tópicos - laboratório livre · uma apostila para a nova disciplina “comandos industriais”....

CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO

TECNOLÓGICA DE GOIÁS - CEFET/GO

Disciplinas:

ELEMENTOS DE MÁQUINAS E

COMANDOS INDUSTRIAIS

Tópicos:

ACIONAMENTOS PNEUMÁTICOS

E

ELETROPNEUMÁTICOS

“Notas e Apontamentos de Aula”

Prof. Luís Fernando Pagotti

Agosto de 1999

Sumário

Parte I – Elementos Pneumáticos 1 – Introdução . . . . . . . . . . 003 2 – Características do Ar Comprimido . . . . . . 003 3 – Obtenção e Produção de Ar Comprimido . . . . . 006 4 – Elementos Pneumáticos de Trabalho . . . . . . 016 5 – Válvulas . . . . . . . . . . 025 6 – Comandos Seqüenciais . . . . . . . . 7 – Comandos Pneumáticos e Eletropneumáticos . . . . Parte II – Elementos Eletropneumáticos 8 – Elementos Elétricos e Eletropneumáticos . . . . . 040 9 – Conversores Pneumáticos - Elétricos . . . . . 10 – Comparação entre Circuitos Pneumáticos e Eletropneumáticos . 11 – Resolução de Circuitos Eletropneumáticos . . . . Parte III – Automação de Elementos Eletropneumáticos 12 – Introdução ao C.L.P. . . . . . . . . 13 – Soluções através de C.L.P. . . . . . . . 14 – Comandos Básicos . . . . . . . .

Prefácio

Aos Alunos do Curso de Eletrotécnica

do

Centro Federal de Educação Tecnológica de Goiás - CEFET / GO

A nossa disciplina de “Elementos de Máquinas” sofreu modificações

consideráveis nestes últimos dois anos. Como todos nós podemos observar, os setores

industriais e comerciais também vêm apresentando mudanças significativas no campo da

“Automação”. Todas estas implementações tecnológicas são fundamentais para o

desenvolvimento de nosso País, neste Mundo Globalizado. Desse modo, todos os

avanços tecnológicos necessitam, cada vez mais, de mão-de-obra técnica especializada.

Com o intuito de preencher as lacunas na formação técnica destes futuros

profissionais, e prepará-los para enfrentar este rigoroso e emergente mercado de

trabalho, nossa disciplina passa a abordar os fundamentos dos “Acionamentos

Pneumáticos e Eletropneumáticos”, amplamente utilizados nos processos de Automação

Industrial e Comercial.

Dessa forma, este “Apontamentos de Aula” procura apresentar os fundamentos

básicos desta área da Eletrotécnica, e num futuro próximo, poderemos transformá-la em

uma apostila para a nova disciplina “Comandos Industriais”.

Assim, é de fundamental importância a participação dos alunos de “Elementos

de Máquinas” na elaboração de críticas sobre este material.

Aguardamos ansiosos suas colaborações !

Prof. Luís Fernando Pagotti

Coordenador de Produção e Pesquisa do CEFET-GO

Referências Bibliográficas

1 – “Automação Pneumática”; Centro Didático de Automação, Scharader

Bellows / Parker Pneumatic.

2 – “Técnicas de Automação Industrial – Parte I”; Festo Didatic,

FESTO.

3 – “Técnicas de Automação Industrial – Parte II”; Festo Didatic,

FESTO.

4 – “Técnicas de Automação Industrial – Parte III”; Festo Didatic,

FESTO.

5 – “Manual Prático de Hidráulica e Pneumática”; Associação Brasileira

de Hidráulica e Pneumática, Artmarketing Empresa Jornalística.

6 – “Especialização em Projetos de Sistemas Pneumáticos” ; Festo

Didatic, FESTO, 1988.

7 – “Automação Eletropneumática” ; Bonacorso, Nelson G.; Noll, Valdir;

Editora Érica, São Paulo, 1997

8 – “Fundamentos de Automação Industrial Pneutrônica - Projeto de

Comandos Binários Eletropneumáticos” ; Bollmann, Arno;

editado pela ABHP (Associação Brasileira de Hidráulica e Pneumática) -

1997

9 – “Método Seqüencial para Automatização Eletropneumática”

Novais, José; Fundação Calouste Gulbenkian - 1983, Lisboa / Portugal

Apostila de Comandos Eletropneumáticos Parte I - Elementos Pneumáticos

CEFET / GO - Goiânia , 1999 Página 1

PARTE I

Elementos Pneumáticos

palavra “Automação” é freqüentemente utilizada no linguajar de

Engenheiros e Técnicos responsáveis pelos setores de produção e manutenção das

plantas industriais. A bem da verdade, a preocupação com a produtividade tem sido um

agente acelerador do desenvolvimento tecnológico e alavancou a automatização dos

processos industriais. A busca incansável pelo aumento qualitativo e quantitativo da

produção e conseqüente redução do custo final, é a artéria principal que sustenta a

sobrevivência das empresas neste mundo globalizado.

Além de possibilitar a criação de máquinas que substituem a força muscular

humana, os processos automatizados têm a possibilidade de serem autocontrolados,

sendo capazes de corrigir seus próprios erros. Desse modo, a automação ganha espaço

nestes ambientes, e coloca-nos novamente à condição de aprendizes, para explorarmos

as vantagens que nos oferece :

• Substituição do homem em trabalhos insalubres, de alta periculosidade e

repetitivos;

• Garantia de qualidade da produção em serviços de precisão;

• Flexibilidade na alteração das formas de produção, a ex. via software;

Sem dúvida, a automação trouxe transformações no mercado de trabalho e,

portanto, a mão-de-obra deve ser treinada e qualificada para desempenhar novas

atividades de maior responsabilidade e complexidade. O avanço tecnológico deve

sempre contribuir para a melhoria das condições de trabalho e do nível de vida da

sociedade, ao contrário do que aparenta : desilusão e desemprego. O prejuízo de se

interromper a automatização será maior do que o seu advento.

A



Face aos desenvolvimentos tecnológicos, a automatização dos processos de

produção tem um caráter multidisciplinar. Sendo assim, nenhum profissional, seja ele da

área elétrica, mecânica ou química, pode-se considerar completamente apto a

desenvolver tais atividades.

A partir das características multidisciplinares da automação, este trabalho tem por

objetivo oferecer os subsídios básicos da automação dos processos pneumáticos aos

profissionais da área eletromecânica. Assim, esta primeira parte abordará as

características gerais das máquinas pneumáticas, cujo processo de automação poderá ser

estendido de forma análoga às máquinas hidráulicas. Na segunda parte, serão abordados

os processos da automação eletropneumática, a partir da elaboração de diagramas de

comandos elétricos. Finalmente, a terceira parte concluirá o processo de automação,

através da utilização dos controladores lógicos programáveis (CLP’s) no controle das

máquinas pneumáticas.



1 – INTRODUÇÃO

termo Pneumática é derivado do grego Pneumos ou Pneuma (respiração,

sopro) e é definida como parte da Física responsável pelo estudo da Dinâmica e dos

Fenômenos Físicos relacionados com os Gases e os Vácuos. Além disso, estuda a

conversão de Energia Pneumática em Energia Mecânica.

2 – CARACTERÍSTICAS DO AR COMPRIMIDO

Ar, apesar de insípido, inodoro e incolor, pode ser facilmente percebido

através dos ventos e dos pássaros que nele flutuam e se movimentam. Apresenta

algumas propriedades importantes, as quais podem favorecer ou limitar sua aplicação

nos ambientes industriais.

COMPRESSIBILIDADE : O ar, assim como todos os gases, tem a propriedade de

ocupar todo o volume de qualquer recipiente que o contenha. Desse modo, ao encerrá-lo

em um recipiente seu volume pode ser reduzido pela ação de uma força externa.

ELASTICIDADE : Uma vez, tido seu volume reduzido pela aplicação de uma força

externa, este voltará ao volume inicial, quando a ação desta força cessar.

DIFUSIBILIDADE : O ar pode misturar-se homogeneamente com qualquer meio

gasoso que não esteja saturado.

O

O



EXPANSIBILIDADE : Propriedade que possibilita o ar de ocupar totalmente o volume

de qualquer recipiente, adquirindo o seu formato.

PESO : Um litro de ar, a temperatura de 0° Celsius e ao nível do mar pesa

aproximadamente : 1,293 gramas. Em função do peso do ar e do volume da atmosfera

terrestre, todos nós sofremos a ação de uma força em todos os sentidos e direções,

estando associada a uma pressão :

Pressão = ][

][2mÁrea

NNewtonForça − [Pa (N/m2) – Pascal]

onde 1kgf = 9,8 N

A pressão pode ser mensurada em várias unidades, a saber:

Kgf/cm2 PSI Bar / Atm KPa [kN/m2] Torr [mmHG] Coluna H2O[m] (15,55°°C)

1,00000 14,22249 0,96778 98,06028 735,51258 10,00000

0,07031 1,00000 0,06805 6,89476 51,71495 0,70311

1,03329 14,69600 1,00000 101,32500 760,00000 10,33293

0,01020 0,14500 0,00987 1,00000 7,50062 0,10198

0,00136 0,01934 0,00132 0,13332 1,00000 0,01360

0,10000 1,42225 0,09678 9,80606 73,55126 1,00000

Os processos industriais utilizam diversas formas de energia para a produção de

trabalho, como a pneumática, a hidráulica e a eletricidade. A concepção das máquinas

tem como fatores principais a eficiência técnica e a redução de custos. Assim o ar

comprimido apresenta vantagens e desvantagens, das quais podem ser verificadas as

seguintes :



Tabela 1 – Comparação entre as técnicas de automação

Pneumática Força Limitada pelo uso de baixas pressões (35.000 – 40.000 N)

Hidráulica Grandes Forças com a utilização de pressões elevadas Força Linear Elétrica Pequenas Forças, pequena eficiência, não permite sobrecarga

Pneumática Pequenos Torques , mas c/ possibilidade de travamento nos motores s/ cons. de energia adicional

Hidráulica Altos Torques , c/ possibilidade de travamento c/ alto cons. Energia Torque Elétrica Altos Torques , mas sem possibilidade de travamento

Pneumática Simples obtenção e c/ altas velocidades e acelerações. Controle de parada e velocidade com limitações.

Hidráulica Simples obtenção, velocidades menores que a pneumática e bom controle de velocidade e parada Movimentos Lineares Elétrica Obtenção direta complexa, alto custo e a partir de adaptações mecânicas para pequenas forças

Pneumática Altas velocidades de Rotação, baixa potência (<500.000 rpm)

Hidráulica Velocidades baixas, com altos torques e bom controle Movimentos Reotativos

Elétrica Larga faixa de potências com bom controle

Pneumática Força e velocidades reguláveis

Hidráulica Possibilidade de regulagens com maior precisão e boa característica de controle Regulagem Elétrica Controle preciso, com sofisticação nos circuitos de controle

Pneumática Armazenamento simples e fácil , com transporte até 1000 m

Hidráulica Armazenamento e transporte limitado Armazen. e Transp. de

Energia Elétrica Diretamente através de acumuladores, transporte a longas distâncias viável

Pneumática Suporta variações de Temperatura, não há risco de explosão

Hidráulica Sensível à variação de Temp. e risco de explosão e contaminação Influências Ambientais

Elétrica Pouca influência, risco de explosões por faiscamento

Pneumática Relativamente alto se comparados a eletricidade

Hidráulica Altos custos se comparados a eletricidade Custo da Energia Elétrica Baixo custo se comparadas às formas acima

Pneumática Simples manuseio c/ pequenos riscos

Hidráulica Risco alto, por trabalhar em alta pressão Manipulação do

Equipamento Elétrica Perigosa e necessita de pessoal especializado



3 – OBTENÇÃO E PRODUÇÃO DO AR COMPRIMIDO

3.1 – Introdução

produção de ar comprimido é possível graças ao uso de compressores, os

quais comprimem o ar para a pressão de trabalho desejada. Na maioria dos

acionamentos e comandos pneumáticos, uma estação central é responsável pela

produção e distribuição de ar comprimido. Instalações móveis de produção de ar

comprimido também podem ser usadas, entretanto, sua aplicação é mais restrita à

industria de mineração ou máquinas móveis. No projeto destas instalações, devem ser

previstas as ampliações futuras, sobredimensionando os equipamentos, pois uma

ampliação posterior torna-se geralmente muito cara. Outro fator importante, é o índice

de pureza do ar comprimido. O ar limpo, garante uma longa vida útil à instalação.

Diversos tipos de compressores são utilizados para a produção de ar comprimido e

alguns destes são descritos na seqüência.

3.2 – Tipos de Compressores

Em função das necessidades industriais, da pressão de trabalho e do volume de ar

comprimido requerido, são utilizados compressores de diversos tipos de construção. Os

compressores podem ser de Deslocamento Positivo ou Deslocamento Dinâmico.

Compressores que operam segundo o princípio do Deslocamento Positivo, operam

de forma a obter pressão a partir da redução de volume. O ar é admitido em uma câmara

isolada do meio exterior, onde seu volume é gradualmente diminuído, processando-se a

compressão.

A



O processo de Deslocamento Dinâmico baseia-se na obtenção de pressão a partir da

conversão da energia cinética, durante a passagem do ar através do compressor. O ar é

posto em alta velocidade por aceleradores mecânicos (impulsionado), posteriormente

seu fluxo é retardado pela ação de difusores, resultando em aumento de pressão.

Os diversos tipos de compressores podem ser melhor visualizados pelo

organograma abaixo:

Figura 1 - Tipos de Compressores

3.2.1 – Compressor de Êmbolo

Os compressores de êmbolo caracterizam-se pelo tipo mais comumente utilizado

para a obtenção de ar comprimido, e a partir de movimentos lineares é apropriado para

todo o tipo de compressão (pressões de trabalho entre 1 a 10 [bar]). Estes podem ser de

"Simples" ou "Duplo" Efeito.



O compressor de simples efeito apresenta somente uma

câmara de compressão. Iniciado o movimento descendente, o ar

é aspirado pela válvula de admissão, preenchendo a câmara de

compressão. A compressão do ar tem início com o movimento

de subida do pistão, e após atingir um valor de pressão

suficiente para abrir a válvula de escape, o ar é expelido para o

sistema (tanque ou reservatório, ex.).

Compressor de Simples Efeito

Compressor de Duplo Efeito

Já os compressores de duplo efeito ou "Tipo cruzeta" têm

esta denominação por apresentarem duas câmaras de

compressão. As duas faces do êmbolo aspiram e comprimem o

ar alternadamente. Desse modo, o êmbolo efetua o movimento

descendente e o ar é admitido na câmara superior, enquanto

que o ar contido na câmara inferior é comprimido e expulso.

Na seqüência, com o movimento oposto, a câmara que havia

realizado a admissão, efetua a compressão do ar.

Os compressores de êmbolo podem ainda se caracterizar por um ou mais estágios.

Os compressores de um único estágio, comprimem o ar à pressão final através de um

único cilindro, atingindo pressões de até 12 [bar]. Para atingir pressões mais elevadas e

com maior rendimento e eficiência, são utilizados compressores de dois ou mais

estágios. O aumento do rendimento é obtido a partir da refrigeração do ar comprimido

entre os estágios de compressão ("Intercooler") por meio de circulação de água ou ar

frio. O ar é admitido inicialmente pela câmara de baixa pressão, onde sofre a primeira



compressão, em seguida, passa através do resfriador e é aspirado pela câmara de alta

pressão, onde é submetido a nova compressão.

Com Êmbolo de Simples Efeito

Compressor de Dois Estágios com refrigeração interna (Intercooler)

Com Êmbolo de Duplo Efeito

Para pressões mais elevadas são utilizados múltiplos estágios, a exemplo :

N° de Estágios Pressão de Trabalho Pressão c/ baixo Rendimento 1 estágio 400 [kPa] - 4 [bar] 1200 [kPa] - 12 [bar] 2 estágios 1500 [kPa] - 15 [bar] 3000 [kPa] - 30 [bar]

3 ou mais estágios Acima de 1500 [kPa] Acima de 22000 [kPa]

3.2.2 – Compressores Rotativos

Os compressores rotativos operam sobre o princípio de redução de volume, onde

este é obtido através de rotação (movimento circular). Podem ser classificados em :

i) Compressor de Palhetas;

ii) Compressor Parafuso;

iii) Compressor Roots;

iv) Compressor de Anel Líquido.



3.2.2.1 – Compressor Rotativo Multicelular ou de Palhetas

É constituído de uma carcaça, na qual gira excentricamente, um rotor cilíndrico.

Este rotor é dotado de ranhuras, onde se alojam palhetas, possibilitando que estas se

movimentem radialmente em seu interior.

Quando o rotor gira, as palhetas por ação de força

centrífuga acompanham as paredes da carcaça,

formando-se câmaras ou células. No setor onde o

volume aumenta, o ar é aspirado para o interior das

células e é comprimido ao longo do caminho, até ser

expelido pela outra extremidade sob pressão

Nestes compressores, o ar comprimido é

produzido de forma mais contínua e sem pulsações. Compressor de Palhetas

O campo mais usual de aplicação deste compressor está entre 6 a 85 m3 / mim de

vazão, e pressões da ordem de 0,5 a 10,5 kgf / cm2.

3.2.2.2 – Compressor Rotativo Duplo Parafuso

Este compressor é caracterizado por uma câmara em forma de "oito" onde giram

dois rotores helicoidais em sentidos contrários.

Compressor Rotativo Duplo Parafuso



Um dos rotores possui lóbulos convexos, enquanto seu par apresenta depressões

côncavas e são denominados de rotor macho e fêmea, respectivamente.

Nas extremidades da câmara existem aberturas para a admissão e descarga do ar. O

ar á pressão atmosférica é aprisionado entre os parafusos e a carcaça, e conduzido a

outra extremidade onde sofre gradualmente uma redução de volume. O ar comprimido é

descarregado continuamente e livre de pulsações.

As pressões de trbalho variam de 0,3 kgf / cm2 a 17 kgf / cm2 normalmente, com

produção de 18 a 600 m3 / mim.

3.2.2.3 – Compressor de Lóbulos ou Roots

São compressores basicamente constituídos de dois

rotores entrelaçados em uma câmara duplamente

cilíndrica. O ar admitido é descarregado radialmente sem

compressão interna. O movimento de rotação é feito por

engrenagens de sincronização, não existindo contato

entre os rotores e a carcaça. Desta forma, o ar

comprimido produzido é isento de óleo.

Compressor Roots

Seu campo de aplicação está entre pressões de 0,1 a 1,0 kgf / cm2, e deslocamento de 3 a 300 m3 / mim.

3.2.3 – Turbocompressores

Estes tipos operam segundo o princípio de fluxo e são adequados para a obtenção

de grandes vazões. Os turbo compressores são caracterizados por : Turbocompressores

Radias e Axiais.



Em ambos os equipamentos, o ar comprimido é produzido a partir do seu

movimento por turbinas. A compressão processa-se pela aceleração do ar aspirado.

3.2.3.1 – Turbocompressor Axial

O sentido de aceleração do ar processa-se

axialmente ao eixo de rotação da turbina ou de lâminas

rotativas. As vazões mínimas obtidas são de 900 m3 /

mim.

Turbocompressor Axial

3.2.3.2 – Turbocompressor Radial

Turbo Compressor Radial de 5 estágios

O ar é acelerado a partir do centro de

rotação, em direção à periferia, ou seja, é

admitido pela primeira hélice axialmente, e

é acelerado radialmente pelos vários

estágios contidos no interior da carcaça.

Utilizado em aplicações onde são

necessárias grandes vazões de ar.



3.3 – Condicionamento e Regulação do Ar comprimido

O ar comprimido produzido pelos compressores não deve ser utilizado

diretamente pelas máquinas pneumáticas. Após a compressão do ar, gotículas de óleo

lubrificante e partículas sólidas encontram-se dispersas juntamente com água

condensada. Estas impurezas devem ser retiradas e a pressão do ar comprimido regulada

para os níveis adequados de operação das máquinas. Desse modo, antes de ser utilizado,

o ar comprimido deve ser preparado por um conjunto denominado de condicionador de

ar.

O Condicionador é composto de Filtro de Ar, Regulador de Pressão e

Lubrificador.

3.3.1 – Filtro de Ar Comprimido

A função do Filtro é de reter as

partículas sólidas e impurezas como o

óleo e a água condensada. O processo

consiste em centrifugar e filtrar o ar

comprimido, durante a sua passagem

pelo elemento, separando os materiais

mais densos. Estas impurezas são

depositadas na parte inferior de um

reservatório (copo coletor) e

posteriormente drenadas após atingir o

nível máximo permissível.



3.3.2 – Regulador de Pressão

Em geral, um sistema de ar

comprimido atende a demanda de

vários equipamentos pneumáticos,

onde, freqüentemente, não são

utilizados os mesmos níveis de

pressão.

Nestes casos, são utilizados

os reguladores de pressão que tem

por função:

• Compensar automaticamente o volume de ar requerido;

• Manter constante a pressão de

trabalho, independente das flutuações de pressão na entrada;

• Operar como válvula de

Segurança

A pressão de saída é alterada pela atuação sobre a manopla de regulagem. O

sentido de giro que acarreta em aumento da compressão da força de mola, resulta em

aumento na pressão de saída e vice versa.

A pressão é regulada por meio de um diafragma. Uma das faces do diafragma é

submetida à pressão de trabalho, enquanto a outra é pressionada por uma mola cuja

pressão é ajustável por meio de um parafuso de regulagem. Com o aumento da pressão

de trabalho, o diafragma movimenta-se contra a força da mola. Com isso a secção

nominal de passagem na sede do escape diminui até o fechamento completo. Isto

significa que a pressão é regulada pela vazão.



3.3.3 – Lubrificador de Ar Comprimido

Os sistemas pneumáticos e seus componentes são constituídos de partes móveis,

estando portanto, sujeitas a desgastes e redução de vida útil. Afim de reduzir estes

efeitos e diminuir as forças de atrito dos movimentos, os equipamentos devem ser

lubrificados convenientemente, a partir do próprio ar comprimido.

A lubrificação consiste em

mesclar ao ar comprimido utilizado

pela máquina, uma quantidade ideal

e suficiente de óleo lubrificante

específico. Esta lubrificação é feita

pela lubrificador por meio da

suspensão das partículas de óleo no

ar (nebulização).

A partir de uma demanda de

ar, uma parcela é desviada para um

tubo de venturi, onde acarreta uma

subpressão no Tubo de Elevação

(acima do venturi). Assim, o óleo é

sugado pelo Tubo Pescador e

obrigado a gotejar no venturi,

seguindo-se a imediata nebulização.

O óleo pulverizado mescla-se com o restante do fluxo de ar e é transferido para a

saída.

Este equipamento permite o abastecimento do óleo, mesmo durante a operação do

sistema. A retirada do bujão possibilita a reposição do óleo, graças a uma válvula de

retenção.



4 – ELEMENTOS PNEUMÁTICOS DE TRABALHO

energia armazenada na forma de pressão através do ar comprimido, é

transformada em trabalho (movimentos lineares e circulares) pela ação de elementos

denominados de atuadores. Estes elementos são conhecidos por cilindros e podem ser

divididos em dois grupos principais : Cilindros de Movimento Retilíneo e Cilindros de

Movimento Giratório.

• Cilindros de Movimento Retilíneo ou Lineares : São constituídos de elementos que convertem

energia pneumática ou hidráulica em movimento angular ou linear. São representados pelos

cilindros pneumáticos e em função das características da aplicação (força e velocidade) devem

ser dimensionados adequadamente.

• Cilindros de Movimento Giratório ou Rotativos : Convertem a energia pneumática ou hidráulica

em movimento giratório contínuo (motores pneumáticos) ou limitado ( cilindros giratórios).

Em geral, os Cilindros de Movimento Retilíneo são os mais utilizados na

automação de máquinas e dispositivos, e suas características principais são abordadas na

seqüência.

4.1 – Tipos de Cilindros Pneumáticos Os diversos tipos de cilindros diferenciam-se entre si por detalhes construtivos,

em função de suas características de operação e utilização. Basicamente, os cilindros

podem ser:

• Cilindros de Simples Efeito ou Simples Ação; • Cilindros de Duplo Efeito ou Dupla Ação, dentre os quais :

• Cilindros de haste dupla; • Cilindros Duplex; • Cilindros Giratórios; • Cilindros sem Haste • Cilindros Telescópicos;

A



4.1.1 – Cilindros Pneumáticos de Simples Ação ou Simples Efeito

Estes cilindros têm a

característica de produzir trabalho em

um único sentido de movimento, seja

para avanço ou retorno.

Cilindros de simples ação

possuem somente um orifício por

onde o ar comprimido entra e sai da

câmara de compressão, controlado

pela ação de uma válvula. Na

extremidade oposta, um pequeno

orifício é responsável pelo "respiro",

visando impedir o surgimento de uma

contrapressão internamente. O retorno

do pistão à posição inicial é efetuado

por ação de uma Mola, no momento

em que o ar comprimido é retirado do

orifício de entrada.

Diagrama esquemático de um cilindro de Simples Ação

O comprimento destes cilindros (curso de êmbolo) é limitado pelo tamanho da

mola, assim, por esta razão, fabricam-se cilindros com comprimento de curso de até 10

[cm].

Os cilindros de simples ação são muito utilizados em operações de fixação,

marcação, rotulação, expulsão de peças e alimentação de dispositivos. Alguns cilindros

com retorno por ar comprimido a avanço por mola, são freqüentemente empregados em

alguns sistemas de freios, segurança e posições de travamento e bloqueio.



4.1.2 – Cilindros Pneumáticos de Dupla Ação ou Duplo Efeito

Os cilindros de dupla ação utilizam o ar comprimido para produzir trabalho em

ambos sentidos de movimento. São o tipo mais comum de aplicação de atuadores.

Entretanto, devido a detalhes construtivos, apresentam diferenças entre os esforços

desenvolvidos no avanço e retorno da haste. Isto ocorre devido à variação da área efetiva

entre as câmaras traseira e dianteira. A área de atuação da pressão na câmara traseira é

ligeiramente maior que a superfície dianteira, devido a presença da haste.

O ar comprimido deve ser

admitido e liberado

alternadamente entre dois

orifícios presentes nos cabeçotes,

localizados na parte traseira e

dianteira do cilindro. Assim,

quando uma câmara admitir ar

comprimido, a outra deverá estar

em conexão com a atmosfera.

Estrutura interna de um Cilindro de Dupla Ação

CILINDROS COM AMORTECIMENTO

Ao final de cada curso de avanço ou recuo, o choque freqüente entre êmbolo e

cabeçotes, algumas vezes agravado pelo deslocamento de grandes massas, pode

provocar um desgaste excessivo e reduzir a vida útil do cilindro. Desse modo, são

utilizados amortecimentos de fim de curso em cilindros de diâmetros superiores a 30

mm e cursos acima de 50 mm.

O amortecimento é obtido através do aprisionamento de certa parcela de ar ao

final do movimento da haste. Isto ocorre pelo acoplamento de um colar, sobre a haste, e

uma guarnição no cabeçote. O ar aprisionado, impossibilitado de fluir pelo orifício



principal, escapa com uma vazão menor através de uma restrição fixa ou variável. Este

processo provoca uma desaceleração gradativa na velocidade da haste, reduzindo o

esforço do choque.

CILINDROS NORMALIZADOS

Para possibilitar um intercâmbio mundial entre equipamentos pneumáticos, a

tendência mundial dos fabricantes é de produzir componentes que atendam a normas

técnicas internacionais ( ISO 6431 e DIN 24335), abrangendo desde o material

construtivo até suas dimensões.

CILINDROS DERIVADOS

Embora apresentem o mesmo

princípio de operação, os cilindros de

dupla ação podem diferenciar-se em suas

formas e dimensões em função de uma

variada gama de aplicações.

Desse modo, destacaremos alguns dos tipos mais comuns de cilindros de Dupla

Ação:

CILINDROS DE DUPLA HASTE

Este cilindro possui duas hastes

unidas ao mesmo êmbolo. Desse modo,

enquanto uma haste realiza trabalho, a

outra pode ser utilizada para o comando de

fins de curso ou dispositivos de regulagem

do curso de avanço.



CILINDROS DUPLEX CONTÍNUOS OU CILINDRO TANDEM

Dotado de dois êmbolos (com

orifícios independentes) unidos por uma

única haste, estes cilindros permitem

dispor de maior força em ambos os

movimentos.

São utilizados em aplicações que necessitam de grandes forças, entretanto, em

locais onde cilindros de maior diâmetro não seriam possíveis, ou ainda com a

impossibilidade de aplicar pressões mais elevadas.

CILINDROS DUPLEX GEMINADOS OU MULTIPOSICIONAIS

Constituem-se de dois ou mais cilindros de

dupla ação unidos entre si. Cada um possui

orifícios de entrada e saída de ar

independentes. Esta estrutura possibilita a

obtenção de três, quatro ou mais posições

diferentes.

São aplicados em dispositivos de

seleção, distribuição e posicionamento de

peças.



CILINDROS GIRATÓRIOS OU ROTATIVOS

Basicamente, a atuação dos cilindros pneumáticos consiste em proporcionar

movimentos retilíneos do tipo "vaivém". Entretanto, variações do seu aspecto

construtivo ou adaptações, possibilitam a obtenção de torques. Existem dois tipos

principais destes cilindros: Cilindro de Aleta Giratória ou Cilindro Rotativo e Atuador

Rotativo.

O cilindro de aleta giratória tem sua aplicação em movimentos rotativos de

pequeno torque e giros de até 300°. Apresentam um dispositivo para ajuste mecânico do

ângulo de giro. São pequenos e robustos.

Cilindro de Aleta

Giratória

Utilizados em equipamentos

de manipulação de peças, de testes

de duração e resistência, e em

abertura e fechamento de pequenas

portas e válvulas.

Os Atuadores Rotativos são constituídos por cilindros lineares de haste dentada.

Esta haste aciona uma engrenagem.

Este dispositivo apresenta

torque mais elevado, em função da

dimensão do cilindro e das pressões

envolvidas. Pode apresentar giros

superiores a 360°.

São utilizados para girar grandes peças, curvar tubos, e acionar dispositivos de

engrenagens.



CILINDROS SEM HASTE

Os cilindros sem haste são constituídos apenas de um êmbolo que desloca-se

internamente à câmara de compressão. Sem haste, o acoplamento entre êmbolo e

exterior, para a realização de trabalho, pode ser realizado da seguinte forma:

• Acoplamento Magnético:

internamente, o êmbolo magnético

acopla-se ao dispositivo de fixação da

carga (externo). São utilizados para

forças pequenas (<400 [N]).

• Tração por cabos : Para aplicações

onde necessita-se de cursos longos e

economia de espaço, a haste dos

cilindros foi substituída por cabos de

aço ou tiras de aço revestidas.

• Fixação por Tiras e Seção Oval :

Neste tipo, as roldanas encontram-se

dispostas internamente ao cilindro e a

seção é oval, anti-giro. O atrito neste

tipo moderno de cilindro é pequeno e o

coloca como boa opção para servo

posicionamentos.



CILINDROS TELESCÓPICOS

São raramente utilizados em ar comprimido devido ao custo elevado, entretanto,

com fluídos hidráulicos é largamente empregado. Basicamente, são constituídos de

vários cilindros embutidos entre si, sendo comuns apresentarem de 2 a 6 estágios. Seu

emprego reside no fato de que ocupam pouco espaço, relativo ao curso de trabalho.



SIMBOLOGIA DE CILINDROS PNEUMÁTICOS

Em função da variedade de formas e aplicações dos cilindros pneumáticos, sua representação é normalizada. Desse modo, a tabela abaixo ilustra as representações dos diversos tipos de cilindros pneumáticos.

Descrição Simbologia

Cilindros de Simples Ação ou Efeito

Retorno por Mola

Retorno por Força não definida

Avanço por Mola

Cilindros de Dupla Ação ou Efeito

Com Haste Simples

Com Amortecimento no retorno, fixo

Com Amortecimento no avanço, fixo

Com Duplo Amortecimento, fixo

Com Duplo Amortecimento, variável

Com Dupla Haste

Cilindros de Dupla Ação ou Efeito Derivados

Cilindro Duplex Contínuo ou Tandem

Cilindro Duplex Geminado ou Múltiplas Posições

Cilindro Telescópico de Simples Efeito ou Ação



5 – Elementos de Comando e Controle Pneumáticos - VÁLVULAS

acordo com o que foi exposto no capítulo anterior, a energia

armazenada na forma de pressão através do ar comprimido, é transformada em trabalho

(movimentos lineares e circulares) pela ação de elementos pneumáticos de trabalho - Os

cilindros, por exemplo. Entretanto, a obtenção destes movimentos de forma ordenada e

controlada, só é possível através da utilização de Válvulas.

As válvulas são utilizadas para a partida, parada, direção e regulagem dos

atuadores. Simultaneamente, comandam a pressão e a vazão do ar armazenado nos

reservatórios. Devido a variada gama de funções, as válvulas podem ser classificadas em

cinco grupos principais:

1. Válvulas Direcionais;

2. Válvulas de Bloqueio

3. Válvulas de Fluxo ou Vazão;

4. Válvulas de Pressão;

5. Combinações de Válvulas

5.1 – Válvulas Direcionais As válvulas direcionais atuam diretamente na trajetória do fluxo de ar

comprimido, nas partidas e paradas dos atuadores.

Para a representação destas e das demais válvulas nos diagramas de comando

pneumático, são utilizados símbolos, de forma análoga aos cilindros. Sendo assim, estes

símbolos não representam exatamente a construção interna das válvulas, mas ilustram de

forma simplificada a função desempenhada por elas.

De



5.1.1 – Simbologia das Válvulas Direcionais

As válvulas direcionais são classificadas e simbolizadas segundo o número de vias

(conexões - entradas e saídas de ar comprimido) e de posições (normalmente

abertas/fechadas).

Uma válvula direcional geralmente apresenta uma posição de repouso, onde os

elementos móveis encontram-se inicialmente posicionados, sem a ação de um elemento

externo. Já a posição inicial ou de partida representa a posição em que encontram-se

os elementos móveis, após a instalação ou aplicação de pressão na montagem do circuito

pneumático.

A posição das válvulas é representada por um quadrado, e o número de posições

por um número igual de quadrados dispostos lado a lado. Em cada quadrado são

ilustradas uma ou mais setas, representativas das direções dos fluxos de ar comprimido

ou exaustão. Os bloqueios à passagem do fluxo de ar são representados por pequenos

"tes - T" .

A identificação das conexões ou vias , por onde ocorrerão as ligações com os

atuadores e reservatórios de ar comprimido, dar-se-á por pequenos traços externos a uma

dada posição da válvula. O número de traços externos representará o número de vias ou

conexões disponíveis na válvula. Para a identificação da função desenvolvida pelas vias,

é utilizado um sistema de numeração, de acordo com a norma DIN ISO 5599 :

Conexão Representação DIN/ISO 5599

Representação por Letras

Pressão 1 P Exaustão 3, 5, 7 - ímpares R, S, T Acionamento 2, 4, 6 - pares A, B,C Piloto de 1 para 2 12 Z, Y Piloto de 1 para 4 14 Z, Y



Em função destas nomenclaturas a identificação de uma válvula direcional

dependerá do número de vias e de posições. Sempre, a primeira identificação

corresponderá ao número de vias e posteriormente o número de posições:

Número de Vias / Posições Simbologia

2/2 vias / posições

3 / 2 - NF

vias / posições

3 / 2 - NA

vias / posições

5 / 2 vias / posições

5 / 3 vias / posições



As válvulas direcionais podem ser acionadas de variadas formas: manual (botão,

alavanca, pedal, etc.), ar comprimido (piloto e vácuo) e eletricidade (solenóides). De

maneira análoga à simbologia das válvulas direcionais, os diversos tipos de

acionamentos também são representados por símbolos. Os símbolos dos elementos de

acionamento são desenhados horizontalmente às posições (quadrados) das válvulas,

conforme a ilustração a seguir:

Tipo de Acionamento Símbolo 1 - Mecânico

Geral

Botão

Alavanca

Alavanca c/ trava

Pedal

Retorno por Molas

Centragem por Molas Rolete Rolete Escamoteável

2 - Pneumática

Piloto Direto

Piloto Indireto Servo - piloto

Decréscimo de Pressão 3 - Elétrico

Simples Solenóide

Duplo Solenóide 4 - Combinados

Duplo Solenóide c/ atuação manual auxiliar



5.1.2 – Tipos de Válvulas Direcionais e as suas Características de Construção

As características de construção das válvulas pneumáticas determinam a sua vida

útil, força de acionamento, possibilidades de ligação e tamanhos nominais.

Segundo o princípio de construção, as válvulas direcionais distinguem-se pelos

seguintes tipos:

i) Válvulas de Assento

Ä Com Sede Esférica,

Ä Com Sede tipo Prato;

ii) Válvulas Corrediças

Ä De tipo Longitudinal,

Ä De tipo Giratória;

i) Válvulas de Assento

As válvulas de assento são abertas por intermédio de esferas, cones ou pratos. A

vedação das sedes das válvulas é realizada de maneira muito simples, geralmente com

elemento elástico de vedação. Estas válvulas possuem poucas peças de desgaste e têm

uma longa vida útil. São robustas e insensíveis à sujeira.

Necessitam de uma força de acionamento relativamente alta, sendo necessário

vencer a força da mola de reposição e a força ocasionada pela presença de ar

comprimido.



A construção

das válvulas de sede

esférica é muito

simples, e apresentam

custo vantajoso. Estas

válvulas caracterizam

-se por possibilitarem

dimensões reduzidas.

Ø Válvula 2/2 vias

Ao contrário das de sede esférica ou cônicas, as válvulas de sede tipo Prato

apresentam um tempo de comutação curto.

Um simples

movimento do prato,

libera uma grande

área para a passagem

do fluxo de ar. Têm

uma vedação simples

e boa.





de Assento

tipo Cone


de Assento

tipo Esfera




de Assento

tipo Disco ou Prato

ii) Válvulas Corrediças

As interligações do fluxo de ar comprimido entre as vias das válvulas corrediças

serão realizados por intermédio de carretéis corrediços, ao invés de esferas, pratos ou

cones, conforme foi observado anteriormente.

O elemento central deste tipo de válvula é um pistão (carretel), o qual seleciona a

passagem do fluxo de ar mediante seu movimento. A força de acionamento é pequena,

uma vez que, não é necessário suplantar a força exercida pela pressão do ar ou de molas.

Este tipo de válvula possibilita o acoplamento de qualquer tipo de acionamento.

Entretanto, o curso de acionamento e o tempo de comutação são superiores aos das

válvulas de assento.


Corrediça




Corrediça


Corrediça



5.2 – Válvulas de Bloqueio

As válvulas de bloqueio têm por função interromper a passagem do fluxo de ar,

geralmente em um determinado sentido. A pressão em uma das vias atua sobre um

elemento vedante. As válvulas de bloqueio atuam de forma "digital" (com ou sem

fluxo), e são utilizadas como elementos lógicos em circuitos de ar comprimido, podendo

ser de três tipos principais:

1. Válvulas de Retenção;

2. Válvulas Alternadoras;

3. Válvulas de Simultaneidade;

5.2.1 – Válvulas de Retenção Simbologia

Atuam de modo a

impossibilitar o fluxo de ar em

uma dada direção. Em direção

contrária, o fluxo de ar deve

fluir com a mínima queda de

pressão. A vedação em um

determinado sentido pode ser

realizada por uma esfera, cone

ou membrana.



5.2.2 – Válvulas Alternadoras

Simbologia

Esta válvula desempenha uma função lógica do tipo "OU". Apresenta duas

entradas denominadas de "X" ou "P1" e "Y" ou "P2", e uma saída "A".

Num dado instante, o ar

comprimido presente em uma

das entradas pressiona e esfera

contra o orifício oposto,

vedando a sua passagem pela

via. Simultaneamente, encontra

caminho livre para o fluxo de ar

através do acionamento "A".



5.2.3 – Válvulas de Simultaneidade

Simbologia

Esta válvula desempenha uma função lógica do tipo "E" ou "AND". Apresenta

duas entradas denominadas de "X" ou "P1" e "Y" ou "P2", e uma saída "A".

Neste tipo de válvula o fluxo de ar

comprimido será transferido ao acionamento

"A", quando ambas as entradas "X" e "Y"

apresentarem simultaneamente pressões. O

primeiro fluxo de ar bloqueia seu próprio

caminho, assim, somente o fluxo de ar

posterior é transferido para o acionamento.

5.3 – Válvulas de Fluxo ou Vazão As válvulas de fluxo interferem

na vazão do ar comprimido que flui por

uma tubulação. A vazão poderá ser

regulada em ambas ou em uma única

direção do fluxo de ar. Estas válvulas

são conhecidas como "reguladoras de

velocidade" ou "reguladoras de fluxo

unidirecional".

Válvula Reguladora de Fluxo

Atuam de forma a reduzir ou aumentar a área da seção transversal interna da

válvula. Desse modo, controlam a vazão do fluxo de ar.



Em algumas aplicações, como o

controle de velocidade no avanço ou

retorno de cilindros pneumáticos, é

necessário apenas o controle em um dos

sentidos de movimentos. Desse modo, é

utilizada a válvula reguladora de fluxo

Unidirecional. Nesta válvula, a

regulagem do fluxo é obtida em apenas

uma direção. Uma válvula de retenção

permite a passagem do ar comprimido

no sentido oposto.

Válvula Reguladora de Fluxo Unidirecional

No emprego deste tipo de válvula para a regulação do movimento de cilindros de

dupla ação, deve ser preferencialmente realizado pelo controle da saída do ar

comprimido, ao invés da inclusão sobre o orifício de entrada do cilindro. Assim, o

êmbolo fica submetido a duas pressões de ar, apresentando uma melhor característica no

movimento do cilindro.

5.4 – Válvulas Reguladoras de Pressão Estas válvulas mantém constante a

pressão em circuitos pneumáticos de trabalho. A

pressão de entrada mínima deve ser sempre

superior ao valor de ajuste. O acréscimo da

pressão de entrada é expelido por orifícios de

escape automaticamente. A regulagem da

pressão é obtida por um ajuste sobre a força de

uma mola e um diafragma de vedação.



5.5 – Combinações de Válvulas

Diferentes grupos de válvulas podem ser combinadas para realizarem funções

mais complexas. Válvulas deste tipo são representadas pelos símbolos das válvulas

utilizadas, envoltos por um bloco pontilhado.

5.5.1 – Válvulas de Tempo ou Temporizadas

São componentes pneumáticos onde o tempo de acionamento das válvulas pode

ser controlado. Estas válvulas são constituídas de uma válvula direcional de 3/2 vias,

válvula de retenção e um reservatório de ar.

Geralmente, a variação do tempo de

acionamento pode ocorrer entre 0 e 30

segundos. É realizado pelo ajuste no

controle de fluxo de ar que preenche o

reservatório. A medida que o reservatório é

ocupado pelo ar comprimido, ocorre o

aumento da pressão, e esta é aplicada ao

acionamento tipo piloto da válvula de 3/2

vias.

A ação de temporização ocorre no momento em que a pressão aplicada ao piloto,

for suficiente para acionar a válvula. Para o rearme da válvula, é necessária a retirada do

ar comprimido da entrada de comando da válvula temporizada.



5.5.2 – Válvulas Binárias ( tipo FLIP-FLOP)

Caracterizado também como uma válvula 3/2 vias,

adicionalmente a um êmbolo, uma haste e um came. Com a

ausência de pressão no orifício do piloto, a haste encontra-se

distanciada do came e a válvula 3/2 permanece fechada. Ao

aplicar-se pressão ao piloto Z, o conjunto êmbolo e haste giram

o came, acionando a válvula. Retirando-se a pressão do piloto

Z, a válvula permanecerá aberta, e somente voltará a posição

inicial, após uma nova aplicação de pressão no piloto Z.

Esta válvula é utilizada para promover movimentos alternados

de retorno e avanço em cilindros de dupla ação. Como retém a

válvula 3/2 vias acionada após um pulso de pressão em Z,

também pode ser utilizada como um elemento digital

(memória) em circuitos pneumáticos complexos.

Apostila de Comandos Eletropneumáticos Parte II - Elementos Eletropneumáticos


PARTE II

Elementos Eletropneumáticos

energia elétrica apresenta-se como uma alternativa vantajosa no projeto de

circuitos pneumáticos no tocante a parte de comando, face as vantagens de ótima

velocidade de operação, baixo custo dos equipamentos elétricos e a redução de volume

dos componentes, em relação aos dispositivos tradicionais.

Dentre os expoentes dessa modernização dos circuitos pneumáticos,

responsáveis pela possibilidade de automatizar as máquinas acionadas por ar

comprimido, destacam-se :

i) Os Solenóides;

ii) As Eletroválvulas;

iii) Os Relês e Contatores;

iv) Os Sensores;

A introdução destes elementos nos circuitos pneumáticos é sem dúvida uma ação

irrevogável e irreversível.

A



1 – SOLENÓIDES

solenóides são utilizados como elementos de acionamentos, tanto em

válvulas como também tradicionalmente em relês, contatores ou outros tipos de chaves

magnéticas. Caracterizam-se simplesmente uma bobina e um núcleo magnético, o qual é

atraído para o interior da bobina, quando da sua energização.

Os solenóides podem ser acionados por corrente contínua ou alternada, e

apresentam-se comercialmente disponíveis nas seguintes tensões:

• 220 Vcc / Vca

• 120 Vcc / Vca

• 48 Vcc / Vca

• 24 Vcc / Vca

Solenóides de Corrente Contínua : Apresentam elevada resistência elétrica e

núcleo maciço. Têm baixo nível de ruído;

Solenóides de Corrente Alternada : Devido ao efeito da reatância apresentam

baixa resistência elétrica, entretanto, necessita de um núcleo laminado.

Apresentam um certo nível de ruído, característico de circuitos de corrente

alternada.

Os



2 – ELETROVÁLVULAS

tradicionais válvulas direcionais passam a ser comandadas por solenóides,

em substituição aos acionamentos do tipo piloto ou mecânico. Desse modo, todo o

circuito de comando pneumático pode ser substituído por relês, botões e sensores

eletrônicos, possibilitando a automação dos processos.

Na seqüência, podemos observar as ilustrações de válvulas direcionais acionadas

por solenóides.

Válvula 2/2 vias - Acionamento Direto

Válvula direcional 2/2 vias acionada por solenóide

Observando a figura acima, pode-se verificar que ao energizar o solenóide, o

núcleo é atraído para o seu interior e permitindo a passagem do ar entre as vias "P" e

"A".

As



Válvula 3/2 vias - Acionamento Direto

Válvula direcional 3/2 vias acionada por solenóide

Os solenóides são elementos elétricos que não dispõem de uma força mecânica

compatível com a exigência de acionamento da maioria das válvulas. Assim, quase a

totalidade das eletroválvulas são servo-acionadas por solenóides. Entretanto, este servo-

acionamento encontra-se implícito nas eletroválvulas. A atenção especial deve ser

dedicada a casos em que pretende-se acoplar um solenóide a uma válvula preexistente.

A seguir podemos visualizar as ilustrações de algumas válvulas direcionais

servo-acionadas por solenóides:



Válvula 3/2 vias - Acionamento Indireto

Válvula direcional 3/2 vias servo-acionada por solenóide

Válvula 5/2 vias - Acionamento Indireto

Válvula direcional 3/2 vias servo-acionada por solenóide



Válvulas Proporcionais

As válvulas direcionais em geral apresentam dois estados de operação: acionada

(passagem de ar livre) ou desacionada (passagem de ar bloqueada). Assim sendo, ha

apenas a alternativa de energizar ou isolar os solenóides.

Já as válvulas proporcionais possibilitam o controle da vazão ou da pressão do ar

comprimido que flui por elas. Isto é possível, a partir da utilização de uma válvula e um

solenóide especial. O solenóide é denominado de solenóide proporcional. O conjunto é

controlado por um dado valor de tensão e/ou corrente elétrica.

• Vazão

As válvulas proporcionais de vazão são utilizadas para a obtenção precisa de

posicionamento de atuadores e controle de velocidade de motores pneumáticos, e são

ilustradas pela figura abaixo:

Ilustração de uma Válvula proporcional de vazão de 5/3 vias



• Pressão

Para o controle da força de atuação de cilindros e do torque em motores

pneumáticos são utilizadas válvulas proporcionais de pressão. A figura abaixo ilustra

este tipo de válvula.

Válvula proporcional de pressão 3/2 vias

3 – SENSORES

São elementos de sinal responsáveis pela indicação de estados e posições das

máquinas pneumáticas e hidráulicas.

Neste trabalho serão enfocados os sensores eletrônicos, uma vez que tendem a

ocupar integralmente as funções dos tradicionais elementos mecânicos - "micro-

switches" e fins de curso.

Os elementos de sinal eletrônicos convertem as grandezas físicas em sinais

elétricos proporcionais ou do tipo "on-off". Apresentam a vantagem de serem rápidos,

não produzem faiscamento e não necessitam de estabelecer contato físico com o objeto

alvo.



Os principais sensores utilizados em automação pneumática podem ser

classificados na seguinte ordem :

i) Sensores Magnéticos;

ii) Sensores Indutivos;

iii) Sensores Capacitivos;

iv) Sensores Ópticos;

v) Sensores de Pressão;

A seleção destes elementos, a partir da sua variedade, é determinada pelas

características dos objetos a serem monitorados, pela distância de observação e pela

precisão dos resultados.

3.1 - Sensores Magnéticos

Constituem-se por elementos sensíveis a presença de campo magnético. Dentre os

mais utilizados destacam-se os sensores de efeito "Hall" e os sensores tipo "Reed".

Ambos têm a vantagem de ocuparem pequenos volumes e apresentarem elevada vida

útil. Em função da amplitude do campo magnético a ser detectado, geralmente devem

estar fixados próximos ao alvo.

• Sensor Hall

O efeito Hall pode ser melhor entendido a partir da ilustração abaixo, onde a

passagem de corrente elétrica por um condutor, sofre a ação de um campo magnético

externo, provocando uma distribuição desigual da corrente no interior do condutor.



Ilustração do fenômeno de Efeito Hall

A distribuição desigual ou variação na densidade de corrente provoca o

aparecimento de uma diferença de potencial elétrico na direção perpendicular ao campo

magnético e ao sentido da corrente elétrica.

Sensores Eletrônicos de Efeito Hall

A vantagem da aplicação de um sensor do tipo Hall é a possibilidade de utilizar

sinais proporcionais.



• Sensor Reed

O sensor tipo Reed constitui-se de uma ampola de vidro, onde encontram-se dois

contatos elétricos imersos em um meio inerte. A aproximação de um campo magnético

provoca a atração dos contatos elétricos.

Ilustração de um sensor magnético tipo Reed

Sensores Magnéticos tipo Reed

Ao remover o campo magnético das proximidades do sensor, as lâminas separam-

se novamente, interrompendo o contato elétrico.



3.2 - Sensores Indutivos

Os sensores indutivos apresentam a característica de sensibilizarem-se com

elementos metálicos e/ou condutores de eletricidade. Estes elementos eletrônicos

produzem um campo magnético, e com a aproximação de um objeto metálico são

induzidas correntes elétricas no mesmo. Este fenômeno provoca um acoplamento

magnético entre sensor e alvo, proporcionando assim, a detecção. Basicamente são

constituídos de um circuito oscilador, um disparador do tipo "schimidt trigger" e um

amplificador.

Diagrama em blocos de um sensor Indutivo

Sensores Eletrônicos do tipo Indutivos

A distância de acionamento para este tipo de sensor é pequena e devem ser

observados o tipo de material a ser monitorado e a distância necessária. Estes sensores

podem alcançar distâncias mais elevadas em função de uma maior área sensora. A área

sensora geralmente é a seção transversal do elemento eletrônico (a maioria destes

sensores tem formato cilíndrico).



3.3 - Sensores Capacitivos

De forma similar aos sensores indutivos, os elementos capacitivos apresentam a

característica de sensibilizarem-se com a presença de matéria ou material dielétrico.

Estes elementos eletrônicos produzem um campo elétrico ao redor do sensor, e com a

aproximação de qualquer tipo de objeto são induzidas cargas elétricas neste material.

Este fenômeno provoca o incremento de uma capacitância equivalente entre sensor e

alvo, proporcionando assim, a detecção. Os sensores Capacitivos também são

constituídos de um circuito oscilador, um disparador do tipo "schimidt trigger" e um

amplificador.

Diagrama em blocos de um sensor Capacitivo

De forma análoga, distância de

acionamento para este tipo de sensor é

pequena, e deve ser dada atenção especial

ao acúmulo de material ou pó nas

proximidades do sensor de forma a evitar o

acionamento por engano.



3.4 - Sensores Ópticos

Os sensores Ópticos têm a característica de detectar qualquer material a distâncias

elevadas, sem a necessidade de estarem em contato mecânico com as partes envolvidas.

Tipos de Sensores Ópticos disponíveis comercialmente

O princípio de

funcionamento de um

sensor Óptico está funda-

mentado na presença de

um emissor e um

receptor. A luz gerada

pelo emissor deverá

atingir ou iluminar o

receptor em intensidade suficiente, para possibilitar a detecção. Com o intuito de

impedir acionamentos indesejáveis por outras fontes de luz de mesmo espectro, os

sensores ópticos emitem luz de forma modulada. Assim, somente seu receptor estará

apto a reconhecer a sua luz emitida. A ilustração abaixo, em diagrama de blocos, pode

representar de uma forma geral o princípio de operação dos sensores ópticos.

Diagrama em blocos de um sensor óptico



Dentre os diversos tipos de sensores eletrônicos, os ópticos apresentam a maior

variedade. Para cada tipo de aplicação encontra-se um elemento adequado. Os diversos

tipos de sensores ópticos podem ser divididos em categorias a saber :

• Sensores Ópticos de Reflexão Difusa;

• Sensores Ópticos de Retro - reflexão;

• Sensores Ópticos de Barreira;

• Sensores Ópticos de Fibra Óptica;

• Sensores Ópticos de Reflexão Difusa

Os sensores ópticos de reflexão difusa possuem o emissor e o receptor instalados

no mesmo corpo. Desse modo, a luz produzida pelo emissor determina uma região

iluminada onde a eventual presença de um objeto, provoca a reflexão de forma difusa da

luz incidente, iluminando o próprio receptor e ativando o sensor. A ilustração abaixo,

representa o princípio de operação deste sensor.

Princípio de operação de um sensor óptico de reflexão difusa

Em função de sua potência e características construtivas, estes sensores podem

detectar materiais a até 60 cm de distância. Este alcance pode variar em função das cores

e do tipo de material que compõe o objeto monitorado. Por apresentar emissor e receptor

inseridos em uma única estrutura, apresentam tamanho reduzido e simplicidade de

operação.



• Sensores Ópticos de Retro - Reflexão

Semelhante ao sensor de reflexão difusa, o retro- reflexivo também apresenta

instalados em um único corpo o emissor e o receptor de luz. Entretanto, a luz produzida

pelo emissor deve refletir em um espelho e retornar ao receptor, como ilustra a figura

abaixo.

Princípio de operação de um sensor óptico de retro- reflexão

Devido a utilização de um espelho refletor este tipo de sensor pode ser utilizado

para distâncias de até 2 metros. Apresenta ainda tamanho reduzido, todavia, devem ser

tomados cuidados na instalação do refletor em relação ao foco de operação.

• Sensores Ópticos de Barreira de Luz

Este tipo de sensor apresenta o emissor e o receptor instalados em corpos

separados . Estes dois elementos, após serem alinhados criam entre si um feixe ou

barreira de luz. A presença de qualquer objeto que bloqueie o feixe de luz provocará o

acionamento do sensor, conforme ilustra a figura abaixo.



Princípio de operação de um sensor óptico de Barreira

Os sensores ópticos do tipo barreira de luz apresentam um feixe luminoso

bastante direcionado, possibilitando a utilização em distâncias de até 6 metros. Tem a

capacidade de detectar pequenos objetos, mas necessita de muito cuidado na instalação

para o ajuste do foco.

• Sensores Ópticos de Cabos de Fibra Óptica

Os sensores de cabos de fibras ópticas formam o conjunto mais complexo desta

categoria. Os cabos de fibra óptica são um acessório do sensor óptico. O sensor deve ser

apropriado para possibilitar o acoplamento das fibras e o emissor de luz deve ser

preferencialmente do tipo "laser". O princípio de operação é semelhante aos demais

sensores, onde há a possibilidade de utilizar os cabos de fibra óptica com reflexão difusa

até distâncias de 12 cm, e como barreira de luz até 40 cm.

A facilidade de instalação em curvas de raio reduzido e o pequeno tamanho

dos cabos de fibra óptica proporcionam uma gama de aplicações bastante variada.

Entretanto, os sensores de fibra óptica ainda apresentam custos relativamente

altos, e a instalação deve ser realizada com o cuidado no ajuste do foco.



3.5 - Sensores de Pressão

Os elementos eletrônicos para a monitoração de pressões constituem-se dos

pressostatos tradicionais, elementos tipo "on-off". Todavia, com o advento das válvulas

proporcionais e o constante aumento da automatização das máquinas pneumáticas,

torna-se necessário a monitoração de pressão de forma linear ou analógica. Os sensores

que realizam tal tarefa também são denominados de "Transmissores Eletrônicos de

Pressão", e neste trabalho designaremos apenas por sensores.

Os sensores de pressão baseiam-se em sua maioria na tecnologia piezoresistiva.

Seu princípio de construção consiste em instalar um "strain gauges" (medição de

deformação) em uma pastilha de silício muito fina (0,4 mm de espessura).

Com a aplicação de pressão sobre a pastilha, esta deforma-se proporcionalmente

ao valor da pressão, alterando a resistência elétrica do "strain gauges". Um circuito

eletrônico em ponte, mede esta variação e converte para um valor de tensão ou corrente

proporcional, conforme ilustra a figura abaixo.

Princípio de operação de um sensor de Pressão Eletrônico



3.6 - Conexão dos Sensores Eletrônicos

Quanto à característica de suprimento elétrico, os sensores eletrônicos podem ser

utilizados de duas formas : Corrente Contínua e Corrente Alternada.

Sensores de Corrente Contínua apresentam duas formas de ligações distintas em

função dos circuitos amplificadores que os compõem : Ligações tipo NPN e PNP. Já os

sensores em corrente alternada têm suas ligações do tipo TRIAC.

• Sensores que operam em Corrente Contínua - CC

Os sensores de corrente contínua têm suas saídas configuradas a partir de

transistores do tipo NPN e PNP. Esta diferença é fundamental no momento da conexão

com o circuito elétrico de comando ou com um cartão de entrada de um CLP.

Sensores de corrente contínua apresentam comumente três fios de ligação. Sendo

eles: Alimentação (+), Carga e Neutro (-).

As ligações envolvendo sensores do tipo NPN devem ser realizadas, considerando

a carga conectada aos terminais : Alimentação (+) e Carga. Para os sensores do tipo

PNP, as conexões da carga devem estar entre os terminais: Carga e Neutro (-), conforme

ilustra a figura abaixo.



• Sensores que operam em Corrente Alternada - CA

Os sensores de corrente alternada apresentam geralmente dois fios de conexão :

fase (F) e neutro (N). Por se tratarem de elementos eletrônicos, seu circuito amplificador

de saída é composto por um TRIAC. Assim, sua ligação com a carga do circuito de

comando ou com um cartão de entrada de um CLP, é do tipo série; conforme ilustra a

figura abaixo.



3.7 - Simbologia dos Sensores Eletrônicos

De forma análoga aos elementos pneumáticos como as válvulas e os cilindros, os

sensores também apresentam uma simbologia específica. Abaixo, são ilustradas as

principais simbologias de sensores eletrônicos :

tópicos - laboratório livre · uma apostila para a nova disciplina “comandos industriais”....

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