente na

variação do volume de suas câmaras, onde o ar é transferido para um ambiente fechado, diminuindo

posteriormente o tamanho desse ambiente. O mais tradicional é o compressor de êmbolo ou pistão

(compressores de êmbolo de movimento linear).

Compressores de Deslocamento Dinâmico: São compressores que se baseiam na elevação da

pressão por meio de conversão de energia cinética em energia de pressão, durante a passagem do ar

através do compressor. O ar admitido é transferido através dos impulsores (rotor laminado) dotados de

alta velocidade. Este ar é acelerado, atingindo velocidades elevadas e consequentemente os impulsores

transmitem energia cinética ao ar. Posteriormente, seu escoamento é retardado por meio de difusores,

obrigando a uma elevação na pressão na saída.

Produção do Ar Comprimido

Tipos de Compressores

https://www.youtube.com/watch?v=zG9bwTzf0a4

Tipos de Compressores

Segue o diagrama indicando as

capacidades, em quantidade aspirada e

pressão alcançada para cada modelo de

compressor.

Preparação do Ar Comprimido

Reservatório de Ar Comprimido

Um sistema de ar comprimido é dotado

de um ou mais reservatórios, que tem como

função:

• Armazenar o ar comprimido;

• Resfriar o ar e auxilia a eliminação do

condensado;

• Compensar as flutuações de pressão e

demanda em todo o sistema de distribuição;

• Estabilizar o fluxo de ar comprimido;

• Controlar as marchas dos compressores.

Os reservatórios no Brasil são

construídos conforme a norma PNB 109 da

ABNT.


Desumidificação do Ar Comprimido

A presença de umidade no ar comprimido é sempre prejudicial para as automatizações

pneumáticas, pois causa sérias consequências. É necessário eliminar ou reduzir ao máximo essa

umidade. O ideal seria eliminá-la do ar comprimido de modo absoluto, o que é praticamente impossível. Ar

seco industrial não é aquele totalmente isento de água; é o ar que, após um processo de desidratação, flui

com um conteúdo de umidade residual de tal ordem que possa ser utilizado sem qualquer inconveniente.

Com as devidas preparações, consegue-se a distribuição do ar com valor de umidade baixo e tolerável na

aplicações encontradas.

Os meios utilizados para secagem do ar comprimido são múltiplos, mas existem três meios

principais, tanto pelos resultados finais quanto por sua maior difusão, que são:

1. Secagem por Refrigeração;

2. Secagem por Absorção;

3. Secagem por Adsorção.


1. Secagem por Refrigeração

O método de desumidificação do ar comprimido por refrigeração consiste em submeter o ar a uma

temperatura suficientemente baixa, a fim de que a quantidade de água existente seja retirada em grande

parte por condensação.


2. Secagem por Absorção

É o método que utiliza em um circuito uma substância sólida, líquida ou gasosa. Este processo é

também chamado de Processo Químico de Secagem, pois é conduzido no interior de um reservatório

(tanque de pressão) através de uma massa higroscópica, insolúvel ou deliquescente que absorve a

umidade do ar, processando-se uma reação química.


3. Secagem por Adsorção

É semelhante ao processo de absorção, porém o processo de adsorção é regenerativo; a

substância adsorvente, após estar saturada da umidade, permite a liberação de água quando submetida a

um aquecimento regenerativo.

Rede de Distribuição

As redes de distribuição são normalmente formadas de tubos de aço carbono ou galvanizado,

sendo hoje possível a montagem de redes de ar comprimido executadas em tubos e conexões de PVC

especiais.

A rede possui duas funções básicas:

• Comunicar a fonte produtora com os equipamentos consumidores;

• Funcionar como um reservatório para atender as exigências locais.

Um sistema de distribuição perfeitamente executado deve apresentar os seguintes requisitos:

Pequena perda de pressão entre o compressor e as partes de consumo, a fim de manter a pressão

dentro de limites toleráveis, em conformidade com as exigências das aplicações;

Não apresentar escape de ar, pois provoca perda de energia;

Apresentar grande capacidade de realizar separação de condensado.


Ao serem efetuados o projeto e a instalação de uma planta qualquer de distribuição é necessário

levar em consideração certos preceitos. O não cumprimento de certas bases é contraproducente e

aumenta sensivelmente a necessidade de manutenção.

Lay-out da rede de distribuição

Apresenta a rede principal de distribuição, suas ramificações, todos os pontos de consumo,

incluindo futuras ampliações. Indica qual a pressão destes pontos e a posição de válvulas de fechamento,

moduladoras, conexões, curvaturas, separadores de condensado.

Formato da rede de distribuição

Em relação ao tipo de linha a ser executada, anel fechado ou circuito aberto, deve-se analisar as

condições favoráveis e desfavoráveis de cada uma.


Geralmente a rede de distribuição é do tipo circuito fechado, formando um anel. Deste anel

partem as ramificações para os diferentes pontos de consumo. O anel fechado auxilia na manutenção de

uma pressão constante, além de proporcionar uma distribuição mais uniforme do ar comprimido para os

consumos intermitentes, dificulta porém a separação da umidade, porque o fluxo não possui uma direção

definida. Dependendo do local de consumo, circula em duas direções.

Rede de DistribuiçãoO circuito aberto é utilizado onde o transporte de materiais e peças é aéreo, para alimentação de

pontos isolados, pontos distantes.

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.

As válvulas de bloqueio na linha de distribuição devem ser previstas, para permitir a divisão desta

em seções, especialmente em casos de grandes redes, fazendo que as seções tornem-se isoladas para

inspeção, modificações ou manutenção. Assim, evitamos que outras seções sejam simultaneamente

atingidas.

Ligações entre os Tubos

São realizadas por rosca, solda, flange, acoplamento rápido, devendo apresentar a mais perfeita

vedação.

As ligações roscadas são comuns, devido ao baixo custo e facilidade de montagem e

desmontagem. Para evitar vazamentos é necessário a utilização da fita veda rosca (teflon), devido às

imperfeições existentes na confecção das roscas.

A união realizada por solda oferece menor possibilidade de vazamento, se comparada à união

roscada, apesar de um custo inicial maior. As uniões soldadas devem estar cercadas de certos cuidados,

as escamas de óxido devem ser retiradas do interior do tubo, o cordão de solda deve ser o mais uniforme

possível.

Para tubos acima de 2” – uniões para solda de topo e acessórios com montagem entre flanges,

principalmente válvulas e separadores.

Para instalações provisórias podem ser utilizadas mangueiras com sistema de acoplamento

rápido, porém normalmente o custo deste sistema é maior do que tubulações definitivas.

Inclinação da Rede de Distribuição

As tubulações devem possuir uma inclinação de 0,5 a 2%, no sentido de fluxo, para direcionar

condensado e óxidos para um ponto de coleta, evitando a formação de bolsões de umidade.

Este ponto de coleta é denominado dreno, que são colocados nos pontos mais baixos da

tubulação e devem ser preferencialmente automáticos. Se a rede é extensa, devem ser previstos pontos

de coleta de condensado com drenos, a cada 20 ou 30 metros de tubulação.

Tomadas de ar comprimido devem ser

feitas pela parte superior da tubulação

principal, para evitar que trabalhem como

coletores de condensado. Este tipo de

montagem é chamado pescoço de cisne.

Tubulação

Metálicos:

Tubos de latão, cobre, aço inoxidável e aço trefilado, até diâmetro de 1”. Usados em instalações

especiais, possuindo montagens rígidas, estão presentes em locais onde a temperatura, pressão,

agressão química ou física (abrasão ou choques) são constantes (indústrias bioquímicas);

Não metálicos:

Tubos mais comuns são de polietileno, poliuretano, nylon e borracha com lona. Materiais sintéticos, que

apresentam boas características químicas, mecânicas e flexibilidade. Podem ser obtidos em diversas

cores, o que muito auxilia em montagens complexas, e em diâmetros externos que variam de 4 a16 mm,

assim como, medidas equivalentes em polegadas.

Conexões

Para tubos metálicos

Podem ser para solda e roscas diversas.

Para tubos sintéticos

Os mais utilizados são do tipo de conexão rápida, que proporcionam reduzido tempo de

montagem, fácil manutenção e grande durabilidade. As conexões podem ser em material sintético, aço

inoxidável, alumínio e ligas de cobre cromada.

UNIDADES DE CONDICIONAMENTO

Unidade de Condicionamento de Ar

Após passar por todo o processo de produção, tratamento e distribuição, o ar comprimido deve

sofrer um ultimo beneficiamento composto por filtragem, regulagem da pressão e introdução de uma certa

quantidade de óleo para a lubrificação de todas as partes mecânicas dos compartimentos pneumáticos

A unidade de condicionamento de ar é indispensável em qualquer tipo de sistema pneumático, ao

mesmo tempo em que permite aos componentes trabalharem em condições favoráveis, prolonga a sua

vida útil.

A unidade de condicionamento do ar comprimido consiste, basicamente, de: filtragem com dreno,

regulagem da pressão com manômetro e pulverização de uma certa quantidade de óleo para lubrificação

de todas as partes mecânicas dos componentes pneumáticos.

Unidade de Condicionamento de Ar

Filtro

A maioria destas impurezas é retida, como já observamos nos processos de preparação, mas

partículas pequenas ficam suspensas e são arrastadas pelo fluxo de ar comprimido, agindo como

abrasivo nas partes móveis dos elementos pneumáticos quando solicitada a sua utilização.

A filtragem do ar consiste na aplicação de dispositivos capazes de reter as impurezas suspensas

no fluxo de ar. O filtro de ar atua de duas formas distintas:

• Pela ação da força centrífuga• Pela passagem do ar por um elemento filtrante, de bronze sinterizado ou malha de nylon.

Filtro

Válvula Reguladora de Pressão

Instala-se este tipo válvula em um sistema pneumático com a finalidade de:

a) Regular a pressão de trabalho dos equipamentos, reduzindo a pressão maior na entrada a um valor

menor na saída, de acordo com as necessidades.

b) Abastecer o sistema com um volume de ar comprimido sob pressão de trabalho ajustada, sempre que

um atuador pneumático entrar em funcionamento.

Uma reguladora de pressão nunca poderá regular a pressão secundária acima da pressão

primária, pois o incremento de pressão através de um elemento estático significaria ganho de energia, o

que no atual estágio de tecnologia é impossível.

• Pressão primária – é aquela que entra na reguladora.

• Pressão secundária – é aquela que ocorre na saída da reguladora.


Os inconvenientes da oscilação da pressão são eliminados através da escolha de uma pressão

de trabalho adequada e o uso de reguladores de pressão, que tem as funções de:

Compensar automaticamente o volume de ar requerido pelos equipamentos pneumáticos;

Manter constante a pressão de trabalho (pressão secundária ou de trabalho), independente das

flutuações da pressão de entrada (pressão primária ou de rede), quando acima do valor regulado. A

pressão primária deve estar sempre superior à pressão secundária, independente dos picos de

consumo;

Funcionar como válvula de segurança.

Encontramos dois tipos fundamentais de reguladoras de pressão:

• Válvula reguladora de pressão com escape – quando a pressão é regulada para uma pressão mais

baixa, possui um orifício de escape (sangria) que permite a redução da pressão.

• Válvula reguladora de pressão sem escape – quando a pressão é regulada para uma pressão mais

baixa, esta somente reduzirá a pressão secundária se houver consumo de AC.

Manômetros

É um instrumento que indica pressão relativa e positiva. Instala-se este tipo de equipamento em

um sistema pneumático para a medição e indicação de energia de pressão no ar comprimido.

Normalmente trabalhamos com dois tipos de pressão:

• Pressão absoluta: é a soma da pressão manométrica com a pressão atmosférica.

• Pressão relativa: é a indicada nos manômetros, isenta da pressão atmosférica, geralmente utilizada

nas escalas dos manômetros, indicadas em PSI, Bar, e outras unidades de pressão.

Lubrificador

Os equipamentos instalados em sistemas pneumáticos possuem partes móveis que estão sujeitas

a atritos e desgastes. Para minimizar estes efeitos os equipamentos devem ser lubrificados. O método

empregado neste caso é a lubrificação por meio do ar comprimido, e o equipamento utilizado é o

lubrificador.

O processo consiste em misturar-se óleo lubrificante no fluxo do ar comprimido em que obtém-se

um aspecto de névoa lubrificante.

O ar comprimido sob o aspecto de névoa lubrificante em contato direto com as partes internas dos

equipamentos, estabelecerá a formação de uma película lubrificante.

A lubrificação deve ser efetuada de modo controlado, atingindo todos os equipamentos do circuito,

não devendo porém ser excessiva, o que acarretaria um funcionamento irregular do mecanismo devido a

uma deposição de óleo lubrificante no interior dos equipamentos.

Lubrificador

Pressostato

É um equipamento utilizado para controlar ou regular uma pressão em circuitos hidráulicos ou

pneumáticos.

Transforma uma variação de pressão em sinal elétrico instantâneo, quando os limites máximo e

mínimo de regulagem fixados são atingidos.

Empregam-se pressostatos em instalações onde, através da intensidade de um sinal pneumático

(pressão) pré-ajustado, é acionado um contato elétrico, que, por sua vez, comandará uma solenóide, um

motor elétrico etc.

ATUADORES PNEUMÁTICOS

Atuadores Pneumáticos

Os atuadores pneumáticos são dispositivos que estão localizados no final de um circuito

pneumático, onde se realizam os trabalhos mecânicos após o ar comprimido percorrer todo o circuito.

Significa dizer que os atuadores pneumáticos convertem energia pneumática em mecânica.

Quando o ar comprimido aciona esses atuadores, podemos observar o fenômeno da transformação da

energia pneumática em energia mecânica (força ou torque), nos dois sentidos de movimento do atuador.

Estes atuadores estão divididos em dois grupos:

1. Atuadores lineares: São aqueles que convertem a energia pneumática em movimento linear ou

alternativo. Nesta família os mais utilizados são os cilindros pneumáticos.

2. Atuadores rotativos: São aqueles que convertem a energia pneumática em momento torsor (torque),

com movimento limitado ou contínuo. Neste caso temos os osciladores e os motores pneumáticos

(palhetas, engrenagens, pistões etc.).

Atuadores Lineares

Atuadores Lineares

Cilindros de Simples Ação

Os cilindros de simples ação realizam trabalho recebendo ar comprimido em apenas um de seus

lados. Em geral o movimento de avanço é o mais utilizado para a atuação com ar comprimido, sendo o

movimento de retorno efetuado através de mola ou por atuação de uma força externa devidamente

aplicada.

A força da mola é calculada apenas para que se possa repor o embolo do cilindro à sua posição

inicial com velocidade suficientemente alta, sem absorver energia elevada.

O curso dos cilindros de simples ação está limitado ao comprimento da mola. Por esta razão não

são fabricados cilindros de simples ação com atuação por mola com mais de 100 mm.

Os cilindros de simples ação são especialmente utilizados em operações que

envolvam fixação, expulsão, extração e prensagem entre outras. Os cilindros de simples ação

podem ainda ser construídos com elementos elásticos para reposição. É o caso dos cilindros de

membrana onde o movimento de retorno é feito por uma membrana elástica presa à haste.

A vantagem da membrana está na redução do atrito porém a limitação da força nestes casos se

torna uma desvantagem. Estes cilindros são usados especialmente em situações de pequenos espaços

disponíveis para operações de fixação e indexação de peças ou dispositivos.

Curso máximo 100mm . usado em operações que envolvam fixação, expulsão, extração

e prensagem.

Atuadores Lineares

Cilindros de Simples Ação

Atuadores Lineares

Cilindros de Dupla Ação

Os cilindros de dupla ação realizam trabalho recebendo ar comprimido em ambos os lados.

Desta forma realizam trabalho tanto no movimento de avanço como no movimento de retorno. Um

sistema de comando permite ao ar comprimido atingir uma câmara de cada vez, exaurindo o ar retido na

câmara oposta. Assim quando o ar comprimido atinge a câmara traseira estará em escape a câmara

dianteira e o cilindro avançará.

No movimento de retorno o ar comprimido chega a câmara dianteira e a câmara traseira estará

em escape. Como não há a presença da mola, as limitações impostas aos cilindros de dupla ação, estão

ligadas as deformações da haste quanto a flexão e a flambagem. Os cilindros de dupla ação quando

sujeitos a cargas e velocidades elevadas, sofrem grandes impactos, especialmente entre o embolo e as

tampas.

Diâmetro máximo normal de 6 à 320mm, Curso máximo 2000mm e Velocidade de 0,02 à 1m/s

Atuadores Lineares

Cilindros de Dupla Ação

Atuadores Lineares

Cilindros de Haste Passante

Com este cilindro pode-se efetuar trabalho em ambos os lados ao mesmo tempo. Pode-se

também utilizar um dos lados somente para acionamento de elementos de sinal. Um ponto

positivo importante deste tipo de cilindro é o fato de que por possuir dois mancais de apoio para as

hastes, ele pode suportar cargas laterais maiores porém por possuir hastes em ambos os lados ele tem

sua capacidade de forças reduzidas em relação à cilindros convencionais com uma única haste.

Atuadores Lineares

Cilindro Duplex

Dotado de dois êmbolos unidos por uma haste comum, separados entre si por meio de um

cabeçote intermediário, possui entradas de ar independentes. A força produzida pelo cilindro duplex é a

somatória das forças individuais de cada êmbolo. Isto permite dispor de maior força, em área de

montagem restrita, onde não é possível montar um cilindro de maior diâmetro, porém com um

comprimento maior exigido. É empregado em sistemas de sincronismo de movimento, sendo as câmaras

intermediárias preenchidas com óleo.

Atuadores Lineares

Cilindro Duplex Geminado Ou Múltiplas Posições

Consiste em dois cilindros de dupla ação, unidos entre si, normalmente através de flanges

traseiras, possuindo cada cilindro entradas de AC independentes. Esta montagem possibilita a obtenção

de 3 ou 4 posições distintas:

• 3 posições – obtida com o uso de dois cilindros com o mesmo curso.

• 4 posições – obtida com o uso de cilindros de cursos diferentes.

As posições são obtidas em função da combinação entre as entradas de AC e os cursos

correspondentes. É aplicado em circuitos de seleção, distribuição, posicionamento, comando de dosagem

e transporte de peças para operações sucessivas.

Atuadores Lineares

Cilindro Telescópio Ou De Múltiplos Estágios

São empregados quando o espaço para sua instalação é limitado e necessita-se de um conjunto

de vários cilindros embutidos um dentro do outro. O cilindro de menor diâmetro limita a força do conjunto.

Possui grande aplicação na hidráulica.

Atuadores Lineares

Cilindros Normalizados

Proporcionam intercambialidade a nível mundial de equipamentos. Ex.: ISO 6431 e DIN 24335.

O uso de cilindros pneumáticos normalizados como os da norma ISO 6431, permite que ao existir

um cilindro instalado, possa ser substituído por outro de qualquer fabricante. Já os cilindros especiais

somente poderão ser substituídos por outro do mesmo fabricante.

Atuadores Lineares

Cilindros Especiais

Normalmente cilindros classe leve ou pesada, construídos conforme critérios do fabricante.

Cilindros Especiais Quanto À Forma

Podem ser ovais (anti-giro), retangulares (fixadores).

Atuadores Lineares

Amortecimento

Projetado para controlar movimentos de grandes massas e desacelerar o pistão nos fins decurso, aumentando sua vida útil. Pode ser pneumático, com ou sem regulagem e elástico. Noamortecimento pneumático, o efeito é criado pelo aprisionamento de uma quantidade de ar no final docurso. Isto é feito quando um colar que envolve a haste começa a ser encaixada em uma guarnição,vedando a saída principal de ar e forçando-o por uma restrição fixa ou regulável, através do qualescoara uma vazão menor. Isto causa uma desaceleração gradativa na velocidade do pistão e absorveo choque. Elimina o efeito de chute em cargas não sujeitadas.

Atuadores Lineares

Controle da velocidade de deslocamento do cilindro pneumático

É necessário alterar as velocidades de deslocamento dos cilindros pneumáticos, acelerando oureduzindo a sua velocidade natural, para tal, são utilizados dispositivos descritos abaixo, que serãodetalhados mais a frente.

Em função da aplicação do cilindro pneumático pode-se desejar que a velocidade dedeslocamento do cilindro seja máxima. Para isso devemos:

• Utilizar uma válvula de escape rápida, conectada através de um niple (portanto, o mais próximo possíveldo cabeçote do cilindro);

• Utilizar válvulas de maior capacidade;

• Utilizar tubos curtos e de maior diâmetro entre a válvula e o cilindro.

Atuadores Rotativos

Os atuadores rotativos são normalmente denominados atuadores pneumáticos rotativos ou

cilíndricos rotativos e são instalados na parte final de um circuito pneumático, quando o trabalho a ser

realizado é uma operação de rotação.

Convertem a energia pneumática em movimento rotativo, causando momento torsor, torque

contínuo ou limitado. Estão agrupados em:

Osciladores pneumáticos: Consistem em um conversor onde o movimento retilíneo, obtido por

intermédio de um fluido pressurizado, é convertido em movimento rotativo, com ângulo limitado. O

movimento retilíneo é produzido pelo ar comprimido ou óleo que age alternadamente sobre dois êmbolos

fixos em uma cremalheira, engrenada a um pinhão. Basicamente, é um cilindro de duplo efeito que

permite, em função da relação de transmissão, a obtenção do angulo de rotação.

Motores pneumáticos: Na indústria moderna, o motor pneumático é cada vez mais empregado,

especialmente onde é impossível e perigoso o uso de aparelhos elétricos ou quando a sua manutenção

torna-se demasiadamente cara. Outro referencial que indica a sua utilização é a presença de ambientes

úmidos, corrosivos, quentes, ácidos, explosivos, ou com predominância de pó etc. É bom ressaltar que os

motores pneumáticos são o oposto dos compressores, ou seja, ele não é o gerador de ar comprimido, e

sim o elemento que utiliza-se da energia contida no ar comprimido para realizar seu movimento.

Osciladores Pneumáticos

Osciladores Pneumáticos tipo Cremalheira

Na execução com atuadores de ação dupla, a haste de êmbolo tem um perfil dentado

(cremalheira). A haste de êmbolo aciona com esta cremalheira uma engrenagem, transformando o

movimento linear em um movimento rotativo à esquerda ou à direita, sempre segundo a direção do curso.

Os campos de rotação usuais são vários, isto é, de 45º, 90º, 180º, 290º, até 720º.

Um parafuso de regulagem possibilita, porém, a determinação do campo de rotação parcial dentro

do total. O momento de torção depende da pressão, da área do êmbolo e da relação de transmissão.

Osciladores Pneumáticos

Osciladores Pneumáticos tipo Aleta Giratória

Como nos atuadores rotativos já descritos, também nos de aleta giratória é possível um giro

angular limitado. O movimento angular raramente vai além de 300º. A vedação é problemática, o diâmetro

em relação à largura, em muitos casos, somente possibilita pequenos momentos de torção (torque).

Motores Pneumáticos

Motores de Engrenagem

A geração do momento de torção efetua-se nesta construção pela pressão de ar contra os flancos

dos dentes de duas engrenagens engrenadas. Uma engrenagem é montada fixa no eixo do motor; a

outra, livre no outro eixo. Estes motores, empregados como máquinas de acionar, estão à disposição com

até 44 kw (60 CV). A direção de rotação destes motores, fabricados com engrenagens retas ou helicoidais

não é reversível.


Motores de Palhetas

Graças à construção simples e de pequeno peso, os motores pneumáticos geralmente são

fabricados como máquinas rotativas com palhetas. São, em princípio, contrários aos compressores de

células múltiplas (compressor rotativo). O rotor está fixado excentricamente em um espaço cilíndrico e é

dotado de ranhuras. As palhetas colocadas nas ranhuras serão, pela força centrífuga, afastadas contra a

parede interna do cilindro. A vedação individual das câmaras é garantida. Por meio de pequenas

quantidades de ar, as palhetas serão afastadas contra a parede interna do cilindro, já antes de acionar o

motor. A velocidade do rotor varia de 3000 rpm a 8500 rpm. Existem unidades com rotação à direita e à

esquerda. A faixa de potência é de 0,1-17 kw (0,l - 23CV).


Turbomotores

Turbomotores são usados somente para trabalhos leves, pois sua velocidade de giro é muito alta

(são utilizados em equipamentos dentários até 500.000 rpm). O princípio de funcionamento é o inverso

dos turbocompressores.


Motores de Pistão

Este tipo está subclassificado em motores de pistão radial e axial. Por pistões em movimento

inverso, o ar, através de uma biela, aciona o eixo de motor. Para que seja garantido um movimento sem

golpes e vibrações, são necessários vários pistões. A capacidade dos motores depende da pressão de

entrada, número de pistões, área dos pistões e de seu curso. Existem motores pneumáticos com rotação

à direita e à esquerda. A rotação máxima está fixada em 5000 rpm. A faixa de potência em pressão normal

de ar está em 1,5 - 19 kw (2-25 CV).


As características destes motores são:

Regulagem sem escala de rotação e do momento de torção.

Construção leve e pequena.

Seguro contra sobrecarga.

Insensível contra poeira, água, calor, frio.

Seguro contra explosão.

Grande escolha de rotação e facilidade de inversão.

Conservação e manutenção insignificantes.

VÁLVULAS DE CONTROLE

Válvulas pneumáticas

Os cilindros pneumáticos para desenvolverem as suas ações produtivas, devem ser alimentados

ou descarregados convenientemente, no instante em que desejarmos, ou conforme o sistemaprogramado. Os elementos que servem para orientar os fluxos de ar, impor bloqueios, controlar suaintensidade de vazão ou pressão são denominados válvulas.

As válvulas pneumáticas podem ser classificadas como:

Válvulas de controle direcional;

Válvulas de bloqueio (anti-retorno);

Válvulas de controle de fluxo;

Válvulas de controle de pressão.

Válvulas Direcionais

Conceitualmente, as válvulas de controle direcional ou simplesmente válvulas direcionais são

utilizadas para determinar as direções (alimentação, inversão, descarga ou bloqueio) que o fluxo de ar

comprimido deve seguir, a fim de realizar um trabalho proposto.

Basicamente, são os componentes utilizados diretamente para o comando dos movimentos dos

atuadores.

Válvula Direcional Tipo Carretel Deslizante

Este tipo de válvula possui em seu interior um elemento móvel (carretel ou pistão), que se desloca

axialmente em um furo, estabelecendo ligações entre as vias (orifícios de conexões da válvula),

proporcionando as direções para os fluxos do ar comprimido.


Simbologia de Válvulas

Em esquemas pneumáticos, para representarmos as válvulas direcionais, são utilizados símbolos.

Estes símbolos não caracterizam o tipo de construção, mas somente a função das válvulas. Para

definição da simbologia de uma válvula direcional, devemos previamente conhecer suas características,

como:

• Número de posições

• Número de vias (orifícios de conexão)

• Tipo de acionamento

• Tipo de retorno

• Tipo de interligação para cada respectiva posição


Número de Posições

Podemos definir como sendo a quantidade de manobras distintas que a válvula direcional pode

executar. Como ilustração, podemos avaliar o caso de uma torneira, que pode estar aberta ou fechada.

Nesse caso, esta torneira é uma válvula, que possui duas posições, ou seja, ora permite passagem, ora

não. De acordo com o tipo de construção, a válvula direcional pode assumir duas, três ou mais posições,

modificando a direção e sentido do fluxo de fluido. Graficamente, estas posições podem ser simbolizadas

como mostram as figuras a seguir.


Número de Vias

O número de vias é contado a partir do número de conexões (orifícios) que a válvula possui em

um quadrado.

No interior dos quadrados, utilizamos:

As setas para definir as interligações que se estabelecem entre as vias.

Os símbolos em forma de T para identificar as vias bloqueadas internamente pelo carretel.


Formas de Acionamento

VÁLVULAS AUXILIARES

Válvulas Auxiliares

A realização de uma instalação pneumática requer os equipamentos de produção do ar

comprimido, secagem, armazenamento, preparação, acionadores e válvulas de comando. Entretanto,

determinados circuitos pneumáticos apresentam complexidades, que não são satisfeitas unicamente com

os equipamentos apresentados.

As válvulas auxiliares são utilizadas para preencherem essas exigências e possibilitam a

execução de circuitos pneumáticos mais complexos.

São exemplos dessa classe de equipamentos:

• Válvulas de retenção ou alívio;

• Válvulas alternadoras;

• Válvulas escape rápido;

• Válvulas reguladoras de fluxo.

Válvulas NA e NF

Válvulas direcionais com duas posições e até três vias que tenham, na posição de repouso, a via

de pressão bloqueada são chamadas de Normalmente Fechadas (NF). Aquelas que, ao contrário,

possuírem esta via aberta são denominadas Normalmente Abertas (NA).

Válvulas CF, CAP e CAN

As válvulas direcionais de três posições caracterizam-se pela sua posição central.

Válvulas de Memórias

São válvulas de duas posições acionadas por duplo piloto.

Tipos de Escapes

Os escapes das válvulas são representados por triângulos. Quando encontrarmos o triângulo

junto à simbologia da válvula, ele estará representando um escape livre, ou seja, sem conexão. Se ele

estiver afastado, o escape representado será o escape dirigido; com conexão.

Válvulas em Repouso ou Trabalho

Válvulas direcionais acionadas mecânica, elétrica ou pneumaticamente podem ser encontradas e

representadas em circuitos de duas formas diferentes: em posição de repouso (não acionada) ou de

trabalho (acionada).

Válvula Alternadora (OU)

Também chamada “válvula de comando duplo ou válvula de dupla retenção”. Esta válvula tem

duas entradas, X e Y, e uma saída, A. Entrando ar comprimido em X, a esfera fecha a entrada Y e o ar flui

de X para A. Em sentido contrário, quando o ar flui de Y para A, a entrada X será fechada.

No retorno do ar, quer dizer, quando um lado de um cilindro ou de uma válvula entra em exaustão,

a esfera permanece na posição em que se encontrava antes do retorno do ar.

Esta válvula também seleciona os sinais das válvulas-piloto provenientes de diversos pontos e

evita o escape do ar de uma segunda válvula. Devendo ser um cilindro ou uma válvula acionada de dois

ou mais pontos alternados, é necessário empregar uma válvula alternadora.

Válvula Alternadora (OU)

Válvula de Duas Pressões (E)

Esta válvula tem duas entradas, X e Y e uma saída A. Só haverá uma saída em A, quando

existirem os dois sinais de entrada X “E” Y.

Um sinal de entrada em X ou Y impede o fluxo para A, em virtude das forças diferenciais no pistão

corrediço. Existindo diferença de tempo nos sinais de entrada, o sinal atrasado vai para a saída. Quando

há diferença de pressão dos sinais de entrada, a pressão maior fecha um lado da válvula, e a pressão

menor vai para a saída A.

Emprega-se esta válvula principalmente em comando de bloqueio, comandos de segurança e

funções de controle em combinações lógicas.

Válvula de Duas Pressões (E)

Válvula de Escape Rápido

Válvulas de escape rápido se prestam para aumentar a velocidade dos êmbolos dos atuadores.

Tempos de retorno elevados, especialmente em cilindros de ação simples, podem ser eliminados dessa

forma.

A válvula está provida de conexão de pressão P e conexão de escape R bloqueáveis. Se tivermos

pressão em P, o elemento de vedação desloca-se ao assento do escape.

Dessa forma, o ar atinge a saída pela conexão de utilização. Quando a pressão em P deixa de

existir, o ar, que agora retorna pela conexão A, movimenta o elemento de vedação contra a conexão P, e

provoca seu bloqueio. Dessa forma, o ar pode escapar por R, rapidamente, para a atmosfera.

Evita-se, com isso, que o ar de escape seja obrigado a passar por uma canalização longa e de

diâmetro pequeno, até a válvula de comando. O mais recomendável é colocar o escape rápido

diretamente no cilindro ou, então, o mais próximo possível deste.

Válvula de Escape Rápido

Válvula de Retenção

Válvulas de bloqueio liberam o fluxo preferencialmente em um só sentido e bloqueiam o sentido

inverso. O corpo de vedação da válvula de retenção, sujeito à pressão de mola, desloca-se de seu

assento quando a pressão contra a ação da mola se torna maior do que a sua tensão.

Válvula Reguladora de Fluxo Bidirecional

Estas válvulas têm influência sobre a quantidade de ar comprimido que flui por uma tubulação; a

vazão será regulada em ambas as direções do fluxo.

Válvula Reguladora de Fluxo Unidirecional

Nesta válvula, a regulagem do fluxo é feita somente em uma direção. Uma válvula de retenção

fecha a passagem numa direção e o ar pode fluir somente através da área regulada. Em sentido contrário,

o ar passa livre através da válvula de retenção aberta.

Válvula Limitadora de Pressão

É formada por uma vedação de assento cônico, mola e um parafuso de ajuste.

Quando a pressão em P assume um valor que corresponde à tensão da mola, o cone de vedação

se desloca de seu assento e libera o caminho ao escape. A fim de evitar defeitos oscilatórios devido às

pequenas variações de pressão, existe um volume maior antes do cone de vedação, que possui um

escape para A apenas por um ponto de estrangulamento.

São também conhecidas como válvulas de sobrepressão ou válvulas de segurança.

Válvula de Fechamento

As válvulas de fechamento servem para a separação de instalações pneumáticas ou de circuitos

pneumáticos inteiros do abastecimento de ar comprimido. Elas abrem e fecham a passagem do fluxo sem

escala.

Temporizador

O temporizador pneumático tem a finalidade de retardar um sinal pneumático.

É constituído de uma pequena válvula direcional de carretel e de uma válvula reguladora de fluxo.

Em um circuito pneumático, posiciona-se, normalmente, esse tipo de componente entre o

dispositivo de comando e o de acionamento de uma válvula direcional.

Pode ser montado em uma sub-base ou sobre uma válvula direcional (com ou sem válvula

solenóide).

Referências Bibliográficas

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à Pneumática).

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Brasil, 1977.

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Paulo, SP, Brasil, 1977.

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10. Projetos de Sistemas Pneumáticos. Festo Didactic, 1998

11. Tecnologia Pneumática Industrial. Parker Training, 2000

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