Comandos hidráulicos e pneumáticos

Curso Técnico em Mecânica

Comandos Hidráulicos e Pneumáticos

Armando de Queiroz Monteiro NetoPresidente da Confederação Nacional da Indústria

José Manuel de Aguiar MartinsDiretor do Departamento Nacional do SENAI

Regina Maria de Fátima TorresDiretora de Operações do Departamento Nacional do SENAI

Alcantaro CorrêaPresidente da Federação das Indústrias do Estado de Santa Catarina

Sérgio Roberto ArrudaDiretor Regional do SENAI/SC

Antônio José CarradoreDiretor de Educação e Tecnologia do SENAI/SC

Marco Antônio DociattiDiretor de Desenvolvimento Organizacional do SENAI/SC

Confederação Nacional das Indústrias

Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial

Curso Técnico em Mecânica

Comandos Hidráulicos e Pneumáticos

Guilherme de Oliveira Camargo

Florianópolis/SC2010

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

Equipe técnica que participou da elaboração desta obra

Coordenação de Educação a DistânciaBeth Schirmer

Revisão Ortográfica e NormatizaçãoFabriCO

Coordenação Projetos EaDMaristela de Lourdes Alves

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

AutorGuilherme de Oliveira Camargo

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

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

Ficha catalográfica elaborada por Luciana Effting CRB14/937 - Biblioteca do SENAI/SC Florianópolis C172c

Camargo, Guilherme de Oliveira Comandos hidráulicos e pneumáticos / Guilherme de Oliveira Camargo. –

Florianópolis : SENAI/SC, 2010. 113 p. : il. color ; 28 cm.

Inclui bibliografias.

1. Hidráulica. 2. Bombas hidráulicas. 3. Pneumática. 4. Pneumática -

Automação. I. SENAI. Departamento Regional de Santa Catarina. II. Título.

CDU 621.22+621.5

Prefácio

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Com acesso livre a uma eficiente estrutura laboratorial, com o que existe de mais moderno no mundo da tecnologia, você está construindo o seu futuro profissional em uma instituição que, desde 1954, se preocupa em oferecer um modelo de educação atual e de qualidade.

Estruturado com o objetivo de atualizar constantemente os métodos de ensino-aprendizagem da instituição, o Programa Educação em Movi-mento promove a discussão, a revisão e o aprimoramento dos processos de educação do SENAI. Buscando manter o alinhamento com as neces-sidades do mercado, ampliar as possibilidades do processo educacional, oferecer recursos didáticos de excelência e consolidar o modelo de Edu-cação por Competências, em todos os seus cursos.

É nesse contexto que este livro foi produzido e chega às suas mãos. Todos os materiais didáticos do SENAI Santa Catarina são produções colaborativas dos professores mais qualificados e experientes, e contam com ambiente virtual, mini-aulas e apresentações, muitas com anima-ções, tornando a aula mais interativa e atraente.

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Sumário

Conteúdo Formativo 9

Apresentação 11

12 Unidade de estudo 1

Introdução

Seção 1 - Histórico da pneumática

Seção 2 - Histórico da hidráulica


Grandezas Físicas da Hidráulica e da Pneu-mática

Seção 1 - Princípio de Pascal

Seção 2 - Princípio da multi-plicação de energia

Seção 3 - Pressão

Seção 4 - Vazão


Características dos Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos

Seção 1 - Características dos sistemas pneumáticos

Seção 2 - Características dos sistemas hidráulicos

Seção 3 - Comparação entre os sistemas pneumáticos e hidráulicos

Seção 4 - Características dos fluidos para sistemas pneu-máticos e hidráulicos

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Composição de um Sistema Pneumático

Seção 1 - Compressores

Seção 2 - Reservatório de ar comprimido

Seção 3 - Preparação do ar comprimido

Seção 4 - Redes de distribui-ção do ar comprimido

Seção 5 - Unidade de conser-vação de ar

Seção 6 - Válvulas direcionais pneumáticas

Seção 7 - Válvulas pneumá-ticas

Seção 8 - Atuadores para sistemas pneumáticos

Seção 9 - Designação de elementos

Seção 10 - Elaboração de esquemas de comando

Seção 11 - Tecnologia do vácuo


Composição de um Sistema Hidráulico

Seção 1 - Fluidos hidráulicos

Seção 2 - Reservatório

Seção 3 - Bombas hidráulicas

Seção 4 - Filtros para siste-mas hidráulicos

Seção 5 - Válvulas direcionais

Seção 6 - Atuadores

Seção 7 - Válvulas de blo-queio

Seção 8 - Válvulas regulado-ras de vazão

Seção 9 - Válvulas regulado-ras de pressão

Seção 10 - Elemento lógico

Seção 11 - Trocador de calor

Seção 12 - Acumuladores

Seção 13 - Intensificador de pressão

Seção 14 - Instrumentos de medição e controle

Finalizando 99

Referências 101

Anexo 103

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8 CURSOS TÉCNICOS SENAI

Conteúdo Formativo

9COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Carga horária de dedicação

Carga horária: 90 horas

Competências

Interpretar e montar circuitos hidráulicos e pneumáticos em instalações mecânicas.

Conhecimentos

▪ Simbologia;

▪ Unidades de medida;

▪ Grandezas mecânicas;

▪ Definição e características de componentes hidráulicos e pneumáticos;

▪ Componentes e acessórios de circuitoshidráulicos e pneumáticos, eletro hidráulicos e eletro pneumáticos.

Habilidades

▪ Aplicar normas técnicas e regulamentadoras;

▪ Ler, interpretar e aplicar manuais, catálogos e tabelas técnicas;

▪ Aplicar simbologias de comandos hidráulicos e pneumáticos;

▪ Aplicar conceitos de circuitos hidráulicos e pneumáticos;

▪ Ler e interpretar circuitos hidráulicos e pneumáticos;

▪ Dimensionar, especificar e instalar circuitos hidráulicos e pneumáticos;

▪ Aplicar normas técnicas de saúde, segurança e meio ambiente.

Atitudes

▪ Assiduidade;

▪ Pró-atividade;

▪ Relacionamento interpessoal;

▪ Trabalho em equipe;

▪ Cumprimento de prazos;

▪ Zelo com os equipamentos;

▪ Adoção de normas técnicas de saúde e segurança do trabalho;

▪ Responsabilidade ambiental;

▪ Trabalho em equipe;

▪ Cumprimento de prazos e horários.

Apresentação

COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

A finalidade deste material é proporcionar, aos interessados, uma visão do mundo da hidráulica e da pneumática. As experiências têm revelado que, atualmente, os sistemas hidráulicos e pneumáticos são indispensáveis como métodos modernos de transmissão de energia.

Hoje, entende-se por sistemas hidráulicos e pneumáticos a transmis-são, controle de forças e movimentos por meio de fluidos. Sabemos que fluido é toda a substância que flui e toma a forma do recipiente no qual está confinado.

Com a automatização, os acionamentos e comandos hidráulicos e pneumáticos ganharam importância através do tempo. Grande parte das modernas e mais produtivas máquinas e instalações são, hoje, parcial ou totalmente comandadas por estes sistemas.

Apesar da multiplicidade dos campos de aplicação dos sistemas hi-dráulicos e pneumáticos, o conhecimento dessa matéria ainda não está totalmente difundido. Como resultado disso, a aplicação dos sistemas hidráulicos e pneumáticos tem sido restrita.

O conteúdo aqui apresentado inclui a descrição de sistemas hidráu-licos e pneumáticos para a transferência de forças ou movimentos, seus princípios de funcionamento, detalhes construtivos dos com-ponentes e a montagem de circuitos hidráulicos e pneumáticos. O que está esperando para conferir todas as descobertas que lhe reservamos?Vamos juntos!

Guilherme de Oliveira Camargo

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

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Unidade de estudo 1

Seções de estudo

Seção 1 – Histórico da pneumáticaSeção 2 – Histórico da hidráulica


ferroviária: Freios a ar com-primido

Seção 1Histórico da pneumática

O ar comprimido é, provavelmen-te, uma das mais antigas formas de transmissão de energia que o homem conhece, empregada e aproveitada para ampliar sua ca-pacidade física. O reconhecimen-to da existência física do ar, bem como a sua utilização, mais ou menos consciente para o trabalho, são comprovados há milhares de anos.

O primeiro homem que, com certeza, sabemos terse interessa-do pela pneumática, isto é, pelo emprego do ar comprimido como meio auxiliar de trabalho, foi o grego Ktésibios. Há mais de 2000 anos, ele construiu uma catapulta a ar comprimido. Um dos primei-ros livros sobre o emprego do ar comprimido como transmissão de energia, data do 1º século d.C e descreve equipamentos que fo-ram acionados com ar aquecido.

Embora, a base da pneumática seja um dos mais velhos conheci-mentos da humanidade, foi preci-so aguardar o século XIX para que o estudo de seu comportamento e de suas características se tornasse sistemático. Porém, pode-se dizer que somente após o ano 1950 é que ela foi, realmente, introduzida na produção industrial.

Introdução

Antes, porém, já existiam alguns campos de aplicação e aproveita-mento da pneumática, como, por exemplo, a indústria mineira, a construção civil e a indústria fer-roviária.A introdução, de forma mais generalizada, da pneumática na indústria, começou com a neces-sidade, cada vez maior, de auto-matização e racionalização dos processos de trabalho.

Apesar de sua rejeição inicial, quase sempre proveniente da falta de conhecimento e instrução, ela foi aceita e o número de campos de aplicação tornou-se cada vez maior. Hoje, o ar comprimido tornou-se indispensável e, nos mais diferentes ramos industriais, instalam-se aparelhos pneumáti-cos, principalmente, na automa-ção.

Automação: a automação retira do homem as funções de coman-do e regulação, conservando, ape-nas, as funções de controle. Um processo é considerado automa-tizado quando este é executado sem a intervenção do homem, sempre do mesmo modo e com o mesmo resultado.

Dos antigos gregos pro-vém a expressão pneuma

que significa fôlego, vento e, filosoficamente, a alma. Derivando da palavra pneu-ma, surgiu, entre outros, o conceito de “pneumática”: a matéria dos movimentos dos gases e fenômenos dos gases.


Seção 2 Histórico da hidráulica

Existem apenas três métodos de transmissão de energia na esfera co-mercial: elétrica, mecânica e fluídica (hidráulica e pneumática).Naturalmente, a mecânica é a mais antiga de todas, por conseguinte é a mais conhecida. Hoje, utilizada de muitos outros artifícios mais apura-dos como: engrenagens, cames, polias, entre outros.

A energia elétrica, que usa geradores, motores elétricos, condutores e uma gama muito grande de outros componentes é um método desen-volvido nos tempos modernos e é o único meio de transmissão de ener-gia que pode ser transportado a grandes distâncias.

Hoje, entende-se por hidráulica a transmissão, controle de forças e mo-vimentos por meio de fluidos líquidos (óleos minerais e sintéticos) ou a ciência que estuda os fluidos em escoamento e sob pressão e divide-se em duas:

▪ hidrostática: estuda os fluidos sob pressão. ▪ hidrodinâmica: estuda os fluidos em escoamento.

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

O termo hidráulica deriva da raiz grega hidro que sig-

nifica água.


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

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

para fazê-lo, também desenvolveu o primeiro acumulador hidráulico; ▪ em 1900, a construção da primeira bomba de pistões axiais nos Es-

tados Unidos. Ocorreu, aqui, a substituição da água por óleo mineral, com muitas vantagens.

Atualmente, com o desenvolvimento de novos metais e fluidos obtidos, sinteticamente, a versatilidade e a dependência do uso da transmissão de força hidráulica ou pneumática tornam-se evidentes, desde o seu uso, para um simples sistema de frenagem em veículos, até a sua utilização, para complexos sistemas de eclusas, aeronaves e mísseis.

Nesta primeira unidade de estudos, você teve algumas noções introdutó-rias sobre comandos hidráulicos e pneumáticos, conhecendo a sua histó-ria. Agora, você estudará as grandezas físicas da hidráulica e pneumática a partir da teoria de Pascal, do princípio da multiplicação da energia, do conceito de pressão e vazão. Como pode perceber, há muito pela fren-te... prossiga!

Unidade de estudo 2

Seções de estudo

Seção 1 – Princípio de PascalSeção 2 – Princípio da multiplicação de energia Seção 3 – Pressão Seção 4 – Vazão


Grandezas Físicas da Hidráulica e da Pneumática

Seção 1Princípio de Pascal

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

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

Seção 2Princípio da multiplicação de energia

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

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

Seção 3Pressão

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


P= F/A P = pressão F = força A = Área

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

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

Figura 3 – Restrição na Tubulação

Fonte: SAGGIN (2004, p. 26).

Existem três tipos de pressão. São eles:

▪ Pressão atmosférica: as camadas de ar exercem uma força (peso) sobre a superfície da Terra. A pressão resultante dessa força é denomi-nada pressão atmosférica, que varia com a altitude, pois, em grandes alturas, a massa de ar é menor do que ao nível do mar.

Variação da pressão atmosférica com relação com a altitude. Acompa-nhe a tabela.

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


Altitude em MPressão

em kg/cm²

Altitude

em M

Pressão

em kg/cm²

0 1.033 1.000 0.915

100 1.021 2.000 0.810

200 1.008 3.000 0.715

300 0.996 4.000 0.629

400 0.985 5.000 0.552

500 0.973 6.000 0.481

600 0.960 7.000 0.419

700 0.948 8.000 0.363

800 0.936 9.000 0.313

900 0.925 10.000 0.270

Acompanhe, agora, a representação gráfica da variação da pressão at-mosférica com relação à altitude.

Figura 4 – Variação da Pressão Atmosférica


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

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


Unidades de pressão:

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

Conversão das unidades de pressãoPara converter as unidades de pressão, pegue o valor da unidade conhe-cida na coluna e multiplique pelo valor da unidade solicitada na linha. Observe a tabela:

UNIDADES ATM kgf/cm² bar PSI Pa

ATM 1 1,033 1,013 14,69 101325

Kgf/cm² 0,968 1 0,981 14,23 98100

bar 0,987 1,02 1 14,5 100000

PSI 0,068 0,07 0,069 1 6896

Pa 0,0000098 0,0000102 0,00001 0,000145 1

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

Classificação dos sistemas quanto à pressão

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

bar Pressão

0 a 14 bar Baixa pressão

14 a 35 bar Média pressão

35 a 84 bar Média alta pressão

84 a 210 bar Alta pressão

Acima de 210 bar Extra alta pressão

Tabela 2 – Classificação dos Sistemas quanto à Pressão

Fonte: Racine (1987, p. 10).


Seção 4Vazão

Vazão: é o volume deslocado em função do tempo.

Q = V/t

Q = Vazão V = Volume deslocado t = tempo

Observe a tabela de conversão das unidades de vazão para a hidráulica:

Unidades Símbolo Conversão

Galões por minuto GPM 1 GPM = 3, 785 l/min = 0, 2271 m3/h

Decímetro cúbico por segundo dm3/seg 1 dm3/seg = 1 l/seg =15,8502 GPM

Pés cúbicos por hora ft3/h 1 ft3/h = 0,472 l/min = 0,125 GPM

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

Unidades de vazão para a pneumática. Observe:

Unidade Símbolo

Litros por segundo L/s

Litros por minuto L/min

Metros cúbicos por minuto m³/min

Metros cúbicos por minuto. m³/min

Metros cúbicos por hora m³/h

Pés cúbicos por minuto,

(Cubic feet for minute)pcm ,(cfm)

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


Tabela de conversão das unidades de vazão:

Para converter em Multiplicar por

pcm cfm 1

pcm L/s 0,4720

pcm m³/min 0,02832

pcm m³/h 1,69923

L/s m³/min 0,06

L/s pcm 2,1186

m³/min pcm 35,31

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

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

▪ Nm³/h: Normal metro cúbico por hora – definido à pressão de 1,033 kg/cm2, temperatura de 0°C e umidade relativa de 0%.

▪ SCFM: Standard cubic feet per minute – definida à pressão de 14,7 lb/pol2, temperatura de 60°F e umidade relativa de 0%.

A Norma Brasileira (NBR10138) da ABHP (Associação Brasileira de Hidráulica e Pneumática) utiliza as unidades de medida do Sistema In-ternacional (SI), mas, é comum, o uso de outras unidades que não per-tencem (SI) devido aos fabricantes dos equipamentos utilizarem outros sistemas.


GRANDEZA SI

( C ) comprimento Metro ( m )

( M ) massa Quilo grama ( Kg )

( F ) força Newton ( N )

( t ) tempo Segundo ( S )

( T ) temperatura Grau Kelvin ( k ) Grau Celsius (*C)

( A ) área Metro quadrado ²

( V ) volume Metro cúbico

( Q ) vazão Metro cúbico / segundo

( p ) pressão Pascal ( Pa )Tabela 6 – Unidades do Sistema Internacional

Fonte: Parker (2008, p. 15).

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

Unidade de estudo 3

Seções de estudo

Seção 1 – Características dos sistemas pneumáticosSeção 2 – Características dos Sistemas hidráulicos Seção 3 – Comparação entre os sistemas pneumáticos e hidráulicosSeção 4 – Características dos fluidos para sistemas pneumáticos e hidráulicos


Seção 1Características dos sistemas pneumáticos

Vimos, anteriormente, que a hidráulica e a pneumática tornaram-se in-dispensáveis nos mais diferentes ramos industriais. Agora, veremos suas características. Acompanhe!

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

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

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

ples; ▪ Grande confiabilidade, segurança de operação e durabilidade de

acionamentos e componentes de comando; ▪ Necessidade de preparação do ar; ▪ Perdas por vazamento reduzem a eficiência econômica.

Seção 2 Características dos sistemas hidráulicos

▪ Dimensões reduzidas e pequeno peso com relação à potência insta-lada; ▪ Sensível à influências externas como altas e baixas temperaturas; ▪ Acionamentos, ao serem sobrecarregados, simplesmente param; ▪ Transformação da energia, tanto em movimento linear, como rota-

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

são e peso;

Características dos Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos

▪ Grande confiabilidade e du-rabilidade dos componentes por ser um sistema auto lubrificado; ▪ Necessidade de sistemas de

filtragem e refrigeração do fluido; ▪ Reversibilidade instantânea; ▪ Parada instantânea; ▪ Perdas por vazamento redu-

zem a eficiência econômica;

Seção 3 Comparação entre os sistemas pneumáticos e hidráulicos

Sistemas pneumáticos

▪ Fluido – ar (compressível) ▪ Estado – gasoso ▪ Circuito – aberto ▪ Trabalha com baixa pressão e

alta velocidade

Sistemas hidráulicos

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

baixa velocidade


Custos da energia

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

▪ de 7 a 10 o custo da energia pneumática; ▪ de 3 a 5 o custo da energia

hidráulica.

Esta avaliação é apenas orientati-va, considerando apenas o custo energético, sem considerar os cus-tos de componentes.

Considerando os valores de vál-vulas e atuadores, o custo fica re-lacionado como:

Elétrica < Pneumática < Hidráulica

Seção 4Características dos fluidos para sistemas pneumáticos e hidráu-licos

Quando falamos em fluido, esta-mos falando de qualquer substân-cia no estado líquido ou gasoso capaz de escoar e assumir a forma do recipiente que a contém. Ve-remos, agora, de modo geral, as características dos fluidos usados na pneumática e hidráulica.

Fluido para pneumática – ar

▪ Quantidade: o ar a ser com-primido se encontra em quanti-dade ilimitada, praticamente, em todos os lugares. ▪ Transporte: o ar comprimido

é facilmente transportável por tu-bulações, mesmo para distâncias, consideravelmente, grandes. Não há necessidade de preocupação com o retorno do ar. ▪ Armazenamento: no estabe-

lecimento não é necessário que o compressor esteja em funcio-namento contínuo. O ar pode ser sempre armazenado em um reservatório e, posteriormente, tirado de lá. Além disso, é possí-vel o transporte em reservatórios (botijão). ▪ Temperatura: o trabalho

realizado com o ar comprimido é insensível às oscilações de tempe-ratura. Isto garante, também, em situações extremas, um funciona-mento seguro. ▪ Segurança: não existe o

perigo de explosão ou de incên-dio. Portanto, não são necessá-rias custosas proteções contra explosões. ▪ Limpeza: o ar comprimido é

limpo. O ar, que, eventualmente, escapa das tubulações ou outros elementos, inadequadamente vedados, não polui o ambiente. ▪ Construção: os elementos

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

▪ Velocidade: o ar comprimido é um meio muito veloz e permite alcançar altas velocidades de tra-balho (a velocidade de trabalho dos cilindros pneumáticos oscila entre 1 a 2 metros por segundo). ▪ Regulagem: as velocidades e

forças dos elementos a ar com-primido são reguláveis em escala. ▪ Seguro contra sobrecarga:

elementos e ferramentas a ar comprimido são carregáveis até a parada final e, portanto, seguros contra sobrecarga. ▪ Preparação: o ar comprimi-

do requer uma boa preparação. Impureza e umidade devem ser evitadas, pois, provocam desgas-tes nos elementos pneumáticos. ▪ Compressibilidade: não é

possível manter uniforme e cons-tante as velocidades dos pistões, mediante o ar comprimido.

Fluido para hidráulica – óleo

▪ Quantidade: o óleo a ser utilizado encontra-se em quanti-dade limitada e possui alto custo, seja ele de origem mineral ou sintética. ▪ Transporte: o óleo não é fa-

cilmente transportável por tubu-lações, devido a sua viscosidade e existe a necessidade de retorno do mesmo para o reservatório. ▪ Armazenamento: para que o

óleo esteja sob pressão, é neces-sário que a bomba mantenha-se ligada ou que sejam utilizados acumuladores.


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

os limites máximos de temperatura. ▪ Limpeza: o óleo hidráulico é poluente e não deve ser jogado na

natureza. ▪ Construção: os elementos de trabalho são de construção complexa

(muito precisa) e, portanto, de alto custo. ▪ Velocidade: o óleo hidráulico não é um meio veloz, devido a sua

viscosidade. ▪ Regulagem: as velocidades e forças dos elementos são reguláveis,

em escala com grande precisão. ▪ Seguro contra sobrecarga: nos sistemas hidráulicos, existe a ne-

cessidade da utilização de dispositivos para limitar a pressão máxima de trabalho. ▪ Preparação: para sistemas convencionais, o óleo hidráulico já vem

pronto, mas, para servo-sistemas, existe a necessidade de uma filtragem mais apurada. ▪ Compressibilidade: é possível manter uniforme e constante as

velocidades dos atuadores.

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

Unidade de estudo 4

Seções de estudo

Seção 1 – CompressoresSeção 2 – Reservatório de ar comprimidoSeção 3 – Preparação do ar comprimidoSeção 4 – Redes de distribuição do ar comprimidoSeção 5 – Unidade de conservação de arSeção 6 – Válvulas direcionais pneumáti-casSeção 7 – Válvulas pneumáticasSeção 8 – Atuadores para sistemas pneu-máticosSeção 9 – Designação de elementosSeção 10 – Elaboração de esquemas de comandoSeção 11 – Tecnologia do vácuo


Seção 1Compressores

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

Figura 5 – Composição do Sistema Pneumático


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

Tipos de compressores

Dependendo das necessidades desejadas, relacionadas à pressão de tra-balho e ao volume, são empregados compressores de diversos tipos construtivos.


Os mesmos são diferenciados em dois tipos:

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

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


Biela-manivela: Virabrequim e biela.

Tipos de Compressores

Compressor deÊmbolo linear

Compressor rotativo

TurboCompressor

Compressor de Êmbolo

Compressor de Membrana

Turbo CompressorRadial

Turbo CompressorAxial

Compressorde Palhetas

Compressorde Parafusos

Compressorde Roots

Compressor rotativo

Figura 6 – Classificação dos Compressores


Compressor de deslocamento fixo unidirecional. Símbolo geral

Compressor de êmbolo (pistões)

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


Figura 7 – Compressor de Êmbolo (simples estágio)

Fonte: Festo Didactic (2001, p. 92).

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

Figura 8 – Compressor de Êmbolo (duplo estágio)


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

Compressor de membrana

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

Estes compressores são os pre-feridos e mais empregados na in-dústria alimentícia, farmacêutica e química. Usados, também, em pequenas instalações de ar, com pressões moderadas ou na obten-ção de vácuo.

Figura 9 – Compressor de Membrana


Compressor de parafu-sos

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


Figura 10 – Compressor de Parafusos

Fonte: Howden (2010).

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

Seleção de compressores

Volume de ar

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

Pressão

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


Figura 11 – Seleção de Compressores

Fonte: Metalplan (2008, p. 15).

Acionamento

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

Refrigeração

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

Lugar de montagem

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


Figura 12 – Instalação de Compressores


Regulagem

Para combinar o volume de fornecimento com o consumo de ar é ne-cessária uma regulagem dos compressores. Dois valores limites pré-es-tabelecidos, influenciam o volume fornecido.

Existem diferentes tipos de regulagem:

Regulagem de marcha

em vazio

Regulagem de carga

parcial

Regulagem

intermitente

Regulagem por

descarga

Regulagem por

fechamento

Regulagem na rotação

Regulagem por

estrangulamento

Com esta

regulagem, o

compressor

funciona em dois

campos (carga

máxima e parada

total).

Regulagem de marcha em vazio – regulagem por descarga

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

pré-estabelecidos: Pressão máxima/mínima.


Figura 13 – Regulagem por Descarga


Regulagem por fechamento

Aqui, quando é alcançada a pressão máxima, a admissão de ar é inter-rompida.

Figura 14 – Regulagem por Fechamento


Regulagem de carga parcial – regulagem na rotação

Sobre um dispositivo, ajusta-se o regulador de rotação do motor a explo-são. A regulagem da rotação pode ser feita manualmente ou, também, automaticamente, dependendo da pressão de trabalho. Este tipo de re-gulagem, também pode ser usada em motores elétricos, instalando-se inversores de frequência.


Regulagem por estrangulamento

A regulagem se faz mediante simples estrangulamento no funil de suc-ção e os compressores podem, assim, ser regulados para determinadas cargas parciais. Encontra-se esta regulagem em compressores de êmbo-lo rotativo e em turbo compressores.

Figura 15 – Regulagem por Estrangulamento


Regulagem intermitente

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

Figura 16 – Regulagem Intermitente


Seção 2 Reservatório de ar com-primido

O reservatório serve para a estabi-lização da distribuição do ar com-primido. Ele elimina as oscilações de pressão na rede distribuidora e, quando há, momentaneamente, alto consumo de ar, é uma garan-tia de reserva. A grande superfí-cie do reservatório refrigera o ar suplementar. Por isso, se separa, diretamente, no reservatório, uma parte da umidade do ar como água.

Figura 17 – Reservatório de Ar Com-

primido


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


Seção 3Preparação do ar comprimido

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

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

Resfriador de ar e separador de condensados

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

Figura 18 – Resfriador de Ar e Separador de Condensados


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

Secador de ar

O ar seco industrial não é aquele totalmente isento de água.; É o ar que, após um processo de desi-dratação, flui com um conteúdo de umidade residual de tal ordem que possa ser utilizado, sem qual-quer inconveniente. Para tal, o uso de um secador de ar comprimido é aconselhável. Os meios de se-cagem, mais utilizados são três: secagem por absorção, secagem por adsorção, secagem por res-friamento.

Secagem por absorção

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

O processo de absorção caracte-riza-se por:

▪ montagem simples da instala-ção; ▪ desgaste mecânico mínimo, já

que o secador não possui peças móveis; ▪ não necessita de energia

externa.


Figura 19 – Secagem por Absorção


Secagem por adsorção

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

A tarefa do “GEL” consiste em adsorver a água e o vapor de água. É evidente que a capacidade de acumulação de uma camada de “GEL” é limitada. Uma vez que o elemento secador estiver satu-rado, poderá ser regenerado de uma maneira fácil: basta soprar ar quente da camada saturada e o ar quente absorve a umidade do ele-mento secador.

Mediante a montagem, em para-lelo, de duas instalações de adsor-ção, uma delas pode estar ligada para secar, enquanto a outra está sendo soprada com ar quente (re-generação).Acompanhe, agora, a esquemati-zação da secagem por adsorção.

Figura 20 – Secagem por Absorção


Secagem por resfriamento

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

Figura 21 – Secagem por Resfriamento



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

Seção 4Redes de distribuição do ar comprimido

A rede de distribuição de ar com-primido compreende todas as tu-bulações que saem do reservató-rio passando pelo secador e que, unidas, orientam o ar comprimido até os pontos individuais de uti-lização. A rede possui duas fun-ções básicas: funcionar como um reservatório para atender as exi-gências locais e comunicar a fonte com os equipamentos consumi-dores. Numa rede distribuidora, para que haja eficiência, segurança e economia, são importantes três pontos:

▪ baixa queda de pressão entre a instalação do compressor e os pontos de utilização; ▪ apresentar o mínimo de vaza-

mento; ▪ boa capacidade de separa-

ção do condensado em todo o sistema.

Figura 22 – Rede de Distribuição do Ar Comprimido

Fonte: Fargon (2010)

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

Rede de distribuição em anel aberto

Assim chamada, por não haver uma interligação na rede. Este tipo fa-cilita a separação do condensado, pois ela é montada com certa inclina-ção, na direção do fluxo, permitindo o escoamento para um ponto de drenagem.

1 – Compressor de parafuso

2 – Resfriador posterior ar/ar

3 – Separador de condensado

4 – Reservatório

5 – Purgador automático

6 – Pré Filtro coalescente

7 – Secador

8 – Filtros coalescentes (grau x, y, z)

9 – Purgador automático eletrônico

10 – Separador de água e óleo

11 – Separador de condensado


Figura 23 – Rede de Distribuição em Anel Aberto


Rede de distribuição em anel fechado

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

Figura 24 – Rede de Distribuição em Anel Fechado


Rede de distribuição combinada

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

Figura 25 – Rede de Distribuição

Combinada


Inclinação das tomadas de ar e drenagem da umidadeAs tubulações, em especial nas redes em circuito aberto, devem ser montadas com um declive de 0,5 a 2%, na direção do fluxo. Por causa da formação de água con-densada, é fundamental, em tu-bulações horizontais, instalar os ramais de tomadas de ar na parte superior do tubo principal.


Figura 26 – Inclinação das Tomadas de Ar e Drenagem


Desta forma, evita-se que a água condensada, eventualmente existente na tubulação principal, possa chegar às tomadas de ar através dos ramais. Para interceptar e drenar a água condensada devem ser instaladas deriva-ções com drenos na parte inferior da tubulação principal. Os drenos, colocados nos pontos mais baixos, de preferência, devem ser automáticos. Em redes mais extensas, aconselha-se instalar drenos distanciados de, aproximadamente, 20 a 30 metros um do outro.

Vazamentos

As quantidades de ar perdidas através de pequenos furos, acoplamentos com folgas, vedações defeituosas etc., quando somadas, alcançam eleva-dos valores. A importância econômica desta contínua perda de ar torna-se mais evidente quando comparada com o consumo do equipamento e a potência necessária para realizar a compressão. Desta forma, um vazamento na rede representa um consumo, consideralvemente, maior de energia.Podemos constatar isto através da tabela:

CUSTO DO VAZAMENTO

Diâmetro do orifício de

vazamento (pol)1/32’’ 1/16’’ 1/8’’ ¼’’ 3/8’’

m3/h vazamento 2,72 10,9 44,2 174,0 397,5

R$/ano 340,00 1.360,00 5.515,00 21.715,00 49.610,00

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



Funcionamento do dreno automático

Por um furo de passagem, o con-densado atinge o fundo do copo. Com o aumento do nível do con-densado, um flutuador se ergue. A um determinado nível, abre-se uma passagem. O ar comprimido, existente no copo, passa por ela e desloca o êmbolo para a direita. Com isso, se abre o escape para o condensado.

Seção 5Unidade de conserva-ção de ar

Após passar por todo o processo de produção, preparação e dis-tribuição, o ar comprimido deve sofrer um último condiciona-mento, antes de ser utilizado nos equipamentos. Neste condiciona-mento, ocorrerá a separação do condensado, filtragem, regulagem da pressão e, em alguns casos, lu-brificação que, atualmente, está deixando de ser utilizada, pois, os componentes, já possuem lubrifi-cação própria. Uma das maneiras de fazer isto acontecer é a insta-lação da unidade de conservação de ar. Esta unidade é composta, basi-camente, da combinação dos se-guintes elementos:

▪ filtro de ar comprimido e reci-piente de condensação; ▪ regulador de pressão do ar

comprimido com manômetro; ▪ lubrificador de ar comprimido

(quando for necessário).

Figura 27 – Unidade de Conservação de Ar

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

Filtro de ar comprimido

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

Figura 28 – Filtro de Ar Comprimido

Fonte: Festo Didactic 155p ( 2001, p. 93).

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


Regulador de pressão

O regulador tem por função man-ter constante a pressão de traba-lho (secundária), independente da pressão da rede (primária) e consumo do ar. A pressão primá-ria tem que ser sempre maior que a secundária. A pressão é regula-da 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.

Figura 29 – Regulador de Pressão

Fonte: Festo Didactic 155p ( 2001, p.

19).

Com aumento da pressão de tra-balho, a membrana se movimenta contra a força mola. Com isso, a secção nominal de passagem na sede da válvula diminui, progres-sivamente, ou se fecha totalmen-te. Isto significa que a pressão é regulada pelo fluxo. Na ocasião do consumo a pressão diminui e a força da mola reabre a válvula. Com isso, o manter da pressão regulada se torna um constante abrir a fechar da válvula. A pres-são de trabalho é indicada por um manômetro. Se a pressão crescer demasiado 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.

Lubrificador

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

Figura 30 – Lubrificador


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

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

Manômetros

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

Seção 6Válvulas direcionais pneumáticas

Assim como na hidráulica, as vál-vulas direcionais para a pneumáti-ca, também, são identificadas pelo número de vias, posições tipo de acionamento etc. e, também, pos-suem a função de direcionar o fluido que irá desenvolver diver-sas funções como, por exemplo, movimentar atuadores lineares e rotativos.


Figura 31 – Válvula direcional

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

Simbologia de válvulas

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

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

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

Meios de acionamento

Os acionamentos servem para in-verter de posição as válvulas dire-cionais.


MANUAIS

Geral

Alavanca

Botão

Pedal

MECÂNICOS

Pino

Rolete

Mola Gatilho

ELÉTRICOS

Solenoide com uma bobina

Solenóides com duas

bobinas

PNEUMÁTICOS

DIRETOS

Piloto positivo

(créscimo de pressão)

Diferencial de áreas

Piloto negativo

(decréscimo de pressão)

PNEUMÁTICOS

INDIRETOS

Servo-piloto positivo

Controle internoServo-piloto negativo

CENTRALIZAÇÕESPor piloto positivo

Por travaPor molas

Identificação de vias

ORIFÍCIO NORMA DIN24300 NORMA ISO1219Pressão P 1

Utilização A B C 2 4 6Escape R S T 3 5 7

EA EB ECPilotagem X Y Z 10 12 14

Tabela 8 – Identificação das Vias


Exemplo de identificação:

Válvulas NA e NFVálvulas direcionais com 2 po-sições e até 3 vias que tenham, na posição de repouso, a via de pressão bloqueada, são chama-das de normalmente fechadas (NF). Aquelas que, ao contrário, possuírem esta via aberta, são de-nominadas normalmente abertas (NA).


Válvulas CF, CAP e CAN

As válvulas direcionais de 3 po-sições caracterizam-se pela sua posição central. Àquelas que pos-suírem, na sua posição central, as vias de utilização bloqueadas, de-nominaremos centro fechado.

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

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

Válvulas de memórias

São válvulas de duas posições, acionadas por duplo piloto.

Tipos de escapes

Os escapes das válvulas são repre-sentados por triângulos. Quando encontrarmos o triângulo junto à simbologia da válvula, ele estará representando um escape livre, ou seja, sem conexão.

Se ele estiver afastado, o escape representado será o escape dirigi-do, com conexão.

Seção 7Válvulas pneumáticas

Além das válvulas direcionais, en-contraremos, ainda, as válvulas auxiliares de controle e combina-ções de válvulas, como veremos a seguir:

Válvula alternadora (Função lógica “OU”)

Também chamada “válvula de comando duplo” ou “válvula de dupla retenção”. Esta válvula tem duas entradas, X e Y, e uma saída A. Entrando ar comprimido em X, a esfera fecha a entrada Y e o ar flui de X para A. Em sentido contrário, quando o ar flui de Y para A, a entrada X será fechada.


Figura 32 – Válvula Alternadora


Válvula alternadora

Exemplo da aplicação:

Válvulas de duas pressões (Função lógica “E”)

Esta válvula tem duas entradas, X e Y e uma saída, A Só haverá uma saí-da em A, quando existirem os dois sinais de entrada X “E” Y. Emprega-se esta válvula, principalmente, em comando de bloqueio, comandos de segurança e funções de controle em combinações lógicas.


Figura 33 – Válvula de Duas Pressões



Válvula de escape rápido

Válvulas de escape rápido se prestam para aumentar a velocidade dos êmbolos dos atuadores. Tempos de retorno elevados, podem ser elimi-nados dessa forma. Evita-se, com isso, que o ar de escape seja obrigado a passar por uma canalização longa e de diâmetro pequeno, até a válvula de comando. O mais recomendável é colocar o escape rápido direta-mente no cilindro ou, então, o mais próximo possível do mesmo.


Figura 34 – Válvula de Escape Rápido


Válvula de escape rápido


Válvula de retenção

Válvulas de bloqueio liberam o fluxo, preferencialmente, em um só sen-tido e bloqueiam o sentido inverso. O corpo de vedação da válvula de retenção, sujeito à pressão de mola, desloca-se de seu assento quando a pressão contra a ação da mola se torna maior do que a sua tensão.


Figura 35 – Válvula de Retenção


Válvula reguladora de fluxo bidirecional

Estas válvulas têm influência sobre a quantidade de ar comprimido que flui por uma tubulação; a vazão será regulada em ambas as direções do fluxo.

Figura 36 – Válvula Reguladora de Fluxo Idirecional


Válvula reguladora de fluxo unidirecional

Nesta válvula, a regulagem do fluxo é feita, somente, em uma direção. Uma válvula de retenção fecha a passagem numa direção e o ar pode fluir, somente, através da área regulada.Em sentido contrário, o ar passa livre através da válvula de retenção aberta.


Figura 37 – Válvula Reguladora de Fluxo Unidirecional


Válvula reguladora de fluxo unidirecional (Festo).

Regulagem fluxo primária (entrada do ar)

Estas válvulas podem ser montadas para a regulagem da entrada do ar. O ar em exaustão sai, através de retenção, no lado do escape. Ligeiras os-cilações de carga na haste do pistão, provocadas, por exemplo, ao passar pela chave fim de curso, resultam em grandes diferenças de velocidade do avanço. A regulagem na entrada emprega-se em atuadores de simples ação e atuadores de dupla ação de pequeno volume.

Figura 38 – Regulagem Fluxo Primária


Estas válvulas podem ser monta-das para a regulagem da saída do ar. O ar da exaustão, porém, será regulado. Nisto, a haste do êm-bolo está submetida entre duas pressões de ar. Esta montagem da válvula reguladora de fluxo, me-lhora muito a conduta do avanço. Em atuadores de dupla ação, de-vemos, sempre, usar regulagem na exaustão.

Figura 39 – Regulagem Fluxo Secun-

dária


Válvula limitadora de pressão

É formada por uma vedação de assento cônico, mola e um para-fuso de ajuste. Quando a pres-são em P assume um valor que corresponde à tensão da mola, o cone de vedação se desloca de seu assento e libera o caminho ao escape. São, também, conhecidas como válvulas de sobrepressão ou válvulas de segurança.


Figura 40 – Válvula Limitadora de Pressão


Temporizador pneumático N F.

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

Figura 41 – Temporizador Pneumático



Exemplo de aplicação:

Figura 42 – Circuito com Temporização


Seção 8Atuadores para sistemas pneumáticos

Os atuadores pneumáticos convertem energia pneumática em energia mecânica linear ou rotativa, dependendo de seu tipo construtivo. A se-guir, veremos os tipos mais comuns utilizados na indústria.

ATUADORES PNEUMÁTICOS

ATUADORES LINEARES

ATUADORES ROTATIVOS

SIMPLES AÇÃO

DUPLA AÇÃO

MOTORES PNEUMÁTICOS

OCILADORES PNEUMÁTICOS

Figura 43 – Atuadores Pneumáticos


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

Figura 44 – Atuador Linear de Simples

Ação



Atuador linear de dupla ação: realiza trabalho nos dois sentidos

Figura 45 – Atuador Linear de Simples Ação


Amortecimento de fim de curso

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

Figura 46 – Atuador Linear de Dupla Ação com Amortecimento.


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

Figura 47 – Atuador Rotativo


Atuador rotativo de palheta bidi-recional (oscilador): realiza movi-mento rotativo nos dois sentidos, com ângulo de rotação limitado.

Figura 48 – Oscilador


Características dos atuadores ro-tativos pneumáticos:

▪ regulagem, sem escala, de ro-tação e do momento de torção; ▪ construção leve e pequena; ▪ seguro contra sobrecarga; ▪ insensível contra poeira, água,

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

facilidade de inversão; ▪ conservação e manutenção

insignificantes.

Seção 9Designação de elemen-tos

Os circuitos pneumáticos são compostos de elementos que são identificados por números ou le-tras.Designação por números: os nú-meros identificam os elementos pela função.


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

Elementos auxiliares. Ex.: Con-trole de Fluxo. Para Avanço.

Elementos processadores de sinal. E, OU, Temporiza-dor Influenciam o avanço do atuador.

Elementos de sinal. Para o avanço do atuador.

Elementos auxiliares do circito.

1.0

1.02/1.03

1.1

1.4

1.51.2

1.3

0.1

Elementos auxiliares. Ex: Contro-le de Fluxo. Para Retorno.

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

Elementos processadores de si-nal. E,OU, temporizador. Influen-ciam o retorno do atuador.

Elementos de sinal. Para o Retor-no do Atuador.

Figura 49 – Identificação dos Elementos


0.1, 0.2, 0.3... Elementos auxilia-res influenciam em todo o cir-cuito. Ex.: Lubrefil, válvulas de fechamento.1.2, 1.4, 2.2, 2.4... Elementos de sinal, com número final par, in-fluenciam no avanço dos atua-dores lineares ou no sentido de rotação à direita dos atuadores rotativos (motores). Ex.: válvulas direcionais 3/2 acionadas por bo-tão, pedal, rolete.1.3, 1.5, 2.3, 2.5... Elementos de sinal, com número final ímpar, influenciam no retorno dos atu-adores lineares (cilindros) ou no sentido de rotação à esquerda dos atuadores rotativos (motores). Ex.: válvulas direcionais 3/2 acio-nadas por botão, pedal, rolete.

1.6, 2.6... Elementos processa-dores de sinal, com número final par, influenciam no avanço dos atuadores lineares (cilindros) ou no sentido de rotação à direita dos atuadores rotativos (moto-res). Ex.: válvulas E, válvulas OU, temporizadores.1.7, 2.7... Elementos de sinal, com número final ímpar, influenciam no retorno dos atuadores lineares (cilindros) ou no sentido de rota-ção à esquerda dos atuadores ro-tativos (motores). Ex.: válvulas E, válvulas OU, temporizadores.1.1, 2.1, 3.1... Elementos de co-mando influenciam nos dois sen-tidos de movimentos dos atuado-res (o primeiro número indica o atuador a ser comandado). Ex.: válvulas direcionais.

1.02, 1.04... Elementos auxiliares, com número final par, influen-ciam no avanço dos atuadores lineares (cilindros) ou no sentido de rotação à direita dos atuadores rotativos (motores). Ex.: válvulas reguladoras de fluxo, escape rápi-do.1.03, 1.05... Elementos auxiliares, com final ímpar, influenciam no retorno dos atuadores lineares (ci-lindros) ou no sentido de rotação à esquerda dos atuadores rotati-vos (motores). Ex.: válvulas regu-ladoras de fluxo, escape rápido.1.0, 2.0... Elementos de trabalho. Ex.: atuadores lineares ou rotati-vos, (motores pneumáticos, osci-ladores, atuadores lineares).


Seção 10Elaboração de esque-mas de comando

Sequência de movi-mentos

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

Movimentação de um circuito como exemplo

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

Figura 50 – Representação em Sequência Cronológica


Acompanhe a sequência de movimentos possíveis de um circuito.

O cilindro A avança e eleva os pacotes;O cilindro B empurra os pacotes sobre o segundo transportador;O cilindro A desce;O cilindro B retrocede.

Representação abreviada em sequência algébrica

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

Representação gráfica em diagrama de trajeto e pas-so

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


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

Figura 51 – Representação Gráfica em Diagrama de Trajeto e Passo

Representação gráfica em diagrama de trajeto e tem-po

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

Figura 52 – Representação Gráfica em Diagrama de Trajeto e Tempo

Passo: Variação do estado de qualquer unidade construti-va.


Tipos de esquemas

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

Esquemas de comando de posição

Os elementos, aqui, são desenhados na posição, conforme serão instala-dos nas máquinas e equipamentos.

Figura 53 – Circuito Pneumático

Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009).

Esquema de comando de sistema

Este tipo de esquema está baseado em uma ordenação. Os símbolos são desenhados na horizontal e divididos em cadeias de comandos individu-ais. Os elementos fins de curso são representados por traços.


Figura 54 – Circuito Pneumático


Seção 11Tecnologia do vácuo

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

Figura 55 – Princípio de Geração do Vácuo

Fonte: Parker ( 1998, p. 7).

Aplicações do vácuo

As aplicações do vácuo na indústria são limitadas, apenas, pela criativi-dade e pelo custo. As mais comuns envolvem o levantamento e deslo-camento de peças e materiais, como os exemplos mostrados a seguir:

A palavra vácuo, originária do latim vacuus, signifi-

ca vazio. Entretanto, podemos definir, tecnicamente, que um sistema se encontra em vácuo quando está submetido a uma pressão inferior à pressão at-mosférica.


Figura 56 – Aplicações do Vácuo


Aplicações do vácuo (PARKER, 1998):

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

silicone); ▪ operações que requerem condições de higiene; (abertura de embala-

gens); ▪ movimentação de peças muito pequenas, como, por exemplo, . com-

ponentes eletrônicos; ▪ movimentação de materiais com superfícies lisas (chapas de vidro).

No projeto de um sistema de vácuo é importante definir, corretamente, o desempenho do sistema e suas características para, então, selecionar a instalação mais adequada.Considerar os seguintes fatores:

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

Seleção de componentes para uma instalação de vácuo em geral:

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

▪ tubos ou mangueiras; ▪ conjunto mecânico com o

suporte das ventosas, dispositivos de montagem acessórios.

Ventosas

As duas formas mais comuns usa-das para fixação e levantamento de materiais ou peças são:

▪ sistema mecânico através, por exemplo, de garras; ▪ por meio do vácuo, utilizan-

do-se ventosas.

As vantagens do sistema mecâni-co incluem: a facilidade na deter-minação da força necessária para sustentação e o fato de que área a ser comprimida é, relativamen-te, pequena. Como desvantagens, temos: a peça que está sendo fixa-da pode ser danificada se a garra não estiver corretamente dimen-sionada, se as dimensões da peça variarem ou se ela for frágil. Te-mos, ainda, que os sistemas me-cânicos quase sempre apresentam alto custo de aquisição, instalação e manutenção.A grande vantagem das ventosas, como sistemas de movimentação, é que elas não danificam as peças. Outras vantagens que podem ser mencionadas são: o baixo custo, manutenção simples, bem como, a velocidade de operação. As ven-tosas podem ser projetadas em diversas formas, dependendo de sua aplicação, entretanto, generi-camente, podemos classificá-las em 3 tipos principais. Veja:


Ventosa padrão

O tipo mais comum, para uso em superfícies planas ou ligeiramente curvas. As ventosas padrão po-dem ser produzidas com diferen-tes formas. Em função de suas aplicações, as características que podem variar são: tamanho, mate-rial, abas duplas para vedação, lu-vas de atrito, molas de reforço etc.

Figura 57 – Ventosa Padrão


Ventosa com fole

Este tipo de ventosa destina-se, principalmente, à aplicações que requerem ajuste para diferentes alturas/níveis. As ventosas com fole podem ser usadas em siste-mas de levantamento de peças com diversos planos e diferentes formas, como, por exemplo, cha-pas corrugadas. Elas, também, dão certo grau de flexibilidade ao sistema, que pode ser utiliza-do para separar películas finas. As ventosas com fole podem ser de fole simples ou duplo. A ventosa com fole não é adequa-da para movimentação de superfí-cies verticais.

Figura 58 – Ventosa com Fole


Caixa de sucção

Este tipo de ventosa pode ser oval, quadrada ou retangular, de-pendendo da forma da peça a ser movimentada.

Figura 59 – Caixa de Sucção



Geradores de vácuo

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

Figura 60 – Geradores de Vácuo


O efeito Venturi

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

Figura 61 – Efeito Venturi



Comparação entre geradores, ventiladores e bombas de deslocamento positivo

Gerador pneumático Ventilador

Bomba de

deslocamento

positivo

▪ Baixo custo de aqui-sição

▪ Respostas rápidas

▪ Pouco peso e dimen-sões reduzidas (facilitam a instalação)

▪ Montagem sobre ou próximo a ventosa reduz o volume de vácuo e o consumo de energia

▪ Alto nível de ruído

▪ Custo de operação re-lativamente alto, se usa-do em serviço contínuo

▪ Baixo custo de aqui-sição

▪ Alta capacidade de sucção (importante quando o material a ser deslocado, apresenta alta permeabilidade ao ar)

▪ Alto nível de ruído

▪ Baixo nível de vácuo

▪ Baixo custo de operação

▪ Baixo nível de ruído

▪ Alto custo de aquisição

▪ Alto custo de manutenção

Quadro 2 – Comparação entre as Fontes de Vácuo


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

Unidade de estudo 5

Seções de estudo

Seção 1 – Fluidos hidráulicos Seção 2 – ReservatórioSeção 3 – Bombas hidráulicasSeção 4 – Filtros para sistemas hidráulicosSeção 5 – Válvulas direcionaisSeção 6 – AtuadoresSeção 7 – Válvulas de bloqueioSeção 8 – Válvulas reguladoras de vazãoSeção 9 – Válvulas reguladoras de pressãoSeção 10 – Elemento lógicoSeção 11 – Trocador de calorSeção 12 – AcumuladoresSeção 13 – Intensificador de pressãoSeção 14 – Instrumentos de medição e controle



Seção 1 Fluidos hidráulicos

Um sistema hidráulico independente do trabalho que irá realizar é com-posto dos seguintes grupos:

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

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

Figura 63 – Sistema HidráulicoFonte: Software Automation Studio 5.6

(2009).

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


Figura 64 – Fluidos Hidráulicos


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

Tipos de fluidos e suas características:

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


Informações gerais

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

laram que 10% do óleo “velho” deixado no interior do sistema reduz 70% das qualidades do óleo novo; ▪ Não utilizar método de somente completar o nível; ▪ Quando o fluido hidráulico ficar parado, pelo período aproximado

de dois meses após ter sido usado, convém substituí-lo; ▪ O tipo de óleo, bem como o período da troca, são recomendados

pelo fabricante; ▪ Para determinar, precisamente, as condições de um fluido (grau de

oxidação e quantidade de contaminantes) devem ser realizados testes de laboratório; ▪ Guarde o óleo, sempre, em recipientes limpos e protegidos contra as

intempéries; ▪ Mantenha as tampas dos recipientes hermeticamente fechadas.

Aditivos

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

Viscosidade

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

Métodos para definição da viscosidade

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


▪ Viscosímetro de Saybolt

Figura 66 – Viscosímetro de Saybolt


▪ Número SAE

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

▪ Viscosidade ISO VG

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


ISO standard 3448

ASTM D-2422

Ponto médio de

viscosidade

cSt

Viscosidade cinemática, cStEquivalência

aproximada

SUSmínimo máximo

ISO VG 2 2,2 1,98 2,42 32

ISO VG 3 3,3 2,88 3,52 36

ISO VG 5 4,6 4,14 5,06 40

ISO VG 7 6,8 6,12 7,48 50

ISO VG 10 10 9,00 11,0 60

ISO VG 15 15 13,5 16,5 75

ISO VG 22 22 19,8 24,2 105

ISO VG 32 32 28,8 35,2 150

ISO VG 46 46 41,4 50,6 215

ISO VG 68 68 61,2 74,8 315

ISO VG 100 100 90,0 110 465

ISO VG 150 150 135 165 700

ISO VG 220 220 198 242 1000

ISO VG 320 320 288 352 1500

ISO VG 460 460 414 506 2150

ISO VG 680 680 612 748 3150

ISO VG 1000 1000 900 1100 4650

ISO VG 1500 1500 1350 1650 7000

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

▪ Índice de viscosidade – IV

O índice de viscosidade é uma medida relativa da mudança de viscosi-dade de um fluido como consequência das variações de temperatura. Um fluido que tem uma viscosidade relativamente estável, a temperatu-ras extremas, tem um alto índice de viscosidade (IV). Um fluido que é espesso quando frio e fino quando quente, tem um baixo IV. A tabela abaixo mostra uma comparação entre um fluido de IV 50 e um de IV 90:

Comparação das viscosidades em 3 temperaturas:

IV (-17ºC) 0º F (37ºC) 100ºF (100ºC) 210ºF

50 12.000 SUS 150 SUS 41 SUS

90 8.000 SUS 150 SUS 43 SUS

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


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

Seção 2Reservatório

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

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

No reservatório, encontraremos a tampa de inspeção, bocal de en-chimento, respiro, visor de nível e, no seu interior, a placa defletora (chicana) que tem a função de re-duzir a turbulência e evitar que o fluido de retorno seja succionado sem antes ter circulado pelo reser-vatório para trocar calor e decan-tar impurezas.

Os reservatórios podem ser:

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

▪ pressurizado: quando a pressão no interior do mesmo for maior que a pressão atmosférica.


Simbologia

Reservatório aberto

Reservatório pressurizado

Seção 3Bombas hidráulicas

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

Bomba de deslocamento não positivo

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

Fluxo Radial - Centrífuga Fluxo Axial - Hélice Fluxo Misto - Turbina

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

Características das bombas hidráulicas

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


▪ apresentam menores vibra-ções; ▪ trabalham com fluidos conta-

minados; ▪ baixo poder de sucção; ▪ necessidade da retirada do ar

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

vazões e elevadas pressões.

Bombas de desloca-mento positivo

Nestas, existe vedação entre a entrada e a saída; teoricamente, fornecem vazão independente da pressão. Basicamente, possuem três tipos construtivos:, engrena-gens, palhetas e pistões.

Bomba de engrena-gem

Com o desengrenamento das en-grenagens, o fluido é conduzido da entrada para a saída, nos vãos formados pelos dentes das engre-nagens e as paredes internas da carcaça da bomba. Com o reen-grenamento, o fluido é forçado para a saída.

Figura 69 – Bomba de Engrenagem


Características das bombas de deslocamento positi-vo

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

Simbologia

Bomba de deslocamento fixo unidirecional.

Bomba de palhetas

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


Bomba de palhetas de vazão variável com compensação de pressão

Figura 70 – Bomba de Palheta


Características das bombas de palhetas

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

kgf/cm² - bombas vazão variável; ▪ Montagem múltipla e simples; ▪ Possuem controle de vazão e pressão; ▪ Baixo custo e pouca tolerância às impurezas; ▪ Pouco ruidosa e vazão uniforme.

Simbologia

Bomba de deslocamento fixo unidirecional.Bomba de deslocamento variável unidirecional com

compensação de pressão.

Bombas de pistões

Estas bombas geram uma ação de bombeamento, devido ao desloca-mento de pistões no interior de um tambor cilíndrico.


Bombas de pistões de eixo inclinado

Figura 71 – Bomba de Pistões


Bombas de pistões de placa inclinada

Figura 72 – Bomba de Pistões


Características das bombas de pistões de placa inclinada

▪ Rendimento que gira em torno de 95%; ▪ Deslocamento típico 500

cm3/r; ▪ Alta eficiência total. Podem

ser de vazão fixa ou variável; ▪ São as que menos toleram

impurezas; ▪ Pressão típica 700 bar; ▪ Possibilidade de montagem

múltipla. Compacta.

Simbologia

Bomba de

deslocamento fixo

unidirecional.

Bomba de deslocamento

variável unidirecional

com compensação de

pressão.

Bomba de

deslocamento

variável

bidirecional com

compensação de

pressão.

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

Cavitação

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

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

Aeração

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

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


Bombas em série

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

Figura 73 - Bombas em Paralelo

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

Seção 4Filtros para sistemas hidráulicos

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

Figura 74 – Filtros para Sistemas Hidráulicos


Visibilidade da contaminação

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


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

Tipos de filtros

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

▪ Filtro de pressão - 0,1 a 20 mícron são filtros montados antes de alguns componentes que requeiram um grau de filtragem mais apurado como: servo-válvulas, motores de pistões axiais, válvulas proporcionais, entre outros.


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

Folga típica de componentes hidráulicos

Componente Mícrons

Rolamentos antifricção de rolos e esferas 0,5Bomba de palheta 0,5-1

Bomba de engrenagem (engrenagem com a tampa) 0,5-5

Servo válvulas (carretel com a luva) 1-4

Rolamentos hidrostáticos 1-25

Rolamentos de pistão (pistão com camisa) 5-40

Servo-válvulas 18-63

Atuadores 50-250

Orifício de servo-válvula 130-450

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

Razão beta

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


Razão Beta = nº de partículas do lado não filtrado

nº de partículas do lado filtrado

Exemplo:

51000050000

==Β

Eficiência = 100)11( xΒ

−

Eficiência = %80100)511( =− x

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

Indicadores de impurezas

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

Sinal Elétrico Indicador Óptico

Figura 76 – Indicadores de ImpurezasFonte: Festo Didactic (2001, p. 80).

Seção 5Válvulas direcionais

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


Figura 77 – Válvulas Direcionais

Fonte: Parker. (2008, 71).

▪ Válvula direcional 4/3 vias acionada por solenóide, centrada por molas, com centro fechado. ▪ Número de posições: identificamos pelo número de quadrados da

simbologia e devemos saber que, para ser uma válvula direcional, deve ter, no mínimo, duas posições.

Número de vias: corresponde ao número de cone-xões úteis que uma determinada válvula possui


Tipos de acionamentos: manual ou automático

Tipos de centro: aberto ou fechado

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

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

Para facilitar a instalação, as vál-vulas direcionais são, normalmen-te, montadas em placas e, estas, conectadas às tubulações. Segue, abaixo, as configurações padroni-zadas de furações.


Figura 79 – Configurações Padronizadas de FuraçõesFonte: Parker (2008, p. 72).

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

Solenóides

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

O solenóide é constituído, ba-sicamente, de um núcleo fixo, um núcleo móvel, mola de re-torno e bobina. Quando o so-lenóide está desenergizado o núcleo móvel é mantido, atra-vés da ação de uma mola de re-torno, afastado do núcleo fixo.


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

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

Figura 82 – Válvula Direcional Hidráuli-ca com Acionamento Direto (acionada)Fonte: Rexroth (2005, p. 168).

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

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

Figura 83 – Solenóide em Banho de Óleo e a Seco


Para eliminar este problema, outra concepção de solenóide foi desenvol-vida, denominado solenóide em banho de óleo. Nesta concepção, o pino de acionamento e o núcleo móvel estão imersos no fluido hidráulico que circula através da válvula, estando bobina e núcleo fixos, isolados do fluido hidráulico, atravwés de um tubo aparafusado no corpo da válvula. Com esta concepção, é permitido um escoamento contínuo do fluido hidráulico em torno do núcleo móvel, melhorando a dissipação do calor gerado na bobina.

Válvula direcional hidráulica pré-operada

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

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


Seção 6Atuadores

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

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

Amortecimento de fim de cursoO amortecimento consiste de coxins* junto ao êmbolo que, ao chega-rem próximo do fim do curso, encontrarão uma câmara reduzida, associado a uma válvula de estrangulamento para a regulagem.

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


Simbologia dos atuadores lineares

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

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

Atuador rotativo de pinhão e cre-malheira (oscilador hidráulico): são usados para transmitir mo-vimento rotativo alternado, com ângulo de rotação limitado.

Figura 89 – Oscilador

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

Simbologia

oscilador

hidráulico.

Seção 7Válvulas de bloqueio

São, também, chamadas válvula de retenção e bloqueiam a passa-gem do fluxo em um sentido, per-mitindo fluxo reverso livre.

▪ Válvula de retenção sim-ples: permite o fluxo em uma direção.

Figura 87 – Simbologia dos Atuadores LinearesFonte: SAGGIN (2004, p. 50).

Atuador rotativo de palhetas (motor hidráulico)

Figura 88 – Atuador Rotativo de PalhetasFonte:Rexroth, (2005, p. 68).

Simbologia

Atuador

rotativo


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

▪ Válvula de retenção pilotada: permite o fluxo em uma direção, sendo que, na direção contrária, só existirá fluxo quando o êmbolo de pilotagem receber pressão e abrir a válvula principal.

Figura 91 – Retenção Pilotada



▪ Válvula de retenção pilotada geminada

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

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


Figura 93 – Válvula de Pré-Enchimento ou de Sucção

Fonte: Rexroth (2005, p. 158).

Seção 8Válvulas reguladoras de vazão

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

Válvula reguladora de vazão unidirecional

Controlam a vazão em um sen-tido, permitindo o fluxo reverso livre.


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

Válvula reguladora de vazão com compensação de pressão.

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

Figura 95 – Reguladora de Vazão Unidirecional com Compensação de Pressão


Métodos de controle

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

▪ Controle na saída (meter out) - controla o fluxo que sai do atuador. É usado onde a carga tende a fugir do atuador ou deslocar-se na mesma direção deste.

▪ Controle em desvio (bleed off) - a válvula é instalada na linha de pressão através de um “T” e a velocidade é controlada desviando-se parte do fluxo da bomba ao tanque.


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

Seção 9Válvulas reguladoras de Pressão

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

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

Válvula reguladora de pressão de ação direta

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


Válvula reguladora de pressão de ação indireta

Figura 97 – Válvula Reguladora de Pressão de Ação Indireta


Válvula redutora de pressão de ação indireta

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


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

A

B

Y

A

B

Y

A BS1

P T

S2

M

Figura 99 – Exemplo de Aplicação


Seção 10Elemento Lógico

É um elemento versátil, pois pode ser usado como:

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

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

Características

Não apresenta vazamentos, pos-sui rapidez nas respostas, pode trabalhar lentamente, possui co-mandos suaves, é versátil e possui vários tamanhos.

Exemplos de aplicação:

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


Figura 101 – Exemplos de Aplicação


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

Figura 102 – Elemento Lógico como Válvula Reguladora de VazãoFonte: Parker (2008, p. 148).

Válvula reguladora de vazão

Figura 103 – Exemplos de AplicaçãoFonte: Software Automation Studio 5.6 (2009).

Válvula reguladora de pressão

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

Válvula reguladora de pressão com despressuri-zarão por solenóide

Figura 105 – Elemento Lógico como Válvula Reguladora de PressãoFonte: Parker (2008, p. 149).


Exemplo de aplicação

Figura 106 – Exemplo de Aplicação


Sequência de funcionamento elétrico:

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

Figura 107 – Elemento Lógico como Válvula Reguladora de Vazão


Seção 11Trocador de calor

Os sistemas hidráulicos se aque-cem devido ao escoamento de óleo, pressão, entre outros fatores. Se o reservatório não for suficien-te para manter o fluido à tempera-tura normal de trabalho, ocorrerá um superaquecimento. Para evitar isso, são utilizados resfriadores ou trocadores de calor. Os modelos mais comuns são ar-óleo e água-óleo. Veja!


Trocador de calor ar-óleo

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

Simbologia

Figura 109 – Trocador de calor água-óleo

Figura 110 – Trocador de Calor Água-ÓleoFonte: SAGGIN (2004, p. 54).

Simbologia

Seção 12Acumuladores

Os acumuladores armazenam certo volume de fluido sob pres-são para fornecê-lo ao sistema, quando necessário e podem cum-prir as seguintes funções:

▪ como equipamento auxiliar de emergência; ▪ como amortecedor de panca-

das hidráulicas; ▪ para aumentar a velocidade de

um atuador; entre outras.

Figura 111 – Acumuladores

Fonte: Adaptado de Parker (2008, p.

137).

Existem acumuladores de peso, de mola, de pistão, de membrana e de bexiga. Dentre os tipos ci-tados, os de peso e de mola são pouco aplicáveis na indústria. Os mais aplicáveis são os que utili-zam o gás nitrogênio. O nitrogê-nio é utilizado, devido às suas ca-racterísticas de estabilidade com relação à pressão, ser inerte, não oferecer perigo de explosão e não atacar os diversos tipos de elastô-meros.

Quando há necessidade de acu-mular grandes quantidades de óleo, de 15 a 80 litros, utilizam-se acumuladores de êmbolo. Para volumes menores, de 1 a 30 litros, utilizam-se acumuladores flexíveis ou elásticos, de membrana ou be-xiga. Estes acumuladores se ca-racterizam por possuírem estan-queidade absoluta.


Figura 112 – Acumuladores de Pistão, Bexiga e MembranaFonte: SAGGIN (2004, p. 56).

Simbologia

Acumulador à

gás (símbolo

geral)

Acumulador

de pistão

Acumulador

de

membrana

Acumulador

de bexiga

Exemplo de circuito com aplicação de acumulador hidráulico

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

Seção 13Intensificador de pressão

Os intensificadores de pressão (boosters) são dispositivos que con-vertem fluído à baixa pressão em fluido à alta pressão, isto é, inten-sificam a pressão de um sistema hidráulico.


Figura 114 Intensificadores de PressãoFonte: SAGGIN (2004, p. 58).

Seção 14Instrumentos de medição e controle

São acessórios usados para avaliar e/ou controlar o rendimento dos sis-temas hidráulicos (pressão, temperatura, nível vácuo, vazão, entre ou-tros). Os principais instrumentos empregados na hidráulica são:

Manômetros

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

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

Pressostatos

São elementos que convertem sinal de pressão em sinal elétri-co. São muito usados no moni-toramento de pressão máxima e mínima, em sistemas industriais hidráulicos. Também, são utiliza-dos para a emissão de sinais nos processos de automação, quando a grandeza medida for pressão. Atualmente, os mais comuns são os pressostatos mecânicos e os eletrônicos.


Figura 116 – Pressostatos

Fonte: Rexroth (2005, p. 263).

Transdutores eletrôni-cos de pressão

São dispositivos que geram um sinal elétrico analógico, propor-cional ao valor da pressão à que são submetidos. Este dispositivo vem sendo, largamente, utilizado em aplicações como monitoração e/ou controle de processos en-volvendo pressão, forças de cilin-dros, nível de líquidos etc. O sinal de saída gerado pelo transmissor pode ser em corrente e/ou em tensão.

Figura 117 – Transmissor de Pressão


Indicadores e controladores de nível e temperatura

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

Figura 118 – Indicadores e Controladores de Nível e Temperatura



Finalizando

Em muitas situações, os sistemas hidráulicos e pneumáticos são subutilizados ou utilizados de forma incorreta, pela falta de informações claras e objetivas que proporcionem, aos técnicos, o acesso aos conhecimentos, permitindo a otimização do potencial das máquinas e equipa-mentos em geral.

Com o material apresentado, acreditamos ter alcançado o objetivo proposto, pois, com os conhecimentos de hidráulica e pneumática apresentados, você estará preparado para desen-volver circuitos industriais com embasamento teórico e prático.

Bons estudos!

Referências


▪ COEL. Contador digital de impulso HCW1840. 2010. Disponível em: <http://www.coel.com.br/produtos.asp>. Acesso em: 08 mar. 2010.

▪ FAMIC Automation Studio 2009. Version 5.6: Famic Technologies Inc, 2009. 1. CD-ROM.

▪ FARGON. Rede de distribuição de ar. 2010. Disponível em: <http://www.fargon.com.br/catalogos/manual_tratamento_ar.pdf>. Acesso em: 08 mar. 2010.

▪ FESTO DIDACTIC. Introdução a sistemas eletropneumáticos e eletro-hiráulicos. São Paulo: Festo Didactic, 2001. 162 p.

▪ ______. Introdução à hidráulica proporcional. São Paulo: Festo Didactic, 1986. 206 p.

▪ HOWDEN. Figure 1: Unidade integrada de compressor de parafusos. 2010. Disponível em: <http://www.howden.com/pt/Library/HowThingsWork/Compressors/ScrewCom-pressor.htm>. Acesso em: 10 jan. 2010.

▪ METALTEX. Relé. 2009. Disponível em: <http://www.metaltex.com.br/downloads/OP.pdf>. Acesso em: 20 dez. 2009.

▪ ______. Chaves de fim de curso FM7121. 2010. Disponível em: <http://www.metal-tex.com.br/downloads/FM7.pdf>. Acesso em: 08 mar. 2010.

▪ PARKER. Hidráulica industrial: Apostila M 2001. Elyria, 2008. 232p.

▪ ______. Componentes para o vácuo: Catálogo 1111 BR 1998. Elyria, 1998.

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

▪ REXROTH HIDRAÚLICA. Treinamento hidráulico. Diadema-SP: GrafiK Design, 2005. 278 p. (Volume 1).

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

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

▪ ______. Pneumática e técnicas de comando. Florianópolis: SENAI/SC, 2004. 100 p.

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

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

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

Anexo


Anexo 1 – Simbologia dos Elementos Pneumáticos

Símbolos gráficos mais utilizados para componentes de sistemas pneumáticos segundo norma ISO 1219-1.

Linhas de fluxo

Linha de trabalho e retorno

Linha de pilotagem

Indicação de conjunto de funções ou

componentes

Mangueira flexível

União de linhas

Linhas cruzadas e não conectadas

Possibilidade de regulagem (Inclinação

à 45°)

Direção do fluxo

Fluxo pneumático

Sentido de rotação

Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009)


Fontes de energia

Motor elétrico

Motor térmico


Acoplamentos

Acoplamento

Acoplamento com proteção

Fonte : Software Automation Studio 5.6 (2009)

Compressores

Compressor de deslocamento fixo unidirecional


Condicionadores de energia

Filtro

Separador com dreno manual

Separador com dreno automático

Filtro com separador e dreno manual

Desumidificador de ar

Lubrificador

Reservatório de ar



Válvulas direcionais

3/2 vias

4/3 vias


Métodos de acionamento

Detente ou trava

Manual

Mecânico (rolete)

Pedal

Alavanca

Botão

Mola

Solenóide

Piloto

Duplo acionamento



Conversores rotativos de energia

Motor de deslocamento fixo bidirecional

Osciladores


Conversores lineares de energia

Simples ação ou simples efeito

Dupla ação ou duplo efeito

Haste dupla

Com amortecimento regulável


Válvulas controladoras de vazão

Orifício fixo

Orifício variável

Orifício variável com retorno livre (by pass)




Simples

Válvula alternadora (elemento OU).

Válvula seletora (elemento E).



Alívio ou segurança

Redutora de pressão


Instrumentos e acessórios

Manômetro

Vacuômetro

Termômetro

Medidor de vazão (rotâmetro)

Filtro

Registro fechado

Registro aberto



Anexo 2 - Simbologia dos Elementos Hidráulicos

Símbolos gráficos mais utilizados para componentes de sistemas hidráulicos (conforme nor-ma ISO 1219).

Linhas de fluxo

Linha de trabalho e retorno

Linha de pilotagem (x)

Linha de dreno (y)

Mangueira flexível

União de linhas

Linhas cruzadas e não conectadas

Possibilidade de regulagem (Inclinação à 45°)

Direção do fluxo

Fluxo hidráulico

Sentido de rotação


Fontes de energia/acoplamento

Motor elétrico

Motor térmico

Acoplamento

Acoplamento com proteção



Válvulas direcionais

Válvula direcional 3/2 vias

Válvula direcional 4/3 vias

Válvula direcional proporcional 4/3 vias'


Métodos de acionamento

Detente ou trava

Manual

Mecânico (rolete)

Pedal

Alavanca

Botão

Mola

Solenóide convencional

Solenóide proporcional

Piloto

Duplo acionamento



Válvulas controladoras de vazão

Orifício fixo

Orifício variável

Orifício variável com retorno livre (by pass)

Com compensação de temperatura e pressão



Simples

Pilotada



Ação direta Ação indireta

Reguladora de pressão

(alívio)

Sequência

Redutora de pressão



Reservatório

Aberto à atmosfera

Pressurizado

Acumulador à gás (símbolo genérico)


Bombas

Bomba de deslocamento fixo unidirecional

Bomba de deslocamento variável unidirecional

com compensação de pressão

Bomba de deslocamento fixo bidirecional

Bomba de deslocamento variável bidirecional

com compensação de pressão



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

Motor de deslocamento fixo unidirecional

Osciladores


Atuadores lineares

Atuador linear de simples ação ou simples efeito

Atuador linear de dupla ação ou duplo efeito

Atuador linear de haste dupla

Com amortecimento regulável

Cilindro telescópio



Instrumentos e acessórios

Manômetro

Vacuômetro

Termômetro

Medidor de vazão (rotâmetro)

Pressostato

Transdutor de pressão

Termostato

Fluxostato

Visor ou indicador de nível

Filtro

Bocal de enchimento com filtro

Válvula de bloqueio


Comandos hidráulicos e pneumáticos

Education

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