curso de formação profissional técnico em mecânica módulo ... · atmosfera é uma camada...
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Conteúdo Formativo
INTRODUÇÃO AOS FUNDAMENTOS FÍSICOS DA PNEUMÁTICA
• Produção preparação e distribuição do ar comprimido:
Elementos de produção de ar.
Preparação do ar.
Reservatório de ar.
Filtros e secadores de ar.
Redes de distribuição de ar comprimido.
UNIDADES DE CONDICIONAMENTOS:
• Filtros de ar.
• Regulador de pressão.
• Lubrificador.
Conteúdo Formativo
VÁLVULAS DE CONTROLE
• Identificação de válvulas pneumáticas.
• Tipos de acionamento e comando.
• Tipos construtivos.
• Características das válvulas direcionais.
VÁLVULAS AUXILIARES
• Válvulas de retenção e escape rápido.
• Elementos lógicos.
• Válvulas de controle de fluxo e de pressão.
• Temporizador e contador pneumático.
• Módulo de segurança.
ATUADORES PNEUMÁTICOS
• Cilindros e Motores Pneumáticos.
Objetivo
Estabelecer requisitos mínimos para o desenvolvimento de competências relativas à Pneumática
Industrial, seus conceitos, aplicação e desenvolvimento, de acordo com as normas técnicas da qualidade,
saúde, segurança e meio ambiente.
Pneumática
A expressão pneumo/pneuma vem do grego, e significa respiração, folego, sopro, vento. De
acordo com o dicionário é definida como um ramo da física que estuda as propriedades dos gases, em
repouso ou em movimento. Ainda pode ser encarada como aparelho ou maquina movido por uma energia
gerada pela compressão de ar e à esses dispositivos se dá o nome de maquinas pneumáticas.
Definições
Fluído
Chamam-se fluidos os corpos cujas moléculas sejam extremamente moveis umas em relação as
outras. Portanto, essas substancias assumem o mesmo formato do recipiente em que se encontra
confinado. Agua, mel, óleo, ar comprimido, GNV são exemplos de fluidos.
Líquidos: São fluidos poucos compressíveis, as moléculas em um liquido apresentam um estado
de equilíbrio.
Gases: São fluidos muito compressíveis, as moléculas em um gás tendem a se repelir.
Propriedades Físicas do Ar
1. Compressibilidade
O ar, assim como todos os gases, tem a propriedade de ocupar todo o volume de qualquer
recipiente, adquirindo o seu formato, já que não tem forma própria. Assim, podemos colocá-lo num
recipiente com volume determinado e posteriormente provocar-lhe uma redução de volume usando uma
de suas propriedades, a compressibilidade, logo, o ar permite reduzir o seu volume quando sujeito à ação
de uma força exterior.
2. Elasticidade
Propriedade que possibilita ao ar voltar ao seu volume inicial uma vez extinto o efeito (força)
responsável pela redução do volume.
Propriedades Físicas do Ar
3. Difusibilidade
Propriedade do ar que lhe permite misturar-se homogeneamente com qualquer meio gasoso que
não esteja saturado.
Propriedades Físicas do Ar
4. Expansibilidade
Propriedade do ar que lhe possibilita ocupar totalmente o volume de qualquer recipiente,
adquirindo o seu formato.
Propriedades Físicas do Ar
5. Peso do Ar
O ar possui peso como toda a matéria. Se colocarmos ar com a mesma pressão e temperatura
em recipientes idênticos, os dois terão o mesmo peso. Através desse exemplo, pode-se concluir que o ar
em pressão ou temperatura diferente passa a ter um peso diferente. É o que acontece com a massa de ar
frio e de ar quente, o ar quente tende a “pesar” (fica menos denso) menos que o ar frio e por esse motivo,
os aparelhos de ar condicionado ficam instalados na parte mais alta dos ambientes e aquecedores na
parte mais baixa. Um litro de ar, a 0ºC e ao nível do mar, pesa 0,001293 kg.
Atmosfera
Atmosfera é uma camada inodora, incolor e insipida que envolve a Terra e acompanha todos os
seus movimentos, prendendo-se a ela pela ação da gravidade. Pelo fato de o ar ter peso, as camadas
inferiores são comprimidas pelas camadas superiores. Assim, as camadas inferiores são mais densas que
as superiores e quando se diz que o peso de 1 litro de ar é de 0,001293 kg ao nível do mar, isso significa
que, em altitudes diferentes, o peso tem valor diferente.
Pressão Atmosférica
A atmosfera exerce sobre nós uma força equivalente ao seu peso, mas não a sentimos, pois ela
atua em todos os sentidos e direções com a mesma intensidade. Esse fato é denominado pressão
atmosférica.
Pressão
Pressão é um termo que vem do latim “pressio”, “pressione”, e é utilizado em diversas áreas
científicas como grandeza que mede a ação de uma força sobre um objeto ou espaço, seja ele líquido,
gasoso ou sólido.
A pressão é a força exercida sobre alguma coisa, além de também possuir o significado
de comprimir um objeto ou um gás, ou ainda pressionar algo ou alguém.
A pressão é uma força que pode ser medida, ou quantificada, calculando-se a razão entre força
(F) e área de uma superfície (A) onde a força está sendo aplicada.
𝑃 =𝐹
𝐴
P – Pressão;
F – Força normal a superfície;
A – Área total onde a força é aplicada.
Vazão
A vazão pode ser determinada a partir do escoamento de um fluido através de determinada seção
transversal de um conduto livre (canal, rio ou tubulação aberta) ou de um conduto forçado (tubulação com
pressão positiva ou negativa). Isto significa que a vazão representa a rapidez com a qual um volume
escoa.
A forma mais simples para se calcular a vazão volumétrica é apresentada a seguir na equação
mostrada.
𝑄𝑣 =𝑉
𝑡
Qv – Vazão volumétrica;
V – Volume;
t – Intervalo de tempo.
Unidades de Medida• kgf/cm2 – quilograma força por centímetro quadrado.
• PSI – abreviatura de pounds per square inch – libras por polegada quadrada.
• bar – é um múltiplo da Bária: 1 bar = 100 bárias. Bária é a unidade de pressão no sistema c, g, s, e
vale uma dyn/cm2.
• kPa – O pascal (símbolo: Pa) é a unidade padrão de pressão e tensão no SI. Equivale a força de 1 N
aplicada uniformemente sobre uma superfície de 1 m². O plural no nome da unidade pascal é pascals.
Ar Comprimido
O uso do ar comprimido de forma generalizada na indústria, começou com a necessidade cada
vez maior da automatização e da racionalização dos processos de trabalho.
Atualmente, o ar comprimido como meio de trabalho, tornou-se indispensável, e podemos
encontrá-lo em diversos segmentos, entre os quais:
• Automotivo;
• Indústria em geral;
• Transporte naval.
Vantagens do Ar Comprimido• Quantidade: o ar, para ser comprimido, se encontra em quantidades ilimitadas praticamente em todos
os lugares.
• Transporte: o ar comprimido é facilmente transportável por tubulações, mesmo para distâncias
consideravelmente grandes. Não há necessidade de preocupação com o retorno do ar.
• Armazenamento: no estabelecimento não é necessário que o compressor esteja em funcionamento
contínuo. O ar pode ser sempre armazenado em um reservatório e, posteriormente, tirado de lá. Além
disso, é possível o transporte em reservatórios.
• Temperatura; o trabalho realizado com ar comprimido é insensível às oscilações da temperatura. Isto
garante, também em situações térmicas extremas, um funcionamento seguro.
• Segurança: Não existe o perigo de explosão. Portanto, não são necessárias custosas proteções contra
explosões.
• Limpeza: o ar comprimido é limpo. O ar que eventualmente escapa das tubulações ou outros
elementos inadequadamente vedados, não polui o ambiente. Esta limpeza é uma exigência, por
exemplo, nas indústrias alimentícias, madeireiras, têxteis e químicas.
Vantagens do Ar Comprimido
• Construção dos elementos: Os elementos de trabalho são de construção simples e, portanto, de
custo vantajoso.
• Velocidade: o ar comprimido é um meio de trabalho rápido, permitindo alcançar altas velocidades de
trabalho. (A velocidade de trabalho dos cilindros pneumáticos oscila entre 1-2 m/seg.).
• Regulagem: As velocidades e forças de trabalho dos elementos a ar comprimido são reguláveis sem
escala.
• Proteção contra sobrecarga; Os elementos e ferramentas a ar comprimido são carregáveis até a
parada total e portanto seguros contra sobrecargas.
Desvantagens do Ar Comprimido
• Preparação: o ar comprimido requer uma boa preparação. Impureza e umidade devem ser evitadas,
pois provocam desgastes nos elementos pneumáticos.
• Compressibilidade: Não é possível manter uniforme e constante as velocidades dos cilindros e
motores pneumáticos mediante ar comprimido.
• Forças: o ar comprimido é econômico somente até uma determinada força, limitado pela pressão
normal de trabalho de 700 kPa (7 bar), e também pelo curso e velocidade. 0 limite está fixado entre
20.000 a 30.000 N (2000 a 3000 kpa).
• Escape de ar: o escape de ar é ruidoso. Com o desenvolvimento de silenciadores, este problema esta
atualmente solucionado.
Produção do Ar Comprimido
Os compressores são os dispositivos utilizados para a produção de ar comprimido, logo eles tem
como função comprimir o ar para a pressão de armazenamento ou trabalho necessário. Em geral, temos
uma estação de geração, preparação e distribuição de ar comprimido em ambientes industriais que
fornece a pressão necessária para que os acionamentos e comandos pneumáticos funcionem de forma
adequada. Em geral, dependendo da relação de pressão de trabalho e de vazão, utiliza-se compressores
do tipo deslocamento positivo e deslocamento dinâmico (não positivo).
Compressores de Deslocamento Positivo: São compressores que se baseiam fundamentalmente na
variação do volume de suas câmaras, onde o ar é transferido para um ambiente fechado, diminuindo
posteriormente o tamanho desse ambiente. O mais tradicional é o compressor de êmbolo ou pistão
(compressores de êmbolo de movimento linear).
Compressores de Deslocamento Dinâmico: São compressores que se baseiam na elevação da
pressão por meio de conversão de energia cinética em energia de pressão, durante a passagem do ar
através do compressor. O ar admitido é transferido através dos impulsores (rotor laminado) dotados de
alta velocidade. Este ar é acelerado, atingindo velocidades elevadas e consequentemente os impulsores
transmitem energia cinética ao ar. Posteriormente, seu escoamento é retardado por meio de difusores,
obrigando a uma elevação na pressão na saída.
Tipos de Compressores
Segue o diagrama indicando as
capacidades, em quantidade aspirada e
pressão alcançada para cada modelo de
compressor.
Preparação do Ar Comprimido
Reservatório de Ar Comprimido
Um sistema de ar comprimido é dotado
de um ou mais reservatórios, que tem como
função:
• Armazenar o ar comprimido;
• Resfriar o ar e auxilia a eliminação do
condensado;
• Compensar as flutuações de pressão e
demanda em todo o sistema de distribuição;
• Estabilizar o fluxo de ar comprimido;
• Controlar as marchas dos compressores.
Os reservatórios no Brasil são
construídos conforme a norma PNB 109 da
ABNT.
Preparação do Ar Comprimido
Desumidificação do Ar Comprimido
A presença de umidade no ar comprimido é sempre prejudicial para as automatizações
pneumáticas, pois causa sérias consequências. É necessário eliminar ou reduzir ao máximo essa
umidade. O ideal seria eliminá-la do ar comprimido de modo absoluto, o que é praticamente impossível. Ar
seco industrial não é aquele totalmente isento de água; é o ar que, após um processo de desidratação, flui
com um conteúdo de umidade residual de tal ordem que possa ser utilizado sem qualquer inconveniente.
Com as devidas preparações, consegue-se a distribuição do ar com valor de umidade baixo e tolerável na
aplicações encontradas.
Os meios utilizados para secagem do ar comprimido são múltiplos, mas existem três meios
principais, tanto pelos resultados finais quanto por sua maior difusão, que são:
1. Secagem por Refrigeração;
2. Secagem por Absorção;
3. Secagem por Adsorção.
Preparação do Ar Comprimido
1. Secagem por Refrigeração
O método de desumidificação do ar comprimido por refrigeração consiste em submeter o ar a uma
temperatura suficientemente baixa, a fim de que a quantidade de água existente seja retirada em grande
parte por condensação.
Preparação do Ar Comprimido
2. Secagem por Absorção
É o método que utiliza em um circuito uma substância sólida, líquida ou gasosa. Este processo é
também chamado de Processo Químico de Secagem, pois é conduzido no interior de um reservatório
(tanque de pressão) através de uma massa higroscópica, insolúvel ou deliquescente que absorve a
umidade do ar, processando-se uma reação química.
Preparação do Ar Comprimido
3. Secagem por Adsorção
É semelhante ao processo de absorção, porém o processo de adsorção é regenerativo; a
substância adsorvente, após estar saturada da umidade, permite a liberação de água quando submetida a
um aquecimento regenerativo.
Rede de Distribuição
As redes de distribuição são normalmente formadas de tubos de aço carbono ou galvanizado,
sendo hoje possível a montagem de redes de ar comprimido executadas em tubos e conexões de PVC
especiais.
A rede possui duas funções básicas:
• Comunicar a fonte produtora com os equipamentos consumidores;
• Funcionar como um reservatório para atender as exigências locais.
Um sistema de distribuição perfeitamente executado deve apresentar os seguintes requisitos:
Pequena perda de pressão entre o compressor e as partes de consumo, a fim de manter a pressão
dentro de limites toleráveis, em conformidade com as exigências das aplicações;
Não apresentar escape de ar, pois provoca perda de energia;
Apresentar grande capacidade de realizar separação de condensado.
Rede de Distribuição
Ao serem efetuados o projeto e a instalação de uma planta qualquer de distribuição é necessário
levar em consideração certos preceitos. O não cumprimento de certas bases é contraproducente e
aumenta sensivelmente a necessidade de manutenção.
Lay-out da rede de distribuição
Apresenta a rede principal de distribuição, suas ramificações, todos os pontos de consumo,
incluindo futuras ampliações. Indica qual a pressão destes pontos e a posição de válvulas de fechamento,
moduladoras, conexões, curvaturas, separadores de condensado.
Formato da rede de distribuição
Em relação ao tipo de linha a ser executada, anel fechado ou circuito aberto, deve-se analisar as
condições favoráveis e desfavoráveis de cada uma.
Rede de Distribuição
Geralmente a rede de distribuição é do tipo circuito fechado, formando um anel. Deste anel
partem as ramificações para os diferentes pontos de consumo. O anel fechado auxilia na manutenção de
uma pressão constante, além de proporcionar uma distribuição mais uniforme do ar comprimido para os
consumos intermitentes, dificulta porém a separação da umidade, porque o fluxo não possui uma direção
definida. Dependendo do local de consumo, circula em duas direções.
Rede de DistribuiçãoO circuito aberto é utilizado onde o transporte de materiais e peças é aéreo, para alimentação de
pontos isolados, pontos distantes.
As tubulações, em especial nas redes em circuito aberto, devem ser montadas com um declive de
1% a 2%, na direção do fluxo. Por causa da formação de água condensada, é fundamental, em
tubulações horizontais, instalar os ramais de tomadas de ar na parte superior do tubo principal.
Dessa forma, evita-se que a água condensada que eventualmente esteja na tubulação principal
possa chegar às tomadas de ar através dos ramais. Para interceptar e drenar a água condensada devem
ser instaladas derivações com drenos na parte inferior na tubulação principal.
As válvulas de bloqueio na linha de distribuição devem ser previstas, para permitir a divisão desta
em seções, especialmente em casos de grandes redes, fazendo que as seções tornem-se isoladas para
inspeção, modificações ou manutenção. Assim, evitamos que outras seções sejam simultaneamente
atingidas.
Ligações entre os Tubos
São realizadas por rosca, solda, flange, acoplamento rápido, devendo apresentar a mais perfeita
vedação.
As ligações roscadas são comuns, devido ao baixo custo e facilidade de montagem e
desmontagem. Para evitar vazamentos é necessário a utilização da fita veda rosca (teflon), devido às
imperfeições existentes na confecção das roscas.
A união realizada por solda oferece menor possibilidade de vazamento, se comparada à união
roscada, apesar de um custo inicial maior. As uniões soldadas devem estar cercadas de certos cuidados,
as escamas de óxido devem ser retiradas do interior do tubo, o cordão de solda deve ser o mais uniforme
possível.
Para tubos acima de 2” – uniões para solda de topo e acessórios com montagem entre flanges,
principalmente válvulas e separadores.
Para instalações provisórias podem ser utilizadas mangueiras com sistema de acoplamento
rápido, porém normalmente o custo deste sistema é maior do que tubulações definitivas.
Inclinação da Rede de Distribuição
As tubulações devem possuir uma inclinação de 0,5 a 2%, no sentido de fluxo, para direcionar
condensado e óxidos para um ponto de coleta, evitando a formação de bolsões de umidade.
Este ponto de coleta é denominado dreno, que são colocados nos pontos mais baixos da
tubulação e devem ser preferencialmente automáticos. Se a rede é extensa, devem ser previstos pontos
de coleta de condensado com drenos, a cada 20 ou 30 metros de tubulação.
Tomadas de ar comprimido devem ser
feitas pela parte superior da tubulação
principal, para evitar que trabalhem como
coletores de condensado. Este tipo de
montagem é chamado pescoço de cisne.
Tubulação
Metálicos:
Tubos de latão, cobre, aço inoxidável e aço trefilado, até diâmetro de 1”. Usados em instalações
especiais, possuindo montagens rígidas, estão presentes em locais onde a temperatura, pressão,
agressão química ou física (abrasão ou choques) são constantes (indústrias bioquímicas);
Não metálicos:
Tubos mais comuns são de polietileno, poliuretano, nylon e borracha com lona. Materiais sintéticos, que
apresentam boas características químicas, mecânicas e flexibilidade. Podem ser obtidos em diversas
cores, o que muito auxilia em montagens complexas, e em diâmetros externos que variam de 4 a16 mm,
assim como, medidas equivalentes em polegadas.
Conexões
Para tubos metálicos
Podem ser para solda e roscas diversas.
Para tubos sintéticos
Os mais utilizados são do tipo de conexão rápida, que proporcionam reduzido tempo de
montagem, fácil manutenção e grande durabilidade. As conexões podem ser em material sintético, aço
inoxidável, alumínio e ligas de cobre cromada.
Unidade de Condicionamento de Ar
Após passar por todo o processo de produção, tratamento e distribuição, o ar comprimido deve
sofrer um ultimo beneficiamento composto por filtragem, regulagem da pressão e introdução de uma certa
quantidade de óleo para a lubrificação de todas as partes mecânicas dos compartimentos pneumáticos
A unidade de condicionamento de ar é indispensável em qualquer tipo de sistema pneumático, ao
mesmo tempo em que permite aos componentes trabalharem em condições favoráveis, prolonga a sua
vida útil.
A unidade de condicionamento do ar comprimido consiste, basicamente, de: filtragem com dreno,
regulagem da pressão com manômetro e pulverização de uma certa quantidade de óleo para lubrificação
de todas as partes mecânicas dos componentes pneumáticos.
Filtro
A maioria destas impurezas é retida, como já observamos nos processos de preparação, mas
partículas pequenas ficam suspensas e são arrastadas pelo fluxo de ar comprimido, agindo como
abrasivo nas partes móveis dos elementos pneumáticos quando solicitada a sua utilização.
A filtragem do ar consiste na aplicação de dispositivos capazes de reter as impurezas suspensas
no fluxo de ar. O filtro de ar atua de duas formas distintas:
• Pela ação da força centrífuga• Pela passagem do ar por um elemento filtrante, de bronze sinterizado ou malha de nylon.
Válvula Reguladora de Pressão
Instala-se este tipo válvula em um sistema pneumático com a finalidade de:
a) Regular a pressão de trabalho dos equipamentos, reduzindo a pressão maior na entrada a um valor
menor na saída, de acordo com as necessidades.
b) Abastecer o sistema com um volume de ar comprimido sob pressão de trabalho ajustada, sempre que
um atuador pneumático entrar em funcionamento.
Uma reguladora de pressão nunca poderá regular a pressão secundária acima da pressão
primária, pois o incremento de pressão através de um elemento estático significaria ganho de energia, o
que no atual estágio de tecnologia é impossível.
• Pressão primária – é aquela que entra na reguladora.
• Pressão secundária – é aquela que ocorre na saída da reguladora.
Válvula Reguladora de Pressão
Os inconvenientes da oscilação da pressão são eliminados através da escolha de uma pressão
de trabalho adequada e o uso de reguladores de pressão, que tem as funções de:
Compensar automaticamente o volume de ar requerido pelos equipamentos pneumáticos;
Manter constante a pressão de trabalho (pressão secundária ou de trabalho), independente das
flutuações da pressão de entrada (pressão primária ou de rede), quando acima do valor regulado. A
pressão primária deve estar sempre superior à pressão secundária, independente dos picos de
consumo;
Funcionar como válvula de segurança.
Encontramos dois tipos fundamentais de reguladoras de pressão:
• Válvula reguladora de pressão com escape – quando a pressão é regulada para uma pressão mais
baixa, possui um orifício de escape (sangria) que permite a redução da pressão.
• Válvula reguladora de pressão sem escape – quando a pressão é regulada para uma pressão mais
baixa, esta somente reduzirá a pressão secundária se houver consumo de AC.
Manômetros
É um instrumento que indica pressão relativa e positiva. Instala-se este tipo de equipamento em
um sistema pneumático para a medição e indicação de energia de pressão no ar comprimido.
Normalmente trabalhamos com dois tipos de pressão:
• Pressão absoluta: é a soma da pressão manométrica com a pressão atmosférica.
• Pressão relativa: é a indicada nos manômetros, isenta da pressão atmosférica, geralmente utilizada
nas escalas dos manômetros, indicadas em PSI, Bar, e outras unidades de pressão.
Lubrificador
Os equipamentos instalados em sistemas pneumáticos possuem partes móveis que estão sujeitas
a atritos e desgastes. Para minimizar estes efeitos os equipamentos devem ser lubrificados. O método
empregado neste caso é a lubrificação por meio do ar comprimido, e o equipamento utilizado é o
lubrificador.
O processo consiste em misturar-se óleo lubrificante no fluxo do ar comprimido em que obtém-se
um aspecto de névoa lubrificante.
O ar comprimido sob o aspecto de névoa lubrificante em contato direto com as partes internas dos
equipamentos, estabelecerá a formação de uma película lubrificante.
A lubrificação deve ser efetuada de modo controlado, atingindo todos os equipamentos do circuito,
não devendo porém ser excessiva, o que acarretaria um funcionamento irregular do mecanismo devido a
uma deposição de óleo lubrificante no interior dos equipamentos.
Pressostato
É um equipamento utilizado para controlar ou regular uma pressão em circuitos hidráulicos ou
pneumáticos.
Transforma uma variação de pressão em sinal elétrico instantâneo, quando os limites máximo e
mínimo de regulagem fixados são atingidos.
Empregam-se pressostatos em instalações onde, através da intensidade de um sinal pneumático
(pressão) pré-ajustado, é acionado um contato elétrico, que, por sua vez, comandará uma solenóide, um
motor elétrico etc.
Atuadores Pneumáticos
Os atuadores pneumáticos são dispositivos que estão localizados no final de um circuito
pneumático, onde se realizam os trabalhos mecânicos após o ar comprimido percorrer todo o circuito.
Significa dizer que os atuadores pneumáticos convertem energia pneumática em mecânica.
Quando o ar comprimido aciona esses atuadores, podemos observar o fenômeno da transformação da
energia pneumática em energia mecânica (força ou torque), nos dois sentidos de movimento do atuador.
Estes atuadores estão divididos em dois grupos:
1. Atuadores lineares: São aqueles que convertem a energia pneumática em movimento linear ou
alternativo. Nesta família os mais utilizados são os cilindros pneumáticos.
2. Atuadores rotativos: São aqueles que convertem a energia pneumática em momento torsor (torque),
com movimento limitado ou contínuo. Neste caso temos os osciladores e os motores pneumáticos
(palhetas, engrenagens, pistões etc.).
Atuadores Lineares
Cilindros de Simples Ação
Os cilindros de simples ação realizam trabalho recebendo ar comprimido em apenas um de seus
lados. Em geral o movimento de avanço é o mais utilizado para a atuação com ar comprimido, sendo o
movimento de retorno efetuado através de mola ou por atuação de uma força externa devidamente
aplicada.
A força da mola é calculada apenas para que se possa repor o embolo do cilindro à sua posição
inicial com velocidade suficientemente alta, sem absorver energia elevada.
O curso dos cilindros de simples ação está limitado ao comprimento da mola. Por esta razão não
são fabricados cilindros de simples ação com atuação por mola com mais de 100 mm.
Os cilindros de simples ação são especialmente utilizados em operações que
envolvam fixação, expulsão, extração e prensagem entre outras. Os cilindros de simples ação
podem ainda ser construídos com elementos elásticos para reposição. É o caso dos cilindros de
membrana onde o movimento de retorno é feito por uma membrana elástica presa à haste.
A vantagem da membrana está na redução do atrito porém a limitação da força nestes casos se
torna uma desvantagem. Estes cilindros são usados especialmente em situações de pequenos espaços
disponíveis para operações de fixação e indexação de peças ou dispositivos.
Curso máximo 100mm . usado em operações que envolvam fixação, expulsão, extração
e prensagem.
Atuadores Lineares
Cilindros de Dupla Ação
Os cilindros de dupla ação realizam trabalho recebendo ar comprimido em ambos os lados.
Desta forma realizam trabalho tanto no movimento de avanço como no movimento de retorno. Um
sistema de comando permite ao ar comprimido atingir uma câmara de cada vez, exaurindo o ar retido na
câmara oposta. Assim quando o ar comprimido atinge a câmara traseira estará em escape a câmara
dianteira e o cilindro avançará.
No movimento de retorno o ar comprimido chega a câmara dianteira e a câmara traseira estará
em escape. Como não há a presença da mola, as limitações impostas aos cilindros de dupla ação, estão
ligadas as deformações da haste quanto a flexão e a flambagem. Os cilindros de dupla ação quando
sujeitos a cargas e velocidades elevadas, sofrem grandes impactos, especialmente entre o embolo e as
tampas.
Diâmetro máximo normal de 6 à 320mm, Curso máximo 2000mm e Velocidade de 0,02 à 1m/s
Atuadores Lineares
Cilindros de Haste Passante
Com este cilindro pode-se efetuar trabalho em ambos os lados ao mesmo tempo. Pode-se
também utilizar um dos lados somente para acionamento de elementos de sinal. Um ponto
positivo importante deste tipo de cilindro é o fato de que por possuir dois mancais de apoio para as
hastes, ele pode suportar cargas laterais maiores porém por possuir hastes em ambos os lados ele tem
sua capacidade de forças reduzidas em relação à cilindros convencionais com uma única haste.
Atuadores Lineares
Cilindro Duplex
Dotado de dois êmbolos unidos por uma haste comum, separados entre si por meio de um
cabeçote intermediário, possui entradas de ar independentes. A força produzida pelo cilindro duplex é a
somatória das forças individuais de cada êmbolo. Isto permite dispor de maior força, em área de
montagem restrita, onde não é possível montar um cilindro de maior diâmetro, porém com um
comprimento maior exigido. É empregado em sistemas de sincronismo de movimento, sendo as câmaras
intermediárias preenchidas com óleo.
Atuadores Lineares
Cilindro Duplex Geminado Ou Múltiplas Posições
Consiste em dois cilindros de dupla ação, unidos entre si, normalmente através de flanges
traseiras, possuindo cada cilindro entradas de AC independentes. Esta montagem possibilita a obtenção
de 3 ou 4 posições distintas:
• 3 posições – obtida com o uso de dois cilindros com o mesmo curso.
• 4 posições – obtida com o uso de cilindros de cursos diferentes.
As posições são obtidas em função da combinação entre as entradas de AC e os cursos
correspondentes. É aplicado em circuitos de seleção, distribuição, posicionamento, comando de dosagem
e transporte de peças para operações sucessivas.
Atuadores Lineares
Cilindro Telescópio Ou De Múltiplos Estágios
São empregados quando o espaço para sua instalação é limitado e necessita-se de um conjunto
de vários cilindros embutidos um dentro do outro. O cilindro de menor diâmetro limita a força do conjunto.
Possui grande aplicação na hidráulica.
Atuadores Lineares
Cilindros Normalizados
Proporcionam intercambialidade a nível mundial de equipamentos. Ex.: ISO 6431 e DIN 24335.
O uso de cilindros pneumáticos normalizados como os da norma ISO 6431, permite que ao existir
um cilindro instalado, possa ser substituído por outro de qualquer fabricante. Já os cilindros especiais
somente poderão ser substituídos por outro do mesmo fabricante.
Atuadores Lineares
Cilindros Especiais
Normalmente cilindros classe leve ou pesada, construídos conforme critérios do fabricante.
Cilindros Especiais Quanto À Forma
Podem ser ovais (anti-giro), retangulares (fixadores).
Atuadores Lineares
Amortecimento
Projetado para controlar movimentos de grandes massas e desacelerar o pistão nos fins decurso, aumentando sua vida útil. Pode ser pneumático, com ou sem regulagem e elástico. Noamortecimento pneumático, o efeito é criado pelo aprisionamento de uma quantidade de ar no final docurso. Isto é feito quando um colar que envolve a haste começa a ser encaixada em uma guarnição,vedando a saída principal de ar e forçando-o por uma restrição fixa ou regulável, através do qualescoara uma vazão menor. Isto causa uma desaceleração gradativa na velocidade do pistão e absorveo choque. Elimina o efeito de chute em cargas não sujeitadas.
Atuadores Lineares
Controle da velocidade de deslocamento do cilindro pneumático
É necessário alterar as velocidades de deslocamento dos cilindros pneumáticos, acelerando oureduzindo a sua velocidade natural, para tal, são utilizados dispositivos descritos abaixo, que serãodetalhados mais a frente.
Em função da aplicação do cilindro pneumático pode-se desejar que a velocidade dedeslocamento do cilindro seja máxima. Para isso devemos:
• Utilizar uma válvula de escape rápida, conectada através de um niple (portanto, o mais próximo possíveldo cabeçote do cilindro);
• Utilizar válvulas de maior capacidade;
• Utilizar tubos curtos e de maior diâmetro entre a válvula e o cilindro.
Atuadores Rotativos
Os atuadores rotativos são normalmente denominados atuadores pneumáticos rotativos ou
cilíndricos rotativos e são instalados na parte final de um circuito pneumático, quando o trabalho a ser
realizado é uma operação de rotação.
Convertem a energia pneumática em movimento rotativo, causando momento torsor, torque
contínuo ou limitado. Estão agrupados em:
Osciladores pneumáticos: Consistem em um conversor onde o movimento retilíneo, obtido por
intermédio de um fluido pressurizado, é convertido em movimento rotativo, com ângulo limitado. O
movimento retilíneo é produzido pelo ar comprimido ou óleo que age alternadamente sobre dois êmbolos
fixos em uma cremalheira, engrenada a um pinhão. Basicamente, é um cilindro de duplo efeito que
permite, em função da relação de transmissão, a obtenção do angulo de rotação.
Motores pneumáticos: Na indústria moderna, o motor pneumático é cada vez mais empregado,
especialmente onde é impossível e perigoso o uso de aparelhos elétricos ou quando a sua manutenção
torna-se demasiadamente cara. Outro referencial que indica a sua utilização é a presença de ambientes
úmidos, corrosivos, quentes, ácidos, explosivos, ou com predominância de pó etc. É bom ressaltar que os
motores pneumáticos são o oposto dos compressores, ou seja, ele não é o gerador de ar comprimido, e
sim o elemento que utiliza-se da energia contida no ar comprimido para realizar seu movimento.
Osciladores Pneumáticos
Osciladores Pneumáticos tipo Cremalheira
Na execução com atuadores de ação dupla, a haste de êmbolo tem um perfil dentado
(cremalheira). A haste de êmbolo aciona com esta cremalheira uma engrenagem, transformando o
movimento linear em um movimento rotativo à esquerda ou à direita, sempre segundo a direção do curso.
Os campos de rotação usuais são vários, isto é, de 45º, 90º, 180º, 290º, até 720º.
Um parafuso de regulagem possibilita, porém, a determinação do campo de rotação parcial dentro
do total. O momento de torção depende da pressão, da área do êmbolo e da relação de transmissão.
Osciladores Pneumáticos
Osciladores Pneumáticos tipo Aleta Giratória
Como nos atuadores rotativos já descritos, também nos de aleta giratória é possível um giro
angular limitado. O movimento angular raramente vai além de 300º. A vedação é problemática, o diâmetro
em relação à largura, em muitos casos, somente possibilita pequenos momentos de torção (torque).
Motores Pneumáticos
Motores de Engrenagem
A geração do momento de torção efetua-se nesta construção pela pressão de ar contra os flancos
dos dentes de duas engrenagens engrenadas. Uma engrenagem é montada fixa no eixo do motor; a
outra, livre no outro eixo. Estes motores, empregados como máquinas de acionar, estão à disposição com
até 44 kw (60 CV). A direção de rotação destes motores, fabricados com engrenagens retas ou helicoidais
não é reversível.
Motores Pneumáticos
Motores de Palhetas
Graças à construção simples e de pequeno peso, os motores pneumáticos geralmente são
fabricados como máquinas rotativas com palhetas. São, em princípio, contrários aos compressores de
células múltiplas (compressor rotativo). O rotor está fixado excentricamente em um espaço cilíndrico e é
dotado de ranhuras. As palhetas colocadas nas ranhuras serão, pela força centrífuga, afastadas contra a
parede interna do cilindro. A vedação individual das câmaras é garantida. Por meio de pequenas
quantidades de ar, as palhetas serão afastadas contra a parede interna do cilindro, já antes de acionar o
motor. A velocidade do rotor varia de 3000 rpm a 8500 rpm. Existem unidades com rotação à direita e à
esquerda. A faixa de potência é de 0,1-17 kw (0,l - 23CV).
Motores Pneumáticos
Turbomotores
Turbomotores são usados somente para trabalhos leves, pois sua velocidade de giro é muito alta
(são utilizados em equipamentos dentários até 500.000 rpm). O princípio de funcionamento é o inverso
dos turbocompressores.
Motores Pneumáticos
Motores de Pistão
Este tipo está subclassificado em motores de pistão radial e axial. Por pistões em movimento
inverso, o ar, através de uma biela, aciona o eixo de motor. Para que seja garantido um movimento sem
golpes e vibrações, são necessários vários pistões. A capacidade dos motores depende da pressão de
entrada, número de pistões, área dos pistões e de seu curso. Existem motores pneumáticos com rotação
à direita e à esquerda. A rotação máxima está fixada em 5000 rpm. A faixa de potência em pressão normal
de ar está em 1,5 - 19 kw (2-25 CV).
Motores Pneumáticos
As características destes motores são:
Regulagem sem escala de rotação e do momento de torção.
Construção leve e pequena.
Seguro contra sobrecarga.
Insensível contra poeira, água, calor, frio.
Seguro contra explosão.
Grande escolha de rotação e facilidade de inversão.
Conservação e manutenção insignificantes.
Válvulas pneumáticas
Os cilindros pneumáticos para desenvolverem as suas ações produtivas, devem ser alimentados
ou descarregados convenientemente, no instante em que desejarmos, ou conforme o sistemaprogramado. Os elementos que servem para orientar os fluxos de ar, impor bloqueios, controlar suaintensidade de vazão ou pressão são denominados válvulas.
As válvulas pneumáticas podem ser classificadas como:
Válvulas de controle direcional;
Válvulas de bloqueio (anti-retorno);
Válvulas de controle de fluxo;
Válvulas de controle de pressão.
Válvulas Direcionais
Conceitualmente, as válvulas de controle direcional ou simplesmente válvulas direcionais são
utilizadas para determinar as direções (alimentação, inversão, descarga ou bloqueio) que o fluxo de ar
comprimido deve seguir, a fim de realizar um trabalho proposto.
Basicamente, são os componentes utilizados diretamente para o comando dos movimentos dos
atuadores.
Válvula Direcional Tipo Carretel Deslizante
Este tipo de válvula possui em seu interior um elemento móvel (carretel ou pistão), que se desloca
axialmente em um furo, estabelecendo ligações entre as vias (orifícios de conexões da válvula),
proporcionando as direções para os fluxos do ar comprimido.
Válvulas Direcionais
Simbologia de Válvulas
Em esquemas pneumáticos, para representarmos as válvulas direcionais, são utilizados símbolos.
Estes símbolos não caracterizam o tipo de construção, mas somente a função das válvulas. Para
definição da simbologia de uma válvula direcional, devemos previamente conhecer suas características,
como:
• Número de posições
• Número de vias (orifícios de conexão)
• Tipo de acionamento
• Tipo de retorno
• Tipo de interligação para cada respectiva posição
Válvulas Direcionais
Número de Posições
Podemos definir como sendo a quantidade de manobras distintas que a válvula direcional pode
executar. Como ilustração, podemos avaliar o caso de uma torneira, que pode estar aberta ou fechada.
Nesse caso, esta torneira é uma válvula, que possui duas posições, ou seja, ora permite passagem, ora
não. De acordo com o tipo de construção, a válvula direcional pode assumir duas, três ou mais posições,
modificando a direção e sentido do fluxo de fluido. Graficamente, estas posições podem ser simbolizadas
como mostram as figuras a seguir.
Válvulas Direcionais
Número de Vias
O número de vias é contado a partir do número de conexões (orifícios) que a válvula possui em
um quadrado.
No interior dos quadrados, utilizamos:
As setas para definir as interligações que se estabelecem entre as vias.
Os símbolos em forma de T para identificar as vias bloqueadas internamente pelo carretel.
Válvulas Auxiliares
A realização de uma instalação pneumática requer os equipamentos de produção do ar
comprimido, secagem, armazenamento, preparação, acionadores e válvulas de comando. Entretanto,
determinados circuitos pneumáticos apresentam complexidades, que não são satisfeitas unicamente com
os equipamentos apresentados.
As válvulas auxiliares são utilizadas para preencherem essas exigências e possibilitam a
execução de circuitos pneumáticos mais complexos.
São exemplos dessa classe de equipamentos:
• Válvulas de retenção ou alívio;
• Válvulas alternadoras;
• Válvulas escape rápido;
• Válvulas reguladoras de fluxo.
Válvulas NA e NF
Válvulas direcionais com duas posições e até três vias que tenham, na posição de repouso, a via
de pressão bloqueada são chamadas de Normalmente Fechadas (NF). Aquelas que, ao contrário,
possuírem esta via aberta são denominadas Normalmente Abertas (NA).
Válvulas CF, CAP e CAN
As válvulas direcionais de três posições caracterizam-se pela sua posição central.
Tipos de Escapes
Os escapes das válvulas são representados por triângulos. Quando encontrarmos o triângulo
junto à simbologia da válvula, ele estará representando um escape livre, ou seja, sem conexão. Se ele
estiver afastado, o escape representado será o escape dirigido; com conexão.
Válvulas em Repouso ou Trabalho
Válvulas direcionais acionadas mecânica, elétrica ou pneumaticamente podem ser encontradas e
representadas em circuitos de duas formas diferentes: em posição de repouso (não acionada) ou de
trabalho (acionada).
Válvula Alternadora (OU)
Também chamada “válvula de comando duplo ou válvula de dupla retenção”. Esta válvula tem
duas entradas, X e Y, e uma saída, A. Entrando ar comprimido em X, a esfera fecha a entrada Y e o ar flui
de X para A. Em sentido contrário, quando o ar flui de Y para A, a entrada X será fechada.
No retorno do ar, quer dizer, quando um lado de um cilindro ou de uma válvula entra em exaustão,
a esfera permanece na posição em que se encontrava antes do retorno do ar.
Esta válvula também seleciona os sinais das válvulas-piloto provenientes de diversos pontos e
evita o escape do ar de uma segunda válvula. Devendo ser um cilindro ou uma válvula acionada de dois
ou mais pontos alternados, é necessário empregar uma válvula alternadora.
Válvula de Duas Pressões (E)
Esta válvula tem duas entradas, X e Y e uma saída A. Só haverá uma saída em A, quando
existirem os dois sinais de entrada X “E” Y.
Um sinal de entrada em X ou Y impede o fluxo para A, em virtude das forças diferenciais no pistão
corrediço. Existindo diferença de tempo nos sinais de entrada, o sinal atrasado vai para a saída. Quando
há diferença de pressão dos sinais de entrada, a pressão maior fecha um lado da válvula, e a pressão
menor vai para a saída A.
Emprega-se esta válvula principalmente em comando de bloqueio, comandos de segurança e
funções de controle em combinações lógicas.
Válvula de Escape Rápido
Válvulas de escape rápido se prestam para aumentar a velocidade dos êmbolos dos atuadores.
Tempos de retorno elevados, especialmente em cilindros de ação simples, podem ser eliminados dessa
forma.
A válvula está provida de conexão de pressão P e conexão de escape R bloqueáveis. Se tivermos
pressão em P, o elemento de vedação desloca-se ao assento do escape.
Dessa forma, o ar atinge a saída pela conexão de utilização. Quando a pressão em P deixa de
existir, o ar, que agora retorna pela conexão A, movimenta o elemento de vedação contra a conexão P, e
provoca seu bloqueio. Dessa forma, o ar pode escapar por R, rapidamente, para a atmosfera.
Evita-se, com isso, que o ar de escape seja obrigado a passar por uma canalização longa e de
diâmetro pequeno, até a válvula de comando. O mais recomendável é colocar o escape rápido
diretamente no cilindro ou, então, o mais próximo possível deste.
Válvula de Retenção
Válvulas de bloqueio liberam o fluxo preferencialmente em um só sentido e bloqueiam o sentido
inverso. O corpo de vedação da válvula de retenção, sujeito à pressão de mola, desloca-se de seu
assento quando a pressão contra a ação da mola se torna maior do que a sua tensão.
Válvula Reguladora de Fluxo Bidirecional
Estas válvulas têm influência sobre a quantidade de ar comprimido que flui por uma tubulação; a
vazão será regulada em ambas as direções do fluxo.
Válvula Reguladora de Fluxo Unidirecional
Nesta válvula, a regulagem do fluxo é feita somente em uma direção. Uma válvula de retenção
fecha a passagem numa direção e o ar pode fluir somente através da área regulada. Em sentido contrário,
o ar passa livre através da válvula de retenção aberta.
Válvula Limitadora de Pressão
É formada por uma vedação de assento cônico, mola e um parafuso de ajuste.
Quando a pressão em P assume um valor que corresponde à tensão da mola, o cone de vedação
se desloca de seu assento e libera o caminho ao escape. A fim de evitar defeitos oscilatórios devido às
pequenas variações de pressão, existe um volume maior antes do cone de vedação, que possui um
escape para A apenas por um ponto de estrangulamento.
São também conhecidas como válvulas de sobrepressão ou válvulas de segurança.
Válvula de Fechamento
As válvulas de fechamento servem para a separação de instalações pneumáticas ou de circuitos
pneumáticos inteiros do abastecimento de ar comprimido. Elas abrem e fecham a passagem do fluxo sem
escala.
Temporizador
O temporizador pneumático tem a finalidade de retardar um sinal pneumático.
É constituído de uma pequena válvula direcional de carretel e de uma válvula reguladora de fluxo.
Em um circuito pneumático, posiciona-se, normalmente, esse tipo de componente entre o
dispositivo de comando e o de acionamento de uma válvula direcional.
Pode ser montado em uma sub-base ou sobre uma válvula direcional (com ou sem válvula
solenóide).
Referências Bibliográficas
1. SENAI/DN. Comandos pneumáticos. 2.ed. Rio de Janeiro, 1979. (Módulo institucional de introdução
à Pneumática).
2. FESTO DIDACTIC. Introdução à pneumática. 5. ed. [ S. l.], 1987.
3. SENAI. SC. Pneumática e Técnica de Comandos. Florianópolis: SENAI/SC, 2005.
4. SENAI-RJ. Pneumática Básica. Versão preliminar, Rio de Janeiro, 2001.
5. FESTO DIDACTIC. Introdução a Sistemas eletropneumáticos e eletrohiráulicos. 2000.
6. Hasebrink, J.P, "Manual de Pneumática - Fundamentos", Vol.1 Parte 1, Rexroth - Divisão Pneumática,
Diadema, SP, Brasil, 1990.
7. Meixner, H. e Kobler, R., "Introdução à Pneumática", Livro Didático, FESTO Didactic, São Paulo, SP,
Brasil, 1977.
8. Manutenção de Instalações e Equipamentos Pneumáticos", Livro Didático, FESTO Didactic, São
Paulo, SP, Brasil, 1977.
9. Moreira, I. S., "Técnicas de Comando Pneumático", SENAI-SP, São Paulo, SP, Brasil, 1991.
10. Projetos de Sistemas Pneumáticos. Festo Didactic, 1998
11. Tecnologia Pneumática Industrial. Parker Training, 2000