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AULA 10 - SISTEMAS PNEUMÁTICOS

Prof. Fabricia Neres

Pneumática

• Definição Dicionário: Ramo da Física que trata das propriedades físicas (peso, pressão, elasticidade etc.) do ar e dos outros gases; pneumodinâmica.

Pneumática

• É derivada da palavra grega “Pneuma”, que significa fôlego, vento ou sopro. Logo pneumática é conceituada como a matéria que trata dos movimentos e fenômenos dos gases.

Definições:

•  Fluido: Pode ser definido como qualquer substância capaz de escoar e assumir a forma do recipiente que ela está;

• Pressão: pode ser definida como a força exercida em função da compressão do ar em um recipiente;

• Eletropneumática: parte da pneumática que utiliza energia elétrica (CC ou CA) como fonte de energia para o acionamento de válvulas direcionais. Essas são denominadas eletroválvulas;

Breve Histórico • Ato de respirar inspirou o funcionamento dos sistemas

pneumáticos, ou seja, o uso de ar comprimido como fonte de energia;

• A primeira utilização de ar comprimido registrada foi a cerca de 2000 anos por Ctesibios, fundador da Escola de Mecânicos em Alexandria;

• A nível industrial surge com a necessidade de fundir metais e na ventilação das minas;

• A primeira aplicação em grande escala de ar comprimido foi em 1861 na perfuração de um túnel sob os Alpes Suíços;

• Após a Segunda Guerra Mundial a pneumática passou a substituir na indústria de grande parte do esforço muscular.

Pneumática na Indústria

• A pneumática utiliza o ar comprimido como meio de transmissão de potência para atuadores lineares (cilindros pneumáticos lineares) e/ou atuadores rotativos (motores pneumáticos e cilindros de rotação).

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Aplicações da Pneumática

•  Furar; • Abrir; • Prensar; • Empurrar; •  Levantar; • Pintar.

Pneumática Atualmente

• Está ao lado da mecânica e da eletricidade como meio de transmissão e controle de energia;

•  Essas tecnologias, em parte concorrentes, são

complementares e frequentemente são utilizadas em conjunto.

Vantagens da Pneumática •  Incremento da produção com investimento relativamente

pequeno; •  Redução dos custos operacionais: A rapidez nos movimentos

pneumáticos e a libertação do homem de operações repetitivas; •  Robustez dos componentes pneumáticos: torna-os relativamente

insensíveis a vibrações e golpes;

•  Fácil Manutenção;

•  Facilidade de implantação: são necessários apenas pequenas modificações nas máquinas e disponibilidade de ar comprimido;

Vantagens da Pneumática

•  Resistência a ambientes hostis; •  Simplicidade de manipulação: não necessita de operários

com grandes conhecimentos em pneumática; •  Segurança: Como os equipamentos pneumáticos envolvem

sempre pressões moderadas, tornam-se seguros contra possíveis acidentes, com pessoas ou até mesmo explosões;

•  Redução do número de acidentes: a implantação de controles

pneumáticos reduz sua incidência de fadiga (operações repetitivas).

Desvantagens da Pneumática •  É necessário remover as impurezas do ar;

•  Não é um sistema para ser utilizado em aplicações que requerem força. Exemplo: extração de metais;

•  Não muito simples obter baixas velocidades; •  O ar é um fluido altamente compressível, portanto,

impossível se obterem paradas intermediárias e velocidades uniformes;

•  O ar comprimido é um poluidor sonoro quando são

efetuadas exaustões para a atmosfera.

Propriedades do Ar Comprimido •  Compressibilidade: o ar permite reduzir o seu volume quando sujeito à ação de uma força exterior

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Propriedades do Ar Comprimido •  Elasticidade: Propriedade que possibilita ao ar voltar ao seu

volume inicial uma vez extinto a força responsável pela redução do volume.

Propriedades do Ar Comprimido •  Difusibilidade: Propriedade do ar que lhe permite misturar-se

de forma homogênea com qualquer meio gasoso que não esteja saturado..

Propriedades do Ar Comprimido

•  E x p a n s i b i l i d a d e : Propriedade do ar que lhe possibilita ocupar totalmente o volume de qualquer recipiente, a d q u i r i n d o o s e u formato

Peso do Ar • Temos dois balões idênticos, hermeticamente fechados, contendo ar com a mesma pressão e temperatura. Colocando-os numa balança de precisão, os pratos se equilibram.

•  De um dos balões, retira-se o ar através de uma bomba de vácuo.

•  Coloca-se outra vez o balão na balança (já sem o ar) e haverá o desequilíbrio causado pela falta do ar. Um litro de ar, a 0°C e ao nível do mar, pesa 1,293 x 10-3 kgf.

O Ar Quente é Mais Leve que o Ar Frio

• Expondo-se um dos balões em contato com uma chama, o ar do seu interior se aquece, escapa pela boca do balão, tornando-se ass im, menos denso . Conseqüentemente há um desequilíbrio na balança.

Princípio de Pascal

"A pressão exercida em um líquido confinado em forma estática atua em todos os sentidos e direções, com a m e s m a i n t e n s i d a d e , exercendo forças iguais em áreas iguais"

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Propriedades do ar Comprimido na Indústria

•  Custos: Baixos custos, pois o ar comprimido encontra-se em quantidades praticamente ilimitadas;

•  Transporte: Facilidade de transporte através de tubulações para distâncias quando dimensionado de forma correta;

•  Armazenamento: Fácil armazenamento no local de utilização

em reservatórios de pressão móveis ou fixos. Facilidade de transporte;

•  Variação de temperatura: não é sensível a pequenas variações de temperatura;

•  Segurança: Não existe risco de explosões ou incêndios com o

uso de ar comprimido.

Propriedades do ar Comprimido na Indústria

•  Limpeza: o ar utilizado quando escapa não polui o meio ambiente;

• Economia: sistemas de segurança simples pois não

existe a necessidade de sistemas contra explosões e risco de incêndio;

• Velocidade: o ar comprimido é um meio de trabalho

rápido permitindo velocidades entre 1 e 2 m/s; •  Regulação: Velocidades e força de trabalho dos

elementos são reguláveis mas sem escala.

Fatores que Influenciam os Sistemas Pneumáticos

• Preparação: o uso de ar comprimido requer a eliminação de impurezas e de umidade, para evitar desgastes nos elementos pneumáticos;

•  Fiabilidade: impossibilidade de manter uniforme e

constante a velocidade dos cilindros mediante ar comprimido;

•  Forças: o valor limite varia entre 20000 e 30000 N; • Custos: fonte de energia cara, mas compensada pelos

vantajosos preços dos elementos e pela elevada rentabilidade do ciclo de trabalho.

Produção de Ar Comprimido

•  Para produção de ar comprimido são necessários compressores;

•  A função do compressor é aspirar ar atmosférico e comprimi-lo

até a pressão de trabalho desejada;

•  O ar comprimido deverá ser armazenado em reservatórios possibilitando a sua posterior utilização;

•  O compressor central fornece o ar comprimido para os lugares

necessários através de uma rede de tubulação.

Compressores • O ar possui água na forma de vapor; • Este vapor d'água é aspirado pelo compressor junto com

o ar; • A água acumulada pode ser eliminada através de filtros

separadores de água e drenos dispostos ao longo da linha;

• No entanto um filtro não pode eliminar vapor d'água e

para isso são necessários secadores.

Secagem do Ar Comprimido

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• Resfriamento: Consiste em se resfriar o ar o que reduz o seu ponto de orvalho

Secagem do Ar Comprimido • As tubulações pneumáticas exigem manutenção regular,

e não devem ser mantidas dentro de paredes ou cavidades estreitas, pois isto dificulta a detecção de fugas de ar;

•  Linhas principais são feitas de tubos de Cobre, latão, aço liga, etc… Conectadas;

•  Linhas secundárias em geral são de mangueiras de

borracha ou material sintético.

Distribuição de Ar Comprimido

•  Rede em circuito aberto: é a mais simples e deve ser montada com um declive de 1% a 2% na direção do fluxo para garantir a eliminação da água que condensa no interior da linha

Distribuição de Ar Comprimido

• Rede em circuito fechado: permite que o ar flua nas duas direções e que fique circulando na linha reduzindo o problema de condensação

Distribuição de Ar Comprimido

Rede combinada: são instalações em circuito fechado. Mas as válvulas de fechamento permitem bloquear determinadas linhas de ar comprimido quando a elas não estiverem sendo usadas ou em manutenção.

Distribuição de Ar Comprimido • Para entrar em uma máquina pneumática o ar passa por

uma unidade de tratamento composta por um filtro, uma válvula reguladora de pressão e um lubrificador.

• O objetivo ajustar é as características do ar de forma específica para cada máquina

Tratamento do ar Comprimido

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•  Filtro: serve para eliminar partículas sólidas e líquidas (impurezas, água, etc..). O filtro apresenta um dreno (manual ou automático) para a eliminação de água.

Tratamento do ar Comprimido

• Válvula Reguladora de Pressão: tem a função de manter constante a pressão no equipamento. Ela somente funciona quando a pressão a ser regulada (pressão secundária) for inferior que a pressão de alimentação da rede (pressão primária).

Tratamento do ar Comprimido

•  Lubrificador : tem a função de lubrificar os aparelhos pneumáticos de trabalho e de comando.

Tratamento do ar Comprimido

As principais características dos atuadores pneumáticos são: •  Apresentam baixa rigidez devido à compressibilidade

do ar; •  Não há precisão na parada em posições

intermediárias; •  Apresentam uma favorável relação peso/potência; •  Dimensões reduzidas; •  Segurança à sobrecarga; •  Facilidade de inversão; •  Proteção à explosão.

Atuadores Pneumáticos

•  Lineares: São constituídos de componentes que convertem a energia pneumática em movimento linear ou angular. São representados pelos Cilindros Pneumáticos. Dependendo da natureza dos movimentos, velocidade, força, curso, haverá um mais adequado para a função.

• Rotativos: Convertem energia pneumática em energia

mecânica, através de momento torsor contínuo.

• Oscilantes: Convertem energia pneumática em energia mecânica, através de momento torsor limitado por um determinado número de graus.

Atuadores Pneumáticos (classificação) Cilindros de simples ação • Consiste de um pistão com uma mola. Ao se reduzir a pressão a mola retorna o pistão. Entre as suas características temos:

q Consumo de ar em um sentido; q Forças de avanço reduzida (em 10%) devido à mola; q Maior comprimento e cursos limitados; q Baixa força de retorno (devido à mola)

• Aplicação: Freios de caminhão travando o mesmo quando ocorre falha no motor.

Atuadores Pneumáticos Lineares

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Cilindro de Dupla Ação •  A atuação é feita por ar comprimido nos dois sentidos. Entre as suas

características temos: q Não permite cargas radiais na haste; q Atuação de força nos dois sentidos, porém com força de avanço maior do que a de retorno.

•  Aplicação: prensas, fixadores. O curso não pode ser muito grande pois surgem problemas de flambagem.

Atuadores Pneumáticos Lineares •  Transformam o movimento linear do cilindro de dupla ação num

movimento rotativo com ângulo limitado de rotação. •  Sistema pinhão-cremalheira: a rotação tem ângulo limitado podendo

ser regulada de 45º até 720º. •  Cilindro de alerta giratória: Seu ângulo é limitado em 300º e

apresentam problemas de vedação. •  São aplicados para girar peças, curvar tubos, acionar válvulas.

Atuadores Pneumáticos Rotativos

Atuadores Pneumáticos Aplicações da Pneumática

• Alinhar objetos

Aplicações da Pneumática • Montar objetos

Aplicações da Pneumática