Apostila de pneumatica by Robert Charbel

IFSP – Instituto Federal de Educação, Ciências e Tecnologia de São Paulo Campus Salto

Tecnologia Pneumática Circuitos Pneumáticos e Comandos Eletropneumáticos

Ailson Marins

Salto 2009

Sumário 1. Introdução

Página 1

2. Produção do ar comprimido

3. Distribuição do ar comprimido

4. Preparação do ar comprimido

5. Atuadores lineares

6. Motores pneumáticos

7. Válvulas

8. Seqüência de movimentos

9. Tipos de esquemas

10. Simbologia

11. Eletropneumática

103

12. Exercícios

111

13. Componentes elétricos dos circuítos

112

14. Bibliografia

132

1 - INTRODUÇÃO

Pneumática é o estudo dos movimentos e fenômenos dos gases

Origem da palavra: Dos antigos gregos provém a palavra “pneuma”, que significa fôlego, vento e filosoficamente, alma; derivado desta surgiu o conceito de pneumática. Foi no século XI X que o estudo do comportamento do ar e de suas características tornou-se sistemático; inicialmente desacreditada, quase sempre por falta de conhecimento e instrução, a pneumática foi aceita e somente após 1950 foi aproveitada na produção industrial, tornando sua área de aplicação cada vez maior. Nota: Entende- se por “ar comprimido” o ar atmosférico compactado por meios mecânicos, confinado em um reservatório, a uma determinada pressão.

Propriedade dos gases Como qualquer substância, os gases possuem propriedades específicas. Essas propriedades são: A) COMPRESSIBILIDADE: É a propriedade que o gás tem de permitir a redução do seu volume sob a ação de uma força exterior. B) ELASTICIDADE: É a propriedade que permite ao gás retornar ao seu volume primitivo, uma vez cessado a força exterior que o havia comprimido. C) EXPANSIBILIDADE: É a propriedade que o gás tem de ocupar sempre o espaço ou volume total dos recipientes. A expansibilidade é o inverso da compressibilidade. D) DIFUSIBILIDADE: É a propriedade pela qual um gás ou vapor, posto em contato com o ar, se mistura intimamente com ele.

1.2. Vantagens no uso do ar comprimido: - É encontrado com facilidade e em grande quantidade no ambiente. - Estando acondicionado em reservatório, é de fácil transporte e distribuição, podendo ser utilizado no momento que se queira. - Funcionamento perfeito, mesmo em situações térmicas extremas. - Sistema de filtragem torna o ar comprimido limpo. - Eventuais vazamentos não poluem o ambiente. - Permite alcançar altas velocidades de trabalho. - O equipamento é seguro contra sobrecarga.

1.3. Desvantagem no uso do ar comprimido: - Custo elevado na produção, armazenamento e distribuição do ar. - Variações de velocidade devido à compressibilidade do ar. - Escapes ruidosos, obrigando ao uso de silenc iadores.

1.4. Rentabilidade do ar comprimido: Para o cálculo da rentabilidade real do ar comprimido, não devem ser considerados somente os custos de energia empregada; deve- se levar em conta, também, o processo mais econômico, em razão da automatização, barateando o produto. Com a utilização de máquinas automatizadas e o emprego do ar comprimido, podemos reduzir a utilização do trabalho braçal, principalmente em áreas insalubres e em condições perigosas; o que leva também a uma redução do custo final do produto.

1.5. Fundamentos das leis físicas dos gases Você já deve saber que a superfície terrestre está permanentemente envolvida por uma camada de ar. CAMADAS G ASOSAS DA ATMO SFERA

Essa massa gasosa (ar), denominada atmosfera, tem composição aproximada de 78% de Nitrogênio, 21 % de Oxigênio e 1% de outros (dióxido de carbono, argônio, hidrogênio, neônio, hélio, criptônio, xenônio, etc.). Para melhor compreender as leis e as condições do ar, devemos primeiramente considerar as grandezas físicas, em nosso país adotamos as unidades de medidas do Sistema Internacional (SI), mas é comum o uso de unidades que não pertencem ao SI, principalmente em disciplinas instrumentais como: Hidráulica, Refrigeração, Pneumática, etc.

1.6. Grandezas, sĂmbolos e unidades

1.7. Força e pressão Em pneumática, força e pressão são grandezas muito importantes. F o r ç a : é um agente capaz de deformar (efeito estático) ou acelerar (efeito dinâmico) um corpo. P r e s s ã o : é o quociente da divisão do módulo (intensidade) de uma força pela área onde ela atua. Regra do Triângulo:

a “a” “b”

F P

significa divisão significa multiplicação

1.8. Princípio de Pascal Um fluido, ao ser comprimido em um recipiente fechado exercerá pressão igual em todos os sentidos.

Podemos verificar isto facilmente, fazendo uso de uma bola de futebol. Apalpando- a, observamos uma pressão uniformemente distribuída superfície.

sua

1.9. Pressão atmosférica

É a pressão que a atmosfera exerce sobre os corpos, atuando em todos os sentidos. Ela equilibra uma coluna de 760mm (altura), de mercúrio, à 0 º C e ao nível do mar. Quem imaginou e levou a efeito essa exper iência foi o físico italiano Torricelli, de onde vem o nome de barômetro de T orricelli. Ele usou um tubo de vidro com cerca de 1m de comprimento, e um dos extremos fechado. Encheu- o de mercúrio e tampou o outro extremo com o dedo; depois inverteu o tubo e mergulhou- o num recipiente também com mercúrio.

Quando retirou o dedo, formando uma coluna.

o líquido desceu até atingir certa altura

A coluna de mercúrio manteve-se em equilíbrio pela pressão atmosférica exercida sobre a superfície do mercúrio no recipiente.

Medindo essa coluna, ao nível do mar, Torricelli constatou que media 760mm, a partir do nível de mercúrio do reservatório.

1.10. Relação entre unidades de força 1 Kp = 1 Kgf 1 Kp = 9,81 N Para cálculos aproximados, consideramos: 1 Kp = 10N 1.11 Equivalência entre unidades de pressão .

pressão

1 Pa

1 atm

1 bar

1 kp/cm 2

1 T orr

1m coluna de água

Pa (n/m 2 )

Kp/cm 2 atm

bar

9,87

T orr (mm de Hg)

metro da coluna de água

0,102

7,5

10,2

( Kgf/cm2 )

x 10 - 5

10 - 5

x 10 - 4

x 10 - 3

x 10 - 5

1,013

1,033

760

10,33

0,987

1,02

750

10,2

0,968

0,981

736

1,31

1,36

x 10 - 3

9,81

9,68

9,81

x 10 - 3

x 10 - 2

1,013 x 10 5 10 5 9,81 x 10 4 133

0,1

73,6

13,6 x 10 - 3 1

Para cálculos aproximados, consideramos: 1atm = 760mmHg = 1bar = 1kgf/cm 2 = 100kPa = 10mca = 14,7 PSI(lbf/pol 2 ) Onde:   

    

atm -atmosfera; mm Hg -altura da coluna de mercúrio em milímetros; bar -unidade do CGS = 10 6 bárias (do grego baris = pesado); kp/cm² - quilopond por centímetro ao quadrado; kgf/cm² - quilograma força por centímetro ao quadrado; kPa - quilopascal; mca - altura da coluna de água em metros; PSI - Pound Square Inch (lbf/pol²) : libra-força por polegada ao quadrado.



ATENÇÃO

O aparelho que mede a pressão (manômetro normal) indica apenas a pressão relativa.

1 atm

Zero relativo

uma

Pressão Absoluta

Pressão Relativa

somar mais

Subpressão

Sobrepressão

Portanto, em termos de pressão absoluta, é necessário atmosfera(1 atm) ao valor indicado no manômetro.

Zero absoluto

EXEMPLO O manômetro indica: Pressão Relativa

Pressão Absoluta

3 atm

3 atm + 1 atm = 4 atm

8 bar

8 bar + 1 atm = 9 bar (1 atm = 1 bar)

5 kgf/cm 2

5 kgf/cm 2 + 1 atm = 6 kgd/cm 2 (1atm = 1kgf/cm 2 )

2 PSI

2 PSI + 1 atm = 16,7 PSI (1 atm = 14,7 PSI)

1.12 Temperatura É a quantidade de intensidade de calor.

energia

calórica

trânsito.

temperatura

indica

No estudo dos gases, a temperatura é expressa em Kelvin, também conhecida como escala de temperatura absoluta. As escalas de temperatura mais utilizadas são: Celsius (C), Fahrenheit (F) e Kelvin (K) Observe as diferenças entre as escalas apresentadas na figura abaixo:

Escala Kelvin

373 K

Escala Fahrenheit

Temperatura de congelamento da água

212 ºF

100 ºC

Escala Célsius

Temperatura de vaporização da água

0 ºC

32 ºF

273 K

Como pode ser visto na ilustração, as três escalas apresentam (entre congelamento e vaporização da água) as seguintes quantidades de divisões, na pressão atmosférica normal = 1 atm :

Escala Celsius (ºC)

--------

Escala Kelvin (K)

--------

Escala Fahrenheit (ºF)

--------

100 divisões 100 divisões 180 divisões

Como base nesses dados, obtemos as equações de conversões entre as três escalas: º C = 5 x ( º F – 32 ) 9 K = º C + 273

K = 5 x ( º F – 32 ) + 273 9 º C = K - 273

1.13 Leis Físicas dos gases Lei de Boyle/Mariotte (Robert Boyle e Edna Mariotte ) Considerando- se a temperatura constante, ao reduzir o volume, aumenta a pressão (transformação isotérmica).

Lei de Gay Lussac (Joseph Louis gay Lussac) Considerando- se a pressão constante, ao aumentar a temperatura, aumenta o volume (transformação isobárica).

Lei de Charles (Jacques Alexandre Charles) Considerando- se o volume constante, ao aumentar a temperatura, aumenta a pressão (transformação isotérmica)

2. PRODUÇÃO DO AR COMPRIMIDO

Ao projetar a produção ou consumo de ar, deverão ser consideradas possíveis ampliações e futuras aquisições de equipamentos pneumáticos. Uma estação compressora fornece o ar comprimido para os equipamentos, através de uma tubulação, e uma ampliação posterior da instalação torna-se cara. Os vários tipos de compressores estão relacionados diretamente com a pressão de trabalho e a capacidade de volume, exigidas para atender às necessidades da indústria.

2.1. Compressor de êmbolo com movimento linear A) Compressor de êmbolo: Baseia- se no princípio de redução de volume. Isto significa que o ar da atmosfera é aspirado para um ambiente fechado (Câmara de compressão) onde um pistão (êmbolo) comprime o ar sob pressão.

B) Compressor de membrana :

O êmbolo fica separado, por uma membrana, da câmara de sucção e compressão, isto é, o ar não entra em contato com as partes deslizantes. Assim, o ar fica isento de resíduos de óleo, e por essa razão, esses compressores são os preferidos das indústrias alimentícias, químicas e farmacêuticas.

2.2. Compressores de êmbolo rotativo

A) Compressor rotativo multicelular (palhetas): Dotado de um compartimento cilíndrico, com aberturas de entrada e saída, onde gira um rotor fora de centro.

B) Compressor de fuso rosqueado (parafuso): Dois parafusos helicoidais, de perfis côncavo e convexo, comprimem o ar, que é conduzido axialmente.

2.3. Generalidades A) Volume de ar fornecido É a quantidade de ar fornecido pelo êmbolo do compressor em movimento. Existem duas indicações de volume fornecido. - teórico (volume interno x rpm) - efetivo (volume teórico – perdas)

B) Pressão -

pressão de Regime – é a pressão fornecida pelo compressor, e que vai da rede distribuidora até o consumidor. Pressão de T rabalho – é a pressão necessária nos postos de trabalho. Essa pressão é geralmente de 6 bar, e os elementos de trabalho são construídos para essa faixa de trabalho, considerada pressão normal ou econômica.

C) Acionamento Em instalações industriais, na maioria dos casos, o acionamento se dá por motor elétrico. T ratando-se de uma estação móvel, o acionamento geralmente é por motor a explosão (gasolina, óleo diesel).

D) Regulagem Para combinar o volume de fornecimento com o consumo de ar, é necessária uma regulagem do compressor (mecânica ou elétrica), a partir de dois valores limites pré-estabelecidos: pressão máxima e mínima.

E) Refrigeração

O aquecimento ocorre em razão da compressão do ar e do atrito, e esse calor deve ser dissipado. É necessário escolher o tipo de refrigeração mais adequado, conforme o grau de aquecimento do compressor. Em compressores pequenos, serão suficientes palhetas de aeração para que o calor seja dissipado. Compressores maiores serão equipados com ventilador, e em alguns casos, devem ser equipados com refrigeração a água circulante ou água corrente contínua.

F) Local de instalação e manutenção A estação de compressores deve ser montada dentro de um ambiente fechado, com proteção acústica, boa aeração e o ar sugado deve ser fresco, seco e livre de poeira. A manutenção do compressor é um fator muito importante, pois dela depende o seu bom funcionamento e a sua rentabilidade. Portanto, é imprescindível elaborar planos de manutenção e seguir as instruções recomendadas pelo fabricante. No plano deverá constar, obrigatoriamente, a verificação do nível do óleo lubrificação nos locais apropriados, e particularmente nos mancais compressor, motor e cárter, bem como a limpeza dos filtros de ar e da válvula segurança do reservatório de ar, pois, se a mesma falhar, haverá perigo explosão do reservatório, ou danificação da máquina.

de do de de

3. DISTRIBUIÇÃO DO AR COMPRIMIDO 3.1. Reservatório de ar comprimido

FUNÇÃO : estabilizar a distribuição do ar comprimido, eliminar as oscilações de pressão na rede distribuidora e, quando há um momentâneo alto consumo de ar, é uma garantia de reserva.

A grande superfície do reservatório refrigera o ar suplementar; assim, parte da umidade é condensada e separa-se do ar no reservatório, saindo pelo dreno.

3.2. Rede condutora principal

Cada máquina, cada dispositivo requer quantidades adequadas de ar, que é fornecida pelo compressor, através da rede distribuidora. O diâmetro da tubulação deve ser escolhido de maneira que, mesmo com um consumo de ar crescente, a queda de pressão, do reservatório até o equipamento não ultrapasse 0,1 bar; uma queda maior de pressão prejudica a rentabilidade do sistema e diminui consideravelmente a sua capacidade. A escolha do diâmetro da tubulação não é realizada por quaisquer fórmulas empíricas ou para aproveitar tubos por acaso existentes em depósito, mas sim considerando: * * * * *

Volume corrente (vazão); Comprimento da rede; Queda de pressão admissível; Pressão de trabalho; Número de pontos de estrangulamento na rede.

Nota: Na

distribuição do ar comprimido deve-se estar atento a possíveis

vazamentos na rede, para que não haja perdas de pressão e elevação nos custos. 3.3. Montagem da rede de distribuição de ar comprimido Em uma rede de distribuição é importante não dimensionamento mas também a montagem das tubulações

somente

correto

As tubulações de ar comprimido requerem manutenção regular, razão pela qual as mesmas não devem, se possível, ser montadas dentro de paredes ou de cavidades estreitas. A) Rede de distribuição em circuito aberto: 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 B) Rede de distribuição em circuito fechado:

Partindo da tubulação principal, são instaladas as ligações em derivação. Quando o consumo de ar é muito grande, consegue-se, mediante esse tipo de montagem, uma manutenção de pressão uniforme. O ar flui em ambas as direções. 3.4. Material de tubulação A) Tubulações principais: Na escolha do material da tubulação temos várias possibilidades: Cobre Latão

Tubo de aço preto Tubo de aço zincado (galvanizado)

Aço-liga Material sintético

B) Tubulações secundárias: Tubulações à base de borracha (mangueiras) somente devem ser usadas onde for requerida uma certa flexibilidade e onde, devido a um esforço mecânico mais elevado, não possam ser usadas tubulações de material sintético. Hoje, as tubulações à base de polietileno e poliamido são mais freqüentemente usadas em maquinários, pois permitem instalações rápidas e são ainda de baixo custo.

3.5. Conexões para tubulações Os diversos tipos de conexões podem ser utilizados para tubos metálicos, de borracha ou materiais sintéticos, desde que respeitadas as restrições e recomendações de aplicação dos fabricantes. Conexão para tubulações principais: flange

Conexões roscadas para tubos com costura (galvanizados):

Conexão para tubos flexíveis de polietileno ou poliamida:

Conexão para tubos rígidos sem costura:

conexão rápida

4. PREPARAÇÃO DO AR COMPRIMIDO

Antes de ser distribuído pela rede aos consumidores, o ar comprimido deve passar por processos de tratamento e preparação:

Onde: 1) Filtro de sucção; 2) Compressor; 3) Resfriador (temp. entr.. = 90 a 200ºC temp. saída = 40ºC); 4) Separador de água; 5) Reservatório de ar; 6) Filtro entrada do secador; 7) Secador de ar (temp. entr.= 30 a 40ºC temp. saída = 4ºC); 8) Filtro de saída do secador; 9) T omada de ar comprimido; 10) Unidade de conservação (filtro – regulador de pressão – lubrificador). 4.1. Resfriadores ou Trocadores de Calor Os compressores reduzem o volume do ar para que a pressão aumente. Como pressão e temperatura são diretamente proporcionais, o ar atinge temperaturas elevadas. O ar comprimido a alta temperatura, além de reduzir a eficiência do compressor, poderia ainda causar acidentes ao operador e danificar os componentes pneumáticos. Em compressores de diversos estágios, normalmente se utilizam resfriadores intermediários (entre estágios). Dependendo da produção efetiva de ar, esses resfriadores trabalham sob a atuação do ar ou da água.

Sistema de refrigeração de um compressor:

Sistema de refrigeração posterior à compressão:

4.2. Secadores de ar comprimido A água (umidade) já penetra na rede com o próprio ar aspirado pelo compressor, os secadores servem para retirar a umidade do ar comprimido, esteja ela em estado líquido ou em forma de vapor. É importante salientar, entretanto, que o ar deve ser secado antes de ser distribuído na rede, devido ao fato de os componentes pneumáticos, em sua maioria, serem metálicos e, portanto, sujeitos à corrosão. A incidência da umidade depende, em primeira estância, da umidade relativa do ar que, por sua vez, depende da temperatura e condições ambientais. A umidade absoluta é a quantidade de água contida em 1m 3 de ar. A quantidade de saturação é a quantidade de água admitida em 1m 3 de ar a uma determinada temperatura. Nesse caso, a umidade relativa é de 100% (ponto de orvalho). No diagrama do ponto de orvalho (a seguir) pode-se observar a quantidade de saturação à temperatura correspondente.

Umidade Relativa = umidade absoluta x 100% Quantidade de Saturação

Quantidade de água (Qa) admitida pelo compressor (g/m3)

Qa = umidade relativa x quantidade de saturação 100%

DIAGRAMA DO PONTO DE ORVALHO

Exemplo Para um ponto de orvalho de 313 k (40 ºC), 1m 3 de ar contém 50g de água.

O ar comprimido pode ser secado de três maneiras diferentes: A) Secagem por absorção Absorção é a fixação de uma substância (líquida ou gasosa) no interior da massa de outra substância (sólida) T rata-se de um processo químico que consiste no contato do ar comprimido com o elemento secador (cloreto de cálcio, cloreto de lítio). A água ou vapor, em contato com esse elemento, mistura-se quimicamente com ele, formando um resíduo que deverá ser removido periodicamente do absorvedor.

B) Secagem por adsorção Adsorção é a fixação de uma substância na superfície de outra substância. É um processo físico em que o ar comprimido entra em contato com um elemento secador que tem a função de reter a umidade e liberar ar seco. Esse elemento, constituído de quase 100% de dióxido de silício (SiO 2 ), é conhecido no mercado como sílica gel.

C) Secagem por resfriamento Funciona pelo princípio da diminuição da temperatura do ponto de orvalho. O ponto de orvalho é a temperatura à qual deve ser resfriado um gás para se obter a condensação do vapor de água nele contido. O ar comprimido a ser secado entra no secador, passando primeiro pelo trocador de calor (vaporizador), o ar quente que está entrando é resfriado. Forma-se um condensado de óleo e água que é eliminado pelo trocador de calor. Esse ar comprimido pré-resfriado circula através do trocador de (vaporizador) e assim sua temperatura desce até 1,7 ºC, aproximadamente.

calor

Dessa maneira, o ar é submetido a uma segunda separação de condensado de água e óleo. Posteriormente, o ar comprimido pode ainda passar por um filtro fino, a fim de eliminar os corpos estranhos.

4.3. Unidade de conservação A unidade de conservação tem a finalidade de purificar o ar comprimido, ajustar uma pressão constante do ar e acrescentar uma fina neblina de óleo ao ar comprimido, para fins de lubrificação. Devido a isso, a unidade de conservação aumenta consideravelmente segurança de funcionamento dos equipamentos pneumáticos. A unidade de conservação é uma combinação de :

Simbologia:

A). Filtro de ar comprimido A função do filtro de ar é reter as partículas de impurezas, bem como a água condensada, presente no ar que passa por ele. Funcionamento: O ar comprimido, ao entrar no copo do filtro, é forçado a um movimento de rotação por meio de rasgos direcionais. Com isso, por meio de força centrífuga separam-se impurezas maiores e gotículas de água, que se depositam então no fundo do copo O condensado acumulado no fundo do copo deve ser eliminado, o mais tardar, ao atingir a marca do nível máximo, já que, se isto não ocorrer, será arrastado novamente pelo ar que passa. As partículas sólidas maiores que a porosidade do filtro, são retidas por este. Com o tempo, o acúmulo dessas partículas impede a passagem do ar. Portanto, o elemento filtrante (bronze sinterizado ou malha de nylon) deve ser limpo ou substituído em intervalor regulares. Em filtros normais, a porosidade encontra-se entre 30 e 70 microns. Filtros mais finos têm elementos com porosidade até 3 microns.

Dreno automático do Filtro de ar: Se houver acentuado deposição de condensado, convém substituir a válvula de descarga manual por uma automática.

Funcionamento:

Pelo furo, o condensado atinge a câmara entre as vedações. Com o aumento do nível do condensado, o flutuador se ergue. A um determinado nível, abre-se a saída; o ar comprimido existente no copo passa por ela e desloca o êmbolo para a direita. Com isso, abre-se o escape para o condensado. Pelo escape, o ar só passa lentamente, mantendo-se a saída do condensado, aberta por um tempo maior.

B) Regulador de pressão

T em

por

finalidade

manter

constante

pressão

trabalho

(secundária)

independentemente da pressão da rede (primária) e consumo de ar. A pressão primária tem que ser maior que a secundária.

REGULADOR DE PRESSÃO (cont...)

Funcionamento: A pressão é regulada por meio de uma membrana. Uma das faces da membrana é submetida à pressão de trabalho; do outro lado atua uma mola cuja pressão é ajustável por meio de um parafuso de regulagem. Com o aumento da pressão de trabalho, a membrana se movimenta contra a força da mola. Com isso a secção nominal de passagem na sede da válvula diminui progressivamente ou fecha totalmente. Isso significa que a pressão é regulada pelo fluxo. Na ocasião do consumo, a pressão diminui e a força da mola reabre a válvula. Com isso, para manter a pressão regulada, há um constante abrir e fechar da válvula. Para evitar a ocorrência de vibração indesejável sobre o prato da válvula, existe um amortecimento por mola ou ar. Se a pressão aumentar muito do lado secundário, a membrana é pressionada contra a mola. Com isso, abre-se a parte central da membrana e o ar em excesso sai pelo furo de escape para a atmosfera. O regulador sem escape não permite a saída para a atmosfera, do ar contido no sistema secundário, devido a isso, é utilizado para gases tóxicos ou inflamáveis (maçarico). Se, do lado secundário não houver consumo de gás, a pressão cresce e força a membrana contra a mola. Desta forma, a mola pressiona o pino para baixo e a passagem é fechada pela vedação. Somente quando houver demanda de gás pelo lado secundário é que o gás do lado primário voltará a passar.

C).Lubrificador

Nos

elementos

pneumáticos

encontram-se

peças

móveis

que

devem

ser

submetidas à lubrificação, para garantir um desgaste mínimo, manter tão mínima quanto possível às forças de atrito e proteger os aparelhos contra corrosão. Mediante o lubrificador, espalha- se no ar comprimido uma névoa adequada de óleo. Os lubrificadores operam, geralmente, segundo o princípio venturi . A diferença de pressão ( queda de pressão) entre a pressão existente antes do bocal nebulizador e a pressão no ponto estrangulado do bocal serão aproveitadas para sugar óleo de um reservatório e misturá-lo com o ar em forma de neblina. O lubrificador de ar somente começa a funcionar quando existe um fluxo suficientemente grande. Quando houver pequena demanda de ar, a velocidade no bocal é insuficiente para gerar uma depressão (baixa pressão) que possa sugar o óleo do reservatório. Deve- se, portanto, prestar atenção aos valores de vazão (fluxo) indicados pelo fabricante.

Princípio Venturi:

Funcionamento do lubrificador

A corrente de ar no lubrificador vai de A para B. A válvula de regulagem H obriga o ar a entrar no depósito E, pelo canal F. Pelo efeito de sucção no canal C, o óleo é transportado pelo tubo ascendente L até a câmara D. Nesta câmara, o óleo é gotejado na corrente de ar e é arrastado. Mediante o parafuso K, ajusta-se à quantidade de óleo adequada. O desvio do ar comprimido até o depósito realiza- se através da câmara F, onde se efetua o fenômeno da aspiração. As gotas grandes demais caem no ambiente E. Somente a neblina ar-óleo chega à saída B, através do canal G.

No emprego da unidade de conservação, deve-se observar os seguintes pontos: 1.

A vazão de ar (m 3 /h) é determinante para o tamanho da unidade. Demanda (consumo) de ar muito grande provoca queda de pressão nos aparelhos. Deve- se observar rigorosamente os dados indicados pelo fabricante.

A pressão de trabalho nunca deve ser superior à indicada no aparelho, e a temperatura ambiente não deve ser superior a 50 º C (máximo para copos de material sintético).

4.4.Manutenção da unidade de conservação A) Filtro de ar comprimido Quando o filtro não é dotado de dreno automático, o nível de água condensada deve ser controlado regularmente, pois a água não deve ultrapassar a altura determinada no copo. A água condensada acumulada pode ser arrastada para a tubulação de ar comprimido e equipamentos. O elemento filtrante, componentes plásticos, vedações e copo devem ser limpos com água e sabão neutro (biodegradável). Secar com ar comprimido limpo e seco na pressão máxima de 2bar. B) Regulador de pressão de ar comprimido Quando existe um filtro de ar comprimido instalado antes do regulador, dispensase praticamente a manutenção desse regulador. C) Lubrificador de ar comprimido Controlar o nível de óleo no copo reservatório. Se necessário, complementar o óleo até o nível indicado (3/4 do copo). Use óleo mineral com especificação: ISO VG 32 (viscosidade = 32 cst centistokes). Regulagem do conta-gotas em torno de 1 a 2 gotas por minuto. Componentes plásticos, vedações e copo devem ser limpos com água e sabão neutro (biodegradável). Secar com ar comprimido limpo e seco na pressão máxima de 2bar.

5. Atuadores lineares (cilindros)

O atuador linear é um elemento de máquina que transforma a energia pneumática em movimentos retilíneos. Exemplos de aplicação: A) Acionamento de válvula De fechamento

B) Acionamento de fundição

cadinho de

C) Acionamento de prensa

Observação: A geração de um movimento retilíneo com elementos mecânicos, conjugados com acionamentos elétricos, é relativamente custosa e está ligada a certas dificuldades de fabricação e durabilidade. 5.1 Componentes de um atuador:

1 2 3 4 5 6

Camisa Haste Êmbolo Vedação do êmbolo Vedação da haste Bucha de guia da haste

7 8 9 10 11 12

LEGENDA Anel raspador (limpador da haste) Regulagem do amortecimento dianteiro Vedação do amortecimento Regulagem do amortecimento traseiro Tampa traseira Tampa dianteira

A camisa (1) na maioria dos casos é feita de um tubo de aço trefilado a frio, sem costura. Para aumentar a vida útil dos elementos de vedação, a superfície interna do tubo é brunida. Para casos especiais, o cilindro é feito de alumínio ou latão, ou de aço com superfície interna de cromo duro. Estes equipamentos serão empregados para trabalhos nem sempre contínuos ou onde existe possibilidade de corrosão muito acentuada. Para tampas (11) e (12 usa-se normalmente material fundido (alumínio fundido ou ferro maleável)). A fixação das tampas pode ser feita com tirantes, roscas ou flanges.

A haste (2) geralmente é feita com aço beneficiado, revestida com camada de cromo para proteção de corrosão. A rosca da haste geralmente é laminada, a fim de evitar ruptura. Para a vedação da haste do êmbolo, existe um anel circular (5) na tampa anterior. A haste do êmbolo está guiada na bucha de guia (6). Esta bucha pode ser de bronze sintetizado ou de material sintético metalizado. Na frente dessa bucha, encontra-se o anel limpador (7), que evita a entrada de partículas de pó e de sujeita no cilindro. Assim não é necessária outra proteção. Comparação entre uma rosca laminada e usinada:

Materiais das vedações: Bruna N Perbunam Viton T eflon

(-10 (-20 (-20 (-80

ºC ºC ºC ºC

até até até até

80 ºC) 80 ºC) 190 ºC) 200 ºC)

5.2 Tipos de vedações para atuadores lineares:

5.3. Tipos de cilindros A) Atuadores lineares de simples ação Esses atuadores são acionados por ar comprimido de um só lado e, portanto, trabalham em uma só direção. O retrocesso efetua-se mediante uma força externa ou por mola. A força da mola é calculada para que ela possa fazer o pistão retroceder a posição inicial, com uma velocidade suficientemente alta, sem dispender grande energia.

Em atuadores com mola montada, o curso do êmbolo é limitado pelo comprimento da mola. Por essa razão, são fabricados com comprimentos até aproximadamente 100mm. Empregam-se esses elementos de trabalho principalmente para fixar, expulsar, prensar, elevar, alimentar, etc. Quando o atuador possuir mola na câmara traseira, poderá ser usado para travamento.

A grande vantagem é o efeito de freio, empregado em caminhões, carretas, vagões ferroviários, etc. B) Atuador linear de dupla ação: Os movimentos de avanço e retorno nos atuadores de dupla ação são produzidos pelo ar comprimido e, por isso, podem realizar trabalho nos dois sentidos de seu movimento.

Estes atuadores podem, em princípio, ter curso limitado, porém deve-se levar em consideração as possibilidades de deformação por flexão e flambagem. São encontrados, normalmente, com curso até 2000mm.

atuadores

dupla

ação,

também

designados

por

duplo

efeito,

são

empregados em todos os casos em que é necessária força nos dois sentidos do movimento, devendo- se, entretanto observar que os esforços de flexão sobre a haste dos cilindros devem ser evitados ao máximo, através do uso de guias, fixações oscilantes, etc., para que não haja desgaste acentuado de bucha, gaxeta do mancal e gaxeta do êmbolo. C) Atuador linear com amortecimento nos fins de curso Quando volumes grandes e pesados são movimentados por um atuador, empregase um sistema de amortecimento para evitar impactos secos e danificação das partes. Antes de alcançar a posição final, um êmbolo de amortecimento interrompe o escape direto do ar, deixando somente uma passagem pequena, geralmente regulável. Com o escape de ar restringido, cria-se uma sobrepressão que, para ser vencida, absorve grande parte da energia, o que resulta em perda de velocidade nos fins de curso. Invertendo o movimento do êmbolo, o ar entra sem impedimento, pelas válvulas, no cilindro, e o êmbolo pode retroceder com força e velocidade totais.

Possibilidades de amortecimento:

Os atuadores dotados de amortecimento variável são os mais usados.

D) Atuador linear de haste dupla (haste passante) A haste é mais bem guiada devido aos dois mancais de guia, o que possibilita a admissão de uma ligeira carga lateral.

Os elementos sinalizadores podem ser montados na parte livre da haste do êmbolo. Neste caso, força é igual em ambos os lados (mesma área de pressão). E) Atuador linear tipo tandem (geminado): Trata-se de dois atuadores de dupla ação que formam uma só unidade. Assim, com pressão simultânea nos dois êmbolos, a força será a somada. Recomendado para obter grande desempenho quando a área útil do atuador é pequena.

F) Atuador linear de posição múltipla Este atuador é formado por dois ou mais atuadores de dupla ação. Os elementos estão unidos um ao outro como mostra a ilustração. Os atuadores movimentam-se individualmente, conforme o lado de pressão. Com dois atuadores de cursos diferentes, obtêm-se quatro posições.

É utilizado para carregar estantes com esteira transportadora, acionar alavancas e como dispositivo selecionador.

G) Atuador linear de impacto Recebe esta denominação devido à força a ser obtido pela transformação de energia cinética. É um atuador de dupla ação especial com modificações. Dispõe internamente de uma pré-câmara (reservatório) O Êmbolo, na parte traseira, é dotado de um prolongamento. Na parede divisória da pré-câmara, existem duas válvulas de retenção. Estas modificações permitem que o atuador desenvolva impacto, devido à alta energia cinética obtida pela utilização da pressão imposta ao ar. Funcionamento:

Ao ser comandado, o ar comprimido enviado ao atuador é retido inicialmente e acumulado na pré-câmara interna, atuando sobre a pequena área da secção do prolongamento do êmbolo. Quando a pressão atinge um valor suficiente, inicia- se o deslocamento do pistão, que avança lentamente, até que em determinado instante o prolongamento do êmbolo se desaloja da parede divisória, permitindo que todo o ar armazenado flua rapidamente, atuando sobre a área do êmbolo. No instante em que ocorre a expansão brusca do ar, o pistão adquire velocidade crescente até atingir a faixa onde deverá ser mais bem empregado. O impacto é produzido através da transformação da energia cinética fornecida ao pistão, acrescida da ação do ar comprimido sobre o êmbolo. Quando se necessita de grandes forças durante curtos espaços de tempo, como é o caso de rebitagens, gravações, cortes, etc., este é o equipamento que melhor se adapta. No entanto, ele não se presta a trabalhos com grandes deformações. Sua velocidade tende a diminuir após certo curso, em razão da resistência oferecida pelo material ou pela existência de amortecimento no cabeçote dianteiro. As duas válvulas de retenção mencionadas possuem funções distintas. Uma delas permite que o atuador retorne totalmente à posição inicial; prolongamento do êmbolo veda a passagem principal do ar.

A outra válvula permite que a pressão atmosférica atue sobre o êmbolo, evitando uma soldagem entre a parede divisória e o êmbolo, devido à eliminação quase que total do ar entre os dois, o que tenderia à formação de um vácuo parcial. H) Atuador rotativo de giro limitado (cremalheira) Na execução com atuador de dupla ação, a haste do êmbolo tem um perfil dentado (cremalheira).

A haste do êmbolo aciona, com esta cremalheira, uma engrenagem, transformando o movimento linear em movimento rotativo, à esquerda ou à direita, sempre segundo a direção do curso. De acordo com a necessidade, o movimento rotativo poderá ser de 45 º , 90 º , 180 º e até 320 º . Um parafuso de regulagem possibilita a determinação do campo de rotação parcial dentro da rotação total. O momento de torção depende da pressão, da área do êmbolo e da relação de transmissão. O acionamento giratório emprega-se para virar peças, curvar tubos, regular instalações de ar condicionado, acionar válvulas de fechamento, válvulas borboleta, etc. I) Atuador rotativo de giro limitado (aleta giratória) Como nos atuadores rotativo tipo cremalheira, já descritos, também nos atuadores tipo aleta giratória é possível um giro angular limitado. O movimento angular raramente vai além de 300 º A vedação é problemática e o diâmetro em relação à largura, em muitos casos, somente possibilita pequenos momentos de torção (torque).

5.4. Tipos de fixação Um fator significativo para o rendimento final positivo de sistema pneumático é o posicionamento de cada um dos seus componentes; Determina- se o tipo de fixação dos atuadores pela montagem dos mesmos em máquinas e dispositivos. É importante que sua fixação seja perfeita, de modo que possamos aproveitar toda energia fornecida pelo equipamento, ao mesmo tempo, evitando danos ao cilindro.

5.5. Cálculos de atuadores lineares A) Força do êmbolo A força do êmbolo, exercida com o elemento de trabalho, depende da pressão de ar, do diâmetro da camisa e da resistência de atrito dos elementos de vedação. Força teórica no avanço de um atuador linear:

Ft = P . Aav Força efetiva no avanço de atuador linear de simples ação retorno por mola

Aav

D Onde: Ft = Força teórica

em kgf

Fea = Ft

( Fr +

Aav

Ft P

Aav

= 0,785 x D (2)

Fm )

P = Pressão de trabalho em kgf / cm2

Fr = Força de resistência ao atrito em kgf

Aav = (Ac – Área da camisa) = Área útil

Fm = Força da mola de recuo em kgf

D = Diâmetro da camisa em cm

Fea = Força efetiva no avanço em kgf

Força efetiva no avanço de atuador linear de dupla ação

Aav Fea = Ft

D Onde:

Ft = Força teórica em kgf Fea = Força efetiva no avanço em kgf Fr = Força de resistência ao atrito em kgf =3 a 20% de Ft Força efetiva no recuo de atuador linear de dupla ação 48

F t = P x Ar Ar = Ac - Ah d Ar

Ac = 0,785 x D2

D Ah = 0,785 x d2 Fer = Ft - Fr Onde: Ft = Força teórica em kgf d = diâmetro da haste em cm Fer = Força efetiva no recuo em kgf Ar = Área útil de recuo em cm2 Fr = Força de resistência ao atrito em kgf Ac = Área da camisa em cm2 =3 a 20% de Ft P = Pressão de trabalho em kgf / cm2 Ah = Área da haste em cm2 D = Diâmetro da camisa em cm

Exemplo: Cálculos de forças de um atuador linear de dupla ação: Força de avanço

1º Passo: Cálculo da área de avanço Aav =0,785 x D (2) Aav =0,785 x ( 5 cm )2 Aav =0,785 x 25 cm2 2 Aav = 19,625 cm 2º Ft Ft Ft

Passo: Cálculo da força teórica =P . Aav = 6 kgf/cm2 x 19,625 cm2 = 117,75 kgf

Força de recuo

1 º P a s s o : C á l c u l o d a á r e a d a c am i s a ( A c ) Ac = Aav = 19,625 cm 2 2º Passo: Cálculo da área da haste (Ah) Ah = 0,785 x d (2) Ah = 0,785 x ( 2 cm ) 2 Ah = 0,785 x 3 cm2  Ah = 3,14 cm2 3º Passo: Cálculo da área de recuo (Ar Ar = Ac - Ah Ar = 19,625 cm2 - 3,14 cm2  Ar = 16,485 cm2

3º Passo: Cálculo da força de atrito

4º Passo: Cálculo da força teórica (Ft)

Fr = Força de resistência ao atrito em kgf = 3 a 20% de Ft

Ft = P X Ar

Fr Fr Fr

= 10% de Ft = 10% de 117,75 kgf = 11,775 kgf

4º Passo: Cálculo da força efetiva Fea = Ft - Fr Fea = 117,75kgf - 11,775 kgf Fea = 105,975 kgf Fea = 106 kgf

= 6 kgf/cm2 x 16,485  Ft = 98,91 kgf

5º Passo: Cálculo da força de atrito (Fr) Fr

= Força de resistência ao atrito em Kg = 3 a 20% de Ft

Fr Fr

= 10% de Ft = 10% de 98,91 kgf = 9,891 kgf

6º Fer Fer Fer

Passo: Cálculo da força efetiva = Ft - Fr = 98,91 kgf - 9,891 kgf = 88,019 kgf  Fer = 88 kgf

Tabela “Pressão-Força de avanço para Cilindros Pneumáticos” Pressão de Trabalho

140

200

250

138 277 416 555 693 832 971 1110 1248 1386 1525 1664 1803 1942 2079

283 566 850 1133 1416 1700 1983 2266 2550 2832 3116 3400 3683 3966 4248

433 866 1300 1733 2166 2600 3033 3466 3800 4332 4766 5200 5633 6066 6498

Força do êmbolo em kgf FORÇA DO ÊMBOLO EM kgf

kgf/cm2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Diâmetro do cilindro em mm 35 40 50 70 100

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

4 9 13 17 21 24 30 34 38 42 46 50 55 60 63

8 17 26 35 43 52 61 70 78 86 95 104 113 122 129

12 24 36 48 60 72 84 96 108 120 132 144 156 168 180

17 35 53 71 88 106 124 142 159 176 194 212 230 248 264

34 69 104 139 173 208 243 278 312 346 381 416 451 486 519

70 141 212 283 353 424 495 566 636 706 777 848 919 990 1059

B) Dimensões do cilindro Deve-se evitar curso muito longo, pois a haste será facilmente solicitada a flambagem e flexão. Diâmetros acima de 300mm e cursos acima de 2000 mm torna a pneumática inviável devido ao consumo de ar (rentabilidade). C) Velocidade dos cilindros A velocidade dos cilindros pneumáticos depende da carga, do comprimento da tubulação entre a válvula e o cilindro, da pressão de ar e da vazão da válvula de comando. A velocidade também é influenciada pelo amortecimento nos fins de curso. Quando a haste do êmbolo está na faixa de amortecimento, a alimentação de ar passa através de um regulador de fluxo unidirecional, provocando assim uma diminuição momentânea da velocidade. A velocidade do êmbolo em cilindros normais varia de01 a1, 5 m/s. Com cilindros especiais (cilindros de impacto) podem ser alcançadas velocidades de até 10m/s. A velocidade do êmbolo pode ser regulada com válvulas apropriadas. Para velocidades menores ou maiores empregam-se válvulas reguladoras de fluxo e válvula de escape rápido.

D) Consumo de ar É importante conhecer o consumo de ar da instalação, para se poder produzi- lo e conhecer as despesas de energia. Calculam-se o consumo de ar para uma determinada pressão de trabalho, um determinado diâmetro de cilindros e um determinado curso, da seguinte forma: Relação de compressão x superfície do êmbolo x curso A relação da compressão (baseada ao nível do mar) será assim calculada: 1,013 bar + pressão de trabalho (bar) 1,013 bar Com o auxílio do diagrama de consumo de ar, pode ser calculado mais simples e rapidamente o consumo do equipamento. Para os usuais diâmetros do cilindro e para pressões de 1 a 15 bar, os valores são expressos litros por centímetro de curso (l/cm). O consumo de ar é dado em litros por minuto (ar aspirado). Tabela “Consumo de ar para cilindros” Diâ Cil. em mm

6 12 16 25 35 40 50 70 100 140 200 250

Pressão de serviço em bar 5 6 7 8

Consumo de ar em I/cm de curso do cilindro 0,0005

0,0014

0,0016

0,0019

0,0022

0,0025

0,0027

0,0030

0,0033

0,0036

0,002

0,0008 0,003

0,0011 0,004

0,006

0,007

0,008

0,009

0,010

0,011

0,012

0,013

0,014

0,004

0,006

0,008

0,010

0,011

0,014

0,016

0,018

0,020

0,022

0,024

0,026

0,010

0,014

0,019

0,024

0,029

0,033

0,038

0,043

0,048

0,052

0,057

0,062

0,019

0,028

0,038

0,047

0,056

0,066

0,075

0,084

0,093

0,103

0,112

0,121

0,025

0,037

0,049

0,061

0,073

0,085

0,097

0,110

0,122

0,135

0,146

0,157

0,039

0,058

0,077

0,096

0,115

0,134

0,153

0,172

0,191

0,210

0,229

0,248

0,076

0,113

0,150

0,187

0,225

0,262

0,299

0,335

0,374

0,411

0,448

0,485

0,155

0,213

0,307

0,383

0,459

0,535

0,611

0,687

0,763

0,839

0,915

0,991

0,303

0,452

0,601

0,750

0,899

1,048

1,197

1,346

1,495

1,644

1,793

1,942

0,618

0,923

1,227

1,531

1,835

2,139

2,443

2,747

3,052

3,356

3,660

3,964

0,966

1,441

1,916

2,393

2,867

3,342

3,817

4,292

4,768

5,243

5,718

6,193

Fórmula para cálculo do consumo de ar conforme a tabela acima

Cilindros de simples ação

Cilindros de dupla ação

Q = s . n . q (l/min) Q = volume de ar (l/min) s = comprimento de curso (cm)

Q = 2 . (s . n. q) (l/min) n = número de cursos por minuto (ciclos) q = consumo de ar por cm de curso

Exemplo: Q u a l o c o n s u m o d e a r d e u m c i l i n d r o d e d u p l a a ç ã o , c om d i âm e t r o d e 5 0 m m , c om 1 0 0m m d e curso, que realiza 10 cursos por minuto, submetido à pressão de serviço igual a 6 bar. Q = 2 . (s . n. q) (l min) Q = 2 . (10cm . 10. 0,134) s = 100mm = 10cm Q = 2 . 13,4 n = 10 cursos por minuto Q = 26,8 l/min q = 0,134 (conforme tabela do consumo de ar)

6.Motores pneumáticos O motor pneumático com campo angular ilimitado é um pneumáticos mais usados na indústria moderna. Seu campo de aplicação é dos mais diversos. Com motor pneumático, pode- se executar operações tais como: Parafusar Furar Roscar

dos

elementos

Lixar Polir Rebitar, etc.

6.1.Características dos motores pneumáticos 1. Trabalham normalmente nas qualquer tipo de proteção;

piores

condições

ambientais,

dispensando

2. Especialmente indicados para áreas classificadas com risco de explosão; 3. Eliminam o risco de choques elétricos, faíscas e superaquecimento, normais nos similares acionados por energia elétrica; 4. Sentido de rotação fácil de inverter; 5. Regulagem sem escala de rotação e do momento de torção. 53

6.2. Tipos mais utilizados A) Motor de pistão axial: A capacidade do motor depende da pressão de entrada, número de pistões, área dos pistões e curso dos mesmos. O modo de trabalho dos motores de pistão axial é similar aos motores de pistão radial. Um disco oscilante transforma a força de 5 cilindros, axialmente posicionados, em movimento giratório. Dois pistões são alimentados simultaneamente com ar comprimido. Com isso, obter-se-á um momento de inércia equilibrado, garantindo um movimento uniforme e sem vibrações do motor.

B) Motor de palhetas (Lamelas): Graças à sua construção simples e pequeno peso, geralmente os motores pneumáticos são fabricados como máquinas rotativas, com lamelas. Estes seguem princípio inverso ao dos compressores de células múltiplas (compressor rotativo). O rotor é fixado excentricamente em um espaço cilíndrico e é dotado de ranhuras. As palhetas colocadas nas ranhuras serão, afastadas pela força centrífuga, contra a parede interna do cilindro, e assim a vedação individual das câmaras estará garantida Por meio de pequena quantidade de ar, as palhetas serão afastadas contra a parede interna do cilindro, já antes de acionar o motor. Em tipo de construção diferente, o encosto de palhetas é feito por pressão de molas. Motores deste tipo têm, geralmente de três a dez palhetas, que formam câmaras de trabalho no motor, nas quais pode atuar o ar, sempre de acordo com o tamanho da área de ataque das palhetas. O ar entra na câmara menor, expandindo- se na medida do aumento da câmara.

7. VÁLVULAS Composição de comandos pneumáticos Os comandos pneumáticos podem ser subdivididos em: - elementos de sinais; elementos de comando; elementos de trabalho Todos os elementos de comando e de sinais que tem por finalidade influenciar o fluxo de informações ou energia (nesse caso o ar comprimido) são denominados válvulas, independentemente de sua forma construtiva. As válvulas são subdivididas, segundo as suas funções, em cinco grupos: 1. Válvulas direcionais; 2. Válvulas de bloqueio; 3. Válvulas de fluxo ou de vazão;

4. Válvulas de pressão; 5. Válvulas de fechamento.

7.1. Válvulas direcionais São elementos que influenciam o percurso de um fluxo de ar, principalmente nas partidas, nas paradas e na direção do fluxo. Em esquemas pneumáticos, usam-se símbolos gráficos para descrições de válvulas. Estes símbolos não caracterizam os diferentes tipos de construção, mas somente a função das válvulas. As válvulas direcionais caracterizam-se por: a) número de posições; b) número de vias; c) posição de repouso;

d) tipo de acionamento; e) tipo de retorno; f) vazão.

OBS: “Os símbolos dos componentes pneumáticos são representados através da norma: ISO 1219 em substituição à norma: DIN 24300”. (ISO: Internacional Standardisation Organisation – Organização Internacional para Normalização). (DIN: Deutsches Institut für normung – Instituto Alemão para Normalização). A) Número de posições : As válvulas são simbolizadas graficamente com quadrados. O número de quadrados indica o número de posições ou manobras distintas que uma válvula pode assumir. Para melhor compreensão, tomemos uma torneira comum como exemplo. Esta torneira poderá estar aberta ou fechada.

No primeiro desenho, a torneira está fechada e não permite a passagem da água. No segundo desenho, a torneira está aberta

e permite a passagem da água.

As duas situações (posições) que a torneira pode se encontrar são representadas graficamente, por dois quadrados.

B) Número de vias: As vias de passagem de uma válvula são indicadas por linhas nos quadrados representativos de posições, e a direção do fluxo, por setas.

Os fechamentos ou bloqueios de passagem são indicados dentro dos quadrados, com traços transversais.

traços externos indicam as conexões (entrada e saída) e o número de traços indica o número de vias. Em geral, as conexões são representadas nos quadrados da direita .

Triângulo no símbolo representa vias de exaustão do ar (escape).

Identificação dos orifícios (vias) das válvulas direcionais : CONEXÃO Alimentação (pressão) utilização escapes de ar pilotagem

LETRAS P A, B, C R, S, T X, Z,Y

DÍGITOS 1 2, 4 3, 5 10, 12, 14

C) Posição de repouso: Denomina- se posição de repouso ou posição normal da válvula, a posição em que se encontram os elementos internos quando a válvula não está acionada. Geralmente é representada do lado direito do símbolo. Assim temos: - Válvula normal fechada (NF) normal.

que não permite passagem do fluido na posição

- Válvula normal aberta (NA) que permite passagem do fluido na posição normal.

No exemplo da torneira, representado pela figura da página anterior, podemos caracterizar uma válvula de duas vias, duas posições. Considerando- se que a torneira, na posição normal, não permita a passagem da água, e ela é normal fechada (NF). Se a mesma torneira, na posição normal, permitir a passagem de água, ela é normal aberta (NA). Na representação gráfica de válvulas com 3 posições de comando, a posição do meio é considerada como posição de repouso, nesse caso, é nela que representamos as conexões.

D) Tipos de acionamentos: Conforme a necessidade, os mais diferentes tipos de acionamento podem ser adaptados às válvulas direcionais. Os símbolos de acionamento são desenhados horizontalmente nos quadrados.

Exemplos: Acionamento por força muscular

Geral

Botão

Alavanca

Pedal

Acionamento mecânico

Rolete apalpador

Apalpador

gatilho

mola

Acionamento pneumático (direto):

Pressão positiva

Pressão diferencial

Acionamento pneumático (indireto):

Pressão positiva indireta (servo-pilotado)

Acionamento elétrico

(Solenóide).

Acionamento combinado indireto (servo pilotado):

Solenóide ou manual auxiliar e servo pilotada

E) Tipo de retorno: Retorno é o desacionamento, que posiciona uma válvula direcional de 2 posições, à posição de repouso. O retorno pode ser feito por uma mola, um piloto, etc. , que normalmente é representado do lado direito do símbolo.

F) Vazão: É especificada de acordo com os métodos de medição da vazão nominal. Os fabricantes de componentes pneumáticos especificam nos catálogos dos produtos, os valores da vazão nominal.

Exemplos de simbologias de válvulas direcionais :

Válvula direcional de 3/2 vias, (3 vias e 2 posições), NF(Normal Fechada), acionada por botão, retorno por mola.

Válvula direcional de 3/2 vias, (3 vias e 2 posições), NA(Normal Aberta), acionada por solenóide, retorno por mola .

Válvula direcional de 3/2 vias, (3 vias e 2 posições), NF (Normal Fechada), acionada por pressão positiva, retorno por mola.

Válvula direcional de 5/2 vias, acionada por duplo solenóide ou, manual auxiliar e servo pilotada .

Válvula direcional 5/3vias, Centrofechado, acionada por duplo solenóide ou manual Auxiliar e servo pilotado, centrada por molas.

Válvula direcional 5/3 vias, centro aberto positivo, acionada. por duplo solenóide ou manual auxiliar e servo pilotada, centrada por molas.

Exemplo de aplicação de válvula direcional em sistema pneumático

1ª Posição: DESACIONADA

2ª Posição: ACIONADA

7.1.1. Características de construção em válvulas direcionais O princípio de construção da válvula determina:

A A A O

força de acionamento; maneira de acionar; possibilidade de ligação; tamanho da construção.

Segundo o tipo de construção, as válvulas distinguem- se em dois grupos: A) Válvulas de sede ou de assento A.1) Cônico A.2) Prato 61

B) Válvulas corrediças B.1.) Longitudinal (carretel) B.2.) Carretel com assento tipo prato suspenso B.3.) Giratória (disco) A) Válvulas de sede ou de assento A.1.) Válvulas de assento cônico Descrição: Válvula direcional 3/2vias, NF, acionada por apalpador, retorno por mola .

1ª Posição

2ª Posição

FUNCIONAMENTO 1ª Posição de comutação: “DESACIONADA” Uma mola pressiona o êmbolo, em formato semi-esférico, contra o assento da válvula, bloqueando a passagem de pressão 1(P) para a via 2(A) de utilização, que se encontra interligada à conexão 3(R). 2ª Posição de comutação: “ACIONADA” Acionando-se a haste ou apalpador, o êmbolo é deslocado do seu assento, a pressão 1(P) é interligada à via 2(A) gerando um sinal de saída. Nesta posição o escape 3(R) está bloqueado.

A.2.) Válvulas de assento (sede) formato de disco plano ou prato Descrição: Válvula direcional 3/2vias, acionada por apalpador, retorno por mola

Descrição: Válvula direcional 3/2vias, NF acionada por rolete, comandada (ou servo pilotada), retorno por mola.

servo

Observação: O servo comando tem por finalidade diminuir a força de acionamento, como acontece em válvulas de comando mecânico. FUNCIONAMENTO 1ª Posição de comutação: “DESACIONADA” O fluxo de ar de pressão na via 1(P) e do servo piloto estão bloqueados. A via de utilização 2(A) está interligada à via de escape 3(R).

2ª Posição de comutação: “ACIONADA” Ao acionar-se a alavanca do rolete, abre-se a válvula de servo comando, o ar comprimido flui para a membrana e movimenta o prato da válvula principal para baixo. Primeiramente, fecha-se a passagem da via 2(A) para a via 3(R), em seguida, abre-se a passagem do fluxo de ar da via 1(P) para a via 2(A), gerando um sinal de saída. OBSERVAÇÃO: “ Este tipo de construção possibilita o seu emprego como válvula normal fechada (NF) ou normal aberta (NA), bastando para isso, girar em 180º o cabeçote de atuação, conforme mostra a figura a seguir.” Descrição: Válvula direcional 3/2vias, NA, acionada por rolete, servo comandado ou servo pilotada, retorno por mola.

FUNCIONAMENTO 1ª Posição de comutação: “DESACIONADA” O fluxo de ar de pressão na via 1(P) está interligado à via de utilização 2(A), gerando um sinal de saída, e a pressão de comando que chega na válvula de servo pilotagem está bloqueada. A via de escape 3(R) está obstruída.

Descrição: Válvula direcional 3/2vias, NF, acionada por simples pressão piloto , retorno por mola.

1ª Posição

2ª Posição

FUNCIONAMENTO 1ª Posição de comutação: “DESACIONADA” O comando 12(Z) está sem pressão piloto; com isto a mola mantém o prato para cima, bloqueando a via 1(P). A via de utilização 2(A) está interligada à via de escape 3(R).

2ª Posição de comutação: “ACIONADA” Injetando-se uma pressão piloto sobre o prato, se dará o seu deslocamento para baixo, desde que esta pressão seja maior que a força da mola. Com isto o fluxo de ar comprimido da via 1(P) será interligado à via 2(A) de utilização. A via 3(R) estará bloqueada.

Descrição: Válvula direcional 3/2vias, NF, acionada por simples pressão piloto , retorno por mola.

1ª Posição

2ª Posição

FUNCIONAMENTO 1ª Posição de comutação: “DESACIONADA” Na posição de repouso, isto é, com a bobina (campo) eletromagnética desenergizada as molas mantém a camisa e o carretel para baixo bloqueando a passagem da via de pressão 1(P). 2ª Posição de comutação: “ACIONADA” Ao energiar-se a bobina, o núcleo móvel será atraído pelo campo eletromagnético, levantando-se do assento de vedação da válvula. Com isto, o fluxo de ar irá passar da via 1(P) para a via 2(A) de utilização. OBSERVAÇÃO: Válvula direcional 2/2 vias pode ser usada, por exemplo para abertura de passagem de fluxo de vapor, água de refrigeração de equipamentos ou drenagem de condensados.

Descrição: Válvula direcional 3/2 vias; NF; acionada por solenóide ou por acionamento auxiliar manual e servo comandado (pilotada); retorno por mola.

1ª Posição

2ª Posição

FUNCIONAMENTO 1ª Posição de comutação: “DESACIONADA” Na posição de repouso, isto é, com a bobina (campo) eletromagnética desenergizada, a camisa e o carretel são mantidos para baixo bloqueando a passagem do servo piloto.Nesta mesma posição, a mola do carretel da válvula principal o mantém bloqueando a passagem da via de pressão 1(P).

2ª Posição de comutação: “ACIONADA” A bobina ao ser energizada, o núcleo móvel será atraído pelo campo eletromagnético, levantando-se do assento de vedação da válvula. Com isto, o fluxo de ar do servo piloto irá passar e acionar para baixo o carretel da válvula principal, abrindo-se a passagem da via pressão 1(P) para a via de utilização 2(A).

B) Válvulas corrediças B.1) Longitudinal (carretel) Descrição: Válvula direcional 5/2 vias; acionada por duplo piloto (pressão positiva) - Válvula de Memória.

FUNCIONAMENTO 1ª Posição de comutação: Injetando-se um sinal de impulso de pressão piloto 12(Y), sem a presença de pressão piloto em 14(Z), o carretel é deslocado e mantido à direita e as vias estão interligadas da seguinte forma: Via 1(P) ligada à via 2(B); Via 4(A) ligada à via 5 (R); Via 3(S) bloqueada. 2ª Posição de comutação: Injetando-se um sinal de impulso de pressão piloto 14(Z), sem a presença de pressão piloto em 12(Y), o carretel é deslocado e mantido à esquerda e as vias estão interligadas da seguinte forma: Via 1(P) ligada à via 4(A); Via 2(B) ligada à via 3(S); Via 5(R) bloqueada.

B.2.) Carretel com assento tipo prato suspenso Descrição: Válvula direcional 5/2 vias; acionada por duplo piloto (pressão positiva) ou manual auxiliar - Válvula de Memória. acionamento manual auxiliar

FUNCIONAMENTO

1ª Posição de comutação: Injetando- se um sinal de impulso de pressão piloto 14(Z), sem a presença de pressão piloto em 12(Y), o carretel é deslocado e mantido à esquerda e as vias estão interligadas da seguinte forma: Via 1(P) ligada à via 4(A); Via 2(B) ligada à via 3(S); Via 5(R) bloqueada. 2ª Posição de comutação: Injetando- se um sinal de impulso de pressão piloto 12(Y), sem a presença de pressão piloto em 14(Z), o carretel é deslocado e mantido à direita e as vias estão interligadas da seguinte forma: Via 1(P) ligada à via 2(B); Via 4(A) ligada à via 5 (R); Via 3(S) bloqueada. OBS:Opcionalmente, esta válvula, também pode ser acionada manualmente.

B.3) Válvula corrediça giratória (disco) Descrição: Válvula direcional 4/3 vias, centro flutuante: (P – bloqueado, A e B – ligados à R), acionada por alavanca, centrada por detente (trava).

FUNCIONAMENT O Posição de comutação - 1: Com a alavanca na posição central, as vias estão interligadas da seguinte forma: Via (P) bloqueada; Vias (A) e (B) interligadas à via (R) de escape. OBS: Nesta posição, define- se o tipo de centro da válvula. Na figura acima o centro é denominado: “flutuante”. Posição de comutação - 2: Nesta posição as vias estão interligadas da seguinte forma: Via (P) ligada à via (B); Via (A) ligada à via (R) de escape. Posição de comutação - 3: Nesta posição as vias estão interligadas da seguinte forma: Via (P) ligada à via (A); Via (B) ligada à via (R) de escape. A próxima figura mostra uma válvula direcional de 5 vias (5/2) dupla piloto, de construção pequena (tipo miniatura), que opera segundo o princípio de assento flutuante. 70

Válvula direcional 5/2 vias (princípio de assento flutuante)

Esta válvula é comutada através de impulso em Z e Y, mantendo a posição, mesmo sendo retirada à pressão de comando. É uma válvula bi-estável. Com o impulso em Z, o pistão desloca-se. No centro do pistão de comando encontra-se um prato com um anel, vedante, o qual seleciona os canais de trabalho A e B, com o canal de entrada de pressão P. A exaustão efetua-se através dos canais R ou S. Com impulso em Y, o pistão retorna à posição inicial.

7.2. Válvulas de bloqueios Válvulas de bloqueio são aparelhos que impedem a passagem do fluxo de ar em uma direção, dando passagem na direção oposta. Internamente, a própria pressão aciona a peça de vedação positiva e ajusta, com isto, a vedação da válvula.

A) Válvula de retenção Esta válvula pode fechar completamente a passagem do ar em um sentido determinado. Em sentido contrário, o ar passa com a mínima queda possível de pressão. O bloqueio do fluxo pode ser feito por cone, esfera, placa ou membrana.

B) Válvula alternadora (função lógica “OU”) Esta válvula tem duas entradas P1 e P2 e uma saída, A. Entrando ar comprimido em P1, a peça de vedação fecha a entrada P2 e o ar flui de P1 para A. Quando o ar flui de P2 para A, a entrada P1 é bloqueada. Com pressões iguais e havendo coincidência de sinais P1 e P2, prevalecerá o sinal que chegar primeiro. Em caso de pressões diferentes, a pressão maior fluirá para A.

A válvula alternadora é empregada quando há necessidade de enviar sinais de lugares diferentes a um ponto de comando. Para determinar a quantidade de válvulas alternadoras necessárias num circuito pneumático, utiliza- se a seguinte regra: Nº de válvulas = nº de sinais menos (-) 1 Ex: 4 sinais (P1, P2, P3, P4) – 1 = 3 ELEMENTOS “OU”

C) Válvula de simultaneidade (função lógica “E”) T ambém chamada de válvula de duas pressões, esta válvula possui duas entradas, Pl (X) e P2 (Y), e uma saída A.

Para se conseguir pressão contínua na saída de utilização A, é necessário sinal (pneumático) ao mesmo tempo em P1 e P2, ou seja, entrando somente um sinal em P1 ou somente P2, a peça de vedação impede o fluxo de ar para A. Existindo diferença de tempo entre sinais (simultâneos) de entrada com a mesma pressão, o sinal atrasado vai para a saída A. Com pressões diferentes 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. Para determinar a quantidade de válvulas necessárias no circuito, utiliza-se a seguinte regra: Nº de válvulas = nº de sinais menos (-) 1 Ex: 4 sinais (P1, P2, P3, P4) – 1 = 3 ELEMENTOS “E”

D) Válvula de escape rápido Quando se necessita de movimentos rápidos do êmbolo nos cilindros, com velocidade superior àquela desenvolvida normalmente, utiliza- se a válvula de escape rápido.

A válvula possui conexões de entrada (P), de saída (R) e de alimentação (A) . Havendo fluxo de ar comprimido em P, o elemento de vedação impede a passagem do fluxo para o escape R e o ar flui para A. Eliminando a pressão em P, o ar, que retorna por A, desloca o elemento de vedação contra a conexão P e provoca o bloqueio; desta forma, o ar escapa 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. Observação: Recomenda- se colocar a válvula de escape rápido diretamente no cilindro, ou então, o mais próximo do mesmo.

7.3. Válvulas de pressão A) Válvula reguladora de pressão Este tipo de válvula já foi descrito no capítulo: Unidade de Conservação. B)Válvula de Seqüência Esta válvula é utilizada em comandos pneumáticos, quando há necessidade de uma pressão determinada para o processo de comando (comandos em dependência da pressão e comandos seqüenciais). O cabeçote pressostato (que “monitora” a pressão) é normalmente acoplado a uma válvula base de 3 ou 4 vias. Quando é alcançada no canal de comando Z uma pressão pré-determinada, maior que a pressão regulada na mola do cabeçote, o ar aciona o êmbolo de comando que abre a passagem de P (alimentação) para A (utilização).

C) Válvula limitadora de pressão Utiliza- se esta válvula, principalmente, como válvula de segurança ou de alívio. Esta não permite que o aumento da pressão no sistema seja acima da pressão admissível (pré-determinada). Quando é alcançada a pressão máxima na entrada da válvula, o êmbolo é deslocado da sua sede permitindo a exaustão do ar através do orifício de escape. Quando a pressão excedente é eliminada, atingindo o valor de regulagem, a mola recoloca o êmbolo na posição inicial, vedando a passagem ao ar.

7.4. Válvula reguladora de fluxo Esta válvula tem por finalidade influenciar o fluxo do ar comprimido. O fluxo será influenciado igualmente em ambas as direções. A) Válvulas reguladoras de fluxo bi-direcional : O fluxo será influenciado igualmente em ambas as direções.

B) Válvulas reguladoras de fluxo unidirecional : 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 reguladora. Em sentido contrário, o ar passa livre através da válvula de retenção aberta. Empregam-se pneumáticos.

estas

válvulas

para

regulagem

velocidade

cilindros

É vantajoso montar as vál vulas reguladoras diretamente no cilindro. 77

7.5. Válvulas de fechamento: São válvulas que abrem e fecham a passagem do fluxo de ar comprimido. Estas válvulas são, em geral, de acionamento manual.

Tipos:

Torneira-registro

Gaveta

Símbolo:

7.6. Combinações de válvulas Em pneumática, muitas vezes faz-se a união de duas ou mais válvulas, para conseguir condições diferentes de aplicação do seu funcionamento indiv idual. A) Válvulas de retardo (repouso-fechada) A válvula de retardo é empregada quando há necessidade, num circuito pneumático, de um espaço de tempo entre uma e outra operação em um ciclo de operações. Esta unidade consiste em uma válvula de 3/2 vias NF, com acionamento pneumático, de uma válvula reguladora de fluxo unidirecional e de um reservatório de ar.

Função: O ar de comando flui da conexão Z (pilotagem) para o reservatório, passando pela válvula reguladora de fluxo com pressão e velocidade mais baixas. Alcançada a pressão de comutação necessária no reservatório, a válvula 3/2 vias permite a passagem do ar principal de P para A . O tempo de aumento da pressão no reservatório é igual ao do retardamento do comando da válvula. Retirando-se o ar de Z, a válvula voltará à sua posição de repouso. Válvula de retardo Temporizador NF

B) Válvula de retardo (repouso-aberta) A válvula de retardo é composta de uma válvula de 3/2 vias NA, uma válvula reguladora de fluxo unidirecional e um reservatório de ar. Também nesse caso, o ar de comando entra pela conexão Z. Uma vez estabelecida no reservatório de ar à pressão necessária para comando, a válvula 3/2 vias é acionada e fecha-se a passagem de P para A. Retirando o ar de Z, a válvula voltará à sua posição normal. O tempo necessário para estabelecer pressão no reservatório corresponde ao tempo de retardamento. Em ambos os tipos de válvula, NF ou NA, o tempo de retardamento é de o há 30 segundos. Com um acumulador adicional esse tempo pode ser aumentado. Para a temporização exata, o ar deve ser limpo e a pressão constante. 79

Válvula de retardo Temporizador NA

7.7. Divisor binário (flip-flop) A válvula flip-flop é composta de uma válvula 3/2 vias NF, acionamento pneumático de retorno por mola, um pistão de comando com haste basculante e um came. Esta válvula aplica- se para acionamento alternado de avanço e retorno de cilindro ou como divisor de sinais. A flip-flop é uma válvula de atuação pneumática que, a cada impulso na conexão Z, permanece aberta ou fechada, ou seja, os canais permanecem interligados de P para A ou de A para R.

A saída em A tem a função binária “SIM-NÃO”. 80

7.8.Bloco de comando bimanual:

O aparelho pneumático de comando bimanual deve ser usado em todos os casos nos quais o operador é exposto a perigos de acidentes no serviço manual, por exemplo, quando comanda cilindros pneumáticos ou equipamentos onde ambas as mãos devem estar em segurança. Um sinal permanente na saída A é produzido somente quando ambas as entradas da válvula recebem simultaneamente, isto é, dentro de 0,2 a 0,5 segundos, pressão mediante duas válvulas de botão de 3/2 vias. Soltando-se uma ou ambas as válvulas de botão, a passagem de ar é interrompida de imediato. Os cilindros ou válvulas conectadas em A voltam à sua posição inicial.

8. Seqüência de movimentos

Quando os procedimentos de comandos de instalações pneumáticas são complicados, e estas instalações têm de ser reparadas, é importante que o técnico de manutenção disponha de esquemas de comando e seqüência, segundo o desenvolvimento de trabalho das máquinas. A má confecção dos esquemas resulta em interpretação insegura, que torna impossível, para muitos, a montagem ou a busca de defeitos, de forma sistemática. É pouco rentável ter de basear a montagem ou a busca de defeitos empiricamente. Antes de iniciar qualquer montagem ou busca de defeitos, é importante representar seqüências de movimentos e estados de comutação, de maneira clara e correta. Essas representações permitirão realizar um estudo, e, com ele, ganhar tempo no momento de montar ou reparar o equipamento. Exemplo: Pacotes que chegam sobre um transportador de rolos são elevados por um cilindro pneumático A e empurrados por um cilindro B sobre um segundo transportador.

Assim, para que o sistema funcione devidamente, o cilindro B deverá retornar apenas quando A houver alcançado a posição final. Possibilidades de representação da seqüência de trabalho, para o exemplo dado: A) Relação em seqüência cronológica: O cilindro A avança e eleva os pacotes; O cilindro B avança e empurra os pacotes no transportador; O cilindro A retorna; O cilindro B retorna.

B) Forma de tabela: Passo de trabalho 1

Movimento cilindro A avanço

Movimento cilindro B --

avanço

retorno

C) Maneira de escrever abreviada: Avanço + Retorno – A+ B+ A- BD) Representação gráfica em forma de diagrama: Diagrama de movimento Diagrama de funcionamento Diagrama de comando

D.1) Diagrama de movimento Onde se fixam estados de elementos de trabalho e unidades construtivas. O diagrama de movimento pode ser: 

Diagrama de trajeto e passo



Diagrama de trajeto e tempo

Diagrama de trajeto e passo: Representa a seqüência de operação de um elemento de trabalho e o valor percorrido em cada passo considerado. Passo é a variação do estado de movimento de qualquer elemento de trabalho pneumático. No caso de vários elementos de trabalho para comando, estes representados da mesma maneira e desenhados uns sob os outros.

são

A correspondência é realizada através de passos.

Para o exemplo citado significa que, do passo 1 até o passo 2, a haste do cilindro A avança da posição final traseira para a posição final dianteira, sendo que esta é alcançada no passo 2. Entre o passo 2 e 4 a haste permanece imóvel. A partir do passo 4, a haste retorna, alcança a posição final traseira no passo 5, completando um ciclo de movimento. Para o exemplo apresentado, o diagrama de trajeto e passo possui construção segundo a figura a seguir.

Recomendamos que, para a disposição do desenho, observe-se o seguinte: • • •

•

Convém representar os passos de maneira linear e horizontalmente; O trajeto não deve ser representado em escala, mas com tamanho igual para todas as unidades construtivas; Já que a representação do estado é arbitrária, pode-se designar, como no exemplo anterior, através da indicação da posição do cilindro ou através de sinais binários, isto é, 0 para a posição final traseira e l ou L para a posição final dianteira; A designação da unidade em questão deve ser posicionada à esquerda do diagrama.

Diagrama de trajeto e tempo: Nesse diagrama o trajeto de uma unidade construtiva é representada em função do tempo.

Para representação em desenho, também são válidas as recomendações para o diagrama de trajeto e passo. Através das linhas pontilhadas (linhas de passo), a correspondência com o diagrama de trajeto e passo torna-se clara, porém, à distância entre os passos está em função do tempo. Enquanto o diagrama de trajeto e passo oferece a possibilidade de melhor visão das correlações, no diagrama de trajeto e tempo podem ser representadas, mais claramente, sobreposições e diferenças de velocidade de trabalho. No caso de se desejar construir diagramas para elementos de trabalho rotativo como, por exemplo, motores elétricos e motores a ar comprimido, devem ser utilizados as mesmas formas fundamentais. Entretanto, a seqüência das variações de estado no tempo não é considerada, isto é, no diagrama de trajeto e passo, uma variação de estado comum, como o ligar de um motor elétrico, não transcorrerá durante um passo inteiro, mas será representada diretamente sobre a linha de passo.

D.2)Diagrama de comando No diagrama de comando, o estado de comutação de um elemento de comando é representado em dependência dos passos ou dos tempos. Como o tempo de comutação é insignificante ou praticamente instantâneo, esse tempo não é considerado. Exemplo: Estado de abertura de um relé b.

O relé no passo 2 fecha novamente no passo 5. Na elaboração do diagrama de comando recomenda-se: Desenhar, sempre que possível, o diagrama de comando, em combinação com o diagrama de movimento, de preferencia em função de passos; Que os passos ou tempos sejam representados linear e horizontalmente; Que a altura e a distância, que são arbitrárias, sejam determinadas de forma a proporcionar fácil supervisão. Quando se representa o diagrama de movimento e de comando em conjunto, esta representação recebe o nome diagrama de funcionamento .

O diagrama de funcionamento representado na figura abaixo.

para

exemplo

página

está

No diagrama, observa-se o estado das válvulas que comandam os cilindros (1.1 para a, 2.1 para B) e o estado de uma chave fim de curso 2.2, instalada na posição dianteira do cilindro A. Como já mencionado, os tempos de comutação dos equipamentos não são considerados no diagrama de comando. Entretanto, como mostra a figura acima, (válvula fim de curso 2.2), a linha de acionamento para válvulas (chaves) fim de curso deve ser desenhada antes ou depois da linha de passo, uma vez que, na prática, o acionamento não se dá exatamente no final do curso, mas sim, certo tempo antes ou depois. Esta maneira de representação conseqüentes movimentos.

determina

todos

comandos

seus

Este diagrama permite controlar, com maior facilidade, o funcionamento do circuito e determinar erros, principalmente sobreposição de sinais.

9. Tipos de esquemas

Na construção de esquemas de comando, temos duas possibilidades que indicam a mesma coisa. As alternativas são: 1. Esquemas de comando de posição. 2. Esquemas de comando de sistema. Veremos as vantagens e inconvenientes destes dois tipos de esquemas nos exemplos a seguir. A) Esquema de comando de posição

Podemos verificar que no esquema de comando de posição estão simbolizados todos os elementos (cilindros, válvulas e unidade de conservação). Onde realmente se encontram na instalação. Esta forma de apresentação é vantajosa para o montador, que pode ver de imediato onde deve montar os elementos. Entretanto, tem o inconveniente de muitos cruzamentos de linhas (condutores de ar), onde podem ocorrer enganos na conexão dos elementos pneumáticos.

B) Esquema de comando de sistema

Está baseado numa ordenação, isto é, todos os símbolos pneumáticos são desenhados em sentido horizontal e em cadeia de comando. A combinação de comandos básicos simples, de funções iguais ou diferentes, resulta em um comando mais amplo, com muitas cadeias de comando. Este tipo de esquema, em razão da ordenação, além de facilitar a leitura, elimina ou reduz os cruzamentos de linhas. No esquema de comando, deve-se caracterizar os elementos pneumáticos, em geral numericamente, para indicar a posição que ocupam e facilitar sua interpretação. 9.1. Ordem de composição Para facilitar a composição de esquema de comando, recomenda-se o seguinte procedimento: Desenhar os elementos de trabalho e suas respectivas válvulas de comando: Desenhar módulos de sinais (partida, fim de curso, etc.); Conectar as canalizações de comando (pilotagem) e de trabalho (utilização) segundo a seqüência de movimento; Numerar os elementos; Desenhar o abastecimento de energia; Verificar os locais onde se tornam necessários os desligamentos de sinais para evitar as sobreposições de sinais; Eliminar as possibilidades de contrapressão nos elementos de comando; Eventualmente, introduzir as condições marginais; Desenhar os elementos auxiliares; Certificar-se de que, mesmo colocando pressão nas válvulas, o primeiro movimento do elemento de trabalho só se dará depois de acionada à válvula de partida.

9.2. Denominação dos elementos pneumáticos Para denominar os elementos usamos o seguinte critério: 1. Elementos de trabalho 2. Elementos de comando 3. Elementos de sinais 4. Elementos auxiliares

(Um elemento de trabalho (cilindros, motores pneumáticos, unidades de avanço, etc.), com as correspondentes válvulas, é considerado como cadeia de comando número 1, 2, 3, etc). Por isso, o primeiro número da denominação do elemento indica a que cadeia de comando pertence o elemento. O número de pois do ponto indica de que elemento se trata.

De acordo com o esquema anterior temos: .0 .1 .2, .4...

Elementos de trabalho; Elementos de comando Todos os elementos que influenciam o avanço do elemento de trabalho considerado (números pares); .3, .5... Todos os elementos que influenciam o retorno (números ímpares); .01, .02... Elementos auxiliares, entre o elemento de comando e o elemento de trabalho; 0.1 , 0.2... Elementos de alimentação (unidade de conservação, válvulas de fechamento), que influenciam todas as cadeias de comando.

9.3. Sobreposição de sinais Em comandos pneumáticos pode aparecer contraposição de sinais que impede o funcionamento da seqüência de movimento. O exemplo abaixo demonstra isto:

Observa-se que o circuito pneumático apresentado na página anterior, não executa a seqüência de movimento desejada, devido à sobreposição de sinais em b0 e a1. Nota-se que o cilindro A permanece recuado mesmo com o comando de avanço, através do botão start. Há diversos meios para solucionar este problema: 5. A) Por rolete escamoteável (gatilho); 6. B) Por corte de sinal; 7. C) Por válvula de memória; 8. D) Por método cascata; 9. E) Por método passo a passo. A) Solução da seqüência A+ B+ B- A- por gatilho:

Descrição de funcionamento: 10. Acionando- se o botão start, o cilindro A avança. Antes do final do seu curso de avanço, a válvula de gatilho a1 é acionada e o cilindro B avança.Exatamente no final do curso de avanço do cilindro B, a válvula de rolete b1 é acionada para efetuar o recuo deste mesmo cilindro.Antes do final do seu curso de recuo, a válvula de gatilho b0 é acionada e o cilindro A recua. NOTA: Conforme indicação das setas ( ) no circuito, a válvulas de gatilho a1 é acionada somente no avanço e a válvula b0 somente no recuo.

B) Solução da seqüência A+ B+ B- A- por corte de sinal:

Descrição de funcionamento:

Avanço do cilindro A:

11. Acionando-se o botão start, o cilindro A avança. Avanço do cilindro B: 12. No final do curso de avanço do cilindro A, o rolete a1 é acionado e o cilindro B avança. Enquanto o rolete a1 permanece acionado, o corte de sinal 2 processa um tempo, para em seguida cortar a pressão de pilotagem 14 . Recuo do cilindro B:

13. No final do curso de avanço do cilindro B, o rolete b1 é acionado comandando o recuo desse cilindro . Recuo do cilindro A:

14. No final do curso de recuo de B, o rolete b0 é acionado e o cilindro A recua. Enquanto o rolete b0 permanece acionado, o corte de sinal 1 processa um tempo, para em seguida cortar a pressão de pilotagem 12.

C) Solução da seqüência A+ B+ B- A- por vál vula de memória :

Descrição de funcionamento : Avanço do cilindro A: 15. Acionando- se o botão start, a válvula de memória 1 é acionada cortando a pressão de pilotagem 12; a válvula de memória 2 também é acionada preparando a pressão de pilotagem 14 de comando de avanço do cilindro B. Simultaneamente, o cilindro A avança. Avanço do cilindro B: 16. No final do curso de avanço do cilindro A , o rolete a1 é acionado e o cilindro B avança. Recuo do cilindro B: 17. No final do curso de avanço do cilindro B, o rolete b1 é acionado, a válvula de memória 2 é desacionada, cortando a pressão de pilotagem 14. Simultaneamente, a válvula de memória 1 é desacionada, preparando a pressão de pilotagem 12 de comando de recuo do cilindro A, e também o cilindro B recua . Recuo do cilindro A: 18. No final do curso de recuo de B, o rolete b0 é acionado e o cilindro A recua.

D) Solução da seqüência A+ B+ B- A- por método cascata:

Descrição de funcionamento: Avanço do cilindro A: 19. Acionando- se o botão start, a válvula de memória 1 é acionada, o grupo n1 é pressurizado e o cilindro A avança. Avanço do cilindro B: 20. No final do curso de avanço do cilindro A , o rolete a1 é acionado e o cilindro B avança. Recuo do cilindro B: 21. No final do curso de avanço do cilindro B, o rolete b1 é acionado, a válvula de Memória 1 é desacionada, o grupo nº2 é pressurizado e o cilindro B recua. Recuo do cilindro A: 22. No final do curso de recuo do cilindro B, o rolete b0 é acionado e o cilindro A recua.

E) Solução da seqüência A+ B+ B- A- por método passo a passo:

Descrição de funcionamento: Avanço do cilindro A: 23. Acionando- se o botão start, a válvula de memória 3/2vias do grupo n1 é acionada, este grupo é pressurizado e o grupo nº4 é despressurizado. Com o grupo nº1 pressurizado, a válvula de impulso 5/2vias é comutada(trocada de posição) e o cilindro A avança. Avanço do cilindro B: 24. No final do curso de avanço do cilindro A , o rolete a1 é acionado, a válvula de memória 3/2vias do grupo nº 2 é comutada, este grupo é pressurizado e o grupo nº1 é despressurizado. Com o grupo nº2 pressurizado, a válvula de impulso 5/2vias é comutada e o cilindro B avança. Recuo do cilindro B: 25. No final do curso de avanço do cilindro B , o rolete b1 é acionado, a válvula de memória 3/2vias do grupo nº 3 é comutada, este grupo é pressurizado e o grupo nº2 é despressurizado. Com o grupo nº3 pressurizado, a válvula de impulso 5/2vias é comutada e o cilindro B recua. Recuo do cilindro A: 26. No final do curso de recuo do cilindro B , o rolete b0 é acionado, a válvula de memória 3/2vias do grupo nº4 é comutada, este grupo é pressurizado e o grupo nº3 é despressurizado. Com o grupo nº4 pressurizado, a válvula de impulso 5/2vias é comutada e o cilindro A recua.

10. SIMBOLOGIA Conforme NBR 8896, 8897, 8898 (baseada nas ISO 1219,5598, 5599, DIN 24300, DIN/ ISO1219, CETOP RP100)

Linha de trabalho

União de linhas

Linha de escape (exaustão)

Linhas cruzadas não conectadas

Linha de comando (pilotagem)

Conexão com engate rápido

Linha de contorno que Delimita um conjunto de funções em um único corpo

Conexão com engate rápido desconectado

Fonte de pressão

Conexão de descarga simples e não conectável (escape livre)

Linha flexível

Conexão de descarga rosqueada para conexão (escape dirigido)

Plugue ou conexão bloqueada

Silenciador

Reservatório pneumático (acumulador)

Filtro com dreno automático

Resfriador

Lubrificador

Purgador de água com dreno manual

Unidade condicionadora (símbolo simplificado)

Purgador de água com dreno automático

Cilindro de simples ação, retorno por força externa

Desumidificador de ar

Cilindro de dupla ação com haste simples

Filtro

Cilindro de simples ação, retorno por mola

Filtro com dreno manual

Cilindro com dois amortecedores reguláveis de fim de curso

Cilindro de dupla ação com haste dupla

Válvula Alternadora (função lógica OU)

Compressor

Válvula de escape rápido

Motor Pneumático com um sentido de fluxo

Válvula de simultaneidade (Função lógica E)

Motor Pneumático com dois sentidos de fluxo

Manômetro ou Vacuômetro (a linha pode ser conectada em qualquer ponto da circunferência)

Motor pneumático com campo de rotação limitado (oscilante)

Termômetro

Válvula de retenção simples sem mola

Medidor de vazão (Rotâmetro)

Válvula de retenção simples com mola. (indicar sempre ao lado da mola a pressão de abertura)

Pressostato rearmado por mola ajustável

Válvula de fechamento manual (registro)

Válvula direcional 3vias, 2 posições normal aberta

Válvula de controle de vazão com orifício de passagem fixo

Válvula direcional 3 vias 3 posições, posição central fechada

Válvula de controle de vazão com orifício de passagem regulável

Válvula direcional 4 vias 3 posições, posição central fechada

Válvula de controle de vazão com orifício de passagem regulável (unidirecional)

Válvula direcional 4 vias 3 posições, posição central com saídas em exaustão

Válvula direcional 2vias, 2 posições normal fechada

Válvula direcional 4vias, 2 posições

Válvula direcional 2vias 2 posições normal aberta

Válvula direcional 5vias, 3 posições normal fechada

Válvula direcional 3 vias 2posições, normal fechada

Acionamento de válvula por botão

100

Alavanca

Trava (detente)

Pedal

Acionamento direto por piloto externo (por aplicação ou por aumento de pressão)

Apalpador ou came

Acionamento direto por piloto externo (por despressurização)

Mola

Acionamento direto por piloto externo por áreas de atuação diferentes

Rolete

Acionamento direto por piloto interno

Rolete articulado

Acionamento direto por piloto interno

(por aplicação ou por acréscimo de pressão)

(por despressurização)

Acionamento por solenóide

Solenóide operado proporcionalmente (válvula proporcional e servoválvula)

Acionamento indireto por piloto interno (por aplicação ou por acréscimo de pressão)

Acionamento indireto por piloto interno (por despressurização)

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Acionamento combinado(por solenóide ou piloto hidráulico)

Acionamento combinado(por solenóide com piloto pneumático)

Acionamento por solenóides e centragem por molas

Acionamento indireto por piloto interno e centragem por molas

Operada por pressão em ambas as direções

Válvula de alívio, de segurança ou limitadora de pressão diretamente acionada

Válvula de alívio, de segurança ou limitadora de pressão comandada por piloto à distância

Válvula redutora de pressão com conexão de descarga

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11. INTRODUÇÃO A ELETROPNEUMÁTICA Uma máquina industrial apresentou defeito. O operador chamou a manutenção mecânica, que solucionou o problema. Indagado sobre o tipo de defeito encontrado, o mecânico de manutenção disse que estava na parte elétrica, mas que ele, como mecânico, conseguiu resolver. Onde termina a parte mecânica e começa a parte elétrica? Nesta aula você aprenderá noções de manutenção de partes eletroeletrônicas existentes em máquinas. Para uma melhor compreensão, é necessário que você reveja as aulas de eletricidade e eletrônica no módulo de automação. 11.1. Máquinas eletromecânicas Máquinas eletromecânicas são combinações de engenhos mecânicos com circuitos elétricos e eletrônicos capazes de comandá-los. Defeitos nessas máquinas tanto podem ser puramente mecânicos como mistos, envolvendo também a parte eletroeletrônica, ou então puramente elétricos ou eletrônicos. Com três áreas tecnológicas bem distintas nas máquinas, uma certa divisão do trabalho de manutenção é necessária. Há empresas que mantêm os mecânicos de manutenção, os eletricistas e os eletrônicos em equipes separadas. É interessante notar que a boa divisão do trabalho só dá certo quando as equipes mantêm constante a troca de informações e ajuda mútua. Para facilitar o diálogo entre as equipes, é bom que elas conheçam um pouco das outras áreas. Um técnico eletrônico com noções de mecânica deve decidir bem melhor quanto à natureza de um defeito do que aquele desconhecedor da mecânica. O mecânico com alguma base eletroeletrônica tanto pode diferenciar melhor os defeitos como até mesmo resolver alguns problemas mistos. Conhecimentos sobre tensão, corrente e resistência elétricas são imprescindíveis para quem vai fazer manutenção em máquinas eletromecatrônicas. Recordando: Tensão elétrica (U) – É a força que alimenta as máquinas. A tensão elétrica é medida em volt (V). As instalações de alta-tensão podem atingir até 15.000 volts. As mais comuns são as de 110V, 220V e 380V. Pode ser contínua (a que tem polaridade definida) ou alternada. Corrente elétrica (I) – É o movimento ordenado dos elétrons no interior dos materiais submetidos a tensões elétricas. A corrente elétrica é medida em ampère (A). Sem tensão não há corrente, e sem corrente as máquinas elétricas param. A corrente elétrica pode ser contínua (CC) ou alternada (CA). Resistência elétrica (R) – É a oposição à passagem de corrente elétrica que todo material oferece. Quanto mais resistência, menos corrente. Máquinas elétricas e componentes eletrônicos sempre apresentam uma resistência característica. A medida da resistência, cujo valor é expresso em ohm (Ω), é um indicador da funcionalidade das máquinas e de seus componentes.

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11.2. Aparelhos elétricos Os aparelhos elétricos mais utilizados na manutenção eletroeletrônica são: voltímetro, amperímetro, ohmímetro, multímetro e osciloscópio. Os aparelhos elétricos podem ser digitais ou dotados de ponteiros. Os dotados de ponteiros são chamados de analógicos. Voltímetro: é utilizado para medir a tensão elétrica tanto contínua (VC) quanto alternada (VA).

Amperímetro: é utilizado para medir a intensidade da corrente elétrica contínua (CC) e alternada (CA).

Ohmímetro: é utilizado para medir o valor da resistência elétrica. Multímetro: serve para medir a tensão, a corrente e a resistência elétrica.

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Osciloscópio: permite visualizar gráficos de tensões elétricas variáveis e determinar a freqüência de uma tensão alternada.

11.3. Medidas elétricas Para se medir a tensão, a corrente e a resistência elétricas com o uso de aparelhos elétricos, devem ser tomadas as seguintes providências: escolher o aparelho com escala adequada; conectar os dois fios ao aparelho; conectar as duas pontas de prova (fios) em dois pontos distintos do objeto em análise. Medida de tensão A medida de tensão elétrica é feita conectando as pontas de prova do aparelho aos dois pontos onde a tensão aparece. Por exemplo, para se medir a tensão elétrica de uma pilha com um multímetro, escolhe-se uma escala apropriada para medida de tensão contínua e conecta-se a ponta de prova positiva (geralmente vermelha) ao pólo positivo da pilha, e a ponta negativa (geralmente preta) ao pólo negativo.

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Em multímetros digitais, o valor aparece direto no mostrador. Nos analógicos, deve-se observar o deslocamento do ponteiro sobre a escala graduada para se determinar o valor da tensão. Nas medidas de tensão alternada, a polaridade das pontas de prova não se aplica. Medida de corrente A corrente elétrica a ser medida deve passar através do aparelho. Para isso, interrompe-se o circuito cuja corrente deseja-se medir: o aparelho entra no circuito, por meio das duas pontas de prova, como se fosse uma ponte religando as partes interrompidas. Em sistemas de corrente contínua, deve-se observar a polaridade das pontas de prova.

Em circuitos de alta corrente, muitas vezes é inconveniente e perigosa a interrupção do circuito para medições. Em casos assim, faz-se uma medição indireta, utilizando um modelo de amperímetro denominado “alicate”, que abraça o condutor percorrido por corrente. O aparelho capta o campo eletromagnético existente ao redor do condutor e indica uma corrente proporcional à intensidade do campo. Medida de resistência As medidas de resistência devem ser feitas, sempre, com o circuito desligado, para não danificar o aparelho. Conectam-se as pontas de prova do aparelho aos dois pontos onde se deseja medir a resistência. O aparelho indica a resistência global do circuito, a partir daqueles dois pontos. Quando se deseja medir a resistência de um componente em particular, deve-se desconectá-lo do circuito.

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Pane elétrica Diante de uma pane elétrica, deve-se verificar primeiramente a alimentação elétrica, checando a tensão da rede e, depois, os fusíveis. Os fusíveis são componentes elétricos que devem apresentar baixa resistência à passagem da corrente elétrica. Intercalados nos circuitos elétricos, eles possuem a missão de protegê-los contra as sobrecargas de corrente.

De fato, quando ocorre uma sobrecarga de corrente que ultrapassa o valor da corrente suportável por um fusível, este “queima”, interrompendo o circuito. Em vários modelos de fusível, uma simples olhada permite verificar suas condições. Em outros modelos é necessário medir a resistência. Em todos os casos, ao conferir as condições de um fusível, deve-se desligar a máquina da rede elétrica. Fusível “queimado” pode ser um sintoma de problema mais sério. Por isso, antes de simplesmente trocar um fusível, é bom verificar o que ocorreu com a máquina, perguntando, olhando, efetuando outras medições e, se necessário, pedir auxílio a um profissional especializado na parte elétrica. 11.4. Resistência, aterramento e continuidade Resistência de entrada A resistência elétrica reflete o estado geral de um sistema. Podemos medir a resistência geral de uma máquina simplesmente medindo a resistência a partir dos seus dois pontos de alimentação. Em máquinas de alimentação trifásica, mede-se a resistência entre cada duas fases por vez. Essa resistência geral é denominada de resistência de entrada da máquina. Qual a resistência elétrica de entrada de uma máquina em bom estado? Esta pergunta não tem resposta direta. Depende da máquina, porém, duas coisas podem ser ditas. A) Se a resistência de entrada for zero, a máquina está em curto-circuito. Isto fatalmente levará à queima de fusível quando ligada. Assim, é natural que o curto-circuito seja removido antes de ligar a máquina. Para compreender o conceito de curto-circuito, observe a figura a seguir.

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Podemos ver pela figura que a corrente elétrica sai por um dos terminais da fonte elétrica (pilha ou bateria), percorre um fio condutor de resistência elétrica desprezível e penetra pelo outro terminal, sem passar por nenhum aparelho ou instrumento. Quando isso ocorre, dizemos que há um curtocircuito. O mesmo se dá, por exemplo, quando os pólos de uma bateria são unidos por uma chave de fenda, ou quando dois fios energizados e desencapados se tocam.

Quando ocorre um curto-circuito, a resistência elétrica do trecho percorrido pela corrente é muito pequena, considerando que as resistências elétricas dos fios de ligação são praticamente desprezíveis. Assim, pela lei de Ohm, se U (tensão) é constante e R (resistência) tende a zero, necessariamente I (corrente) assume valores elevados. Essa corrente é a corrente de curtocircuito. Resumindo:

Circuito em curto pode se aquecer exageradamente e dar início a um incêndio. Para evitar que isso aconteça, os fusíveis do circuito devem estar em bom estado para que, tão logo a temperatura do trecho “em curto“ aumente, o filamento do fusível funda e interrompa a passagem da corrente.

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B) Se a resistência de entrada for muito grande, a máquina estará com o circuito de alimentação interrompido e não funcionará até que o defeito seja removido. Vimos a importância da medida da resistência na entrada de alimentação elétrica. No caso em que a resistência for zero, podemos dizer ainda que a máquina está sem isolamento entre os pontos de alimentação. Sim, pois o termo curto-circuito significa que os dois pontos de medição estão ligados eletricamente, formando assim um caminho curto para passagem de corrente entre eles. Contudo, o teste de isolamento pode ser aplicado também em outras circunstâncias. Aterramento Instalações elétricas industriais costumam possuir os fios “fase”, “neutro” e um fio chamado de “terra”. Trata-se de um fio que de fato é ligado à terra por meio de uma barra de cobre em uma área especialmente preparada. O fio neutro origina-se de uma ligação à terra no poste da concessionária de energia elétrica. A resistência ideal entre neutro e terra deveria ser zero, já que o neutro também se encontra ligado à terra; mas a resistência não é zero. Até chegar às tomadas, o fio neutro percorre longos caminhos. Aparece uma resistência entre neutro e terra, que todavia não deve ultrapassar uns 3 ohms, sob pena de o equipamento não funcionar bem. Assim, um teste de resistência entre neutro e terra pode ser feito com ohmímetro, porém, sempre com a rede desligada. O fio terra cumpre uma função de proteção nas instalações. As carcaças dos equipamentos devem, por norma, ser ligadas ao fio terra. Assim, a carcaça terá sempre um nível de tensão de zero volt comparado com o chão em que pisamos. Nesse caso, dizemos que a carcaça está aterrada, isto é, no mesmo nível elétrico que a terra.

Opostamente, uma carcaça desaterrada pode receber tensões elétricas acidentalmente (um fio desencapado no interior da máquina pode levar a isso) e machucar pessoas. Por exemplo, se alguém tocar na carcaça e estiver pisando no chão (terra), fica submetido a uma corrente elétrica (lembre-se de que a corrente circula sempre para o neutro, isto é, para a terra), levando um choque, que poderá ser fatal, dependendo da intensidade da corrente e do caminho que ela faz ao percorrer o corpo.

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O isolamento entre a carcaça dos equipamentos e o terra pode ser verificada medindo-se o valor da resistência que deve ser zero. Nas residências, é sempre bom manter um sistema de aterramento para aparelhos como geladeiras, máquinas de lavar e principalmente chuveiros. Um chuveiro elétrico sem aterramento é uma verdadeira cadeira elétrica! Continuidade Outros problemas simples podem ser descobertos medindo a resistência dos elementos de um circuito. Por exemplo, por meio da medida da resistência, pode-se descobrir se há mau contato, se existe um fio quebrado ou se há pontos de oxidação nos elementos de um circuito. Resumindo, para saber se existe continuidade em uma ligação, basta medir a resistência entre suas pontas. Esse procedimento é recomendado sempre que se tratar de percursos não muito longos.

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12. EXERCÍCIOS 1. Relacione a primeira coluna com a segunda. Grandeza física Aparelho a) ( ) Tensão elétrica 1. Amperímetro b) ( ) Corrente elétrica 2. Voltímetro c) ( ) Resistência elétrica3. Ohmímetro 4. Osciloscópio 2. Assinale verdadeiro (V) ou falso (F) para as afirmações. a) ( ) Escolha de uma escala apropriada, uso de duas pontas de provas e conexão das pontas de prova a dois pontos distintos são etapas que aparecem nas três modalidades de medidas elétricas. b) ( ) Em medida de tensão contínua, as pontas de prova do voltímetro devem ser ligadas aos pólos positivo e negativo da fonte de tensão observando-se a polaridade. c) ( ) Em medida de corrente, o circuito deve ser desligado e interrompido, colocando-se o amperímetro de tal forma que a corrente o atravesse. d) ( ) Ao se medir resistência de um circuito, ele deve estar desligado. Assinale com X a alternativa correta. 3. Os fusíveis “queimam” porque: a) ( ) sempre apresentam defeitos de fabricação; b) ( ) são atravessados por correntes acima do valor para os quais foram fabricados; c) ( ) sofrem desgastes naturais; d) ( ) sofrem aumentos súbitos de resistência elétrica; e) ( ) possuem elevadas resistências. 4. Em um curto-circuito: a) ( ) a corrente é zero e a resistência é elevada; b) ( ) a resistência é zero e a tensão é elevada.; c) ( ) a resistência é alta e a corrente é elevada; d) ( ) a resistência é zero e a corrente é elevada; e) ( ) a tensão e a corrente são nulas. 5. Em uma instalação elétrica com aterramento, o fio .................. deve estar ligado à ....................................dos equipamentos. A tensão entre a carcaça e o terra, nesses casos, é ..................... volt. A melhor seqüência de palavras que preenche corretamente as lacunas da afirmação é: a) ( ) terra, carcaça, zero. b) ( ) neutro, fonte, um. c) ( ) fase, carcaça, zero. d) ( ) terra, fonte, meio. e) ( ) neutro, carcaça, zero. 6. Quando falamos em continuidade de uma ligação elétrica, estamos querendo dizer que: a) ( ) a medida da resistência elétrica de ponta a ponta na ligação é infinita; b) ( ) a medida da resistência elétrica de ponta a ponta na ligação é zero; c) ( ) visualmente a ligação é contínua; d) ( ) somente corrente contínua pode circular pela ligação; e) ( ) somente corrente alternada pode circular pela ligação.

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13. COMPONENTES ELÉTRICOS DOS CIRCUITOS Os componentes elétricos utilizados nos circuitos são distribuídos em três categorias: os elementos de entrada de sinais elétricos, os elementos de processamento de sinais, e os elementos de saída de sinais elétricos. 13.1. Elementos de Entrada de Sinais Os componentes de entrada de sinais elétricos são aqueles que emitem informações ao circuito por meio de uma ação muscular, mecânica, elétrica, eletrônica ou combinação entre elas. Entre os elementos de entrada de sinais podemos citar a botoeiras, a chave fim de curso, o sensor de proximidade e o pressostato, entre outros, todos destinados a emitir sinais para energização ou desenergização do circuito ou parte dele. Botoeira A botoeira é uma chave elétrica acionada manualmente que apresenta, geralmente, um contato aberto e outro fechado. De acordo com o tipo de sinal a ser enviado ao comando elétrico, a botoeira é caracterizada como pulsadora ou com trava.

As botoeiras pulsadoras invertem seus contatos mediante o acionamento de um botão e, devido a ação de uma mola, retornam à posição inicial quando cessa o acionamento.

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Essa botoeira possui um contato aberto e um contato fechado, sendo acionada por um botão pulsador liso e reposicionada por mola. Enquanto o botão não for acionado, os contatos 11 e 12 permanecem fechados, permitindo a passagem da corrente elétrica, ao mesmo tempo em que os contatos 13 e 14 se mantêm abertos, interrompendo a passagem da corrente. Quando o botão é acionado, os contatos se invertem de forma que o fechado abre e o aberto fecha. Soltando-se o botão, os contatos voltam à posição inicial pela ação da mola de retorno. As botoeiras com trava também invertem seus contatos mediante o acionamento de um botão, entretanto, ao contrário das botoeiras pulsadoras, permanecem acionadas e travadas mesmo depois de cessado o acionamento.

Esta botoeira é acionada por um botão giratório com uma trava que mantém os contatos na última posição acionada. Como o corpo de contatos e os bornes são os mesmos da figura anterior e apenas o cabeçote de acionamento foi substituído, esta botoeira também possui as mesmas características construtivas, isto é, um contato fechado nos bornes 11 e 12 e um aberto 13 e 14. Quando o botão é acionado, o contato fechado 11/12 abre e o contato 13/14 fecha e se mantêm travados na posição, mesmo depois de cessado o acionamento. Para que os contatos retornem à posição inicial é necessário acionar novamente o botão, agora no sentido contrário ao primeiro acionamento.

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Outro tipo de botoeira com trava, muito usada como botão de emergência para desligar o circuito de comando elétrico em momentos críticos, é acionada por botão do tipo cogumelo.

Mais uma vez, o corpo de contatos e os bornes são os mesmos, sendo trocado apenas o cabeçote de acionamento. O botão do tipo cogumelo, também conhecido como botão soco-trava, quando é acionado, inverte os contatos da botoeira e os mantém travados. O retorno à posição inicial se faz mediante um pequeno giro do botão no sentido horário, o que destrava o mecanismo e aciona automaticamente os contatos de volta a mesma situação de antes do acionamento. Outro tipo de botão de acionamento manual utilizado em botoeiras é o botão flip-flop, também conhecido como divisor binário, o qual alterna os pulsos dados no botão, uma vez invertendo os contatos da botoeira, outra trazendo-os à posição inicial.

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Chaves Fim de Curso As chaves fim de curso, assim como as botoeiras, são comutadores elétricos de entrada de sinais, só que acionados mecanicamente. As chaves fim de curso são, geralmente, posicionadas no decorrer do percurso de cabeçotes móveis de máquinas e equipamentos industriais, bem como das hastes de cilindros hidráulicos e ou pneumáticos. O acionamento de uma chave fim de curso pode ser efetuado por meio de um rolete mecânico ou de um rolete escamoteável, também conhecido como gatilho. Existem, ainda, chaves fim de curso acionadas por uma haste apalpadora, do tipo utilizada em instrumentos de medição como, por exemplo, num relógio comparador.

Esta chave fim de curso é acionada por um rolete mecânico e possui um contato comutador formado por um borne comum 11, um contato fechado 12 e um aberto 14. Enquanto o rolete não for acionado, a corrente elétrica pode passar pelos contatos 11 e 12 e está interrompida entre os contatos 11 e 14. Quando o rolete é acionado, a corrente passa pelos contatos 11 e 14 e é bloqueada entre os contatos 11 e 12. Uma vez cessado o acionamento, os contatos retornam à posição inicial, ou seja, 11 interligado com 12 e 14 desligado.

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Esta outra chave fim de curso também é acionada por um rolete mecânico mas, diferentemente da anterior, apresenta dois contatos independente sendo um fechado, formado pelos bornes 11 e 12, e outro aberto, efetuado pelos bornes 13 e 14. Quando o rolete é acionado, os contatos 11 e 12 abrem, interrompendo a passagem da corrente elétrica, enquanto que os contatos 13 e 14 fecham, liberando a corrente. Os roletes mecânicos acima apresentados podem ser acionados em qualquer direção que efetuarão a comutação dos contatos das chaves fim de curso. Existem, porém, outros tipos de roletes que somente comutam os contatos das chaves se forem acionados num determinado sentido de direção. São os chamados roletes escamoteáveis, também conhecidos na indústria como gatilhos. Esta chave fim de curso, acionada por gatilho, somente inverte seus contatos quando o rolete for atuado da esquerda para a direita. No sentido contrário, uma articulação mecânica

faz com que a haste do mecanismo dobre, sem acionar os contatos comutadores da chave fim de curso. Dessa forma, somente quando o rolete é acionado da esquerda para a direita, os contatos da chave se invertem permitindo que a corrente elétrica passe pelos contatos 11 e 14 e seja bloqueada entre os contatos 11 e 12. Uma vez cessado o acionamento, os contatos retornam à posição inicial, ou seja, 11 interligado com 12 e 14 desligado. Sensores de Proximidade Os sensores de proximidade, assim como as chaves fim de curso, são elementos emissores de sinais elétricos os quais são posicionados no decorrer do percurso de cabeçotes móveis de máquinas e equipamentos industriais, bem como das haste de cilindros hidráulicos e ou pneumáticos. O acionamento dos sensores, entretanto, não dependem de contato físico com as partes móveis dos equipamentos, basta apenas que estas partes aproximem-se dos sensores a uma distância que varia de acordo com o tipo de sensor utilizado. Existem no mercado diversos tipos de sensores de proximidade os quais devem ser selecionados de acordo com o tipo de aplicação e do material a ser detectado. Os mais empregados na automação de máquinas e equipamentos industriais são os sensores capacitivos, indutivos, 117

ópticos, magnéticos e ultra-sônicos, além dos sensores de pressão, volume e temperatura, muito utilizados na indústria de processos. Basicamente, os sensores de proximidade apresentam as mesmas características de funcionamento. Possuem dois cabos de alimentação elétrica, sendo um positivo e outro negativo, e um cabo de saída de sinal. Estando energizados e ao se aproximarem do material a ser detectado, os sensores emitem um sinal de saída que, devido principalmente à baixa corrente desse sinal, não podem ser utilizados para energizar diretamente bobinas de solenóides ou outros componentes elétricos que exigem maior potência. Diante dessa característica comum da maior parte dos sensores de proximidade, é necessária a utilização de relés auxiliares com o objetivo de amplificar o sinal de saída dos sensores, garantindo a correta aplicação do sinal e a integridade do equipamento.

Os sensores de proximidade capacitivos registram a presença de qualquer tipo de material. A distância de detecção varia de 0 a 20 mm, dependendo da massa do material a ser detectado e das características determinadas pelo fabricante.

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Os sensores de proximidade indutivos são capazes de detectar apenas materiais metálicos, a uma distância que oscila de 0 a 2 mm, dependendo também do tamanho do material a ser detectado e das características especificadas pelos diferentes fabricantes .

Os sensores de proximidade ópticos detectam a aproximação de qualquer tipo de objeto, desde que este não seja transparente. A distância de detecção varia de 0 a 100 mm, dependendo da luminosidade do ambiente. Normalmente, os sensores ópticos por barreira fotoelétrica são construídos em dois corpos distintos, sendo um emissor de luz e outro receptor. Quando um objeto se coloca entre os dois, interrompendo a propagação da luz entre eles, um sinal de saída é então enviado ao circuito elétrico de comando.

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Outro tipo de sensor de proximidade óptico, muito usado na automação industrial, é o do tipo reflexivo no qual emissor e receptor de luz são montados num único corpo, o que reduz espaço e facilita sua montagem entre as partes móveis dos equipamentos industriais. A distância de detecção é entretanto menor, considerando-se que a luz transmitida pelo emissor deve refletir no material a ser detectado e penetrar no receptor o qual emitirá o sinal elétrico de saída.

Os sensores de proximidade magnéticos, como o próprio nome sugere, detectam apenas a presença de materiais metálicos e magnéticos, como no caso dos imãs permanentes. São utilizados com maior freqüência em máquinas e equipamentos pneumáticos e são montados diretamente sobre as camisas dos cilindros dotados de êmbolos magnéticos. Toda vez que o êmbolo magnético de um cilindro se movimenta, ao passar pela região da camisa onde externamente está posicionado um sensor magnético, este é sensibilizado e emite um sinal ao circuito elétrico de comando. Pressostato Os pressostatos, também conhecidos como sensores de pressão, são chaves elétricas acionadas por um piloto hidráulico ou pneumático. Os pressostatos são montados em linhas de pressão hidráulica e ou pneumática e registram tanto o acréscimo como a queda de pressão nessas linhas, invertendo seus contatos toda vez em que a pressão do óleo ou do ar comprimido ultrapassar o valor ajustado na mola de reposição.

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Se a mola de regulagem deste pressostato for ajustada com uma pressão de, por exemplo, 7 bar, enquanto a pressão na linha for inferior a esse valor, seu contato 11/12 permanece fechado ao mesmo tempo em que o contato 13/14 se mantém aberto. Quando a pressão na linha ultrapassar os 7 bar ajustado na mola, os contatos se invertem abrindo o 11/12 e fechando o 13/14. 13.2. Elementos de Processamento de Sinais

Os componentes de processamento de sinais elétricos são aqueles que analisam as informações emitidas ao circuito pelos elementos de entrada, combinando-as entre si para que o comando elétrico apresente o comportamento final desejado, diante dessas informações. Entre os elementos de processamento de sinais podemos citar os relés auxiliares, os contatores de potência, os relés temporizadores e os contadores, entre outros, todos destinados a combinar os sinais para energização ou desenergização dos elementos de saída.

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Relés Auxiliares Os relés auxiliares são chaves elétricas de quatro ou mais contatos, acionadas por bobinas eletromagnéticas. Há no mercado uma grande diversidade de tipos de relés auxiliares que, basicamente, embora construtivamente sejam diferentes, apresentam as mesmas características de funcionamento.

Este relé auxiliar, particularmente, possui 2 contatos abertos (13/14 e 43/44) e 2 fechados (21/22 e 31/32), acionados por uma bobina eletromagnética de 24 Vcc. Quando a bobina é energizada, imediatamente os contatos abertos fecham, permitindo a passagem da corrente elétrica entre eles, enquanto que os contatos fechados abrem interrompendo a corrente. Quando a bobina é desligada, uma mola recoloca imediatamente os contatos nas suas posições iniciais.

Além de relés auxiliares de 2 contatos abertos (NA) e 2 contatos fechados (NF), existem outros que apresentam o mesmo funcionamento anterior mas, com 3 contatos NA e 1 NF.

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Este outro tipo de relé auxiliar utiliza contatos comutadores, ao invés dos tradicionais contatos abertos e fechados. A grande vantagem desse tipo de relé sobre os anteriores é a versatilidade do uso de seus contatos. Enquanto nos relés anteriores a utilização fica limitada a 2 contatos Na e 2 NF ou 3 NA e 1 NF, no relé de contatos comutadores pode-se empregar as mesmas combinações, além de, se necessário, todos os contatos abertos ou todos fechados ou ainda qualquer outra combinação desejada. Quando a bobina é energizada, imediatamente os contatos comuns 11, 21, 31 e 41 fecham em relação aos contatos 13, 24, 34 e 44, respectivamente, e abrem em relação aos contatos 12, 22, 32 e 42. Desligando-se a bobina, uma mola recoloca novamente os contatos na posição inicial, isto é, 11 fechado com 12 e aberto com 14, 21 fechado com 22 e aberto com 24, 31 fechado com 32 e aberto com 34 e, finalmente, 41 fechado com 42 e aberto em relação ao 44.

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Contatores de Potência Os contatores de potência apresentam as mesmas características construtivas e de funcionamento dos relés auxiliares, sendo dimensionados para suportarem correntes elétricas mais elevadas, empregadas na energização de dispositivos elétricos que exigem maiores potências de trabalho.

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Relés Temporizadores Os relés temporizadores, também conhecidos como relés de tempo, geralmente possuem um contato comutador acionado por uma bobina eletromagnética com retardo na ligação ou no desligamento.

Este relé temporizador possui um contato comutador e uma bobina com retardo na ligação, cujo tempo é ajustado por meio de um potenciômetro. Quando a bobina é energizada, ao contrário dos relés auxiliares que invertem imediatamente seus contatos, o potenciômetro retarda o acionamento do contato comutador, de acordo com o tempo nele regulado. Se o ajuste de tempo no potenciômetro for, por exemplo, de 5 segundos, o temporizador aguardará esse período de tempo, a partir do momento em que a bobina for energizada, e somente então os contatos são invertidos, abrindo 11 e 12 e fechando 11 e 14. Quando a bobina é desligada, o contato comutador retorna imediatamente à posição inicial. Trata-se, portanto, de um relé temporizador com retardo na ligação.

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Este outro tipo de relé temporizador apresenta retardo no desligamento. Quando sua bobina é energizada, seu contato comutador é imediatamente invertido. A partir do momento em que a bobina é desligada, o período de tempo ajustado no potenciômetro é respeitado e somente então o contato comutador retorna à posição inicial. Outro tipo de relé temporizador encontrado em comandos elétricos é o cíclico, também conhecido como relé pisca- pisca. Este tipo de relé possui um contato comutador e dois potenciômetros que controlam individualmente os tempos de retardo de inversão do contato . Quando a bobina é energizada, o contato comutador é invertido ciclicamente,

sendo que o potenciômetro da esquerda controla o tempo de inversão do contato, enquanto que o da direita o tempo de retorno do contato a sua posição inicial.

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Contadores Predeterminadores Os relés contadores registram a quantidade de pulsos elétricos a eles enviados pelo circuito e emitem sinais ao comando quando a contagem desses pulsos for igual ao valor neles programados. Sua aplicação em circuitos elétricos de comando é de grande utilidade, não somente para contar e registrar o número de ciclos de movimentos efetuados por uma máquina mas, principalmente, para controlar o número de peças a serem produzidas, interrompendo ou encerrando a produção quando sua contagem atingir o valor neles determinado.

Este contador predeterminador registra em seu display o número de vezes em que sua bobina for energizada ou receber um pulso elétrico de um elemento de entrada de sinal, geralmente de um sensor ou chave fim de curso. Através de uma chave seletora manual, é possível programar o número de pulsos que o relé deve contar, de maneira que, quando a contagem de pulsos for igual ao valor programado na chave seletora, o relé inverte seu contato comutador, abrindo 11/12 e fechando 11/14.

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Para retornar seu contato comutador à posição inicial e zerar seu mostrador, visando o início de uma nova contagem, basta emitir um pulso elétrico em sua bobina de reset R1/R2 ou, simplesmente acionar manualmente o botão reset localizado na parte frontal do mostrador. 13.3. Elementos de Saída de Sinais Os componentes de saída de sinais elétricos são aqueles que recebem as ordens processadas e enviadas pelo comando elétrico e, a partir delas, realizam o trabalho final esperado do circuito. Entre os muitos elementos de saída de sinais disponíveis no mercado, os que nos interessa mais diretamente são os indicadores luminosos e sonoros, bem como os solenóides aplicados no acionamento eletromagnético de válvulas hidráulicas e pneumáticas.

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Indicadores Luminosos Os indicadores luminosos são lâmpadas incandescentes ou LEDs, utilizadas na sinalização visual de eventos ocorridos ou prestes a ocorrer. São empregados, geralmente, em locais de boa visibilidade que facilitem a visualização do sinalizador.

Indicadores Sonoros Os indicadores sonoros são campainhas, sirenes, cigarras ou buzinas, empregados na sinalização acústica de eventos ocorridos ou prestes a ocorrer. Ao contrário dos indicadores luminosos, os sonoros são utilizados, principalmente, em locais de pouca visibilidade onde um sinalizador luminoso seria pouco eficaz.

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Solenóides São bobinas eletromagnéticas que, quando energizadas, geram um campo magnético capaz de atrair elementos com características ferrosas, comportando-se como um imã permanente.

Numa eletroválvula, hidráulica ou pneumática, a bobina do solenóide é enrolada em torno de um magneto fixo, preso à carcaça da válvula, enquanto que o magneto móvel é fixado diretamente na extremidade do carretel da válvula. Quando uma corrente elétrica percorre a bobina, um campo magnético é gerado e atrai os magnetos, o que empurra o carretel da válvula na direção oposta a do solenóide que foi energizado. Dessa forma, é possível mudar a posição do carretel no interior da válvula, por meio de um pulso elétrico.

Em eletroválvulas pneumáticas de pequeno porte, do tipo assento, o êmbolo da válvula é o próprio magneto móvel do solenóide. Quando o campo magnético é gerado, em conseqüência da energização da bobina, o êmbolo da válvula é atraído, abrindo ou fechando diretamente as passagens do ar comprimido no interior da carcaça da válvula. 130

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14. BIBLIOGRAFI A

TECNOLOGI A ELETROPNEUMÁTICA nahp (Núcleo de Automação Hidráulica e Pneumática) do SENAI- SP, TELECURSO 2000 PROFISSIONALI ZANTE MANUT ENÇÃO MECÂNICA  CHICAGO  FEST O

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