eletropneumática

ELETROPNEUMÁTICA

MECATRÔNICA ATUAL Nº 2 - FEVEREIRO/200244

COMPONENTES MAIS USADOSEM UMA AUTOMAÇÃOELETROPNEUMÁTICA

Botoeiras

Esses elementos são destina-dos a comutação de sinais elétri-cos, isto é, permitem ou não a pas-sagem de uma corrente elétrica,fazendo com isso a energização oudesener-gização de pontos de umcircuito (figura 1). Os tipos maiscomuns são:

Push-Button – este permaneceacionado quando pressionado e aber-to quando liberado.

Botão de Retenção – aopressioná-lo, ele é acionado, porém

só será liberado quando for novamen-te pressionado.

Botão tipo Cogumelo – aopressioná-lo, ele é travado permane-cendo acionado até quando o des-travarmos girando o botão no sen-tido horário. Este tipo de botão écomum nas chamadas chaves deemergência.

Nesse ponto, vale a pena abordar-mos os conceitos NA (normalmenteaberto) e NF (normalmente fechado).

Juliano MatiasPhoenix Contact

Na área de Automação Industrial, um dos segmentos mais utilizados até hoje é sem dúvida o daPneumática, pois esta possui características de velocidade e força para a realização de tarefas utili-zando o ar comprimido como fonte de energia. Mas, como se diz que força não é nada sem controle,abordaremos neste artigo conceitos de elaboração de circuitos eletropneumáticos para controle deelementos pneumáticos como pistões, válvulas e motores, com o uso de elementos de comutaçõeselétricas.

Boa leitura!

Em um circuito elétrico um con-tato NA é um contato que permite apassagem de corrente elétrica quan-do o botão é acionado. Um contatoNF é o contrário, isto é, quando obotão não está acionado ele já estápermitindo a passagem da correnteelétrica e, ao acioná-lo, a passagemde corrente é interrompida (figura 2).Muito cuidado, pois esses conceitosvalem somente para circuitos elétri-cos, para circuitos pneumáticos eles

Figura 1 - Botão industrial desmontado. Figura 2 - Dois circuitos comutadores: um NA e um NF.

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são invertidos, uma válvula NA empneumática permite a passagem dear com a válvula não acionada, en-quanto uma válvula NF só permite apassagem de ar com ela acionada,como podemos ver na figura 3.

Detectores de limite mecânico

Por meio destes dispositivos épossível a detecção de posições in-termediárias e finais das hastes doscilindros pneumáticos ou dos elemen-tos mecânicos que estes acionam.

Roletes – são dispositivos quepossuem a finalidade de permitir apassagem de corrente, sendo que

sua comutação se dá em qualquersentido. Mostramos alguns exemplosna figura 4.

Gatilhos – são similares aosroletes, porém, seu acionamentoocorre em apenas um sentido de mo-vimento, e sua comutação é um pul-so rápido.

Detectores sem contatomecânico

Funcionam como detectores delimite mecânico, tendo como princi-pais características o não contatofísico com a máquina e a alta veloci-dade de comutação.

Sensores indutivos – Este tipode detector é muito interessante, poispermite que seja instalado onde aschaves fim-de-curso muitas vezessão inviáveis de colocar em uma má-quina. Também é muito utilizado ondehá necessidade de um alto númerode chaveamentos.

Os sensores indutivos são cons-tituídos por um circuito oscilador, umcircuito de disparo e um circuito am-plificador, conforme podemos ver nafigura 5.

O circuito oscilador gera (atravésde uma bobina) um campo magnéti-co que sobressai em forma de umcírculo na face do sensor quando al-gum objeto metálico se aproxima daface do sensor, são geradas corren-tes parasitas no objeto metálico con-sumindo energia do oscilador e, emvirtude disso, a tensão no osciladorcai. O circuito de disparo detecta essaqueda na tensão e assume como cir-cuito ativo, mas esse sinal não geraenergia suficiente para acionar algu-ma carga elétrica, por isso se faznecessário um circuito amplificadorpara compatibilizar com a carga queserá controlada. Temos algunsexemplos de sensores indutivosnas figuras 6 e 7.

Figura 3- Temos um comparativo entre circuitos elétricos e pneumáticos NA e NF.

Figura 4 - Exemplos de chave fim-de-curso (a e b) e chave do tipo rolete da empresa Metaltex (c).

Figura 5 - Diagrama em blocos de um sensor indutivo.

Figura 6 - Sensor Indutivo da empresaFESTO.

Figura 7 - Vários tipos de sensores indutivos.

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Contato Reed – Esses elemen-tos são muito vantajosos em umaaplicação onde se requer um alto nú-mero de ciclos de acionamento ouquando não há espaço para a mon-tagem de chaves fim-de-curso ousensores convencionais. Seu funcio-namento baseia-se em um elementomuito conhecido na área de eletrôni-ca, que é o reed-switch. Ele é consti-tuído por dois contatos elétricos den-tro de uma ampola de vidro com gásinerte, e esses contatos se fechammediante a presença de um campomagnético (figura 8).

Os reed-switches são colocadosno corpo de um cilindro pneumático,e o êmbolo do cilindro possui um anelpneumático que, ao passar pelo reed-switch, força-o a fechar os seus con-tatos provocando então a passagemda corrente elétrica por eles.

Bobina tipo solenóide

Nada mais é do que um condutorenrolado em forma helicoidal. Quan-

do uma corrente elétrica passa poresse condutor forma-se um campomagnético no interior do solenóide,

com isso criam-se forças dentro dosolenóide que servem para a movi-mentação de cargas ferrosas, dandoorigem a aplicações eletromecânicas(relés, solenóides,...).

Os elementos mais utilizados emaplicações eletropneumática são asválvulas solenóides (figura 9), asquais transformam sinais elétricosem sinais pneumáticos. A parte elé-trica dessa válvula é constituída porum cabeçote no qual se encontrauma bobina com um núcleo metálicomóvel. Ao receber o sinal elétrico, abobina produz um campo magnéticoque movimenta o núcleo, este movi-mento provoca o acionamento elétri-co da válvula pneumática. Existemvárias versões de válvulas, cadaqual para determinada aplicação.

Nas válvulas de acionamento di-reto a força necessária para a movi-mentação do carretel tinha que serrealizada pela própria bobina da vál-vula, isto é, quanto maior fosse aválvula maior tinha que ser a bobinapara acioná-la e, conseqüentemen-te, maior o consumo de energia. Paraevitar esse problema criou-se o co-mando servopiloto.

Este acionamento tem a funçãode acionar pneumaticamente a vál-vula principal, é como se fosse umapequena válvula acionando uma vál-

Figura 8 - Reed-Switch.

Figura 9 - Válvula com acionamento através de solenóides (a). Diferenciação da bobina e doconector do solenóide (b). Conectores para válvulas da empresa Phoenix Contact (c).

Figura 10- Válvula solenóide de 3/2 vias com acionamento por servopiloto.

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vula maior, com isso quem aciona aválvula principal é o ar que provémda válvula piloto (figura 10).

Existem outros equipamentosbásicos para utilização emeletropneumática, tais como relésauxiliares, relés temporizadores, en-tre alguns, porém sendo eles de co-nhecimento geral na área de

eletroeletrônica não abordaremos osseus conceitos neste artigo.

COMANDOS PNEUMÁTICOS EELETROPNEUMÁTICOS

Existem várias formas e caminhospara se projetar um circuito eletro-pneumático. Sendo circuitos lógicos e

binários, podemos adotar o mesmoconceito da eletrônica digital.

Para isso, na lógica existem doisestados possíveis:

- 0: quando não há sinal;- 1: quando há sinal.

Podemos fazer qualquer lógicacombinacional utilizando apenas trêsfunções lógicas básicas:

- “E”;- “OU”;- “NÃO”

Função “E”

Essa função se caracteriza porapresentar o nível lógico 1 na suasaída somente quando todas as suasentradas apresentarem nível lógico1, como podemos ver pela sua tabe-la verdade da figura 11-a.

Simbologia (figura 11-b).Circuito Pneumático Equivalente

(figura 11-c).Circuito Elétrico Equivalente (figu-

ra 11-d).

Função “OU”

Essa função se caracteriza porapresentar o nível lógico 1 na suasaída quando alguma das suas en-tradas apresentar nível lógico 1, comopodemos ver na sua tabela verdadeda figura 12-a.


(figura 12-c).Circuito Elétrico Equivalente (figu-

ra 12-d).

Função “NÃO”

Função também conhecida comoinversora, isto é, o sinal de saída é osinal de entrada invertido, como po-demos ver na sua tabela verdade dafigura 13-a.


(figura 13-c)Circuito Elétrico Equivalente (figu-

ra 13-d).Bem, como dissemos anterior-

mente, podemos fazer qualquer cir-

Figura 11 - Lógica "E". Tabela verdade (a), símbolo eletrônico de uma Lógica "E" de 4entradas (b), circuito pneumático equivalente (c) e circuito elétrico equivalente (d).

Figura 12 - Lógica "OU". Tabela verdade (a), símbolo eletrônico de uma Lógica "OU" de 4entradas (b), circuito pneumático equivalente (c) e circuito elétrico equivalente (d).

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cuito que envolva uma lógicacombinacional com as lógicas “E”,“OU” e “NÃO”, tomemos o exemplo:

S= ((E1 AND E2) OU NOT(E3))AND E4

Essa equação também é conhe-cida no seguinte formato:

4).3)2.1(( EEEES +=

Temos nas figuras 14 e 15 a re-presentação do circuito em blocos ló-gicos e em representação elétrica.

Figura 14 - Lógica combinacional do circuito.

Figura 15 - Diagrama de contatos elétricos.

EXEMPLOS DE CIRCUITOSELETROPNEUMÁTICOS

EXEMPLO 1: Acionamento de umcilindro de simples ação.

Acionado o botão b1, energiza-se s1 que pilota a válvula, fazen-do com que o pistão avance, per-manecendo assim até que o bo-tão b 1 se ja desconectado.Desenergizando s1, a válvula vol-ta à posição inicial e o cilindrorecua (figura 16).

EXEMPLO 2: Acionamento de umcilindro de dupla ação.

Acionando-se o botão b 1,energiza-se s

1 que pilota a válvu-

la fazendo com que o p is tãoavance, permanecendo ass immesmo que o botão b1 não estejamais sendo acionado (pois o re-torno da válvula não é a mola).Ao acionar o botão b

2 a válvula

Figura 13 - Lógica "NÃO". Tabela verdade (a), símbolo eletrônico (b), circuito pneumáticoequivalente (c) e circuito elétrico equivalente (d).

Figura 16 - Exemplo 1 - acionamento de um cilindro de simples ação com retorno por mola.

Figura 17- Exemplo 2 - acionamento de um cilindro com uma válvula de 2 posições eletro-pilotadas.

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CONCLUSÃO

Vimos neste artigo a facilidade de implementação de um circuito eletropneumático. É claro quedemos exemplos de circuitos bem simples, mas eles são a base de qualquer circuito onde emprega-mos lógica binária de controle.

Na área de Automação Industrial temos ainda vários circuitos onde utilizamos CLPs (ControladoresLógicos Programáveis) para implementar uma lógica de controle, entretanto, os conceitos são osmesmos que nós vimos até aqui, a diferença consiste em transcrever o circuito elétrico para algumalinguagem padrão de CLP como o Ladder, Lista de Instruções, entre outras... Esses temas serãoabordados em outras edições da Mecatrônica Atual.

retorna, fazendo com issoque o pistão recue (figura 17).

EXEMPLO 3: Dosagem deElementos.

Esse úl t imo exemplovisa a real compreensãoe execução do que seriauma máquina ut i l izandocircui tos eletropneumá-ticos, na prática.

Aqui temos um proces-so por batelada, este é umdosador de algum elemen-to cujo volume de materiala ser dosado é a diferençaentre as hastes dos cilin-

Empresas que serviram deReferências Bibliográficas

para a elaboração desteartigo:

FESTOwww.festo.com.br

PARKER AUTOMATION www.parker.com\automation

PHOENIX CONTACT www.phoenixcontact.com

METALTEX www.metaltex.com.br

Figura 18 - Exemplo 3 - dosador.

Figura 19 - Exemplo 3 - circuito eletropneumático do dosador.

dros A e B, vezes o diâmetro datubulação, como podemos ver nafigura 18.

O processo ocorre da seguinte forma:quando o operador pressiona o botão destart o cilindro B avança no sentido b, fe-chando com isso a tubulação; ao chegar nachave fim-de-curso b

1, esta aciona a

válvula solenóide s3 fazendo com

que o cilindro A recue enchendo atubulação de material; quando o ci-lindro A achar o fim-de-curso b3, ocircuito aciona a válvula solenóide deretorno do mesmo cilindro (s

4) fazen-

do com que ele recue imediatamentedando tempo somente de encher a tu-bulação de material. O cilindro A avan-çado aciona o fim-de-curso b2, fazendocom que o cilindro B recue liberando omaterial e finalizando o processo(figura 19). l

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