APOSTILA DE HIDRÁULICA E PNEUMÁTICA SENAI

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Curso Técnico em Mecânica

Comandos Hidráulicos e Pneumáticos

Armando de Queiroz Monteiro Neto Presidente da Confederação Nacional da Indústria

José Manuel de Aguiar Martins Diretor do Departamento Nacional do SENAI

Regina Maria de Fátima Torres Diretora de Operações do Departamento Nacional do SENAI

Alcantaro Corrêa Presidente da Federação das Indústrias do Estado de Santa Catarina

Sérgio Roberto Arruda Diretor Regional do SENAI/SC

Antônio José Carradore Diretor de Educação e Tecnologia do SENAI/SC

Marco Antônio Dociatti Diretor de Desenvolvimento Organizacional do SENAI/SC

Confederação Nacional das Indústrias Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial

Curso Técnico em Mecânica

Comandos Hidráulicos e Pneumáticos Guilherme de Oliveira Camargo

Florianópolis/SC 2010

É proibida a reprodução total ou parcial deste material por qualquer meio ou sistema sem o prévio consentimento do editor. Material em conformidade com a nova ortografia da língua portuguesa.

Equipe técnica que participou da elaboração desta obra Coordenação de Educação a Distância Beth Schirmer Revisão Ortográfica e Normatização FabriCO Coordenação Projetos EaD Maristela de Lourdes Alves

Design Educacional, Ilustração, Projeto Gráfico Editorial, Diagramação Equipe de Recursos Didáticos SENAI/SC em Florianópolis Autor Guilherme de Oliveira Camargo

Ficha catalográfica elaborada por Luciana Effting CRB14/937 - Biblioteca do SENAI/SC Florianópolis Ficha catalográfica elaborada por Luciana Effting CRB14/937 - Biblioteca do SENAI/SC Florianópolis

C172c Camargo, Guilherme de Oliveira Comandos hidráulicos e pneumáticos / Guilherme de Oliveira Camargo. – Florianópolis : SENAI/SC, 2010. 113 p. : il. color ; 28 cm. Inclui bibliografias. 1. Hidráulica. 2. Bombas hidráulicas. 3. Pneumática. 4. Pneumática Automação. I. SENAI. Departamento Regional de Santa Catarina. II. Título. CDU 621.22+621.5

SENAI/SC — Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Rodovia Admar Gonzaga, 2.765 – Itacorubi – Florianópolis/SC CEP: 88034-001 Fone: (48) 0800 48 12 12 www.sc.senai.br

Prefácio Você faz parte da maior instituição de educação profissional do estado. Uma rede de Educação e Tecnologia, formada por 35 unidades conectadas e estrategicamente instaladas em todas as regiões de Santa Catarina. No SENAI, o conhecimento a mais é realidade. A proximidade com as necessidades da indústria, a infraestrutura de primeira linha e as aulas teóricas, e realmente práticas, são a essência de um modelo de Educação por Competências que possibilita ao aluno adquirir conhecimentos, desenvolver habilidade e garantir seu espaço no mercado de trabalho. Com acesso livre a uma eficiente estrutura laboratorial, com o que existe de mais moderno no mundo da tecnologia, você está construindo o seu futuro profissional em uma instituição que, desde 1954, se preocupa em oferecer um modelo de educação atual e de qualidade. Estruturado com o objetivo de atualizar constantemente os métodos de ensino-aprendizagem da instituição, o Programa Educação em Movimento promove a discussão, a revisão e o aprimoramento dos processos de educação do SENAI. Buscando manter o alinhamento com as necessidades do mercado, ampliar as possibilidades do processo educacional, oferecer recursos didáticos de excelência e consolidar o modelo de Educação por Competências, em todos os seus cursos. É nesse contexto que este livro foi produzido e chega às suas mãos. Todos os materiais didáticos do SENAI Santa Catarina são produções colaborativas dos professores mais qualificados e experientes, e contam com ambiente virtual, mini-aulas e apresentações, muitas com animações, tornando a aula mais interativa e atraente. Mais de 1,6 milhões de alunos já escolheram o SENAI. Você faz parte deste universo. Seja bem-vindo e aproveite por completo a Indústria do Conhecimento.

Sumário Conteúdo Formativo

9

28 Unidade de estudo 4

64 Unidade de estudo 5

11

Composição de um Sistema Pneumático

Composição de um Sistema Hidráulico

12 Unidade de estudo 1

29 Seção 1 - Compressores

65 Seção 1 - Fluidos hidráulicos

36 Seção 2 - Reservatório de ar comprimido

70 Seção 2 - Reservatório

37 Seção 3 - Preparação do ar comprimido

75 Seção 4 - Filtros para sistemas hidráulicos 78 Seção 5 - Válvulas direcionais

Apresentação

Introdução

13

Seção 1 - Histórico da pneumática

39 Seção 4 - Redes de distribuição do ar comprimido

14

Seção 2 - Histórico da hidráulica

42 Seção 5 - Unidade de conservação de ar

16 Unidade de estudo 2 Grandezas Físicas da Hidráulica e da Pneumática

43 Seção 6 - Válvulas direcionais pneumáticas 46 Seção 7 - Válvulas pneumáticas 53 Seção 8 - Atuadores para sistemas pneumáticos

71 Seção 3 - Bombas hidráulicas

83 Seção 6 - Atuadores 84 Seção 7 - Válvulas de bloqueio 87 Seção 8 - Válvulas reguladoras de vazão 89 Seção 9 - Válvulas reguladoras de pressão 91 Seção 10 - Elemento lógico 93 Seção 11 - Trocador de calor

17 17

Seção 1 - Princípio de Pascal

54 Seção 9 - Designação de elementos

Seção 2 - Princípio da multiplicação de energia

56 Seção 10 - Elaboração de esquemas de comando

95 Seção 13 - Intensificador de pressão

17

Seção 3 - Pressão

21

Seção 4 - Vazão

59 Seção 11 - Tecnologia do vácuo

96 Seção 14 - Instrumentos de medição e controle

24 Unidade de estudo 3 Características dos Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos 25

Seção 1 - Características dos sistemas pneumáticos

25

Seção 2 - Características dos sistemas hidráulicos

25 26

Seção 3 - Comparação entre os sistemas pneumáticos e hidráulicos Seção 4 - Características dos fluidos para sistemas pneumáticos e hidráulicos

94 Seção 12 - Acumuladores

Finalizando

99

Referências

101

Anexo

103

8

CURSOS TÉCNICOS SENAI

Conteúdo Formativo Carga horária de dedicação Carga horária: 90 horas

Competências Interpretar e montar circuitos hidráulicos e pneumáticos em instalações mecânicas.

Conhecimentos ▪▪ Simbologia; ▪▪ Unidades de medida; ▪▪ Grandezas mecânicas; ▪▪ Definição e características de componentes hidráulicos e pneumáticos; ▪▪ Componentes e acessórios de circuitoshidráulicos e pneumáticos, eletro hidráulicos e eletro pneumáticos.

Habilidades ▪▪ Aplicar normas técnicas e regulamentadoras; ▪▪ Ler, interpretar e aplicar manuais, catálogos e tabelas técnicas; ▪▪ Aplicar simbologias de comandos hidráulicos e pneumáticos; ▪▪ Aplicar conceitos de circuitos hidráulicos e pneumáticos; ▪▪ Ler e interpretar circuitos hidráulicos e pneumáticos; ▪▪ Dimensionar, especificar e instalar circuitos hidráulicos e pneumáticos; ▪▪ Aplicar normas técnicas de saúde, segurança e meio ambiente.

Atitudes ▪▪ Assiduidade; ▪▪ Pró-atividade; ▪▪ Relacionamento interpessoal; ▪▪ Trabalho em equipe; ▪▪ Cumprimento de prazos; ▪▪ Zelo com os equipamentos; ▪▪ Adoção de normas técnicas de saúde e segurança do trabalho; ▪▪ Responsabilidade ambiental; ▪▪ Trabalho em equipe; ▪▪ Cumprimento de prazos e horários. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

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Apresentação A finalidade deste material é proporcionar, aos interessados, uma visão do mundo da hidráulica e da pneumática. As experiências têm revelado que, atualmente, os sistemas hidráulicos e pneumáticos são indispensáveis como métodos modernos de transmissão de energia. Hoje, entende-se por sistemas hidráulicos e pneumáticos a transmissão, controle de forças e movimentos por meio de fluidos. Sabemos que fluido é toda a substância que flui e toma a forma do recipiente no qual está confinado. Com a automatização, os acionamentos e comandos hidráulicos e pneumáticos ganharam importância através do tempo. Grande parte das modernas e mais produtivas máquinas e instalações são, hoje, parcial ou totalmente comandadas por estes sistemas. Apesar da multiplicidade dos campos de aplicação dos sistemas hidráulicos e pneumáticos, o conhecimento dessa matéria ainda não está totalmente difundido. Como resultado disso, a aplicação dos sistemas hidráulicos e pneumáticos tem sido restrita. O conteúdo aqui apresentado inclui a descrição de sistemas hidráulicos e pneumáticos para a transferência de forças ou movimentos, seus princípios de funcionamento, detalhes construtivos dos componentes e a montagem de circuitos hidráulicos e pneumáticos. O que está esperando para conferir todas as descobertas que lhe reservamos? Vamos juntos!

Guilherme de Oliveira Camargo Guilherme de Oliveira Camargo é especialista em automação industrial, pelo SENAI/SC, em Florianópolis, com formação superior em automação industrial, pelo SENAI/ SC, em Florianópolis e formação técnica em mecânica de manutenção, pela escola técnica federal de Santa Catarina. É colaborador do SENAI/SC há 20 anos, tendo atuado como instrutor de ensino industrial na unidade móvel de acionamentos eletro-hidropneumáticos e no SENAI/SC nos cursos de tecnologia e especialização em automação industrial. Participou, diretamente, na elaboração e organização de material didático dos cursos de automação do SENAI/SC. Ministrou cursos para empresas do Estado e para os profissionais do SENAI.

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

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Unidade de estudo 1 Seções de estudo Seção 1 – Histórico da pneumática Seção 2 – Histórico da hidráulica

Introdução Seção 1

Histórico da pneumática O ar comprimido é, provavelmente, uma das mais antigas formas de transmissão de energia que o homem conhece, empregada e aproveitada para ampliar sua capacidade física. O reconhecimento da existência física do ar, bem como a sua utilização, mais ou menos consciente para o trabalho, são comprovados há milhares de anos. O primeiro homem que, com certeza, sabemos terse interessado pela pneumática, isto é, pelo emprego do ar comprimido como meio auxiliar de trabalho, foi o grego Ktésibios. Há mais de 2000 anos, ele construiu uma catapulta a ar comprimido. Um dos primeiros livros sobre o emprego do ar comprimido como transmissão de energia, data do 1º século d.C e descreve equipamentos que foram acionados com ar aquecido. Embora, a base da pneumática seja um dos mais velhos conhecimentos da humanidade, foi preciso aguardar o século XIX para que o estudo de seu comportamento e de suas características se tornasse sistemático. Porém, pode-se dizer que somente após o ano 1950 é que ela foi, realmente, introduzida na produção industrial.

Antes, porém, já existiam alguns campos de aplicação e aproveitamento da pneumática, como, por exemplo, a indústria mineira, a construção civil e a indústria ferroviária. A introdução, de forma mais generalizada, da pneumática na indústria, começou com a necessidade, cada vez maior, de automatização e racionalização dos processos de trabalho.

Dos antigos gregos provém a expressão pneuma que significa fôlego, vento e, filosoficamente, a alma. Derivando da palavra pneuma, surgiu, entre outros, o conceito de “pneumática”: a matéria dos movimentos dos gases e fenômenos dos gases.

ferroviária: Freios a ar comprimido

Apesar de sua rejeição inicial, quase sempre proveniente da falta de conhecimento e instrução, ela foi aceita e o número de campos de aplicação tornou-se cada vez maior. Hoje, o ar comprimido tornou-se indispensável e, nos mais diferentes ramos industriais, instalam-se aparelhos pneumáticos, principalmente, na automação. Automação: a automação retira do homem as funções de comando e regulação, conservando, apenas, as funções de controle. Um processo é considerado automatizado quando este é executado sem a intervenção do homem, sempre do mesmo modo e com o mesmo resultado.

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

13

O termo hidráulica deriva da raiz grega hidro que significa água.

Seção 2

Histórico da hidráulica Existem apenas três métodos de transmissão de energia na esfera comercial: elétrica, mecânica e fluídica (hidráulica e pneumática). Naturalmente, a mecânica é a mais antiga de todas, por conseguinte é a mais conhecida. Hoje, utilizada de muitos outros artifícios mais apurados como: engrenagens, cames, polias, entre outros. A energia elétrica, que usa geradores, motores elétricos, condutores e uma gama muito grande de outros componentes é um método desenvolvido nos tempos modernos e é o único meio de transmissão de energia que pode ser transportado a grandes distâncias. Hoje, entende-se por hidráulica a transmissão, controle de forças e movimentos por meio de fluidos líquidos (óleos minerais e sintéticos) ou a ciência que estuda os fluidos em escoamento e sob pressão e divide-se em duas:

▪▪ hidrostática: estuda os fluidos sob pressão. ▪▪ hidrodinâmica: estuda os fluidos em escoamento. A hidráulica tem origem, por incrível que pareça, há milhares de anos. O marco inicial, que se tem conhecimento, é a utilização da roda d’água, que emprega a energia potencial da água armazenada a certa altura, para a geração de energia mecânica. O uso do fluido sob pressão, como meio de transmissão de potência, já é mais recente, sendo que o seu desenvolvimento ocorreu, mais precisamente, após a primeira grande guerra mundial.

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CURSOS TÉCNICOS SENAI

Os fatos mais marcantes da história da energia fluídica poderiam ser relacionados como:

▪▪ em 1795, um mecânico inglês, Joseph Bramah, construiu a primeira prensa hidráulica, usando como meio de transmissão a água; ▪▪ em 1850, Armstrong desenvolveu o primeiro guindaste hidráulico e,

para fazê-lo, também desenvolveu o primeiro acumulador hidráulico;

▪▪ em 1900, a construção da primeira bomba de pistões axiais nos Estados Unidos. Ocorreu, aqui, a substituição da água por óleo mineral, com muitas vantagens. Atualmente, com o desenvolvimento de novos metais e fluidos obtidos, sinteticamente, a versatilidade e a dependência do uso da transmissão de força hidráulica ou pneumática tornam-se evidentes, desde o seu uso, para um simples sistema de frenagem em veículos, até a sua utilização, para complexos sistemas de eclusas, aeronaves e mísseis. Nesta primeira unidade de estudos, você teve algumas noções introdutórias sobre comandos hidráulicos e pneumáticos, conhecendo a sua história. Agora, você estudará as grandezas físicas da hidráulica e pneumática a partir da teoria de Pascal, do princípio da multiplicação da energia, do conceito de pressão e vazão. Como pode perceber, há muito pela frente... prossiga!

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

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Unidade de estudo 2 Seções de estudo Seção 1 – Princípio de Pascal Seção 2 – Princípio da multiplicação de energia Seção 3 – Pressão Seção 4 – Vazão

Grandezas Físicas da Hidráulica e da Pneumática Seção 1

Seção 2

Veremos, a seguir, as principais grandezas físicas, seus conceitos e unidades de medida para que possamos compreender melhor o funcionamento dos sistemas hidráulicos e pneumáticos. Blaise Pascal, em 1648, enunciou a lei que rege os princípios hidráulicos e pneumáticos: a pressão exercida em um ponto qualquer de um fluido estático é a mesma em todas as direções e exerce forças iguais, em áreas iguais, sempre perpendiculares à superfície do recipiente.

Se aplicarmos uma força de 10kgf em uma área de 1cm2, teremos uma pressão de 10 Kgf/cm2 que, atuando em uma área de 100 cm2, suportará uma carga de 1000Kgf.

Princípio de Pascal

Princípio da multiplicação de energia

Figura 2 – Multiplicação de Energia Fonte: Racine (1987, p. 14).

Seção 3 Figura 1 – Princípio de Pascal Fonte: Uggioni (2002, p. 11).

Pressão

É o resultado de uma força agindo em uma determinada área.

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

17

Massa de ar: 1 Atm =1,033 Kg/cm2.

P = pressão

P= F/A F = força

A = Área

Quadro 1 – Fórmulas para Cálculo da Pressão, Força e Área Fonte: Uggioni (2002, p. 12).

Em um sistema hidráulico ou pneumático, a função da bomba hidráulica ou do compressor é fornecer vazão ao sistema. A pressão resultará de qualquer oposição à passagem do fluido. Por exemplo, se a válvula abaixo estiver totalmente aberta, não temos pressão, mas, à medida que a fechamos, começamos a verificar um aumento gradativo da pressão.

Figura 3 – Restrição na Tubulação Fonte: SAGGIN (2004, p. 26).

Existem três tipos de pressão. São eles:

▪▪ Pressão atmosférica: as camadas de ar exercem uma força (peso)

sobre a superfície da Terra. A pressão resultante dessa força é denominada pressão atmosférica, que varia com a altitude, pois, em grandes alturas, a massa de ar é menor do que ao nível do mar. Variação da pressão atmosférica com relação com a altitude. Acompanhe a tabela.

18

CURSOS TÉCNICOS SENAI

Altitude em M

Pressão em kg/cm²

Altitude em M

Pressão em kg/cm²

0

1.033

1.000

0.915

100

1.021

2.000

0.810

200

1.008

3.000

0.715

300

0.996

4.000

0.629

400

0.985

5.000

0.552

500

0.973

6.000

0.481

600

0.960

7.000

0.419

700

0.948

8.000

0.363

800

0.936

9.000

0.313

900

0.925

10.000

0.270

Acompanhe, agora, a representação gráfica da variação da pressão atmosférica com relação à altitude.

Figura 4 – Variação da Pressão Atmosférica Fonte: SAGGIN (2004, p. 14).

▪▪ Pressão relativa (manométrica): é a pressão registrada no manômetro. ▪▪ Pressão absoluta: a pressão absoluta é a soma da pressão mano-

métrica com a pressão atmosférica. Quando representamos a pressão absoluta, acrescentamos o símbolo “a” após a unidade. Exemplo: PSIa.

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

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Unidades de pressão: ▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪

Atm: Atmosferas Kgf/cm2 : Quilogramas por centímetro quadrado Bar: Báreas PSI: Pounds per Square Inches - Libra por polegada quadrada (lb/pol2)

Conversão das unidades de pressão Para converter as unidades de pressão, pegue o valor da unidade conhecida na coluna e multiplique pelo valor da unidade solicitada na linha. Observe a tabela: UNIDADES

ATM

kgf/cm²

bar

PSI

Pa

ATM

1

1,033

1,013

14,69

101325

Kgf/cm²

0,968

1

0,981

14,23

98100

bar

0,987

1,02

1

14,5

100000

PSI

0,068

0,07

0,069

1

6896

Pa

0,0000098

0,0000102

0,00001

0,000145

1

Tabela 1 – Conversão das Unidades de Pressão Fonte: SAGGIN (2004, p. 27).

Classificação dos sistemas quanto à pressão De acordo com a NFPA (National Fluid Power Association). classificamos os sistemas, quanto à pressão, da seguinte forma (RACINE, 1987): bar

Pressão

0 a 14 bar

Baixa pressão

14 a 35 bar

Média pressão

35 a 84 bar

Média alta pressão

84 a 210 bar

Alta pressão

Acima de 210 bar

Extra alta pressão

Tabela 2 – Classificação dos Sistemas quanto à Pressão Fonte: Racine (1987, p. 10).

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CURSOS TÉCNICOS SENAI

Seção 4 Vazão

Vazão: é o volume deslocado em função do tempo. Q = V/t Q = Vazão

V = Volume deslocado

t = tempo

Observe a tabela de conversão das unidades de vazão para a hidráulica: Unidades Galões por minuto Decímetro cúbico por segundo Pés cúbicos por hora

Símbolo GPM

Conversão 1 GPM = 3, 785 l/min = 0, 2271 m3/h

dm3/seg

1 dm3/seg = 1 l/seg =15,8502 GPM

ft3/h

1 ft3/h = 0,472 l/min = 0,125 GPM

Tabela 3 – Conversão das Unidades de Vazão para a Hidráulica Fonte: SENAI/SC 100p (2004, p. 28).

Unidades de vazão para a pneumática. Observe: Unidade

Símbolo

Litros por segundo

L/s

Litros por minuto

L/min

Metros cúbicos por minuto

m³/min

Metros cúbicos por minuto.

m³/min

Metros cúbicos por hora

m³/h

Pés cúbicos por minuto, (Cubic feet for minute)

pcm ,(cfm)

Tabela 4 – Unidades de Vazão para a Pneumática Fonte: SENAI/SC 100p (2004, p. 15).

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

21

Tabela de conversão das unidades de vazão: Para converter

em

Multiplicar por

pcm

cfm

1

pcm

L/s

0,4720

pcm

m³/min

0,02832

pcm

m³/h

1,69923

L/s

m³/min

0,06

L/s

pcm

2,1186

m³/min

pcm

35,31

Tabela 5 – Relação entre as Unidades de Vazão para a Pneumática Fonte: Parker (2008, p. 9).

Estas unidades se referem à quantidade de ar – ou gás – comprimido, efetivamente, nas condições de temperatura e pressão no local onde está instalado o compressor. Como estas condições variam em função da altitude, umidade relativa e temperatura, são definidas condições padrão de medidas, sendo que as mais usadas são:

▪▪ Nm³/h: Normal metro cúbico por hora – definido à pressão de 1,033 kg/cm2, temperatura de 0°C e umidade relativa de 0%. ▪▪ SCFM: Standard cubic feet per minute – definida à pressão de 14,7 lb/pol2, temperatura de 60°F e umidade relativa de 0%. A Norma Brasileira (NBR10138) da ABHP (Associação Brasileira de Hidráulica e Pneumática) utiliza as unidades de medida do Sistema Internacional (SI), mas, é comum, o uso de outras unidades que não pertencem (SI) devido aos fabricantes dos equipamentos utilizarem outros sistemas.

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CURSOS TÉCNICOS SENAI

GRANDEZA

SI

( C ) comprimento

Metro ( m )

( M ) massa

Quilo grama ( Kg )

( F ) força

Newton ( N )

(t)

Segundo ( S )

tempo

( T ) temperatura

Grau Kelvin ( k ) Grau Celsius (*C)

( A ) área

Metro quadrado ²

( V ) volume

Metro cúbico

( Q ) vazão

Metro cúbico / segundo

( p ) pressão

Pascal ( Pa )

Tabela 6 – Unidades do Sistema Internacional Fonte: Parker (2008, p. 15).

A partir deste momento, estudaremos as características dos sistemas hidráulicos e pneumáticos. Continue conosco!

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

23

Unidade de estudo 3 Seções de estudo Seção 1 – Características dos sistemas pneumáticos Seção 2 – Características dos Sistemas hidráulicos Seção 3 – Comparação entre os sistemas pneumáticos e hidráulicos Seção 4 – Características dos fluidos para sistemas pneumáticos e hidráulicos

Características dos Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos ▪▪ Grande confiabilidade e du-

Seção 1

rabilidade dos componentes por ser um sistema auto lubrificado;

Características dos sistemas pneumáticos Vimos, anteriormente, que a hidráulica e a pneumática tornaram-se indispensáveis nos mais diferentes ramos industriais. Agora, veremos suas características. Acompanhe!

▪▪ Proteção natural contra explosão; ▪▪ Insensível contra influências externas como altas e baixas tempera-

turas;

▪▪ Acionamentos, ao serem sobrecarregados, simplesmente param; ▪▪ Transformação da energia, tanto em movimento linear como rotati-

vo;

▪▪ Velocidade e força facilmente controlados; ▪▪ Energia pode ser transmitida por grandes distâncias; ▪▪ Manutenção simples dos componentes devido às construções sim-

▪▪ Necessidade de sistemas de

filtragem e refrigeração do fluido;

▪▪ Reversibilidade instantânea; ▪▪ Parada instantânea; ▪▪ Perdas por vazamento redu-

zem a eficiência econômica;

Seção 3

Comparação entre os sistemas pneumáticos e hidráulicos Sistemas pneumáticos

ples;

▪▪ Grande confiabilidade, segurança de operação e durabilidade de

acionamentos e componentes de comando;

▪▪ Necessidade de preparação do ar; ▪▪ Perdas por vazamento reduzem a eficiência econômica.

Seção 2

▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪

Fluido – ar (compressível) Estado – gasoso Circuito – aberto

Trabalha com baixa pressão e alta velocidade

Características dos sistemas hidráulicos ▪▪ Dimensões reduzidas e pequeno peso com relação à potência insta-

lada;

▪▪ Sensível à influências externas como altas e baixas temperaturas; ▪▪ Acionamentos, ao serem sobrecarregados, simplesmente param; ▪▪ Transformação da energia, tanto em movimento linear, como rota-

tivo;

▪▪ Velocidade e força facilmente controlados com alta precisão; ▪▪ Energia hidráulica não deve ser transmitida por grandes distâncias; ▪▪ Difícil manutenção dos componentes devido a sua precisão, dimen-

Sistemas hidráulicos ▪▪ Fluido – óleo (praticamente incompressível, em torno de 0,5% do seu volume a cada 70 bar de pressão) ▪▪ Estado – líquido ▪▪ Circuito – fechado ▪▪ Trabalha com alta pressão e

baixa velocidade

são e peso;

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

25

Custos da energia Considerado um valor 1 para a energia elétrica, a relação com pneumática e hidráulica é:

▪▪ de 7 a 10 o custo da energia

pneumática;

▪▪ de 3 a 5 o custo da energia hidráulica. Esta avaliação é apenas orientativa, considerando apenas o custo energético, sem considerar os custos de componentes. Considerando os valores de válvulas e atuadores, o custo fica relacionado como:

Elétrica < Hidráulica

Pneumática

<

Seção 4

Características dos fluidos para sistemas pneumáticos e hidráulicos Quando falamos em fluido, estamos falando de qualquer substância no estado líquido ou gasoso capaz de escoar e assumir a forma do recipiente que a contém. Veremos, agora, de modo geral, as características dos fluidos usados na pneumática e hidráulica.

26

CURSOS TÉCNICOS SENAI

Fluido para pneumática – ar ▪▪ Quantidade: o ar a ser com-

primido se encontra em quantidade ilimitada, 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 estabe-

lecimento 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 (botijão).

▪▪ Temperatura: o trabalho realizado com o ar comprimido é insensível às oscilações de temperatura. Isto garante, também, em situações extremas, um funcionamento seguro. ▪▪ Segurança: não existe o

perigo de explosão ou de incêndio. 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.

▪▪ Construção: os elementos

de trabalho são de construção simples e, portanto, de custo vantajoso.

▪▪ Velocidade: o ar comprimido

é um meio muito veloz e permite alcançar altas velocidades de trabalho (a velocidade de trabalho dos cilindros pneumáticos oscila entre 1 a 2 metros por segundo).

▪▪ Regulagem: as velocidades e forças dos elementos a ar comprimido são reguláveis em escala. ▪▪ Seguro contra sobrecarga:

elementos e ferramentas a ar comprimido são carregáveis até a parada final e, portanto, seguros contra sobrecarga.

▪▪ Preparação: o ar comprimi-

do 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 pistões, mediante o ar comprimido.

Fluido para hidráulica – óleo ▪▪ Quantidade: o óleo a ser utilizado encontra-se em quantidade limitada e possui alto custo, seja ele de origem mineral ou sintética. ▪▪ Transporte: o óleo não é facilmente transportável por tubulações, devido a sua viscosidade e existe a necessidade de retorno do mesmo para o reservatório. ▪▪ Armazenamento: para que o óleo esteja sob pressão, é necessário que a bomba mantenha-se ligada ou que sejam utilizados acumuladores.

▪▪ Temperatura: o óleo é sensível às variações de temperatura. ▪▪ Segurança: existe risco de explosão ou de incêndio se ultrapassados os limites máximos de temperatura.

▪▪ Limpeza: o óleo hidráulico é poluente e não deve ser jogado na

natureza.

▪▪ Construção: os elementos de trabalho são de construção complexa (muito precisa) e, portanto, de alto custo. ▪▪ Velocidade: o óleo hidráulico não é um meio veloz, devido a sua

viscosidade.

▪▪ Regulagem: as velocidades e forças dos elementos são reguláveis, em escala com grande precisão. ▪▪ Seguro contra sobrecarga: nos sistemas hidráulicos, existe a ne-

cessidade da utilização de dispositivos para limitar a pressão máxima de trabalho.

▪▪ Preparação: para sistemas convencionais, o óleo hidráulico já vem pronto, mas, para servo-sistemas, existe a necessidade de uma filtragem mais apurada. ▪▪ Compressibilidade: é possível manter uniforme e constante as

velocidades dos atuadores.

Com características dos fluidos para sistemas pneumáticos e hidráulicos concluímos, aqui, a terceira unidade de estudos desta unidade curricular. Prepare-se para conhecer, agora, a composição de um sistema pneumático. Continue antenado!

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

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Unidade de estudo 4 Seções de estudo Seção 1 – Compressores Seção 2 – Reservatório de ar comprimido Seção 3 – Preparação do ar comprimido Seção 4 – Redes de distribuição do ar comprimido Seção 5 – Unidade de conservação de ar Seção 6 – Válvulas direcionais pneumáticas Seção 7 – Válvulas pneumáticas Seção 8 – Atuadores para sistemas pneumáticos Seção 9 – Designação de elementos Seção 10 – Elaboração de esquemas de comando Seção 11 – Tecnologia do vácuo

Composição de um Sistema Pneumático Seção 1

Compressores Os mesmos são diferenciados em dois tipos:

Vejamos, a seguir, a divisão de um sistema pneumático:

▪▪ Deslocamento volumétrico: baseia-se no princípio da redução de volume, ou seja, consegue-se a compressão enviando o ar para dentro de um recipiente fechado e diminuindo, posteriormente, este recipiente, pressurizando o ar. É, também, denominado compressor de deslocamento positivo e é compreendido como compressor de êmbolo ou de pistão. ▪▪ Deslocamento dinâmico:

Figura 5 – Composição do Sistema Pneumático Fonte: Parker (2008, p. 5).

Compressores são máquinas utilizadas na manipulação de fluidos no estado gasoso, elevando a pressão de uma atmosfera a uma pressão de trabalho desejada.

Tipos de compressores Dependendo das necessidades desejadas, relacionadas à pressão de trabalho e ao volume, são empregados compressores de diversos tipos construtivos.

baseia-se no princípio de fluxo, succionando o ar de um lado e comprimindo de outro, por aceleração de massa, ou seja, a elevação de pressão é obtida por meio de conversão de energia cinética em pressão, durante a passagem do ar, através do compressor (turbina). É, também, denominado compressor de deslocamento dinâmico. Classificação dos compressores quanto ao tipo construtivo. Observe o diagrama:

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Biela-manivela: Virabrequim e biela.

Tipos de Compressores

Compressor rotativo

Compressor de Êmbolo linear

Compressor de Êmbolo

Compressor rotativo

Compressor de Membrana

Compressor de Palhetas

Turbo Compressor

Turbo Compressor Radial

Compressor de Parafusos

Turbo Compressor Axial

Compressor de Roots

Figura 6 – Classificação dos Compressores Fonte: SAGGIN (2004, p. 14).

Compressor de deslocamento fixo unidirecional. Símbolo geral

Compressor de êmbolo (pistões) Este compressor é um dos mais usados e conhecidos, pois, ele é apropriado, não só para compressão a pressões baixas e médias, mas, também, para pressões altas. O campo de pressão é de um bar até milhares de bar. É, também, conhecido como compressor de pistão. O movimento alternativo é transmitido para o pistão através de um sistema biela-manivela, fazendo, assim, ele subir e descer. Iniciando o movimento descendente, o ar é aspirado por meio de válvulas de admissão, preenchendo a câmara de compressão. A compressão do ar tem início com o movimento de subida. Após obter-se uma pressão suficiente para abrir a válvula de descarga, o ar é expulso para o sistema.

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Estes compressores são os preferidos e mais empregados na indústria alimentícia, farmacêutica e química. Usados, também, em pequenas instalações de ar, com pressões moderadas ou na obtenção de vácuo.

Figura 7 – Compressor de Êmbolo (simples estágio) Fonte: Festo Didactic (2001, p. 92).

Para a compressão a pressões mais elevadas, são necessários compressores de vários estágios, limitando, assim, a elevação de temperatura e melhorando a eficiência da compressão.

Figura 9 – Compressor de Membrana Fonte: Festo Didactic (2001, p. 16).

Compressor de parafusos

Figura 8 – Compressor de Êmbolo (duplo estágio) Fonte: Festo Didactic (2001, p. 15).

O ar aspirado será comprimido pelo primeiro êmbolo (pistão), refrigerado, intermediariamente e, novamente, comprimido pelo próximo êmbolo, que possui menor diâmetro. Na compressão a altas pressões, faz-se necessária uma refrigeração intermediária, pois se cria alto aquecimento. Os compressores de êmbolo e outros são fabricados em execuções refrigeradas a água ou a ar.

Compressor de membrana Este tipo pertence ao grupo dos compressores de êmbolo. Mediante uma membrana, o êmbolo fica separado da câmara de sucção e compressão, quer dizer, o ar não terá contato com as partes deslizantes. O ar, portanto, ficará sempre livre de resíduos do óleo.

Este compressor é dotado de uma carcaça onde giram dois rotores helicoidais, em sentidos opostos. Um dos rotores possui lóbulos convexos, o outro uma depressão côncava e são denominados, respectivamente, rotor macho e fêmea. Os rotores são sincronizados por meio de engrenagens. Entretanto, existem fabricantes que fazem com que um rotor acione o outro por contato direto. O processo mais comum é acionar o rotor macho, obtendo-se uma velocidade elevada do rotor fêmea. O ar à pressão atmosférica ocupa espaço entre os rotores e, conforme eles giram, o volume compreendido entre os mesmos é isolado da admissão e transportado para a descarga.

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Figura 10 – Compressor de Parafusos Fonte: Howden (2010).

A ausência de válvulas de admissão, de descarga e forças mecânicas desbalanceadas, permite que o compressor de parafuso opere com altas velocidades no eixo. A consequência deste fato é que existem combinações de capacidades elevadas, com pequenas dimensões externas. Verificou-se que, para obter compressão interna, é necessário que uma rosca convexa se ajuste, perfeitamente, a uma depressão côncava e que haja um mínimo de três fios de rosca. Existindo uma folga entre os rotores e entre estes e a carcaça, evita-se o contato metal-metal. Consequentemente, não havendo necessidade de lubrificação interna do compressor, o ar comprimido é fornecido, sem resíduos de óleo. Porém, existe o compressor de parafuso lubrificado, baseado no processo de contato direto. Nele, durante o processo de compressão, misturase, no ar, uma considerável quantidade de óleo que, depois, é retirada pelo separador de óleo.

Seleção de compressores Volume de ar O volume de ar fornecido é a quantidade de ar que está sendo fornecido pelo compressor. Podemos ter o volume de ar fornecido teórico – aquele obtido por cálculos, porém, apenas o volume de ar fornecido efetivo pelo compressor é que interessa, pois, com este, é que são acionados e comandados os aparelhos pneumáticos.

Pressão Pressão de regime é a pressão fornecida pelo compressor. A pressão de trabalho é a pressão necessária nos pontos de trabalho. A pressão de trabalho é, geralmente, de 6 bar, que é tida como “pressão normalizada” ou “pressão econômica”. Uma pressão constante é uma exigência para um funcionamento seguro e preciso dos componentes de sistemas industriais. Na dependência da pressão constante estão: velocidade, forças e movimentos temporizados dos elementos de trabalho e de comando.

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Figura 11 – Seleção de Compressores Fonte: Metalplan (2008, p. 15).

Acionamento O acionamento dos compressores, conforme as necessidades fabris, será por motor elétrico ou motor a explosão. Em instalações industriais, aciona-se, na maioria dos casos, com motor elétrico.

Refrigeração Provocado pela compressão do ar e pelo atrito, cria-se calor no compressor, o qual deve ser dissipado. Em compressores pequenos, é utilizada a refrigeração à ar, através de ventiladores. Já em compressores grandes, usa-se a refrigeração à água, circulante com torre de refrigeração ou água corrente contínua.

Lugar de montagem A estação de compressores deve ser montada dentro de um ambiente fechado, com proteção acústica para fora. O ambiente deve ter boa aeração. O ar sugado deve ser fresco, seco e livre de poeira.

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pré-estabelecidos: Pressão máxima/mínima.

Figura 12 – Instalação de Compressores Fonte: Metalplan (2008, p. 18).

Regulagem Para combinar o volume de fornecimento com o consumo de ar é necessária uma regulagem dos compressores. Dois valores limites pré-estabelecidos, influenciam o volume fornecido. Existem diferentes tipos de regulagem: Regulagem de marcha em vazio

Regulagem por descarga Regulagem por fechamento

Regulagem de carga parcial

Regulagem na rotação Regulagem por estrangulamento

Regulagem intermitente Com esta regulagem, o compressor funciona em dois campos (carga máxima e parada total).

Regulagem de marcha em vazio – regulagem por descarga Quando é alcançada a pressão pré-regulada, o ar escapará livre da saída do compressor, através de uma válvula. Uma válvula de retenção evita que o reservatório se esvazie ou retorne para o compressor.

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Figura 13 – Regulagem por Descarga Fonte: SAGGIN (2004, p. 28).

Regulagem por fechamento Aqui, quando é alcançada a pressão máxima, a admissão de ar é interrompida.

Figura 14 – Regulagem por Fechamento Fonte: SAGGIN (2004, p. 28).

Regulagem de carga parcial – regulagem na rotação Sobre um dispositivo, ajusta-se o regulador de rotação do motor a explosão. A regulagem da rotação pode ser feita manualmente ou, também, automaticamente, dependendo da pressão de trabalho. Este tipo de regulagem, também pode ser usada em motores elétricos, instalando-se inversores de frequência.

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Regulagem por estrangulamento A regulagem se faz mediante simples estrangulamento no funil de sucção e os compressores podem, assim, ser regulados para determinadas cargas parciais. Encontra-se esta regulagem em compressores de êmbolo rotativo e em turbo compressores.

Seção 2

Reservatório de ar comprimido O reservatório serve para a estabilização da distribuição do ar comprimido. Ele elimina as oscilações de pressão na rede distribuidora e, quando há, momentaneamente, alto consumo de ar, é uma garantia de reserva. A grande superfície do reservatório refrigera o ar suplementar. Por isso, se separa, diretamente, no reservatório, uma parte da umidade do ar como água.

Figura 15 – Regulagem por Estrangulamento Fonte: SAGGIN (2004, p. 29).

Regulagem intermitente Com esta regulagem, o compressor funciona em dois campos: carga máxima e parada total. Ao alcançar a pressão máxima, o motor acionador do compressor é desligado e, quando a pressão chega ao mínimo, o motor se liga novamente e o compressor trabalha outra vez. A frequência de comutações pode ser regulada em um pressostato e, para que os períodos de comando possam ser limitados a uma medida aceitável, é necessário um grande reservatório de ar comprimido.

Figura 16 – Regulagem Intermitente Fonte: SAGGIN (2004, p. 29).

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Figura 17 – Reservatório de Ar Comprimido Fonte: SAGGIN (2004, p. 31).

Os reservatórios devem ser instalados de modo que todos os drenos, conexões e a abertura de inspeção sejam de fácil acesso. Os reservatórios não devem ser enterrados ou instalados em local de difícil acesso; devem ser instalados, de preferência, fora da casa dos compressores, na sombra, para facilitar a condensação da umidade, no ponto mais baixo, para a retirada do condensado.

Seção 3

Secador de ar

Preparação do ar comprimido Na prática, encontramos exemplos onde se deve dar muito valor à qualidade do ar comprimido. Impurezas em forma de partículas de sujeira ou ferrugem, restos de óleo e umidade levam, em muitos casos, à falhas em instalações e avarias nos elementos pneumáticos. Enquanto a separação primária do condensado é feita no separador após o resfriador, a separação final, filtragem e outros tratamentos secundários do ar comprimido são executados no local de consumo. Nisso, é necessário atentar, especialmente, para a ocorrência de umidade. A água (umidade) já penetra na rede pelo próprio ar aspirado pelo compressor. A incidência da umidade depende, em primeira instância, da umidade relativa do ar que, por sua vez, depende da temperatura e condições atmosféricas. Os efeitos da umidade podem ser limitados por meio de:

▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪

O 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. Para tal, o uso de um secador de ar comprimido é aconselhável. Os meios de secagem, mais utilizados são três: secagem por absorção, secagem por adsorção, secagem por resfriamento.

Secagem por absorção

filtragem do ar aspirado antes do compressor; uso de compressores livres de óleo; instalação de resfriadores; uso de secadores; utilização de unidades de conservação.

Resfriador de ar e separador de condensados Como vimos no tópico anterior, a umidade presente no ar comprimido é prejudicial. Para ajudar a resolver, de maneira eficaz, o problema inicial da água nas instalações de ar comprimido, temos o resfriador posterior, localizado entre a saída do compressor e o reservatório, pelo fato de o ar comprimido na saída atingir sua maior temperatura.

A secagem por absorção é um processo puramente químico. Neste processo, o ar comprimido passa sobre uma camada solta de um elemento secador. A água ou vapor de água que entra em contato com esse elemento, combina-se, quimicamente, com ele e se dilui na forma de uma combinação elemento secador/água. Esta mistura deve ser removida, periodicamente, do absorvedor. Essa operação pode ser manual ou automática. Com o tempo, o elemento secador é consumido e o secador deve ser reabastecido, periodicamente (duas a quatro vezes por ano). O processo de absorção caracteriza-se por:

▪▪ montagem simples da instalação; ▪▪ desgaste mecânico mínimo, já

que o secador não possui peças móveis;

Figura 18 – Resfriador de Ar e Separador de Condensados

▪▪ não necessita de energia externa.

Fonte: SAGGIN (2004, p. 42).

O resfriador posterior é, simplesmente, um trocador de calor utilizado para resfriar o ar comprimido. Como consequência deste resfriamento, permite-se retirar cerca de 75 a 90% do vapor de água contido no ar, bem como vapores de óleo; além de evitar que a linha de distribuição sofra uma dilatação, causada pela alta temperatura de descarga do ar.

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Figura 19 – Secagem por Absorção Fonte: SAGGIN (2004, p. 43). Figura 20 – Secagem por Absorção

Secagem por adsorção A secagem por adsorção está baseada em um processo físico: adsorver, ou seja, admitir uma substância à superfície de outra. O elemento secador é um material granulado, com arestas ou em forma de pérolas. Este elemento secador está formado de quase 100% de dióxido de silício. Em geral, é conhecido pelo nome “GEL” (sílica gel).

Fonte: SAGGIN (2004, p. 44).

Secagem por resfriamento O secador de ar comprimido por resfriamento funciona pelo princípio da diminuição de temperatura do ponto de orvalho. A temperatura do ponto de orvalho é a temperatura à qual deve ser esfriado um gás para obter a condensação do vapor de água contida nele. O ar comprimido, a ser secado, entra no secador, passando, primeiro, pelo denominado trocador de calor a ar. Mediante o ar frio e seco, proveniente do trocador de calor (vaporizador), é esfriado o ar quente que está entrando. A formação de condensado de óleo e água é eliminado pelo trocador de calor.

A tarefa do “GEL” consiste em adsorver a água e o vapor de água. É evidente que a capacidade de acumulação de uma camada de “GEL” é limitada. Uma vez que o elemento secador estiver saturado, poderá ser regenerado de uma maneira fácil: basta soprar ar quente da camada saturada e o ar quente absorve a umidade do elemento secador. Mediante a montagem, em paralelo, de duas instalações de adsorção, uma delas pode estar ligada para secar, enquanto a outra está sendo soprada com ar quente (regeneração). Acompanhe, agora, a esquematização da secagem por adsorção. 38

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Figura 21 – Secagem por Resfriamento Fonte: SAGGIN (2004, p. 45).

Este ar comprimido, pré-esfriado, circula através do trocador de calor (vaporizador) e, devido a isso, sua temperatura desce até 1,7°C, aproximadamente. Desta maneira, o ar é submetido a uma segunda separação de condensado de água e óleo. Posteriormente, o ar comprimido pode, ainda, passar por um filtro, a fim de eliminar os corpos estranhos.

Seção 4

Redes de distribuição do ar comprimido A rede de distribuição de ar comprimido compreende todas as tubulações que saem do reservatório passando pelo secador e que, unidas, orientam o ar comprimido até os pontos individuais de utilização. A rede possui duas funções básicas: funcionar como um reservatório para atender as exigências locais e comunicar a fonte com os equipamentos consumidores. Numa rede distribuidora, para que haja eficiência, segurança e economia, são importantes três pontos:

▪▪ baixa queda de pressão entre

a instalação do compressor e os pontos de utilização;

▪▪ apresentar o mínimo de vazamento; ▪▪ boa capacidade de separação do condensado em todo o sistema.

1 – Compressor de parafuso 2 – Resfriador posterior ar/ar 3 – Separador de condensado 4 – Reservatório 5 – Purgador automático 6 – Pré Filtro coalescente 7 – Secador 8 – Filtros coalescentes (grau x, y, z) 9 – Purgador automático eletrônico 10 – Separador de água e óleo 11 – Separador de condensado Figura 22 – Rede de Distribuição do Ar Comprimido Fonte: Fargon (2010)

O posicionamento dos equipamentos e tomadas que receberão alimentação pneumática deverão estar definidos, para que seja possível a confecção dos projetos e desenhos. Estes, trarão consigo: comprimento das tubulações, diâmetros, ramificações, pontos de consumo, pressão destes pontos, posições das válvulas, curvaturas etc. Através dos projetos, pode-se, então, definir o melhor percurso da tubulação, acarretando menor perda de carga e proporcionando economia. A seguir, veremos os tipos de redes de distribuição mais comuns.

Rede de distribuição em anel aberto Assim chamada, por não haver uma interligação na rede. Este tipo facilita a separação do condensado, pois ela é montada com certa inclinação, na direção do fluxo, permitindo o escoamento para um ponto de drenagem.

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Figura 25 – Rede de Distribuição Combinada Figura 23 – Rede de Distribuição em Anel Aberto Fonte: SAGGIN (2004, p. 33).

Rede de distribuição em anel fechado Geralmente, as tubulações principais são montadas em circuito fechado. Este tipo auxilia na manutenção de uma pressão constante e proporciona uma distribuição mais uniforme do ar, pois o fluxo circula em duas direções.

Figura 24 – Rede de Distribuição em Anel Fechado Fonte: SAGGIN (2004, p. 34).

Rede de distribuição combinada A rede combinada, também, é uma instalação em circuito fechado, a qual, por suas ligações longitudinais e transversais, oferece a possibilidade de trabalhar com ar em qualquer lugar. Mediante válvulas de fechamento, existe a possibilidade de fechar determinadas linhas de ar comprimido, quando, as mesmas, não forem usadas ou quando for necessário colocá-las fora de serviço, por razões de reparação e manutenção. Também, pode ser feito um controle de estanqueidade.

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Fonte: SAGGIN (2004, p. 35).

Inclinação das tomadas de ar e drenagem da umidade As tubulações, em especial nas redes em circuito aberto, devem ser montadas com um declive de 0,5 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.

Figura 26 – Inclinação das Tomadas de Ar e Drenagem Fonte: SAGGIN (2004, p. 36).

Desta forma, evita-se que a água condensada, eventualmente existente 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 da tubulação principal. Os drenos, colocados nos pontos mais baixos, de preferência, devem ser automáticos. Em redes mais extensas, aconselha-se instalar drenos distanciados de, aproximadamente, 20 a 30 metros um do outro.

Vazamentos As quantidades de ar perdidas através de pequenos furos, acoplamentos com folgas, vedações defeituosas etc., quando somadas, alcançam elevados valores. A importância econômica desta contínua perda de ar tornase mais evidente quando comparada com o consumo do equipamento e a potência necessária para realizar a compressão. Desta forma, um vazamento na rede representa um consumo, consideralvemente, maior de energia. Podemos constatar isto através da tabela: CUSTO DO VAZAMENTO Diâmetro do orifício de vazamento (pol)

1/32’’

1/16’’

1/8’’

¼’’

3/8’’

m3/h vazamento

2,72

10,9

44,2

174,0

397,5

R$/ano

340,00

1.360,00

5.515,00

21.715,00

49.610,00

Considerando: P = 7 barg uso = 16h/dia 300 dias/ano (1,0kWh ~ R$0,25) Tabela 7 – Custo do vazamento de ar Fonte: Metalplan (2008, p. 10).

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Funcionamento do dreno automático Por um furo de passagem, o condensado atinge o fundo do copo. Com o aumento do nível do condensado, um flutuador se ergue. A um determinado nível, abre-se uma passagem. O ar comprimido, existente no copo, passa por ela e desloca o êmbolo para a direita. Com isso, se abre o escape para o condensado. Figura 27 – Unidade de Conservação de Ar

Seção 5

Unidade de conservação de ar Após passar por todo o processo de produção, preparação e distribuição, o ar comprimido deve sofrer um último condicionamento, antes de ser utilizado nos equipamentos. Neste condicionamento, ocorrerá a separação do condensado, filtragem, regulagem da pressão e, em alguns casos, lubrificação que, atualmente, está deixando de ser utilizada, pois, os componentes, já possuem lubrificação própria. Uma das maneiras de fazer isto acontecer é a instalação da unidade de conservação de ar. Esta unidade é composta, basicamente, da combinação dos seguintes elementos:

Fonte: Adaptado de Festo Didactic (2001, p. 16).

Filtro de ar comprimido A função de um filtro de ar comprimido é reter as partículas de impureza, bem como a água condensada, presentes no ar que passa por ele. O ar comprimido, ao entrar no copo é forçado a um movimento de rotação, por meio de “rasgos direcionais”. Com isso, separam-se as impurezas maiores, bem como as gotículas de água, por meio de força centrífuga e depositam-se, então, no fundo do copo. O condensado acumulado no fundo do copo deve ser eliminado, o mais tardar, ao atingir a marca do nível máximo, já que, se isto ocorrer, o condensado será arrastado, novamente, pelo ar que passa.

▪▪ filtro de ar comprimido e recipiente de condensação; ▪▪ regulador de pressão do ar comprimido com manômetro; ▪▪ lubrificador de ar comprimido

(quando for necessário).

Figura 28 – Filtro de Ar Comprimido Fonte: Festo Didactic 155p ( 2001, p. 93).

As partículas sólidas, maiores que a porosidade do filtro, são retidas por este. Com o tempo, o acúmulo destas partículas impede a passagem do ar. Portanto, o elemento filtrante deve ser limpo ou substituído a intervalos regulares. Em filtros normais, a porosidade se encontra entre 30 a 70 mícron.

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Regulador de pressão O regulador tem por função manter constante a pressão de trabalho (secundária), independente da pressão da rede (primária) e consumo do ar. A pressão primária tem que ser sempre maior que a secundária. A pressão é regulada por meio de uma membrana. Uma das faces da membrana é submetida à pressão de trabalho. Do outro lado, atua uma mola, cuja pressão é ajustável por meio de um parafuso de regulagem.

a mola. Com isso, abre-se a parte central da membrana e o ar, em excesso, sai pelo furo de escape para a atmosfera.

Lubrificador

Com um parafuso de regulagem é dada a possibilidade de regular as gotas de óleo por unidade de tempo.

Manômetros

O lubrificador tem a tarefa de abastecer, suficientemente, com materiais lubrificantes, os elementos pneumáticos. Os materiais lubrificantes são necessários para garantir um desgaste mínimo dos elementos móveis, manter em nível mínimo as forças de atrito e proteger os aparelhos contra a corrosão.

São instrumentos utilizados para medir e indicar a intensidade de pressão do ar comprimido, óleo etc. Nos circuitos pneumáticos e hidráulicos, os manômetros são utilizados para indicar o ajuste da intensidade de pressão nas válvulas, que pode influenciar a força ou o torque de um conversor de energia. Um dos manômetros mais utilizados é o do tipo Bourdon.

Seção 6

Válvulas direcionais pneumáticas Assim como na hidráulica, as válvulas direcionais para a pneumática, também, são identificadas pelo número de vias, posições tipo de acionamento etc. e, também, possuem a função de direcionar o fluido que irá desenvolver diversas funções como, por exemplo, movimentar atuadores lineares e rotativos.

Figura 29 – Regulador de Pressão Fonte: Festo Didactic 155p ( 2001, p. 19).

Com aumento da pressão de trabalho, a membrana se movimenta contra a força mola. Com isso, a secção nominal de passagem na sede da válvula diminui, progressivamente, ou se fecha totalmente. Isto significa que a pressão é regulada pelo fluxo. Na ocasião do consumo a pressão diminui e a força da mola reabre a válvula. Com isso, o manter da pressão regulada se torna um constante abrir a fechar da válvula. A pressão de trabalho é indicada por um manômetro. Se a pressão crescer demasiado do lado secundário, a membrana é pressionada contra

Figura 30 – Lubrificador Fonte: Festo Didactic (2001, p. 104).

Lubrificadores de óleo, que estão caindo em desuso devido à utilização de componentes auto lubrificados, trabalham segundo o princípio Venturi. A diferença de pressão ∆p (Queda da pressão), entre a pressão antes do bocal nebulizador e a pressão no ponto estrangulador do bocal, será aproveitada para sugar óleo de um reservatório e de misturá-lo com o ar, em forma de neblina.

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Meios de acionamento Figura 31 – Válvula direcional Fonte: Adaptado de Festo Didactic (2001, p. 16).

Simbologia de válvulas Em esquemas pneumáticos, para representarmos as válvulas direcionais, os símbolos não caracterizam o tipo de construção, mas, somente, a função das válvulas. Características principais:

▪▪ número de posições: contadas a partir do número de quadrados da simbologia.

▪▪ número de vias: contadas a partir do número de tomadas que a válvula possui em apenas uma posição. As válvulas direcionais podem ser descritas, abreviadamente, da seguinte forma: coloca-se V.D., para representar, abreviadamente, o termo válvula direcional. Depois, escreve-se o número de vias, ao lado a barra (/), logo após, o número de posições e a palavra “vias”.

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Os acionamentos servem para inverter de posição as válvulas direcionais.

Geral

Alavanca

Botão

Pedal

Pino

Rolete

Mola

Gatilho

Solenoide com uma bobina

Solenóides com duas bobinas

MANUAIS

MECÂNICOS

ELÉTRICOS

Piloto positivo (créscimo de pressão)

PNEUMÁTICOS DIRETOS

Diferencial de áreas

Piloto negativo (decréscimo de pressão) Servo-piloto positivo

PNEUMÁTICOS INDIRETOS

Controle interno

Servo-piloto negativo

CENTRALIZAÇÕES

Por piloto positivo Por trava

Por molas

Identificação de vias ORIFÍCIO Pressão Utilização Escape Pilotagem

NORMA DIN24300 P A B C R S T EA EB EC X Y Z

Válvulas NA e NF

NORMA ISO1219 1 2 4 6 3 5 7 10

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Válvulas direcionais com 2 posições e até 3 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).

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Tabela 8 – Identificação das Vias Fonte: Parker (2008, p. 41).

Exemplo de identificação:



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Quando encontrarmos estas vias em exaustão, elas receberão o nome de centro aberto negativo (CAN).

Válvulas CF, CAP e CAN As válvulas direcionais de 3 posições caracterizam-se pela sua posição central. Àquelas que possuírem, na sua posição central, as vias de utilização bloqueadas, denominaremos centro fechado.

Válvulas de memórias São válvulas de duas posições, acionadas por duplo piloto.

Se ele estiver afastado, o escape representado será o escape dirigido, com conexão.

Seção 7

Válvulas pneumáticas Além das válvulas direcionais, encontraremos, ainda, as válvulas auxiliares de controle e combinações de válvulas, como veremos a seguir:

Válvula alternadora (Função lógica “OU”)

Já as válvulas que tiverem as vias de utilização sendo pressurizadas, chamaremos de centro aberto positivo (CAP).

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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.

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.

Figura 32 – Válvula Alternadora Fonte: Festo Didactic (2001, p. 156).

Válvula alternadora Exemplo da aplicação:

Válvulas de duas pressões (Função lógica “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. Empregase esta válvula, principalmente, em comando de bloqueio, comandos de segurança e funções de controle em combinações lógicas.

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Figura 33 – Válvula de Duas Pressões Fonte: Festo Didactic (2001, p. 152).

Exemplo da aplicação:

Válvula de escape rápido Válvulas de escape rápido se prestam para aumentar a velocidade dos êmbolos dos atuadores. Tempos de retorno elevados, podem ser eliminados dessa forma. 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 do mesmo.

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Figura 34 – Válvula de Escape Rápido Fonte: Festo Didactic (2001, p. 133).

Válvula de escape rápido Exemplo da aplicação:

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.

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Figura 35 – Válvula de Retenção Fonte: Festo Didactic (2001, p. 131).

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.

Figura 36 – Válvula Reguladora de Fluxo Idirecional Fonte: Festo Didactic (2001, p. 131).

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.

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Estas válvulas podem ser montadas para a regulagem da saída do ar. O ar da exaustão, porém, será regulado. Nisto, a haste do êmbolo está submetida entre duas pressões de ar. Esta montagem da válvula reguladora de fluxo, melhora muito a conduta do avanço. Em atuadores de dupla ação, devemos, sempre, usar regulagem na exaustão.

Figura 37 – Válvula Reguladora de Fluxo Unidirecional Fonte: Festo Didactic (2001, p. 130).

Válvula reguladora de fluxo unidirecional (Festo). Regulagem fluxo primária (entrada do ar) Estas válvulas podem ser montadas para a regulagem da entrada do ar. O ar em exaustão sai, através de retenção, no lado do escape. Ligeiras oscilações de carga na haste do pistão, provocadas, por exemplo, ao passar pela chave fim de curso, resultam em grandes diferenças de velocidade do avanço. A regulagem na entrada emprega-se em atuadores de simples ação e atuadores de dupla ação de pequeno volume. Figura 39 – Regulagem Fluxo Secundária Fonte: SAGGIN (2004, p. 65).

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. São, também, conhecidas como válvulas de sobrepressão ou válvulas de segurança. Figura 38 – Regulagem Fluxo Primária Fonte: SAGGIN (2004, p. 64).

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

51

Figura 40 – Válvula Limitadora de Pressão Fonte: SAGGIN (2004, p. 65).

Temporizador pneumático N F. Esta unidade consiste de uma válvula direcional de 3/2 vias, com acionamento pneumático, de uma válvula reguladora de fluxo unidirecional e um reservatório de ar. O ar de comando flui da conexão 12 para a válvula reguladora de fluxo que controlara o tempo e, de lá, através de área regulada, com velocidade e pressão mais baixa, para o reservatório. Alcançada a pressão necessária de comutação, o êmbolo de comando afasta o prato do assento da válvula, dando passagem ao ar principal de P para A.

Figura 41 – Temporizador Pneumático Fonte: Festo Didactic (2001, p. 127).

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Exemplo de aplicação:

Atuador linear de simples ação com retorno por mola: realiza trabalho em um sentido. Observe!

Figura 44 – Atuador Linear de Simples

Figura 42 – Circuito com Temporização

Ação

Fonte: SAGGIN (2004, p. 69).

Fonte: Festo Didactic (2001, p. 36).

Seção 8

Atuadores para sistemas pneumáticos Os atuadores pneumáticos convertem energia pneumática em energia mecânica linear ou rotativa, dependendo de seu tipo construtivo. A seguir, veremos os tipos mais comuns utilizados na indústria.

SIMPLES AÇÃO ATUADORES LINEARES

DUPLA AÇÃO

ATUADORES ROTATIVOS

MOTORES PNEUMÁTICOS

ATUADORES PNEUMÁTICOS

OCILADORES PNEUMÁTICOS

Figura 43 – Atuadores Pneumáticos Fonte: SAGGIN (2004, p. 72).

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

53

Atuador linear de dupla ação: realiza trabalho nos dois sentidos

Atuador rotativo de palheta bidirecional (oscilador): realiza movimento rotativo nos dois sentidos, com ângulo de rotação limitado.

Figura 45 – Atuador Linear de Simples Ação Fonte: Festo Didactic (2001, p. 36).

Amortecimento de fim de curso Quando volumes grandes e pesados são movimentados por um atuador, emprega-se um sistema de amortecimento para evitar impactos secos ou até danificações. Antes de alcançar a posição final, um êmbolo de amortecimento interrompe o escape direto do ar, deixando, somente, uma passagem pequena, geralmente, regulável.

Figura 48 – Oscilador Fonte: Festo Didactic (2001, p. 40).

Características dos atuadores rotativos pneumáticos:

▪▪ regulagem, sem escala, de ro-

tação e do momento de torção;

▪▪ construção leve e pequena; ▪▪ seguro contra sobrecarga; ▪▪ insensível contra poeira, água,

calor e frio;

▪▪ seguro contra explosão; ▪▪ grande escolha de rotação e

Figura 46 – Atuador Linear de Dupla Ação com Amortecimento.

facilidade de inversão;

Fonte: Festo Didactic (2001, p. 37).

▪▪ conservação e manutenção insignificantes.

Atuador rotativo de palhetas unidirecional: realiza movimento rotativo em um sentido.

Seção 9

Designação de elementos

Figura 47 – Atuador Rotativo Fonte: Festo Didactic (2001, p. 40).

54

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Os circuitos pneumáticos são compostos de elementos que são identificados por números ou letras. Designação por números: os números identificam os elementos pela função.

Elementos de trabalho. Ex.: cilíndros (atuadores lineares)

1.0

Elementos auxiliares. Ex.: Controle de Fluxo. Para Avanço.

1.1

Elementos processadores de sinal. E, OU, Temporizador Influenciam o avanço do atuador.

Elementos de comando. Ex.: V.D.3/2 vias NF, 43, 5/2 vias.

1.4 1.2

Elementos de sinal. Para o avanço do atuador. Elementos auxiliares do circito.

Elementos auxiliares. Ex: Controle de Fluxo. Para Retorno.

1.02/1.03

1.5

Elementos processadores de sinal. E,OU, temporizador. Influenciam o retorno do atuador.

1.3

Elementos de sinal. Para o Retorno do Atuador.

0.1

Figura 49 – Identificação dos Elementos Fonte: SAGGIN (2004, p. 85).

0.1, 0.2, 0.3... Elementos auxiliares influenciam em todo o circuito. Ex.: Lubrefil, válvulas de fechamento. 1.2, 1.4, 2.2, 2.4... Elementos de sinal, com número final par, influenciam no avanço dos atuadores lineares ou no sentido de rotação à direita dos atuadores rotativos (motores). Ex.: válvulas direcionais 3/2 acionadas por botão, pedal, rolete. 1.3, 1.5, 2.3, 2.5... Elementos de sinal, com número final ímpar, influenciam no retorno dos atuadores lineares (cilindros) ou no sentido de rotação à esquerda dos atuadores rotativos (motores). Ex.: válvulas direcionais 3/2 acionadas por botão, pedal, rolete.

1.6, 2.6... Elementos processadores de sinal, com número final par, influenciam no avanço dos atuadores lineares (cilindros) ou no sentido de rotação à direita dos atuadores rotativos (motores). Ex.: válvulas E, válvulas OU, temporizadores. 1.7, 2.7... Elementos de sinal, com número final ímpar, influenciam no retorno dos atuadores lineares (cilindros) ou no sentido de rotação à esquerda dos atuadores rotativos (motores). Ex.: válvulas E, válvulas OU, temporizadores. 1.1, 2.1, 3.1... Elementos de comando influenciam nos dois sentidos de movimentos dos atuadores (o primeiro número indica o atuador a ser comandado). Ex.: válvulas direcionais.

1.02, 1.04... Elementos auxiliares, com número final par, influenciam no avanço dos atuadores lineares (cilindros) ou no sentido de rotação à direita dos atuadores rotativos (motores). Ex.: válvulas reguladoras de fluxo, escape rápido. 1.03, 1.05... Elementos auxiliares, com final ímpar, influenciam no retorno dos atuadores lineares (cilindros) ou no sentido de rotação à esquerda dos atuadores rotativos (motores). Ex.: válvulas reguladoras de fluxo, escape rápido. 1.0, 2.0... Elementos de trabalho. Ex.: atuadores lineares ou rotativos, (motores pneumáticos, osciladores, atuadores lineares).

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

55

Seção 10

Elaboração de esquemas de comando Sequência de movimentos Quando os procedimentos de comando são um pouco mais complicados e se devem reparar instalações de certa envergadura, é uma grande ajuda para o técnico de manutenção dispor dos esquemas de comando e sequências, segundo o desenvolvimento de trabalho das máquinas. Quando o pessoal de manutenção não os utiliza de forma correta, o motivo deve encontrar-se na má confecção dos mesmos, em sua simbologia incompreensível ou na falta de conhecimento técnico. A insegurança na interpretação de esquemas de comando torna impossível, por parte de muitos, a montagem ou a busca de defeitos de forma sistemática. Atingindo este ponto, pode-se considerar pouco rentável ter que basear a montagem ou busca de defeitos em testes e adivinhações. É preferível, antes de iniciar qualquer montagem ou busca de avaria, realizar um estudo de esquema de comando e da sequência da máquina, para ganhar tempo, posteriormente. Para poder levar os esquemas de comando e sequências para a prática, é necessário conhecer as possibilidades e procedimentos normais de representação dos mesmos.

Movimentação de um circuito como exemplo Pacotes chegam sobre um transportador de rolos e são levados por um cilindro pneumático A e empurrados por um segundo cilindro B sobre um segundo transportador. Nisto, devido ao enunciado do problema, o cilindro B deverá retornar apenas quando A houver alcançado a posição final recuada.

Figura 50 – Representação em Sequência Cronológica Fonte: SAGGIN (2004, p. 90).

Acompanhe a sequência de movimentos possíveis de um circuito. O cilindro A avança e eleva os pacotes; O cilindro B empurra os pacotes sobre o segundo transportador; O cilindro A desce; O cilindro B retrocede.

Representação abreviada em sequência algébrica Neste tipo, a letra maiúscula representa o atuador, enquanto que, o sinal algébrico representa o movimento. Sinal positivo (+) para o avanço e negativo (-) para o retorno. Exemplo: A +, B +, A -, B -.

Representação gráfica em diagrama de trajeto e passo Neste caso, se representa a sequência de operação de um elemento de trabalho, levando-se ao diagrama o valor percorrido em dependência de cada passo considerado.

56

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Se existirem diversos elementos de trabalho para um comando, estes são representados da mesma maneira e desenhados uns sob os outros. A correspondência é realizada através dos passos. O diagrama de trajeto e passo, para o exemplo apresentado, possui construção, segundo a figura abaixo:

Passo: Variação do estado de qualquer unidade construtiva.

Figura 51 – Representação Gráfica em Diagrama de Trajeto e Passo

Representação gráfica em diagrama de trajeto e tempo O trajeto de uma unidade construtiva é representado em função do tempo. Contrariamente ao diagrama de trajeto e passo, o tempo é representado, linearmente, neste caso, e constitui a ligação entre as diversas unidades. Diagrama de trajeto e tempo para o exemplo:

Figura 52 – Representação Gráfica em Diagrama de Trajeto e Tempo

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

57

Tipos de esquemas Tal como no diagrama de movimentos, temos, também, na construção de esquemas de comando, duas possibilidades: o esquema de comando de posição e o esquema de comando de sistema. A diferença entre eles está na maneira de representação dos elementos nos circuitos.

Esquemas de comando de posição Os elementos, aqui, são desenhados na posição, conforme serão instalados nas máquinas e equipamentos.

Figura 53 – Circuito Pneumático Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009).

Esquema de comando de sistema Este tipo de esquema está baseado em uma ordenação. Os símbolos são desenhados na horizontal e divididos em cadeias de comandos individuais. Os elementos fins de curso são representados por traços.

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A palavra vácuo, originária do latim vacuus, significa vazio. Entretanto, podemos definir, tecnicamente, que um sistema se encontra em vácuo quando está submetido a uma pressão inferior à pressão atmosférica.

Figura 54 – Circuito Pneumático Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009).

Seção 11

Tecnologia do vácuo Utilizando o mesmo raciocínio anterior para ilustrar como é gerada a pressão dentro de um recipiente cilíndrico, cheio de ar: se aplicarmos uma força contrária na tampa móvel do recipiente em seu interior, teremos como resultante uma pressão negativa, isto é, inferior à pressão atmosférica externa.

Figura 55 – Princípio de Geração do Vácuo Fonte: Parker ( 1998, p. 7).

Aplicações do vácuo As aplicações do vácuo na indústria são limitadas, apenas, pela criatividade e pelo custo. As mais comuns envolvem o levantamento e deslocamento de peças e materiais, como os exemplos mostrados a seguir: COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

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▪▪ tubos ou mangueiras; ▪▪ conjunto mecânico com o

suporte das ventosas, dispositivos de montagem acessórios.

Ventosas As duas formas mais comuns usadas para fixação e levantamento de materiais ou peças são:

▪▪ sistema mecânico através, por exemplo, de garras; Figura 56 – Aplicações do Vácuo Fonte: Parker (1998, p. 7).

Aplicações do vácuo (PARKER, 1998):

▪▪ movimentação de cargas, . substitui o esforço humano; ▪▪ manipulação de peças frágeis, evita danos; ▪▪ manipulação de peças com temperatura elevada (usando ventosas de

silicone);

▪▪ operações que requerem condições de higiene; (abertura de embalagens); ▪▪ movimentação de peças muito pequenas, como, por exemplo, . com-

ponentes eletrônicos;

▪▪ movimentação de materiais com superfícies lisas (chapas de vidro). No projeto de um sistema de vácuo é importante definir, corretamente, o desempenho do sistema e suas características para, então, selecionar a instalação mais adequada. Considerar os seguintes fatores:

▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪

efeito do ambiente sobre os componentes; forças necessárias para movimentação das peças ou materiais; tempo de resposta; permeabilidade dos materiais a serem manipulados; como as peças ou materiais serão fixados; distância entre os componentes; custos.

Seleção de componentes para uma instalação de vácuo em geral:

▪▪ ventosas; ▪▪ geradores de vácuo; ▪▪ válvulas principais de controle;

60

CURSOS TÉCNICOS SENAI

▪▪ por meio do vácuo, utilizando‑se ventosas. As vantagens do sistema mecânico incluem: a facilidade na determinação da força necessária para sustentação e o fato de que área a ser comprimida é, relativamente, pequena. Como desvantagens, temos: a peça que está sendo fixada pode ser danificada se a garra não estiver corretamente dimensionada, se as dimensões da peça variarem ou se ela for frágil. Temos, ainda, que os sistemas mecânicos quase sempre apresentam alto custo de aquisição, instalação e manutenção. A grande vantagem das ventosas, como sistemas de movimentação, é que elas não danificam as peças. Outras vantagens que podem ser mencionadas são: o baixo custo, manutenção simples, bem como, a velocidade de operação. As ventosas podem ser projetadas em diversas formas, dependendo de sua aplicação, entretanto, genericamente, podemos classificá‑las em 3 tipos principais. Veja:

Ventosa padrão O tipo mais comum, para uso em superfícies planas ou ligeiramente curvas. As ventosas padrão podem ser produzidas com diferentes formas. Em função de suas aplicações, as características que podem variar são: tamanho, material, abas duplas para vedação, luvas de atrito, molas de reforço etc. Figura 58 – Ventosa com Fole Fonte: Parker (1998, p. 9).

Caixa de sucção Este tipo de ventosa pode ser oval, quadrada ou retangular, dependendo da forma da peça a ser movimentada. Figura 57 – Ventosa Padrão Fonte: Parker (1998, p. 8).

Ventosa com fole Este tipo de ventosa destina‑se, principalmente, à aplicações que requerem ajuste para diferentes alturas/níveis. As ventosas com fole podem ser usadas em sistemas de levantamento de peças com diversos planos e diferentes formas, como, por exemplo, chapas corrugadas. Elas, também, dão certo grau de flexibilidade ao sistema, que pode ser utilizado para separar películas finas. As ventosas com fole podem ser de fole simples ou duplo. A ventosa com fole não é adequada para movimentação de superfícies verticais.

Figura 59 – Caixa de Sucção Fonte: Parker (1998, p. 9).

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

61

Geradores de vácuo Os geradores pneumáticos de vácuo operam sob o princípio Venturi, (descrito anteriormente, quando estudamos os lubrificadores de ar) e são alimentados por um gás pressurizado, geralmente, o ar comprimido.

Figura 61 – Efeito Venturi Fonte: Parker (1998, p. 12).

Figura 60 – Geradores de Vácuo Fonte: Parker (1998, p. 11).

O efeito Venturi O efeito Venturi, é obtido através da expansão do ar comprimido que alimenta o gerador de vácuo, através de um ou mais bocais. Esta expansão, converte a energia potencial do ar, em forma de pressão, para energia cinética, em forma de movimento. A velocidade do fluxo aumenta e pressão e temperatura caem, criando uma pressão negativa no lado da sucção. Os geradores de vácuo pneumáticos apresentam dimensões reduzidas, ausência de peças móveis, baixo custo de manutenção e respostas rápidas.

62

CURSOS TÉCNICOS SENAI

Comparação entre geradores, ventiladores e bombas de deslocamento positivo Gerador pneumático

Ventilador

Bomba de deslocamento positivo

▪▪ Baixo custo de aquisição ▪▪ Respostas rápidas ▪▪ Pouco peso e dimen-

▪▪ Baixo custo de aquisição

▪▪ Baixo custo de operação

▪▪ Alta capacidade de sucção (importante ▪▪ Baixo nível de quando o material a ser ruído ▪▪ Montagem sobre ou próximo a ventosa reduz deslocado, apresenta ▪▪ Alto custo de alta permeabilidade ao aquisição o volume de vácuo e o ar) consumo de energia ▪▪ Alto custo de ▪▪ Alto nível de ruído ▪▪ Alto nível de ruído manutenção ▪▪ Custo de operação re- ▪▪ Baixo nível de vácuo lativamente alto, se usado em serviço contínuo

sões reduzidas (facilitam a instalação)

Quadro 2 – Comparação entre as Fontes de Vácuo Fonte: Parker (1998, p. 13).

Concluímos a quarta unidade de estudos desta unidade curricular. Mas, não pense que acabou! Há muitas descobertas ainda pela frente!

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

63

Unidade de estudo 5 Seções de estudo Seção 1 – Fluidos hidráulicos Seção 2 – Reservatório Seção 3 – Bombas hidráulicas Seção 4 – Filtros para sistemas hidráulicos Seção 5 – Válvulas direcionais Seção 6 – Atuadores Seção 7 – Válvulas de bloqueio Seção 8 – Válvulas reguladoras de vazão Seção 9 – Válvulas reguladoras de pressão Seção 10 – Elemento lógico Seção 11 – Trocador de calor Seção 12 – Acumuladores Seção 13 – Intensificador de pressão Seção 14 – Instrumentos de medição e controle

Composição de um Sistema Pneumático SeçÃo 1

Fluidos hidráulicos Um sistema hidráulico independente do trabalho que irá realizar é composto dos seguintes grupos:

Figura 63 – Sistema Hidráulico Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009).

É o elemento vital de um sistema hidráulico industrial, pois é um meio de transmissão de energia, um lubrificante, um vedador e um meio de transferência de calor. O fluido hidráulico, à base de petróleo, é o mais usado.

Figura 62 – Composição do Sistema Hidráulico Fonte: Parker ( 2008, p. 5).

As fontes de energias, normalmente utilizadas, são: energia elétrica (motor elétrico) e energia térmica (motor a combustão). O grupo de geração que transforma energia mecânica em energia hidráulica é constituído pelas bombas hidráulicas, entre outros componentes; o grupo de controle que controla e direciona a energia hidráulica, compõe-se de válvulas direcionais e reguladoras de vazão e pressão. No grupo de atuação, encontraremos os atuadores, que podem ser os cilindros, osciladores e motores. O grupo de ligação responsável pela transmissão da energia hidráulica é composto por conexões, tubos e mangueiras.

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

65

Figura 64 – Fluidos Hidráulicos Fonte: Racine (1987, p. 130).

Um bom fluido hidráulico, com uma boa filtragem, contribuirá, muito, para o aumento na vida útil dos componentes dos sistemas hidráulicos. O mais usado é o óleo mineral à base de petróleo que recebe aditivos em sua composição para adequá-lo ao uso em sistemas hidráulicos.

Tipos de fluidos e suas características:

Figura 65 – Características dos Fluidos Fonte: Festo Didactic (2001, p. 59).

66

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Informações gerais ▪▪ Nunca devemos misturar dois fluidos de fabricantes diferentes, pois os aditivos podem reagir entre si, deteriorando o óleo e envelhecendoo, precocemente; ▪▪ A limpeza do sistema deve ser bem feita, pois testes precisos reve-

laram que 10% do óleo “velho” deixado no interior do sistema reduz 70% das qualidades do óleo novo;

▪▪ Não utilizar método de somente completar o nível; ▪▪ Quando o fluido hidráulico ficar parado, pelo período aproximado

de dois meses após ter sido usado, convém substituí-lo;

▪▪ O tipo de óleo, bem como o período da troca, são recomendados

pelo fabricante;

▪▪ Para determinar, precisamente, as condições de um fluido (grau de oxidação e quantidade de contaminantes) devem ser realizados testes de laboratório; ▪▪ Guarde o óleo, sempre, em recipientes limpos e protegidos contra as intempéries; ▪▪ Mantenha as tampas dos recipientes hermeticamente fechadas.

Aditivos São produtos químicos que, adicionados ao óleo, melhoram suas características ou criam novas características. Ex.: antiespumante, inibidores de corrosão, antedesgaste etc. Apesar de não existirem normas nem diretrizes legais que definam a compatibilidade de um fluido com o meio ambiente, já se verifica, na prática, a utilização dos fluidos não poluentes. Ex.: biodegradáveis.

Viscosidade É a resistência do fluido ao escoar, ou seja, se um fluido escoa facilmente, sua viscosidade é baixa, pode-se dizer que o fluido é fino ou pouco encorpado. Um fluido que escoa com dificuldade tem alta viscosidade, é grosso ou muito encorpado. Resumindo, viscosidade é uma medida inversa a de fluidez.

Métodos para definição da viscosidade Alguns métodos para definir a viscosidade, em ordem de exatidão decrescente são: viscosidade absoluta (Poise); viscosidade cinemática em centistokes; viscosidade relativa em S.U.S e SAE. Para efeito prático, na maioria dos casos, a viscosidade relativa já é suficiente. Determina-se a viscosidade relativa cronometrando-se o escoamento de uma dada quantidade de fluido, através de um orifício calibrado, a uma determinada temperatura. Observe a imagem:

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

67

▪▪ Viscosímetro de Saybolt

Figura 66 – Viscosímetro de Saybolt Fonte: Parker (2008, p. 5).

▪▪ Número SAE Os números SAE foram estabelecidos pela Sociedade Americana dos Engenheiros Automotivos para especificar as faixas de viscosidade SUS do óleo, às temperaturas de testes SAE. Os números de inverno (5W, 10W, 20W) são determinados pelos testes a 0°F (-17°C). Os números para óleo de verão (20, 30, 40, 50 etc.) designam a faixa SUS a 212°F (100°C).

▪▪ Viscosidade ISO VG O sistema ISO estabelece o número médio para uma determinada faixa de viscosidade cinemática (cSt), a temperatura de 40°C. Existem, ainda, outras unidades, porém, não vemos como necessário estudarmos, no nosso contexto. Usando a tabela seguinte podemos converter um valor em centistokes para segundos Saybolt Universal.

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ISO standard 3448 ASTM D-2422

Viscosidade cinemática, cSt

Ponto médio de viscosidade cSt

mínimo

máximo

Equivalência aproximada SUS

ISO VG 2

2,2

1,98

2,42

32

ISO VG 3

3,3

2,88

3,52

36

ISO VG 5

4,6

4,14

5,06

40

ISO VG 7

6,8

6,12

7,48

50

ISO VG 10

10

9,00

11,0

60

ISO VG 15

15

13,5

16,5

75

ISO VG 22

22

19,8

24,2

105

ISO VG 32

32

28,8

35,2

150

ISO VG 46

46

41,4

50,6

215

ISO VG 68

68

61,2

74,8

315

ISO VG 100

100

90,0

110

465

ISO VG 150

150

135

165

700

ISO VG 220

220

198

242

1000

ISO VG 320

320

288

352

1500

ISO VG 460

460

414

506

2150

ISO VG 680

680

612

748

3150

ISO VG 1000

1000

900

1100

4650

ISO VG 1500

1500

1350

1650

7000

Tabela 7 – Conversão de Unidades de Viscosidade Fonte: Parker (2008, p. 24).

▪▪ Índice de viscosidade – IV O índice de viscosidade é uma medida relativa da mudança de viscosidade de um fluido como consequência das variações de temperatura. Um fluido que tem uma viscosidade relativamente estável, a temperaturas extremas, tem um alto índice de viscosidade (IV). Um fluido que é espesso quando frio e fino quando quente, tem um baixo IV. A tabela abaixo mostra uma comparação entre um fluido de IV 50 e um de IV 90: Comparação das viscosidades em 3 temperaturas:

IV

(-17ºC) 0º F

(37ºC) 100ºF

50

12.000 SUS

150 SUS

90

8.000 SUS

150 SUS

(100ºC)

210ºF

41 SUS 43 SUS

Tabela 8 – Índice de Viscosidade Fonte: SAGGIN (2004, p. 37).

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

69

Nota-se que o óleo de 90 IV é mais fino a -17°C e mais espesso a 100°C, porém, ambos têm a mesma viscosidade a 37°C.

Seção 2

Reservatório Sua principal função é armazenar o fluido hidráulico e, como regra geral (prática), deve conter duas a três vezes a vazão da bomba. Conectados ao reservatório encontraremos linhas de sucção, retorno e dreno. Quando as linhas não possuírem filtros nas extremidades, devem ser cortadas a 45° e montadas para a parede do reservatório, facilitando o fluxo normal do fluido.

No reservatório, encontraremos a tampa de inspeção, bocal de enchimento, respiro, visor de nível e, no seu interior, a placa defletora (chicana) que tem a função de reduzir a turbulência e evitar que o fluido de retorno seja succionado sem antes ter circulado pelo reservatório para trocar calor e decantar impurezas. Os reservatórios podem ser:

▪▪ aberto: quando a pressão no interior do mesmo for igual à pressão atmosférica; ▪▪ pressurizado: quando a

pressão no interior do mesmo for maior que a pressão atmosférica.

Figura 67 – Reservatório Fonte: Festo Didactic (2001, p. 76).

70

CURSOS TÉCNICOS SENAI

Simbologia

Reservatório aberto

Reservatório pressurizado

Seção 3

Bombas hidráulicas Bombas hidráulicas são componentes utilizados para fornecer vazão ao sistema, fornecendo energia necessária ao fluido.

Bomba de deslocamento não positivo São, também, chamadas de roto dinâmicas, não possuem vedação mecânica entre a entrada e a saída, um pequeno aumento da pressão reduz a vazão na saída. Exemplo: bombas centrífugas que possuem fluxo radial. Existem, também, as que possuem fluxo axial e são constituídas por uma hélice rotativa.

Fluxo Radial - Centrífuga

Fluxo Axial - Hélice

Fluxo Misto - Turbina

Figura 68 – Bombas Hidráulicas Fonte: Vickers (1983 p. 11-1).

Características das bombas hidráulicas ▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪

vazão uniforme; dimensões reduzidas; baixo custo de manutenção; ausência de válvulas;

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

71

▪▪ apresentam menores vibra-

ções;

▪▪ trabalham com fluidos contaminados; ▪▪ baixo poder de sucção; ▪▪ necessidade da retirada do ar

(escorva);

▪▪ baixo rendimento (60%); ▪▪ desaconselhável para pequenas

vazões e elevadas pressões.

Bombas de deslocamento positivo Nestas, existe vedação entre a entrada e a saída; teoricamente, fornecem vazão independente da pressão. Basicamente, possuem três tipos construtivos:, engrenagens, palhetas e pistões.

Bomba de engrenagem Com o desengrenamento das engrenagens, o fluido é conduzido da entrada para a saída, nos vãos formados pelos dentes das engrenagens e as paredes internas da carcaça da bomba. Com o reengrenamento, o fluido é forçado para a saída.

Figura 69 – Bomba de Engrenagem Fonte: Festo Didactic (2001, p. 72).

72

CURSOS TÉCNICOS SENAI

Características das bombas de deslocamento positivo ▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪

Rendimento de 80 a 85%; Pressão típica de 250 Kgf/cm2; Deslocamento típico de 250 cm3/r; Compacta e de pouco peso; Geralmente ruidosa; Baixo custo; Apenas deslocamento fixo, boa resistência à contaminação; Pouca possibilidade de manutenção; Resistente aos efeitos da cavitação.

Simbologia

Bomba de deslocamento fixo unidirecional.

Bomba de palhetas As bombas de palheta produzem uma ação de bombeamento, fazendo com que as palhetas acompanhem o contorno de um anel. Seu mecanismo de bombeamento é composto de um rotor, palhetas, anel e placas com aberturas de entradas e saídas, além do mecanismo de ajuste de pressão e vazão.

Bomba de palhetas de vazão variável com compensação de pressão

Figura 70 – Bomba de Palheta Fonte: Racine (1987, p. 141).

Características das bombas de palhetas ▪▪ Rendimento 75 a 80%; ▪▪ Deslocamento típico 100 cm3/r; ▪▪ Pressão de trabalho: até 210 kgf/cm² - bombas de vazão fixa e 70

kgf/cm² - bombas vazão variável;

▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪

Montagem múltipla e simples; Possuem controle de vazão e pressão; Baixo custo e pouca tolerância às impurezas; Pouco ruidosa e vazão uniforme.

Simbologia

Bomba de deslocamento fixo unidirecional.

Bomba de deslocamento variável unidirecional com compensação de pressão.

Bombas de pistões Estas bombas geram uma ação de bombeamento, devido ao deslocamento de pistões no interior de um tambor cilíndrico.

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

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Bombas de pistões de eixo inclinado

Simbologia

Bomba de deslocamento fixo unidirecional.

Bomba de deslocamento variável unidirecional com compensação de pressão.

Bomba de deslocamento variável bidirecional com compensação de pressão.

Figura 71 – Bomba de Pistões Fonte: Racine (1987, p. 144).

Bombas de pistões de placa inclinada

Como qualquer equipamento elétrico ou mecânico, requer uma série de cuidados para garantir uma vida útil mais longa. Para isso, devemos alinhar, corretamente, o motor de acionamento à bomba e utilizar acoplamentos flexíveis. O sentido de rotação e a retirada do ar da bomba (escorva) deverão ser observados, com atenção, sob pena de danificar a bomba em pouco tempo.

Cavitação

Figura 72 – Bomba de Pistões Fonte: Racine (1987, p. 145).

Para cada líquido, numa determinada temperatura, existe uma pressão, abaixo da qual se inicia sua vaporização. A essa pressão dá-se o nome de pressão de vapor do líquido. Se isso ocorrer na sucção de uma bomba, o líquido irá vaporizar, parcialmente, sob forma de bolhas de vácuo que, ao serem arrastadas pelo rotor para uma zona de maior pressão, irão se condensar, bruscamente, provocando uma erosão no rotor. Para evitar a cavitação, podemos proceder das seguintes maneiras:

de 95%;

▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪

▪▪ Deslocamento típico 500

Aeração

Características das bombas de pistões de placa inclinada ▪▪ Rendimento que gira em torno

cm3/r;

▪▪ Alta eficiência total. Podem

ser de vazão fixa ou variável;

▪▪ São as que menos toleram impurezas; ▪▪ Pressão típica 700 bar; ▪▪ Possibilidade de montagem

múltipla. Compacta.

74

CURSOS TÉCNICOS SENAI

diminuir a perda de carga na linha de sucção; aumentar a pressão do reservatório; reduzir a rotação da bomba; reduzir a distância entre a bomba e o reservatório; redimensionar tubulações.

É a entrada de ar na bomba. Este fenômeno é similar ao da cavitação, inclusive seus efeitos sobre a bomba e demais componentes do sistema, diferindo-se, apenas, que nesta ocorre a formação de bolhas de ar e não de vácuo. A condição de aeração, também, é detectada pelo elevado ruído metálico. Quando há aeração, as medidas a ser tomadas são:

▪▪ verificar se as ligações entre os componentes da linha de sucção estão bem vedadas; ▪▪ evitar que a bomba arraste fluido com bolhas de ar do reservatório.

Bombas em série Quando a bomba hidráulica tem baixo poder de sucção, instala-se uma bomba auxiliar (Bomba de carga) cuja função é alimentar a bomba principal.

Seção 4

Filtros para sistemas hidráulicos Tem a função de reter as partículas insolúveis do fluido. Os filtros, bem como os elementos filtrantes, podem ser de diversos tipos e modelos. É recomendável que o filtro seja dimensionado para permitir a passagem por três vezes da vazão da bomba.

Figura 73 - Bombas em Paralelo

São utilizadas, em casos onde se necessita de duas velocidades em atuadores, uma rápida e outra lenta. O rápido com pouca força e o lento com grande força. Se aplica, também, em casos de sistemas com circuitos independentes.

Figura 74 – Filtros para Sistemas Hidráulicos Fonte: Festo Didactic (2001, p. 79).

Visibilidade da contaminação O menor limite de visibilidade para o olho é de 40 mícron. Em outras palavras, uma pessoa normal pode enxergar uma partícula que mede 40 mícron, no mínimo. Isto significa que, embora uma amostra de fluido hidráulico pareça estar limpa, ela não está, necessariamente, limpa.

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

75

Figura 75 – Visibilidade da Contaminação Fonte: Festo Didactic (2001, p. 82).

Tipos de filtros ▪▪ Filtro de sucção - 100 a 150 mícron, montados entre o reservatório e a bomba.

▪▪ Filtro de pressão - 0,1 a 20 mícron são filtros montados antes de

alguns componentes que requeiram um grau de filtragem mais apurado como: servo-válvulas, motores de pistões axiais, válvulas proporcionais, entre outros.

76

CURSOS TÉCNICOS SENAI

▪▪ Filtro de retorno - 40 a 80 mícron, são os filtros montados na linha de retorno do fluido para o reservatório.

Folga típica de componentes hidráulicos Componente

Mícrons

Rolamentos antifricção de rolos e esferas Bomba de palheta

0,5 0,5-1

Bomba de engrenagem (engrenagem com a tampa)

0,5-5

Servo válvulas (carretel com a luva)

1-4

Rolamentos hidrostáticos

1-25

Rolamentos de pistão (pistão com camisa)

5-40

Servo-válvulas

18-63

Atuadores

50-250

Orifício de servo-válvula

130-450

Tabela 9 – Folga típica de componentes hidráulicos Fonte: Parker (2008, p. 25).

Razão beta O grau do meio filtrante, expresso em razão beta, indica a eficiência média de remoção de partículas. A razão beta é definida pela equação a seguir:

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

77

Seção 5

Válvulas direcionais Razão Beta = nº de partículas do lado não filtrado nº de partículas do lado filtrado

Exemplo: Β=

50000 =5 10000

Eficiência = (1 −

1 ) x100 Β

1 Eficiência = (1 − ) x100 = 80% 5

Para uma razão beta menor que 75, temos um filtro nominal (baixa eficiência) e para uma razão b,eta maior ou igual a 75 temos um filtro absoluto (alta eficiência).

Indicadores de impurezas Um indicador de impurezas mostra a condição de um elemento filtrante. Ele indica quando o elemento está limpo, quando precisa ser trocado ou se está sendo utilizado o desvio.

Sinal Elétrico Figura 76 – Indicadores de Impurezas Fonte: Festo Didactic (2001, p. 80).

78

CURSOS TÉCNICOS SENAI

Indicador Óptico

São constituídas de um corpo com ligações internas que são conectadas e desconectadas por uma parte móvel, o carretel. Para identificar a simbologia de uma válvula devemos considerar o número de posições, vias, posição normal e o tipo de acionamento.

Figura 77 – Válvulas Direcionais Fonte: Parker. (2008, 71).

▪▪ Válvula direcional 4/3 vias acionada por solenóide, centrada por

molas, com centro fechado.

▪▪ Número de posições: identificamos pelo número de quadrados da simbologia e devemos saber que, para ser uma válvula direcional, deve ter, no mínimo, duas posições.

Número de vias: corresponde ao número de conexões úteis que uma determinada válvula possui

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

79

Tipos de acionamentos: manual ou automático

Tipos de centro: aberto ou fechado

Sobreposição de comando nas válvulas direcionais de carretel deslizante. Conforme o tipo de êmbolo de comando, ao serem comutadas as válvulas para outra posição de comando, as conexões são fechadas ou interligadas, durante um determinado tempo. Isto é denominado de sobreposição positiva ou negativa de comando. Sobreposição positiva é onde todas as conexões fecham-se durante a comutação. Sobreposição negativa é quando, durante a comutação, todas as conexões estão interligadas durante um pequeno tempo.

Figura 78 – Sobreposição de Comando Fonte: Festo Didactic (2001, p. 108).

80

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Para facilitar a instalação, as válvulas direcionais são, normalmente, montadas em placas e, estas, conectadas às tubulações. Segue, abaixo, as configurações padronizadas de furações.

O solenóide é constituído, basicamente, de um núcleo fixo, um núcleo móvel, mola de retorno e bobina. Quando o solenóide está desenergizado o núcleo móvel é mantido, através da ação de uma mola de retorno, afastado do núcleo fixo. Figura 79 – Configurações Padronizadas de Furações Fonte: Parker (2008, p. 72).

Figura 80 – Relação entre Tamanho Nominal e Vazão Fonte: Parker (2008, p. 74).

Solenóides Como visto, anteriormente, solenóides são componentes eletromecânicos, que transformam energia elétrica em energia mecânica linear. Nos sistemas hidráulicos e pneumáticos, os solenóides que têm sido, tradicionalmente, utilizados, são do tipo digital. Como a denominação deixa clara, estes solenóides possuem duas posições de equilíbrio, totalmente energizado ou totalmente desenergizado. O princípio de operação dos solenóides, independente do seu tipo construtivo, é bastante similar, podendo ser resumido da seguinte forma:

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

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Figura 81 – Válvula Direcional Hidráulica com Acionamento Direto (em Repouso) Fonte: Rexroth (2005, p. 168).

Quando é aplicada uma corrente elétrica à bobina, esta gera um campo magnético, o qual atrai o núcleo móvel que, por sua vez, desloca o carretel da válvula, dando nova direção ao fluxo do fluido.

O primeiro inconveniente é a excessiva geração de calor no solenóide, especialmente para solenóides alimentados com corrente alternada e que operam em equipamentos com uma frequência de acionamentos muito grande, havendo o risco de queima do solenóide. O segundo inconveniente é a necessidade da vedação dinâmica, entre o pino de acionamento e o corpo da válvula, o que pode permitir eventuais vazamentos de fluido hidráulico para o interior do solenóide e, daí, para o seu exterior.

Figura 83 – Solenóide em Banho de Óleo e a Seco Fonte: Festo Didactic (1986, p. 42).

Para eliminar este problema, outra concepção de solenóide foi desenvolvida, denominado solenóide em banho de óleo. Nesta concepção, o pino de acionamento e o núcleo móvel estão imersos no fluido hidráulico que circula através da válvula, estando bobina e núcleo fixos, isolados do fluido hidráulico, atravwés de um tubo aparafusado no corpo da válvula. Com esta concepção, é permitido um escoamento contínuo do fluido hidráulico em torno do núcleo móvel, melhorando a dissipação do calor gerado na bobina. Figura 82 – Válvula Direcional Hidráulica com Acionamento Direto (acionada) Fonte: Rexroth (2005, p. 168).

Dentre os solenóides convencionais existem dois tipos construtivos básicos: solenóides a seco, e os solenóides em banho de óleo. Quanto ao sinal de alimentação, podem ser alimentados com corrente contínua ou alternada, em diversos níveis de tensão. Os solenóides a seco receberam esta denominação porque todo o solenóide é isolado do fluido hidráulico e, portanto, o núcleo móvel se desloca através de um espaço de ar quando o solenóide é energizado. Estes solenóides tiveram seu desenvolvimento e aplicação anterior aos solenóides em banho de óleo, encontrando aplicação até os dias atuais, apesar de apresentarem alguns inconvenientes. 82

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Válvula direcional hidráulica pré-operada São válvulas de tamanho nominal grande e de elevada potência hidráulica (P x Q), onde uma válvula pequena, comandada por solenóides, é acionada, deslocando o carretel o qual permite a passagem do óleo que irá deslocar o êmbolo da válvula principal. Por esse motivo, são chamadas de válvulas de duplo acionamento ou eletro-hidráulicas.

Figura 84 – Válvula Direcional Hidráulica Pré-Operada Fonte: Rexroth (2005, p. 171).

Seção 6 Atuadores

Os atuadores possuem, como função, a conversão de energia hidráulica em energia mecânica linear ou rotativa, dependendo de seu tipo construtivo. Veremos, a seguir, os atuadores mais comuns, encontrados na indústria. Atuador linear de dupla ação: realiza trabalho nos dois sentidos (avanço e retorno).

Figura 85 – Atuador Linear de Dupla Ação Fonte: Racine (1987, p. 77).

Amortecimento de fim de curso

O amortecimento consiste de coxins* junto ao êmbolo que, ao chegarem próximo do fim do curso, encontrarão uma câmara reduzida, associado a uma válvula de estrangulamento para a regulagem.

Figura 86 – Amortecimento de Fim de Curso Fonte: Rexroth (2005, p. 119).

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

83

Simbologia dos atuadores lineares

Simbologia

oscilador hidráulico.

Seção 7

Válvulas de bloqueio Figura 87 – Simbologia dos Atuadores Lineares Fonte: SAGGIN (2004, p. 50).

Atuador rotativo de palhetas (motor hidráulico)

Os componentes internos dos motores e das bombas trabalham submersos em óleo que é, continuamente, retirado por um dreno, cujas funções são:

▪▪ lubrificar; ▪▪ refrigerar; ▪▪ impedir a entrada de ar.

Atuador rotativo de pinhão e cremalheira (oscilador hidráulico): são usados para transmitir movimento rotativo alternado, com ângulo de rotação limitado. Figura 88 – Atuador Rotativo de Palhetas Fonte:Rexroth, (2005, p. 68).

Simbologia Figura 89 – Oscilador

Atuador rotativo

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Fonte:Rexroth, (2005, p. 128).

São, também, chamadas válvula de retenção e bloqueiam a passagem do fluxo em um sentido, permitindo fluxo reverso livre.

▪▪ Válvula de retenção simples: permite o fluxo em uma direção.

Figura 90 – Retenção Simples Fonte: Festo Didactic (2001, p. 125).

▪▪ Válvula de retenção pilotada: permite o fluxo em uma direção,

sendo que, na direção contrária, só existirá fluxo quando o êmbolo de pilotagem receber pressão e abrir a válvula principal.

Figura 91 – Retenção Pilotada Fonte: Racine (1987, p. 144).

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

85

▪▪ Válvula de retenção pilotada geminada

Figura 92 – Retenção Pilotada Geminada Fonte: Racine (1987, p. 145).

▪▪ Válvula de pré-enchimento ou de sucção: Quando um sistema requer cilindro de grandes dimensões usa-se válvula de pré-enchimento (Válvula de retenção pilotada de grande vazão), que facilita o escoamento do óleo para o interior do cilindro, garantindo maior velocidade à máquina.

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Válvula reguladora de vazão unidirecional Controlam a vazão em um sentido, permitindo o fluxo reverso livre.

Figura 93 – Válvula de Pré-Enchimento ou de Sucção Fonte: Rexroth (2005, p. 158).

Seção 8

Válvulas reguladoras de vazão As válvulas controladoras de vazão são utilizadas para influenciar na velocidade de movimento dos atuadores, variando-se a área da seção transversal de passagem do fluido. A área do orifício e o elemento controlável são responsáveis pelo controle, mas, existem outros fatores que afetam o controle da velocidade, como o diferencial de pressão e a viscosidade do fluido. Portanto, estes fatores merecem cuidados quando o movimento exigido for de precisão. Existem válvulas unidirecionais, bidirecionais com orifício de passagem fixo, variável e com compensação de temperatura e pressão.

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

87

Figura 94 – Reguladora de Vazão Unidirecional Fonte: Festo Didactic (2001, p. 134).

Válvula reguladora de vazão com compensação de pressão.

▪▪ Controle na saída (meter out) - controla o fluxo que sai

do atuador. É usado onde a carga tende a fugir do atuador ou deslocar-se na mesma direção deste.

Podemos encontrar esta válvula com o compensador de pressão antes ou depois do estrangulamento. O compensador tem a função de manter o diferencial de pressão constante, antes e depois do estrangulamento, garantido, assim, uma vazão constante na saída da válvula, mesmo com alterações de pressão na entrada da válvula.

▪▪ Controle em desvio (bleed

off) - a válvula é instalada na

linha de pressão através de um “T” e a velocidade é controlada desviando-se parte do fluxo da bomba ao tanque.

Figura 95 – Reguladora de Vazão Unidirecional com Compensação de Pressão Fonte: Festo Didactic (2001, p. 135).

Métodos de controle ▪▪ Controle na entrada (meter in) - controla o fluxo que entra no atuador. É usado onde a carga resiste ao movimento do atuador.

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CURSOS TÉCNICOS SENAI

Não deve ser aplicado onde a carga tende a fugir do atuador. Tem a vantagem da bomba não sobrecarregar. A desvantagem está na menor precisão de controle. O fluxo, em excesso, volta ao tanque através da V.R.V. e não através da válvula de alívio.

Seção 9

Válvulas reguladoras de Pressão As válvulas reguladoras de pressão controlam a pressão do sistema. A maioria é de posicionamento infinito, ou seja, pode assumir diversas posições, desde totalmente aberta até totalmente fechada. Podem ser:

▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪

válvula de alívio ou limitadoras de pressão (segurança); válvula de descarga; válvula de sequência; válvula redutora de pressão; válvula de contrabalanço, entre outras.

Válvula reguladora de pressão de ação direta

Figura 96 – Válvula Reguladora de Pressão de Ação Direta Fonte: Parker (2008, p. 109).

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

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Válvula reguladora de pressão de ação indireta

Figura 97 – Válvula Reguladora de Pressão de Ação Indireta Fonte: Parker (2008, p. 112).

Válvula redutora de pressão de ação indireta

Figura 98 – Válvula Redutora de Pressão de Ação Direta Fonte: Rexroth (2005, P. 205).

90

CURSOS TÉCNICOS SENAI

Exemplo de circuito utilizando válvula limitadora de pressão (alívio) e válvulas de sequência

B

B

A A

B

P

T

S2

S1

Não apresenta vazamentos, possui rapidez nas respostas, pode trabalhar lentamente, possui comandos suaves, é versátil e possui vários tamanhos. Exemplos de aplicação:

Y

Y A

Características

▪▪ retenção de A para B; ▪▪ retenção de B para A; ▪▪ retenção pilotada.

M

Figura 99 – Exemplo de Aplicação Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009).

Seção 10 Elemento Lógico É um elemento versátil, pois pode ser usado como:

▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪

válvula direcional; válvula reguladora de vazão; válvula de retenção simples ou pilotada; válvula reguladora de pressão; entre outras funções combinadas.

Figura 100 – Elemento Lógico Fonte: Parker (2008, p. 146).

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

91

Válvula reguladora de pressão

Figura 101 – Exemplos de Aplicação Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009).

Limitando-se a elevação do cone principal, o elemento lógico passa a exercer a função de uma válvula reguladora de vazão.

Figura 104 – Elemento Lógico como Válvula Reguladora de Pressão Fonte: Parker (2008, p. 149).

Válvula reguladora de pressão com despressurizarão por solenóide Figura 102 – Elemento Lógico como Válvula Reguladora de Vazão Fonte: Parker (2008, p. 148).

Válvula reguladora de vazão

Figura 103 – Exemplos de Aplicação Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009). Figura 105 – Elemento Lógico como Válvula Reguladora de Pressão Fonte: Parker (2008, p. 149). 92

CURSOS TÉCNICOS SENAI

Exemplo de aplicação

Seção 11

Trocador de calor Os sistemas hidráulicos se aquecem devido ao escoamento de óleo, pressão, entre outros fatores. Se o reservatório não for suficiente para manter o fluido à temperatura normal de trabalho, ocorrerá um superaquecimento. Para evitar isso, são utilizados resfriadores ou trocadores de calor. Os modelos mais comuns são ar-óleo e águaóleo. Veja!

Figura 106 – Exemplo de Aplicação Fonte: Parker (2008, p. 150).

Sequência de funcionamento elétrico: ▪▪ Posição de repouso: S1, S2 desligados. ▪▪ Avanço: S1 ligado. ▪▪ Retorno: S2 ligado.

Figura 107 – Elemento Lógico como Válvula Reguladora de Vazão Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009).

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

93

Trocador de calor ar-óleo

Figura 111 – Acumuladores Fonte: Adaptado de Parker (2008, p. 137).

Figura 108 – Trocador de Calor Ar-Óleo Fonte: SAGGIN (2004, p. 54).

Simbologia

Simbologia

Figura 109 – Trocador de calor água-óleo

Seção 12

Acumuladores Os acumuladores armazenam certo volume de fluido sob pressão para fornecê-lo ao sistema, quando necessário e podem cumprir as seguintes funções: Figura 110 – Trocador de Calor ÁguaÓleo Fonte: SAGGIN (2004, p. 54).

▪▪ como equipamento auxiliar de emergência; ▪▪ como amortecedor de pancadas hidráulicas; ▪▪ para aumentar a velocidade de

um atuador; entre outras.

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CURSOS TÉCNICOS SENAI

Existem acumuladores de peso, de mola, de pistão, de membrana e de bexiga. Dentre os tipos citados, os de peso e de mola são pouco aplicáveis na indústria. Os mais aplicáveis são os que utilizam o gás nitrogênio. O nitrogênio é utilizado, devido às suas características de estabilidade com relação à pressão, ser inerte, não oferecer perigo de explosão e não atacar os diversos tipos de elastômeros. Quando há necessidade de acumular grandes quantidades de óleo, de 15 a 80 litros, utilizamse acumuladores de êmbolo. Para volumes menores, de 1 a 30 litros, utilizam-se acumuladores flexíveis ou elásticos, de membrana ou bexiga. Estes acumuladores se caracterizam por possuírem estanqueidade absoluta.

Seção 13

Intensificador de pressão Os intensificadores de pressão (boosters) são dispositivos que convertem fluído à baixa pressão em fluido à alta pressão, isto é, intensificam a pressão de um sistema hidráulico. Figura 112 – Acumuladores de Pistão, Bexiga e Membrana Fonte: SAGGIN (2004, p. 56).

Simbologia

Acumulador à gás (símbolo geral)

Acumulador de pistão

Acumulador de membrana

Acumulador de bexiga

Exemplo de circuito com aplicação de acumulador hidráulico

Figura 113 – Exemplo de Aplicação Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009).

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

95

Pressostatos São elementos que convertem sinal de pressão em sinal elétrico. São muito usados no monitoramento de pressão máxima e mínima, em sistemas industriais hidráulicos. Também, são utilizados para a emissão de sinais nos processos de automação, quando a grandeza medida for pressão. Atualmente, os mais comuns são os pressostatos mecânicos e os eletrônicos. Figura 114 Intensificadores de Pressão Fonte: SAGGIN (2004, p. 58).

Seção 14

Instrumentos de medição e controle São acessórios usados para avaliar e/ou controlar o rendimento dos sistemas hidráulicos (pressão, temperatura, nível vácuo, vazão, entre outros). Os principais instrumentos empregados na hidráulica são:

Manômetros São equipamentos utilizados para medir pressão. Podemos encontrá-los de diversas formas construtivas, mas, os mais comuns, são: manômetro de Bourdon, que pode ser a seco ou em banho de glicerina, para amortecer as vibrações e lubrificar o manômetro e o manômetro digital.

Figura 115 – Manômetros Fonte: Parker (2008, p. 43).

96

CURSOS TÉCNICOS SENAI

Figura 117 – Transmissor de Pressão Fonte: Festo Didactic (2001, p. 80).

Indicadores e controladores de nível e temperatura

Figura 116 – Pressostatos Fonte: Rexroth (2005, p. 263).

São equipamentos instalados no reservatório e podem ser de leitura local, como os indicadores de nível e temperatura ou de leitura remota analógica que, além de indicarem, localmente, o valor das grandezas medidas, podem enviar sinais padronizados para posterior processamento.

Transdutores eletrônicos de pressão São dispositivos que geram um sinal elétrico analógico, proporcional ao valor da pressão à que são submetidos. Este dispositivo vem sendo, largamente, utilizado em aplicações como monitoração e/ou controle de processos envolvendo pressão, forças de cilindros, nível de líquidos etc. O sinal de saída gerado pelo transmissor pode ser em corrente e/ou em tensão. Figura 118 – Indicadores e Controladores de Nível e Temperatura Fonte: Parker (2008, p. 46).

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

97

Finalizando Em muitas situações, os sistemas hidráulicos e pneumáticos são subutilizados ou utilizados de forma incorreta, pela falta de informações claras e objetivas que proporcionem, aos técnicos, o acesso aos conhecimentos, permitindo a otimização do potencial das máquinas e equipamentos em geral. Com o material apresentado, acreditamos ter alcançado o objetivo proposto, pois, com os conhecimentos de hidráulica e pneumática apresentados, você estará preparado para desenvolver circuitos industriais com embasamento teórico e prático. Bons estudos!

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

99

Referências ▪▪

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HOWDEN. Figure 1: Unidade integrada de compressor de parafusos. 2010. Disponível em: . Acesso em: 10 jan. 2010.

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RACINE. Manual de hidráulica básica. 6. ed. Cachoeirinha-RS, 1987. 328p.

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SAGGIN, Adagir (Org.). Técnicas de comandos eletro-hidro-pneumáticos. Blumenau-SC: SENAI/CTV, 2002. 68 p.

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SAGGIN, A. et. al. (Orgs.) Hidráulica e técnicas de comando. Florianópolis: SENAI/SC, 2004. 102 p.

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UGGIONI, Natalino. Hidráulica industrial. Porto Alegre-RS: Ed. Sagra Luzzatto, 2002. 131 p.

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UNIVERSIDADE DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO. Controladores lógicos programáveis. Rio de Janeiro: UERJ, 2009. 33 p.

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WEG. Dispositivos de Comando e Proteção. Jaraguá do Sul: WEG, 2002. 85 p.

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

101

Anexo Anexo 1 – Simbologia dos Elementos Pneumáticos Símbolos gráficos mais utilizados para componentes de sistemas pneumáticos segundo norma ISO 1219-1.

Linhas de fluxo Linha de trabalho e retorno Linha de pilotagem Indicação de conjunto de funções ou componentes Mangueira flexível União de linhas Linhas cruzadas e não conectadas Possibilidade de regulagem (Inclinação à 45°)

Direção do fluxo Fluxo pneumático Sentido de rotação Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

103

Fontes de energia Motor elétrico Motor térmico Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

Acoplamentos Acoplamento Acoplamento com proteção Fonte : Software Automation Studio 5.6 (2009)

Compressores Compressor de deslocamento fixo unidirecional Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

Condicionadores de energia Filtro

Separador com dreno manual

Separador com dreno automático

Filtro com separador e dreno manual

Desumidificador de ar

Lubrificador

Reservatório de ar Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

104 CURSOS TÉCNICOS SENAI

Válvulas direcionais 3/2 vias

4/3 vias Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

Métodos de acionamento Detente ou trava Manual Mecânico (rolete)

Pedal Alavanca Botão

Mola

Solenóide

Piloto Duplo acionamento Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

105

Conversores rotativos de energia Motor de deslocamento fixo bidirecional

Osciladores

Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

Conversores lineares de energia

Simples ação ou simples efeito

Dupla ação ou duplo efeito

Haste dupla

Com amortecimento regulável Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

Válvulas controladoras de vazão Orifício fixo Orifício variável Orifício variável com retorno livre (by pass) Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

106 CURSOS TÉCNICOS SENAI

Válvula de retenção Simples Válvula alternadora (elemento OU).

Válvula seletora (elemento E). Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

Válvula reguladora de pressão Alívio ou segurança

Redutora de pressão Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

Instrumentos e acessórios Manômetro

Vacuômetro

Termômetro Medidor de vazão (rotâmetro)

Filtro

Registro fechado Registro aberto Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

107

Anexo 2 - Simbologia dos Elementos Hidráulicos Símbolos gráficos mais utilizados para componentes de sistemas hidráulicos (conforme norma ISO 1219). Linhas de fluxo Linha de trabalho e retorno Linha de pilotagem (x) Linha de dreno (y) Mangueira flexível União de linhas Linhas cruzadas e não conectadas Possibilidade de regulagem (Inclinação à 45°) Direção do fluxo Fluxo hidráulico Sentido de rotação Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

Fontes de energia/acoplamento Motor elétrico Motor térmico Acoplamento Acoplamento com proteção Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

108 CURSOS TÉCNICOS SENAI

Válvulas direcionais Válvula direcional 3/2 vias

Válvula direcional 4/3 vias

Válvula direcional proporcional 4/3 vias' Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

Métodos de acionamento Detente ou trava

Manual

Mecânico (rolete)

Pedal

Alavanca

Botão

Mola

Solenóide convencional

Solenóide proporcional

Piloto

Duplo acionamento Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

109

Válvulas controladoras de vazão Orifício fixo Orifício variável Orifício variável com retorno livre (by pass) Com compensação de temperatura e pressão Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

Válvula de retenção Simples Pilotada Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

Válvula reguladora de pressão Ação direta

Ação indireta Reguladora de pressão (alívio)

Sequência

Redutora de pressão Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

110 CURSOS TÉCNICOS SENAI

Reservatório Aberto à atmosfera

Pressurizado

Acumulador à gás (símbolo genérico)

Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

Bombas

Bomba de deslocamento fixo unidirecional

Bomba de deslocamento variável unidirecional com compensação de pressão

Bomba de deslocamento fixo bidirecional

Bomba de deslocamento variável bidirecional com compensação de pressão Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

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Motores, idêntico à simbologia das bombas, invertendo-se, somente, o triângulo interno

Motor de deslocamento fixo unidirecional

Osciladores

Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

Atuadores lineares

Atuador linear de simples ação ou simples efeito

Atuador linear de dupla ação ou duplo efeito

Atuador linear de haste dupla

Com amortecimento regulável

Cilindro telescópio Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)

112 CURSOS TÉCNICOS SENAI

Instrumentos e acessórios

Manômetro

Vacuômetro

Termômetro

Medidor de vazão (rotâmetro)

Pressostato

Transdutor de pressão

Termostato

Fluxostato

Visor ou indicador de nível

Filtro

Bocal de enchimento com filtro

Válvula de bloqueio Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009) COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

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