Introdução à Pneumatica

Introdução à Pneumática

João Silva, 2011/2012

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Objectivos

Ter consciência dos princípios gerais de instalação de uma rede de ar comprimido.

Conhecer a nomenclatura e simbologia de diversos componentes pneumáticos e ser capaz de interpretar circuitos pneumáticos.

Elaborar circuitos pneumáticos simples e testá-los em bancada experimental.

Elaborar circuitos sequenciais, com respectivos diagramas trajecto-passo.

Aplicar as propriedades físicas na resolução de exercícios teórico-práticos para determinação de necessidades de sistemas pneumáticos simples.

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Produção e distribuição

A unidade de produção de ar comprimido é o compressor. Este pode assumir dois tipos fundamentais de funcionamento:

Deslocamento Dinâmico: Eleva a pressão por meio de conversão de energia cinética, através da aceleração do ar enquanto este passa nos impulsores, e retardamento do seu escoamento, através de difusores. (ex: compressor dinâmico de fluxo radial)

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Produção e distribuiçãoDeslocamento Positivo: Eleva a pressão por redução do

volume. O ar é admitido numa câmara isolada do meio exterior e o seu volume é gradualmente reduzido. O ar vai escoando para o tubo de descarga no caso de diminuição contínua de volume, ou escoa após uma certa pressão ser atingida, provocando a abertura de válvulas de descarga. (ex: compressores de pistão)

O símbolo CETOP para um compressor, independentemente do tipo, é:

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A unidade de arrefecimento é um componente instalado à saída do compressor.

Permite reduzir a temperatura evitando sobre-aquecimento do sistema e retira alguma humidade do ar.

O símbolo CETOP para uma unidade de arrefecimento é:

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Produção e distribuiçãoNormalmente os sistemas de ar comprimido possuem um ou

mais reservatórios, para armazenar o ar comprimido, auxiliar na eliminação de ar condensado, compensar flutuações de pressão e estabilizar o fluxo no sistema.

O símbolo CETOP para um reservatório é:

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A humidade presente no ar pode ser um problema grave nas instalações de ar comprimido. Para reduzir a presença de humidade, é normalmente instalada uma unidade de secagem.

O símbolo CETOP para uma unidade de secagem é:

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Produção e distribuiçãoA rede de distribuição de ar comprimido deve tomar em

conta as necessidades da instalação.Geralmente o layout desta é um circuito fechado em torno

da área de necessidade, com ramificações para os pontos de utilização.

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Produção e distribuiçãoA rede deve possuir válvulas de isolamento em diversos

pontos, para que seja possível isolar uma dada área que necessite de intervenção.

As instalações devem também ter em atenção:● Tipo de ligações entre tubos.● Curvaturas.● Inclinação e drenagem de humidade.

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Produção e distribuiçãoPor fim, nos pontos de captação para os postos

consumidores, a captação deve ser feita pela parte superior do tubo principal e o ponto de utilização não deve estar no extremo, onde deve estar um purgador. O ponto de utilização deve estar mais acima, com uma unidade de condicionamento antes de o ar entrar na máquina.

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Unidades de condicionamento

Estas são as unidades que dão o tratamento final ao ar, antes de este entrar no circuito de uma máquina.

Estas unidades são constituídas por filtro, válvula reguladora de pressão e lubrificador. Existe também um manómetro para verificação da pressão.

A filtragem de impurezas e lubrificação permite que as partes móveis sejam mais eficientes, reduzindo o efeito abrasivo entre elas.

ou o símbolo simplificado

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Actuadores pneumáticosCilindros

São actuadores de movimento linear ou angular. Existem diversos tipos:Acção simples:

Acção simples, retorno por mola:

Acção simples, avanço por mola:

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Dupla acção:

Dupla acção, amortecido:(disponível em maiores diâmetros)

Dupla acção, haste dupla:

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Duplex contínuo (tandem):

Duplex geminado:

(múltiplas posições)

Telescópico:

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Impacto:

Sem haste:

Hydro-check:

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Fixação: existem diversos tipos de fixação, para utilização de acordo com o objectivo do cilindro.

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Actuadores pneumáticosRotativos - Motores

Os motores pneumáticos possuem algumas vantagens em relação a motores eléctricos da mesma capacidade:

Mais pequeno e leve.Projectados para suportar condições exigentes, de calor

extremo, vibrações, golpes, etc.Reversível como standard e capacidade de arrancar e parar

continuamente sem danificar.Construcção simples com facilidade de manutenção e

seguro, com poucas partes móveis.

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Actuadores pneumáticosOsciladores

Osciladores são actuadores que efectuam movimentos rotativos dentro de um determinado intervalo angular.A sua construcção permite normalmente uma operação com pouca manutenção.

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Actuadores pneumáticosManuseadores

O manuseamento de uma máquina pneumática pode passar por vários tipos de manuseadores, entre os quais

Ventosas (sistemas de vácuo): utilizados para manipulação de objectos com uma superfície lisa.

Garras: mais versáteis, mas potencialmente mais dificeis de lidar.

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Válvulas de controlo direccionalPosições

As válvulas de controlo direccional são um elemento crucial num circuito pneumático.

A sua representação base é um conjunto de quadrados, correspondendo a cada uma das posições que a válvula pode assumir.

Tipicamente estas podem ter duas ou três posições.

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Válvulas de controlo direccionalVias

As vias de uma válvula são o número de orifícios que esta possui, sejam de entrada de pressão, de escape de ar ou de utilização.

As ligações internas entre os orifícios são representadas com setas, enquanto os orifícios fechados, por um símbolo de bloqueio.

O número de vias pode ser verificado pelo número de contactos com os lados de um dos quadrados da vávula.

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As vias (orifícios) de uma válvula são identificados, segundo norma CETOP por números (ou letras por norma DIN):

nº 1 (P) – alimentação; entrada principal de ar.

nº 2 (A) – utilização, saída; orifício de aplicação em válvulas 2/2, 3/2 e 3/3.

nºs 2 e 4 (A e B) – utilização, saída; orifícios de aplicação em válvulas 4/2, 4/3, 5/2 e 5/3.

nº 3 (R) – escape, exaustão; orifício de exaustão em válvulas 3/2, 3/3, 4/2 e 4/3.

nºs 3 e 5 (R e S) – escape, exaustão; orifícios de exaustão em válvulas 5/2 e 5/3.

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As válvulas podem ter diversos tipos de accionamento, entre eles, tipo piloto. Nesse caso, também os orifícios de pilotagem têm uma identificação numérica específica, baseada na identificação do orifício de alimentação 1:

nº 10 (X) – quando a válvula é activada através deste orifício, a alimentação 1 vai ficar ligada a 0 (bloqueada).

nº 12 (Y) – liga a alimentação 1 à via de utilização 2 (P->A).

nº 14 (Z) – liga a alimentação 1 à via de utilização 4 (P->B).

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Válvulas de controlo direccionalNo circuito

A posição de repouso de uma válvula é a posição adoptada pelas partes internas da válvula, quando não conectada nem accionada.

A posição inicial de uma válvula (noção estendida a cilindros, e outros componentes) é a posição assumida assim que é instalada no circuito, pressurizado ou electrificado.

Num circuito, a identificação numérica das vias e as ligações do circuito são feitas ás vias representadas na posição inicial.

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Válvulas de controlo direccionalAccionamento

O accionamento de válvulas pode ser de diversos tipos: muscular, mecânico, pneumático, eléctrico, combinado.

Muscular: é um comando dado por força muscular de um operador. As válvulas com este tipo de accionamento são conhecidas como válvulas de painel. Este tipo de accionamento pode também possuir um travão.

Geral

Botão

Alavanca

Pedal

Com travão

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Mecânico: para sistemas automáticos, são necessárias válvulas accionadas por uma parte móvel da máquina. O comando é conseguido através de um contacto mecânico sobre o accionamento, colocado estrategicamente ao longo de um movimento qualquer. As válvulas com este tipo de accionamento são conhecidas como válvulas fim de curso.

Pino

Rolete

Gatilho ouRolete Escamoteável

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Pneumático: As válvulas com este tipo de accionamento são comutadas por acção de ar comprimido, proveniente de um sinal preparado pelo circuito e emitido por outra válvula.

Directo positivo

Directo negativo IndirectoPiloto negativo

IndirectoPiloto positivo

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Eléctrico: as válvulas são activadas por sinais eléctricos provenientes de chaves de fim de curso, temporizadores, etc. Este tipo de accionamento é muito utilizado onde a rapidez dos sinais de comando é o factor importante, em circuitos complexos e quando há uma grande distância entre emissor e receptor.

Solenóide Solenóide de 2 bobinas

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Combinado: também conhecido como Servo Piloto, Comando Prévio e Indirecto. Uma válvula de pré-comando, com um conjunto de canais internos e/ou externos, prepara o comando para activação da válvula principal.

Solenóide e Piloto Positivo

Botão E Piloto Positivo com Solenóide

Botão OU Solenóide e Piloto Positivo

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Válvulas de controlo direccional

As válvulas são normalmente constituidas por uma parte móvel que de alguma forma acenta nos orifícios ou tapa-os ao longo do seu comprimento, e que se move de acordo com os comandos que chegam à válvula.

Podem ser Normalmente Abertas ou Normalmente Fechadas, o que significa que a passagem de ar está aberta ou fechada, respectivamente, em estado inicial.

A nomenclatura usada indica qual o número de vias e quantas posições a válvula pode assumir: nºVias/nºPosições

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Válvulas de controlo direccionalExemplos

Válvula 2/2 accionada por rolete,retorno por mola, N.F.

Válvula 3/2 accionada por pino, retorno por mola, N.F.

Aplicação de uma válvula 3/2. Comando directo de um cilindro.

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Aplicação de uma válvula 3/2 vias. Comando indirecto de um cilindro.

Válvula 3/2 accionada por piloto,retorno por mola, N.F.

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Válvula 3/2 accionada por solenóide, retorno por mola, N.F.

Válvula 3/2 accionada por solenóide indirecto, retorno por suprimento interno, N.F.

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Válvula 3/2 accionada por duplo piloto positivo.

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Válvula 5/2 accionada por duplo piloto positivo.

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Válvula 3/3 accionada por alavanca, centrada por mola, C.F.

Válvula 5/3 accionada por duplo piloto, centrada por mola, C.F.

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Elementos auxiliaresVálvula de retenção, é usada para isolar partes do sistema. Permite passagem do ar num sentido e bloqueia no outro. O bloqueio pode ser com e sem mola.

Válvula de escape rápido, permite passagem de ar numa direcção e escape directo na outra. Ligada ao cilindro, o ar não tem que percorrer todo o caminho até à válvula de controlo para ser expulso.

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Elementos auxiliaresVálvula de isolamento (elemento OU), tem duas entradas e uma saída. Quando uma das entradas recebe um sinal, a outra é bloqueada. No caso de ambas as entradas receberem sinais, prevalece a 1ª, se as pressões forem iguais, ou a pressão maior.

Pode ser utilizada para enviar sinais a um elemento comum a partir de pontos diferentes no circuito.

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Elementos auxiliaresVálvula de simultaneidade (elemento E), tem duas entradas e uma saída. Bloqueia o 1º sinal que chega enquanto não existir também sinal na outra entrada, altura em que permite a passagem do sinal.

Pode ser utilizada para comandos bimanuais ou como garantia de pressurização de dois pontos antes de enviar um sinal.

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Elementos auxiliaresVálvula de controlo de fluxo, é usada para forçar o ar a passar restringido pelo ajuste fixado no dispositivo de controlo. No sentido oposto, o fluxo flui livremente. É muito utilizada para controlar a velocidade de cilindros.

Válvula de alívio, é um tipo de válvula de controlo de pressão. Garante que a pressão numa dada secção do circuito não excede a que está regulada, funcionando como um escape de segurança.

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Elementos auxiliares

Existem ainda outros dispositivos como:●Sensores de queda de pressão.●Temporizadores e contadores.●Sensores de alívio.●Sensores de proximidade.

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Método de movimento (intuitivo)

Para projectar sistemas um pouco mais complicados, convém estes possuirem esquemas de comando e sequência, para que se perceba como funciona o sistema.

O método intuitivo pode ser aplicado na definição de sistemas não muito complexos.

Ex: Um sistema de empacotamento, onde um cilindro eleva a carga e um outro a empurra para a caixa. Por restrições do projecto, a sequência cronológica é:

●haste do cilindro A avança, elevando o pacote●haste do cilindro B avança, empurrando o pacote●haste do cilindro A recua para a posição inicial●haste do cilindro B recua para a posição inicial

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São portanto 4 passos de movimentação. Representando o avanço por '+' e o recuo por '-', temos a sequência: A+B+A-B-

Podemos representar a sequência num diagrama trajecto-passo:

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Nomenclatura dos elementos● Os elementos dos circuitos devem ser identificados de

acordo com um conjunto de regras:– Os cilindros devem assumir uma letra A, B, ...;– As válvulas de controlo direccional que estão

directamente relacionadas com o movimento devem ser identificados pela letra minúscula correspondente ao cilindro que afectam, seguida por um número:

● Par (a partir de 2) se afectarem o avanço do cilindro;

● Impar se afectarem o recuo do cilindro.

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Nomenclatura dos elementos– A válvula de controlo dos cilindros devem ser

identificados pela letra minúscula correspondente, seguida de 0.

– Os elementos entre a válvula de controlo e o cilindro (elementos auxiliares que afectam a forma do movimento) e outros elementos auxiliares de geração de sinais de controlo devem ser identificados pelas letra minúscula correspondente ao cilindro, seguida de 0N, onde N segue a mesma regra de número par para avanço e número impar para recuo.

● O circuito da página 44 exemplifica a identificação dos componentes.

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Indicação da posição dasválvulas fim de curso

● Para que nos circuitos desenhados seja facilmente identificável a posição física em que ficam as válvulas fim de curso, essas posições devem ser identificadas.

● Sobre o cilindro devem-se marcar as posições (recolhido ou extendido). A essas posições deve dar-se a identificação do cilindro (letra maiúscula) seguida da posição em que se considera o cilindro (nos exemplos trabalhamos com cilindros de 100 mm, usamos 0 ou 100 para posições finais e 2 ou 98 para posições de activação de gatilhos).

● As mesmas identificações devem ser indicadas junto à válvula fim de curso correspondente no circuito.

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