Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos Marcelo Salamoni de Araújo Marcelo Salamoni de Araújo GRUPO SER EDUCACIONAL gente criando o futuro A f nalidade deste módulo é trazer elementos que possibilitem a compreensão das características físicas dos f uidos hidráulicos e sua aplicabilidade através dos diver sos elementos de trabalho e comando em sistemas hidráulicos de controle de força e movimento para processos industriais A apresentação dos elementos que compõem um sistema hidráulico sejam as bom bas hidráulicas atuadores motores ou os elementos de trabalho e comando de um sistema contribuirá como suporte necessário à escolha e dimensionamento de com ponentes de um projeto de sistema hidráulico seja em máquinas ou ferramentas uti lizados pelos mais diversos setores produtivos Na indústria se buscam novas tecnologias para os sistemas de produção substituin do as tarefas humanas minimizando a quantidade de falhas no processo produtivo e aumentando a uniformidade da produção Constatase um aumento progressivo nos avanços tecnológicos embarcados em máquinas melhorando o desempenho de rea lizar tarefas cada vez mais específ cas Atualmente os processos compostos por sis temas hidráulicos e pneumáticos são indispensáveis como métodos de transmissão de energia Entendese por sistemas hidráulicos e pneumáticos o controle de força e movimento por meio de f uidos Com a automação dos processos industriais a hidráulica e a pneumática ganham im portância cada vez maior pois grande parte do maquinário é parcial ou integralmente comandada por estes sistemas Sistemas hidrauliscosindd 13 27082019 163125 Ser Educacional 2019 Rua Treze de Maio nº 254 Santo Amaro RecifePE CEP 50100160 Todos os gráficos tabelas e esquemas são creditados à autoria salvo quando indicada a referência Informamos que é de inteira responsabilidade da autoria a emissão de conceitos Nenhuma parte desta publicação poderá ser reproduzida por qualquer meio ou forma sem autorização A violação dos direitos autorais é crime estabelecido pela Lei nº 961098 e punido pelo artigo 184 do Código Penal Imagens de íconescapa Shutterstock Presidente do Conselho de Administração Diretorpresidente Diretoria Executiva de Ensino Diretoria Executiva de Serviços Corporativos Diretoria de Ensino a Distância Autoria Projeto Gráfico e Capa Janguiê Diniz Jânyo Diniz Adriano Azevedo Joaldo Diniz Enzo Moreira Marcelo Salamoni de Araújo DP Content DADOS DO FORNECEDOR Análise de Qualidade Edição de Texto Design Instrucional Edição de Arte Diagramação Design Gráfico e Revisão SERCASHIPNEUNID1V1indd 2 15082019 165824 Boxes ASSISTA Indicação de filmes vídeos ou similares que trazem informações comple mentares ou aprofundadas sobre o conteúdo estudado CITANDO Dados essenciais e pertinentes sobre a vida de uma determinada pessoa relevante para o estudo do conteúdo abordado CONTEXTUALIZANDO Dados que retratam onde e quando aconteceu determinado fato demonstrase a situação histórica do assunto CURIOSIDADE Informação que revela algo desconhecido e interessante sobre o assunto tratado DICA Um detalhe específico da informação um breve conselho um alerta uma informação privilegiada sobre o conteúdo trabalhado EXEMPLIFICANDO Informação que retrata de forma objetiva determinado assunto EXPLICANDO Explicação elucidação sobre uma palavra ou expressão específica da área de conhecimento trabalhada SERCASHIPNEUNID1V1indd 3 15082019 165824 Unidade 1 Hidráulica Objetivos da unidade 13 Introdução à hidráulica 14 Apresentação da hidráulica 14 Conceitos fundamentais da hidráulica 15 Características gerais dos sistemas hidráulicos 28 Constituição básica 28 Características 29 Áreas de aplicação 30 Fluidos hidráulicos30 Requisitos 30 Viscosidade 31 Características importantes 32 Bombas e motores hidráulicos 34 Apresentação da bomba hidráulica 34 Parâmetros e tipos de bombas hidráulicas 35 Motores hidráulicos 37 Válvulas de controle hidráulico 38 Tipos 38 Sintetizando 41 Referências bibliográficas 42 Sumário SERCASHIPNEUNID1V1indd 4 15082019 165824 Sumário Unidade 2 Hidráulica e pneumática Objetivos da unidade 44 Elementos hidráulicos de potência 45 Bombas hidráulicas 45 Atuadores hidráulicos 50 Técnicas de comando hidráulico e aplicações a circuítos básicos 55 Hierarquia de elementos 56 Diagrama trajetopasso 56 Identificação de sequência de movimentos 57 Identificação dos elementos de um circuito hidráulico 58 Circuitos hidráulicos básicos 59 Introdução à pneumática 63 Comportamento do ar comprimido 64 Arquitetura dos sistemas pneumáticos 66 Características dos sistemas pneumáticos 69 Sintetizando 71 Referências bibliográficas 72 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 5 SERCASHIPNEUNID1V1indd 5 15082019 165824 Sumário Unidade 3 Ar comprimido e compressores Objetivos da unidade 74 Geração de ar comprimido 75 Conceitos básicos de ar comprimido 75 Tipos de compressor 77 Simbologia de compressores 83 Regulagem de compressores 84 Tratamento do ar comprimido 85 Instalação de estação de ar comprimido 94 Especificação de compressores 96 Distribuição de ar comprimido 97 Sistema de distribuição de ar comprimido 97 Configurações de redes de distribuição de ar 98 Componentes da rede de distribuição de ar comprimido 100 Sintetizando 102 Referências bibliográficas 103 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 6 SERCASHIPNEUNID1V1indd 6 15082019 165824 Sumário Unidade 4 Distribuição de ar comprimido sistemas pneumáticos e eletropneumáticos Objetivos da unidade 105 Dimensionamento de redes de distribuição de ar comprimido 106 Arquitetura das redes de distribuição 106 Elementos de redes de distribuição 108 Dimensionamento de tubulações 109 Controles pneumáticos113 Tipos e representação gráfica de elementos de controle pneumáticos 113 Dimensionamento de válvulas 122 Atuadores pneumáticos 123 Tipos e representação gráfica de elementos atuadores 123 Dimensionamento de atuadores pneumáticos 124 Circuitos pneumáticos básicos 125 Circuitos básicos de movimento de um atuador de ação simples 126 Circuitos básicos de movimento de um atuador de ação dupla 131 Comandos sequenciais 134 Dispositivos eletrohidráulicos e eletropneumáticos 139 Tipos de dispositivos 139 Circuitos básicos com acionamento elétrico 140 Sintetizando 143 Referências bibliográficas 144 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 7 SERCASHIPNEUNID1V1indd 7 15082019 165824 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 8 SERCASHIPNEUNID1V1indd 8 15082019 165824 A fi nalidade deste módulo é trazer elementos que possibilitem a compreen são das características físicas dos fl uidos hidráulicos e sua aplicabilidade atra vés dos diversos elementos de trabalho e comando em sistemas hidráulicos de controle de força e movimento para processos industriais Na indústria constatase um aumento progressivo nos avanços tecnológi cos embarcados em máquinas melhorando o desempenho de realizar tarefas cada vez mais específi cas Atualmente os processos compostos por sistemas hidráulicos são indispensáveis como método de transmissão de energia e vêm se destacando e ganhando espaço nos mais variados segmentos do mercado sendo a hidráulica industrial e móbil as que apresentam o maior crescimento O estudo sobre o comportamento dos fl uidos hidráulicos seus requisitos e características assim como as grandezas físicas pressão força trabalho ener gia entre outras é de fundamental importância para o desenvolvimento de máquinas e ferramentas que garantam a efi ciência no controle dos processos industriais A apresentação dos elementos que compõem um sistema hidráulico se jam as bombas hidráulicas atuadores motores ou os elementos de trabalho e comando de um sistema contribuirá como suporte necessário à escolha e di mensionamento de componentes de um projeto de sistema hidráulico seja em máquinas ou ferramentas utilizados pelos mais diversos setores produtivos Na indústria se buscam novas tecnolo gias para os sistemas de produção substi tuindo as tarefas humanas minimizando a quantidade de falhas no processo pro dutivo e aumentando a uniformidade da produção Constatase um aumento pro gressivo nos avanços tecnológicos embar SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 9 Apresentação SERCASHIPNEUNID1V1indd 9 15082019 165824 cados em máquinas melhorando o desempenho de realizar tarefas cada vez mais específicas Atualmente os processos compostos por sistemas hidráuli cos e pneumáticos são indispensáveis como métodos de transmissão de ener gia Entendese por sistemas hidráulicos e pneumáticos o controle de força e movimento por meio de fluidos Com a automação dos processos industriais a hidráulica e a pneumática ganham importância cada vez maior pois grande parte do maquinário é parcial ou integralmente comandada por estes sistemas SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 10 SERCASHIPNEUNID1V1indd 10 15082019 165824 Dedico este trabalho aos profi ssionais de ensino das mais diversas épocas e instituições com os quais tive o privilégio de aprender e que hoje me qualifi cam para exercer minha atividade com profi ssionalismo e competência O Professor Marcelo Salamoni de Araújo tem formação como Técnico em Eletrônica pelo Liceu de Artes e Ofícios de São Paulo 1985 É graduado em Tec nologia em Automação Industrial 2014 e possui diversos cursos específi cos na área de Automação e Controle de Pro cessos Industriais Atualmente ocupa o cargo de professor em cursos técnicos de Eletrônica e Eletrotécnica além de ser o responsável técnico em Elétrica Eletrônica e Automação em empresas de soluções e desenvolvimento de má quinas e melhoria de processos indus triais Currículo Lattes httplattescnpqbr7957414085817626 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 11 O autor SERCASHIPNEUNID1V1indd 11 15082019 165825 HIDRÁULICA 1 UNIDADE SERCASHIPNEUNID1V1indd 12 15082019 165835 Objetivos da unidade Tópicos de estudo Apresentação de sistemas hidráulicos Características gerais de sistemas e fluidos hidráulicos Elementos dos sistemas hidráulicos Introdução à hidráulica Apresentação da hidráulica Conceitos fundamentais da hidráulica Características gerais dos siste mas hidráulicos Constituição básica Características Áreas de aplicação Fluidos hidráulicos Requisitos Viscosidade Características importantes Bombas e motores hidráulicos Apresentação da bomba hidráulica Parâmetros e tipos de bom bas hidráulicas Motores hidráulicos Válvulas de controle hidráulico Tipos SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 13 SERCASHIPNEUNID1V1indd 13 15082019 165835 Introdução à hidráulica O termo hidráulica é derivado do grego hidro água razão pela qual enten dese por hidráulica todas as leis e comportamentos referentes à água ou outro líquido Portanto a hidráulica foca no estudo dos líquidos sob pressão e suas utilidades É conhecida também como mecânica dos fl uidos sendo responsável por determinar o uso e comportamento dos fl uidos atuando como sistema de transmissão de energia Pelo estudo será possível compreender as leis que regem a conversão da energia hidráulica em mecânica o transporte e o controle dos fl uidos estando estes sob ação de variáveis como pressão vazão temperatura etc Apresentação da hidráulica A lei fundamental para o estudo da hidráulica descreve que a pressão sobre um ponto qualquer em um líquido estático será a mesma em todas as direções exercendo forças iguais em áreas iguais O estudo da hidráulica é composto por três partes Hidrostática estudo comportamental dos líquidos estáticos Hidrocinética estudo dos líquidos em movimento Hidrodinâmica estudo dos líquidos em movimento considerando forças como gravidade e pressão e características como viscosidade compressi bilidade entre outras Os métodos de transmissão de potência hoje em dia conhecidos são trans missão elétrica mecânica e através de fl uidos Destes a transmissão mecâni ca é a mais antiga e conhecida teve início com a invenção da roda sendo utilizada atualmente por muitos outros sistemas modernos como engrenagens cames correias molas polias e outros A transmissão elétrica com uso de geradores motores elétricos condutores e muitos outros componentes é um sistema con temporâneo É o melhor meio de transmissão de energia a grandes distâncias A utilização da força dos fl uidos é datada de milhares de anos Um exemplo que se tem conhecimento foi seu uso em um sistema hidromecânico da roda dágua que empregava a energia da água armazenada em determinada altura para a geração de energia O uso dos líquidos pressurizados para transmissão SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 14 SERCASHIPNEUNID1V1indd 14 15082019 165836 de energia é recente essa tecnologia se desenvolveu com maior intensidade após as devastações dos meios de produção causadas pela primeira grande guerra O controle da velocidade e inversão do sentido do fl uxo hidráulico ins tantâneo e sistemas compactos comparados a outras formas de transmissão de energia são vantagens dos sistemas hidráulicos Algumas desvantagens são as de que se comparados a siste mas elétricos eles têm um rendimento de modo geral abaixo de 66 causado por perdas e vazamentos internos no sistema e também os componentes dos sis temas hidráulicos exigem uma alta precisão na fabricação o que encarece os custos de produ ção tornando o sistema caro Conceitos fundamentais da hidráulica Fluido substância capaz de conti nuamente adequarse perfeitamente à forma do conduto que o contém Sua forma pode ser líquida ou gasosa e no caso dos sistemas hidráulicos a forma é líquida onde sua função é a de trans missão de força Força grandeza de qualquer cau sa que tende a produzir ou modifi car movimento Demonstrado por New ton como sendo o produto da massa de um corpo pela sua aceleração F m a As unidades de medida para força e pressão são as mesmas sendo que no caso da força esta não tem relação alguma com a medida de área Segundo a 1ª Lei de Newton Todo corpo conti nua em seu estado de repouso ou de movimento uniforme em uma linha reta a menos que seja forçado a mudar aquele estado por forças aplicadas sobre ele A resistência à variação de velocidade depende do peso e do atrito que o objeto oferece às superfícies de contato A unidade da grandeza força é comu mente expressa em newtons quilos ou libras SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 15 SERCASHIPNEUNID1V1indd 15 15082019 165837 TABELA 1 CONVERSÃO DAS PRINCIPAIS UNIDADES DE FORÇA TABELA 2 CONVERSÃO DAS PRINCIPAIS UNIDADES DE PRESSÃO Pressão quantidade de força exercida em uma área determinada P F A Nos sistemas pneumáticos e hidráulicos a pressão tem como grandeza de me dida o kgfcm2 o PSI libraforça por polegada quadrada em inglês e também o Nm2 1000 bar no sistema francês Outra unidade encontrada também é o Pa Pascal que é equivalente à força de 1 Nm2 N dina kgf gf mgf 1 105 01 01 10197 dina N kgf gf mgf 1 105 102106 102106 102103 kgf N dina gf mgf 1 981 981105 1 1000 gf N dina kgf mgf 1 981 981105 1 103 mgf N dina kgf gf 1 001 98067 001 0001 N dina dina dina kgf 105 1 gf N 10 mgf kgf mgf kgf 981 1 01 981 kgf N kgf 10210 981 10210 gf dina 001 01 dina 981105 001 01 981105 dina gf dina 981105 10210 981105 10210 981105 dina mgf gf 98067 10197 1 98067 10197 mgf kgf mgf 10210 kgf 10210 102103 mgf kgf mgf 001 1000 mgf mgf 103 103 gf gf 0001 0001 atm psi kgfcm2 bar mmHg Pa 1 146959 1033 101325 760 101325 psi atm kgfcm2 bar mmHg Pa 1 0068046 00689476 517149 689476 kgfcm2 atm psi bar mmHg Pa 1 1033 142234 098 735514 980665 bar atm psi kgfcm2 mmHg Pa 1 0986923 145038 00689476 517149 100000 mmHg atm psi kgfcm2 bar Pa 1 000131579 00193368 000135951 00013322 133322 Pa atm psi kgfcm2 bar mmHg 1 98692106 0000145038 0000010197 1105 000750062 atm atm 1 psi psi psi 1 kgfcm psi 146959 kgfcm 146959 kgfcm2 146959 atm kgfcm atm 0068046 bar kgfcm 0068046 kgfcm2 1033 0068046 atm mmHg 1033 kgfcm2 1033 mmHg kgfcm2 1033 atm mmHg 1 kgfcm2 atm 0986923 bar 0986923 Pa 101325 psi 142234 0986923 atm 1 101325 bar 142234 atm 000131579 bar 00689476 142234 psi 000131579 mmHg 00689476 psi 145038 000131579 atm 98692106 mmHg 00689476 bar 145038 atm 98692106 mmHg 760 bar 145038 psi 98692106 mmHg 098 kgfcm2 psi 00193368 98692106 mmHg 517149 kgfcm2 00689476 00193368 Pa 517149 kgfcm2 00689476 00193368 psi 0000145038 101325 517149 mmHg 00689476 kgfcm 0000145038 101325 mmHg 735514 00689476 kgfcm 000135951 0000145038 101325 Pa 735514 mmHg kgfcm2 000135951 0000145038 689476 735514 mmHg 000135951 kgfcm 689476 mmHg 517149 000135951 kgfcm 0000010197 Pa 517149 kgfcm 0000010197 980665 bar 00013322 0000010197 980665 00013322 0000010197 Pa 100000 00013322 bar 100000 bar 1105 100000 Pa 1105 Pa 133322 133322 133322 mmHg 000750062 mmHg 000750062 000750062 000750062 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 16 SERCASHIPNEUNID1V1indd 16 15082019 165838 Trabalho defi nição para a força aplicada através de um deslocamento Ma tematicamente expressa por T F d onde T trabalho F força d distância TABELA 3 CONVERSÃO DAS PRINCIPAIS UNIDADES DE TRABALHO J kWh CVh kgfm Kcal 1 0278106 0738106 0102 0239103 kWh J CVh Kgfm Kcal 1 36106 136 0367106 860 CVh J kWh kgfm Kcal 1 36106 0736 0270106 632 kgfm J kWh CVh Kcal 1 9805 65 272106 370106 2345103 Kcal J kWh CVh kgfm 1 4186 116103 158103 4269 J kWh kWh kWh 027810 CVh 027810 1 0278106 kgfm J kgfm 3610 Kcal CVh 36106 Kcal CVh 073810 3610 1 073810 3610 0738106 CVh J 9805 65 CVh 9805 65 136 9805 65 kgfm kWh 4186 kgfm 0102 kWh 0736 4186 0102 Kgfm 0736 kWh Kgfm kWh 27210 Kgfm 036710 27210 036710 kgfm 272106 kWh 11610 Kcal 023910 kgfm 027010 11610 023910 kgfm 027010 116103 023910 Kcal 027010 CVh Kcal CVh 37010 860 37010 Kcal CVh 15810 Kcal 15810 632 158103 Kcal 234510 234510 234510 kgfm kgfm 4269 4269 Potência é a velocidade que uma carga executa um trabalho em um deter minado espaço de tempo Matematicamente expressa por P F V onde P potência F força V velocidade de deslocamento Resumindo potência é a velocidade de um trabalho realizado Quanto me nor o tempo de execução maior a potência do sistema Energia é a potência aplicada a uma determinada carga durante um perío do de tempo específi co Analogamente podemos dizer que a potência é a gran deza inerente ao projeto enquanto que a energia está relacionada ao período ao qual esse equipamento será utilizado Matematicamente expressa por E P t onde E energia P potência SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 17 SERCASHIPNEUNID1V1indd 17 15082019 165838 t tempo Rendimento grandeza sem unidade de medida que especifica a quantida de de energia que um equipamento transforma em trabalho Pode ser escrito como a razão entre potência de saída e potência de entrada Matematicamente expressa por η Pin Pout onde η rendimento Pin potência de entrada Pout potência de saída Lei de Arquimedes Considerando um volume de água confinado em um recipiente e estando um corpo em repouso dentro deste o peso da água acima dele necessaria mente estará contrabalançado pela pressão interna deste recipiente Para um reservatório cujo volume tende para zero em determinado ponto a pressão será a pressão atmosférica EXPLICANDO A pressão atmosférica indica a pressão que o ar da atmosfera está reali zando sobre a superfície do nosso planeta Essa pressão varia de acordo com a região do planeta sendo maior em regiões de baixa altitude e menor em regiões mais altas Matematicamente expressa por P ρ g h onde utilizando o SI P pressão hidro em Pascal ρ massa específica da água em quilograma por metro cúbico g aceleração da gravidade em metros por segundo ao quadrado h altura do líquido acima do ponto em metros No caso da pressão atmosférica ser considerável necessitase somar este valor da pressão modificando a equação para P ρ0 ρgh O também conhecido como Princípio de Arquimedes afirma que a força de empuxo ascendente exercida sobre um corpo imerso em um fluido total ou parcialmente submerso é igual ao peso do fluido que o corpo desloca e atua na direção ascendente no centro de massa do fluido deslocado SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 18 SERCASHIPNEUNID1V1indd 18 15082019 165838 Matematicamente expressa por FE Wfluido ρfluido Vdeslocado G CURIOSIDADE Arquimedes nasceu no ano de 287 aC na região que hoje em dia se encontra a Itália Ele foi um matemático e inventor e suas invenções e teorias são utilizadas até os dias de hoje O Princípio de Arquimedes leva seu nome por conta de seus estudos envolvendo o empuxo Um exemplo clássico seria o de que tendo uma embarcação seu peso será contrabalançado por uma força de impulsão igual ao volume de água que o mesmo desloca que corresponderá ao volume da embarcação abaixo do nível dágua Se for acrescido peso a esta embarcação o volume embaixo dágua au mentará e com ele a força de impulsão fazendo assim com que a embarcação flutue Outro nome conhecido para esta força é força de empuxo Lei de Pascal Uma variação de pressão sobre um ponto qualquer em um fluido em repou so será transmitida a todos os outros pontos deste mesmo fluido inclusive às paredes do conduto que o contém Considerando uma pressão p em determinado ponto P que está a uma altura H caso haja variação Δρ na pressão deste ponto passaremos a ter que pP pP Δp Como P é um ponto genérico todos os pontos do fluido serão acrescidos de Δp mas Δp F A Então para dois pontos distintos no fluido P1 e P2 ΔpP1 ΔpP2 logo FP1AreaP1 FP2AreaP2 Um exemplo característico de aplicação prática é para um elevador hidráuli co onde a aplicação de uma força de 10 kgf em um pistão de área igual a 1 cm2 resultaria uma pressão de 10 kgfcm2 em todos os pontos do líquido confinados SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 19 SERCASHIPNEUNID1V1indd 19 15082019 165838 no conduto suportando assim um peso de 100 kgf caso a área do outro pistão seja de 10 cm2 Figura 1 Princípio da prensa hidráulica Figura 2 Tanque de água FORÇA 10 kgf FORÇA 10 kgf Lei de Stevin Segundo o estabelecido pelo físico engenheiro e matemático Simon Stevin a pressão absoluta num ponto de um líquido homogêneo e incompressível de densidade e distante da superfície com valor h é igual à pressão atmosférica mais a pressão efetiva Considere na Figura 2 um líquido homogêneo em repouso sob a ação da força da gravidade g onde encontramos os pontos P1 e P2 submersos nesse líquido e desnivelados pela altura h h g P2 P1 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 20 SERCASHIPNEUNID1V1indd 20 15082019 165838 Sendo p1 a pressão no ponto P1 e P2 a pressão no ponto P2 verificase P2 P1 dgh Onde g aceleração da gravidade d densidade do líquido Caso um ponto P estivesse na superfície livre de água a pressão neste pon to seria igual à pressão atmosférica Ainda de acordo com a Lei de Stevin pontos diferentes em um mesmo líqui do inerte e que estejam nivelados estarão submetidos à mesma pressão como podemos representar na Figura 3 pelos pontos P Figura 3 Tanque de água P1 P2 P3 Portanto P1 P2 P3 Outra constatação é que a pressão independe da forma do recipiente como no caso da Figura 4 supondose que nos dois recipientes haja líquidos iguais portanto temos Figura 4 Equivalência de pressão em tanques diferentes P2 P1 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 21 SERCASHIPNEUNID1V1indd 21 15082019 165839 Portanto pP1 pP2 onde p é a pressão no ponto Na situação a seguir os dois lados do tubo estão submetidos à pressão atmosférica Figura 5 Equivalência e pressão em tubos Pressão atmosférica Pressão atmosférica P1 P2 Então temos que pP1 pP2 Segundo a Lei de Stevin os pontos P1 e P2 devem estar no mesmo nível assim como o líquido nos dois lados do tubo Lei de Bernoulli Lei da Vazão O princípio de Bernoulli equação de Bernoulli trinômio ou ainda Teorema de Bernoulli se caracteriza pela descrição do comportamento de um fluido em movimento dentro de um conduto trazendo para os fluidos o princípio da conservação da energia Segundo Bernoulli caso a velocidade de uma partí cula componente de um fluido sofra aceleração enquanto movimentase ao longo do conduto que o contém a pressão desse fluido deve diminuir e viceversa A velocidade de deslocamento de um fluido vazão pode ser determinada de duas maneiras pela razão entre o volume escoado ao longo de uma unida de de tempo ou então pelo produto da velocidade deste fluido pela área do conduto no qual o mesmo escoa Ou seja Q V t ou Q v A SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 22 SERCASHIPNEUNID1V1indd 22 15082019 165839 Onde Q vazão A área v velocidade V volume t tempo Para o dimensionamento de tubulações consideramse como velocidades razoáveis de escoamento de fluxo os seguintes valores sucção de 05 ms a 15 ms para pressões até 10MPa 2 ms a 12 ms para pressões entre 100MPa e 315MPa 3 ms a 12 ms e para retorno de 2 ms a 4 ms No estudo da dinâmica dos fluidos a equação de Bernoulli descreve o com portamento de um fluido que se move ao longo de um tubo com diferentes conceitos para fluidos incompressíveis e para fluidos compressíveis A equação de Bernoulli para um fluxo de fluido incompressível sob a ação de uma força de gravidade invariável e uniforme em pequenas altitudes é v2 2 gh p ρ constante ou pv2 2 pgh p constante onde g aceleração da gravidade v velocidade do fluido ao longo do conduto que o confina ρ peso específico do fluido h altura em relação à referência p pressão ao longo do conduto que o confina Algumas condições predeterminadas devem ser satisfeitas para que se apli que a equação Fluxo do fluido sem atrito entre as lâminas do mesmo e entre as paredes do recipiente que o contém viscosidade Escoamento em regime permanente Peso específico do fluido ρ em todo o escoamento SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 23 SERCASHIPNEUNID1V1indd 23 15082019 165839 Normalmente esta equação vale a todo o conduto para fluxos de fluidos de potencial de peso específico constante ela será aplicada a toda a área do cam po do fluxo A pressão é reduzida concomitantemente ao aumento da veloci dade do fluido como demonstrado pela equação Este é chamado de princípio de Bernoulli A equação é atribuída a Bernoulli embora sua apresentação na forma que se encontra foi feita por Leonhard Euler v2 2 ω constante Outra escrita para a equação de Bernoulli é a formulada para fluidos com pressíveis onde é a razão entre a energia da gravidade pela unidade de mas sa cujo valor é demonstrado por gh no caso do um campo gravitacional uniforme e ω é a entalpia do fluido por unidade de massa ω ε p ρ Sendo ε a energia termodinâmica do fluido por unidade de massa conheci da também como energia interna específica ou SIE A constante à direita da equação é comumente nominada de constante de Bernoulli e indicada pela letra b Para o fluxo adiabático do fluido sem vis cosidade e sem nenhuma outra fonte de energia b será invariável ao longo de todo o escoamento EXPLICANDO Adiabático nomina um sistema que está isolado de quaisquer trocas de calor Mesmo em casos de variações de b ao longo do conduto essa constante ainda se mostra muito útil pois se relaciona com a quantidade de pressão do fluido Caso haja qualquer abalo ou choque vários dos parâmetros pertencentes na equação de Bernoulli serão modificados a constante de Bernoulli porém permanecerá inalte rada A exceção à regra seriam os choques radioativos que violam as convenções definidas para a equação de Bernoulli como a falta de vazões ou fontes de energia SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 24 SERCASHIPNEUNID1V1indd 24 15082019 165839 Equação de Bernoulli para fluidos incompressíveis Integrandose às equações de Euler ou aplicando a Lei da Conservação de Energia em duas áreas ao longo do conduto desprezamse características es pecíficas como viscosidade do fluido a compressibilidade e efeitos térmicos É correto afirmar que o trabalho mecânico executado pelas forças no fluido redução na energia potencial aumento da energia cinética Figura 6 Lei de Bernoulli P1 V 1 V 2 h 2 A 2 h 1 A 1 P 2 O trabalho feito exercido pelas forças F1s1 F2s2 p1A1v1Δt p2A2v2Δt O decréscimo da energia potencial mgh1 mgh2 ρgA1v1Δth1 ρgA2v2Δth2 O incremento da energia cinética ½ mv2 2 ½ Mv1 2 ½ ΡA2v2Δtv2 2 ½ ΡA1v1Δtv1 2 Somandose todos os termos temos p1A1v1Δt p2A2v2Δt ρgA1v1Δth1 ρgA2v2Δth2 ½ ΡA2v2Δtv2 2 ½ ΡA1v1Δtv1 2 V 1 Δ t s 1 V 2 Δ t s 2 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 25 SERCASHIPNEUNID1V1indd 25 15082019 165839 Ou então ρA1v1Δtv1 22 ρgA1v1Δth1 p1A1v1Δt ρA2v2Δtv2 22 ρgA2v2Δth2 p2A2v2Δt Após a divisão de todos os termos por Δt ρ e A1v1 vazão A2v2 já que o fluido é incompressível encontrase v1 22 gh1 p1 ρ v2 22 gh2 p2ρ ou v2 2 gh p ρ C A divisão acrescida por g resulta em v2 2g h p ρg C A queda livre de uma massa qualquer de uma altura h no vácuo alcançará uma velocidade v 2gh ou h v2 2g A pressão hidrostática é definida como p ρgh ou h p ρg O termo p ρg é nominado também como altura de pressão ou carga de pressão Um modo direto de verificar a relação disso com a conservação de energia é pelo produto entre a densidade e volume unitário que pode ser feito pois ambos são constantes O resultado é v2ρ P constante e mV2 P volume constante A lógica de análise para fluidos compressíveis é parecida De novo a dedu ção vai depender de 1 Conservação da massa 2 Conservação da energia SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 26 SERCASHIPNEUNID1V1indd 26 15082019 165839 Na Figura 6 é demonstrado que a manutenção da massa faz com que em um intervalo de tempo Δt o volume de massa que passa pelo limite de área A1 seja semelhante ao volume de massa que passa por fora do limite da área A2 0 ΔM1 ΔM2 ρ1A1v1Δt ρ1A2v2Δt De modo semelhante aplicase a conservação de energia confirmase que a mudança na energia do volume no conduto definido pelas áreas A1 e A2 é de responsabilidade da energia que transita em qualquer sentido por qualquer um dos limites de A1 ou A2 Obviamente numa situação mais complexa tal qual uma vazão de fluido em conjunto com radiação a conservação de energia não será satisfeita De qualquer forma entendese que seja este o caso e que o fluxo está em estado estacionário de forma que a mudança líquida de energia é zero temos que 0 ΔE1 ΔE2 Onde ΔE1 e ΔE2 são as energias que entram através de A1 e que saem por A2 respectivamente A energia que entra por A1 é a soma das energias afluentes cinética poten cial gravitacional termodinâmica do fluido e da energia na forma de trabalho mecânico pdV ΔE1 ½ρ1v1 2 1ρ1 ε1ρ1 p1A1v1Δt Uma expressão parecida para ΔE2 pode ser desenvolvida facilmente fazen do agora 0 ΔE1 ΔE2 obtemos 0 ½ρ1v1 2 1ρ1 ε1ρ1 p1 A1v1Δt 12ρ2v2 2 2ρ2 ε2ρ2 p2 A2v2Δt Reescrevendo 0 ½v1 2 1 ε1 p1 ρ1 ρ1A1v1Δt ½v2 2 2 ε2 p2 ρ2 ρ2A2v2Δt SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 27 SERCASHIPNEUNID1V1indd 27 15082019 165839 Com o resultado obtido acima a partir da conservação da massa simplifi cando obtemos a forma ½v2 ε p ρ constante b Que é a solução procurada Características gerais dos sistemas hidráulicos Com constantes avanços tecnológicos o mercado apresenta uma extrema necessidade de desenvolvimento de novas técnicas de produção que possibili tem melhorias nos processos produtivos e busca pela excelência na qualidade Para a otimização dos sistemas de processos industriais fazse uso da in tegração entre os sistemas de transmissão de energia sejam eles mecânicos sejam elétricos eletrônicos pneumáticos ou hidráulicos O sistema hidráulico se sobressai e ganha espaço como um meio de transmissão de energia nos mais diversos setores produtivos sendo os setores industriais e móbil os com maior demanda Vastos campos na área de automação só foram possíveis após a implantação de sistemas hidráulicos no controle de força e movimento Constituição básica Fonte primária de energia Execução de um trabalho BLOCO DE CONTROLE BLOCO DE GERAÇÃO BLOCO DE ATUAÇÃO SISTEMA HIDRÁULICO BLOCO DE LIGAÇÃO Figura 7 Sistema hidráulico SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 28 SERCASHIPNEUNID1V1indd 28 15082019 165839 Um sistema hidráulico é responsável por gerar controlar e aplicar potência hidráulica na realização de um trabalho Sua constituição básica pode ser veri fi cada na Figura 7 a qual é dividida em blocos de funções cada qual com uma característica e função tais quais Fonte de energia constituída ge ralmente por um motor elétrico ou a combustão Grupo de geração responsável pela transformação da potência mecânica em potência hidráulica constituída pe las bombas hidráulicas Grupo de controle tem a função de controlar e direcionar a potência hidráuli ca pelo sistema Neste grupo encontramos os comandos e as válvulas hidráulicas Grupo de atuação responsável por transformar a potência hidráulica em po tência mecânica através de atuadores e motores hidráulicos Grupo de ligação constituído pelas conexões tubos e mangueiras do sistema Comumente nos sistemas hidráulicos encontramos mangueiras fl exíveis como elementos de ligação entre os elementos uma vez que este tipo de material é capaz de absorver vibrações vindas do sistema e também facilitam a mudança de direção de transmissão de força dos fl uidos hidráulicos em movimento Características Os sistemas hidráulicos estão sendo amplamente utilizados por suas carac terísticas específi cas sendo elas Rápida parada e inversão de movimentos Variações micrométricas de velocidades Sistema autolubrifi cante Tamanho e peso reduzidos se comparado à potência consumida Sistemas seguros contra sobrecargas Alta potência força VIDEOAULA Clique aqui SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 29 SERCASHIPNEUNID1V1indd 29 15082019 165841 Áreas de aplicação A abrangência de utilização dos sistemas hidráulicos tornase maior à me dida que outros dispositivos eletroeletrônicos por exemplo são utilizados em conjunto Entre outras áreas de aplicação temos Máquinas para construção civil Aeroespacial Veículos Robótica Manufatura Máquinas agrícolas Indústria do plástico Indústria têxtil Indústria alimentícia Mineração Requisitos Um fl uido hidráulico além de exercer a força para o movimento deve ter condições de lubrifi car as peças móveis com uma fi na camada que não se rom pa Este rompimento pode ocorrer devido a diversos outros fatores tais como altas pressões insufi ciência no fornecimento de óleo viscosidade baixa e velo cidades de deslizamento muito baixas ou muito altas Consequências podem ser os desgastes por engripamento desgaste por abrasão por cansaço do ma terial ou ainda a corrosão Fluidos hidráulicos Um fl uido hidráulico utilizado em uma instalação tem a função de transmissão de força e movimento mas devido às múltiplas maneiras de serem aplicados os acionamentos hidráulicos necessitam de outras funções e propriedades dos fl ui dos É necessário considerar características específi cas para a escolha do fl uido utilizado para determinada aplicação garantindo assim uma operação efi ciente e econômica SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 30 SERCASHIPNEUNID1V1indd 30 15082019 165841 Desgaste por abrasão ocorre por contaminação por partículas sólidas no fl uido hidráulico quando não fi ltrado de maneira adequada Igualmente estas partículas estranhas serão transportadas junto ao fl uido em altas velocidades causando assim abrasão nos elementos do sistema O aparecimento de bolhas de vapor ou gás no fl uido hidráulico cavita ção devido à redução da pressão do sistema pode alterar a estrutura física dos elementos induzindoos ao desgaste por fadiga do material Um desgaste mais sério e profundo poderá ocorrer nos eixos mancais das bombas caso o fl uido hidráulico seja contaminado com água Parada da instalação hidráulica por grandes períodos e uso de fl uidos hidráulicos inadequados podem também ser causas para desgastes por cor rosão por formarem ferrugem devido à presença de umidade sobre as paredes de deslizamento levando a um sério desgaste dos elementos do sistema Viscosidade Viscosidade é uma propriedade de um fl uido hidráulico que diz respeito à resistência contra o deslocamento das lâminas de suas camadas é a re sistência interna para fl uir Exemplo a água é fi na portanto tem baixa vis cosidade enquanto um óleo vegetal é mais grosso com uma alta viscosida de A viscosidade é uma característica fundamental na seleção de um fl uido hidráulico ela não determina a qua lidade do fl uido mas sim seu comportamento em relação à temperatura de trabalho Devido aos limites da capacidade dos elementos de um sistema hi dráulico valores de viscosidade máximos e mínimos devem ser considerados quando da escolha de um fl uido hidráulico valores estes informados nos catá logos dos fabricantes destes componentes O fl uido hidráulico não deve independentemente da área dos condutos do sistema hidráulico apresentar variação na sua viscosidade Caso haja variações SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 31 SERCASHIPNEUNID1V1indd 31 15082019 165842 na temperatura de trabalho pontos de estrangulamento do fl uxo aparecerão pelo sistema Alta viscosidade é necessária em sistemas sujeitos a variações elevadas de temperatura como máquinas utilizadas em trabalho móbil veículos e aerona ves O índice de viscosidade de um fl uido hidráulico varia com o aumento da pressão quanto maior a pressão maior a viscosidade do fl uido Características importantes Para tratar com esse tema é importante lembrar que os fl uidos possuem uma série de individualidades que podem infl uenciar o trabalho além das já citadas Entre os pontos é interessante citar O fl uido hidráulico deve ser compatível com os demais materiais utilizados na instalação hidráulica tais como tintas vedações borrachas mangueiras etc Não alterar suas propriedades com variações térmicas sucessivas O fl uido hidráulico poderá aquecer ou esfriar dependendo do ciclo do processo de ope ração do sistema hidráulico Estas variações de temperatura afetam sua vida útil O oxigênio a temperatura a luz e a catalização têm infl uência no processo de envelhecimento do fl uido hidráulico Um fl uido hidráulico deve conter alta resistência a esse envelhecimento possuindo agentes que possam inibir a oxi dação e evitando assim uma ação do oxigênio Compressibilidade ou melhor a propriedade apresentada pelo fl uido de reduzir em maior ou menor grau seu volume quando submetido à ação de for ças equitativamente distribuídas O ar transportado junto ao fl uido hidráulico condiciona a compressão deste fl uido característica esta que tem infl uência direta na precisão do funcionamento dos elementos de acionamento hidráuli co já nos processos de comando e controle a infl uência está no tempo de resposta destes elementos caso altos volumes sob pressão sejam abertos rapidamen te poderão ocorrer picos de descarga na instalação A compressibilidade do fl uido hidráulico tende a aumen tar com a elevação da temperatura e diminuir com o aumento da pressão O SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 32 SERCASHIPNEUNID1V1indd 32 15082019 165842 índice de compressibilidade do fluido hidráulico aumenta consideravelmen te quando transportado misturado com ar não solubilizado bolhas de ar Através do tamanho e construção in correta do reservatório assim como a utilização de condutos inadequados esse ar não se separa do fluido hidráu lico piorando consideravelmente o fa tor de compressibilidade Baixa expansão do fluido sob in fluência da variação de temperatura um fluido aquecido e sob pressão at mosférica tende a ter um aumento do seu volume portanto a temperatura de operação do sistema hidráulico deve ser considerada quando o projeto de siste mas tem grandes volumes de preenchimento Não apresentar formação de espuma na superfície do reservatório po dem aparecer bolhas de ar ascendentes formando uma espuma Agentes quí micos adicionados aos fluidos hidráulicos reduzem a possibilidade de forma ção dessa espuma O envelhecimento do fluido hidráulico também propicia a formação da espuma Imunidade à absorção de ar e alta capacidade de eliminação de ar compo nentes químicos adicionados à composição do fluido hidráulico auxiliam nesse processo Ponto de ebulição maior poderá ser a temperatura máxima de operação da instalação hidráulica quanto maior for o ponto de ebulição do fluido hidráu lico do sistema Quociente entre massa e volume do fluido densidade como a densidade mede o grau de concentração de fluido em determinado volume melhor será um fluido com densidade alta podendo assim transmitir uma maior potência com o menor volume Para os sistemas de acionamento hidrostático essa ca racterística é menos importante em relação aos acionamentos hidrodinâmi cos A densidade é necessária para a conversão da viscosidade cinemática para a viscosidade dinâmica onde a recíproca também é verdadeira SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 33 SERCASHIPNEUNID1V1indd 33 15082019 165844 Transferência de calor ou condutibilidade térmica os elementos da insta lação hidráulica tais como bombas válvulas motores cilindros etc são gera dores de calor Este calor deverá ser transportado pelo fl uido hidráulico até o reservatório onde será em parte irradiado para o ambiente Caso a irradiação não seja sufi ciente equipamentos auxiliares de resfriamento deverão ser ins talados no sistema hidráulico comumente conhecidos por trocadores de calor Não atrair umidade higroscópio Não infl amável locais quentes ou com chamas também recebem instala ções hidráulicas de acordo com a necessidade da planta onde elementos do sistema correm riscos de ruptura Para estes casos fl uidos hidráulicos de alto ponto de ignição são os mais indicados Toxicidade do fl uido hidráulico evita a periculosidade para a saúde e para o ambiente observando sempre instruções especifi cadas pelos fabricantes dos fl uidos hidráulicos Proteção contra corrosão Outras características devem ser levadas em consideração na hora da es colha do fl uido hidráulico tais como facilidade para fi ltragem compatibilidade com componentes do sistema fácil manutenção não agredir o meio ambiente custos e disponibilidade de compra Bombas e motores hidráulicos Um sistema hidráulico é responsável pela conversão de uma energia me cânica em energia de força e movimento por meio de um fl uido As bombas hidráulicas têm a função de oferecer movimento ao fl uido hidráulico e este por sua vez executará o trabalho de força e movimento através dos atuadores entre eles os motores hidráulicos Apresentação da bomba hidráulica O elementochave na conversão da energia hidráulica é a bomba hidráuli ca A fonte de energia mecânica primária necessária para o funcionamento do sistema hidráulico é normalmente fornecida por um motor elétrico cuja carac terística é a transformação de energia elétrica em mecânica Em menor escala SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 34 SERCASHIPNEUNID1V1indd 34 15082019 165844 temos a utilização de motores de combustão interna O eixo do motor elétrico é acoplado à bomba hidráulica que por sua vez tem a função de converter esta energia mecânica em energia hidráulica As bombas hidráulicas são responsá veis pelo transporte do fl uido hidráulico vindo do reservatório até os elemen tos atuadores dandolhes condições de execução de seu trabalho mecânico As bombas não geram pressão no sistema hidráulico a pressão é gerada em função da atuação de elementos que difi cultam o escoamento do fl uido pelos condutos do sistema a bomba simplesmente movimenta o fl uido As bombas empregadas nos sistemas hidráulicos são do tipo de deslocamento positivo Parâmetros e tipos de bombas hidráulicas Os parâmetros principais que caracterizam uma bomba hidráulica e que devem ser considerados em projeto são pressão máxima vazão máxima ro tação e rendimento Pressão o limite máximo de pressão de uma bomba hidráulica é estipulada pela condição de funcionamento sem que se verifi quem vazamentos internos e externos ou que apresente riscos ao conjunto mecânico do sistema Vazão caracterizada pela capacidade da bomba hidráulica em deslocar de terminado volume de fl uido pelo sistema Essa capacidade tem como referên cia o volume fornecido a cada volta completa da bomba Rotação é o número de revoluções do eixo por minuto no qual a bomba consegue manter o regime de trabalho sem que haja cavitação no sistema ou por outras limitações mecânicas Parâmetros de rotação mínima e máxima são fornecidos pelos fabricantes facilitando o projeto das instalações hidráulicas Rendimento o rendimento é uma carac terística relacionada diretamente a qualidade de construção da bomba hidráulica sendo que devemos levar em consideração três rendimentos distintos para análise da qualidade Rendimento volumétrico cuja caracte rística é apresentada pela relação entre vazão nominal e vazão real da bomba SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 35 SERCASHIPNEUNID1V1indd 35 15082019 165844 Rendimento global onde temos a relação entre a potência mecânica de entrada e a potência hidráulica de saída Rendimento mecânico é a rela ção entre o rendimento global e o rendi mento volumétrico Tipos Bomba de engrenagens o desloca mento de fluido das bombas de engre nagens é constante não podendo variar durante o processo de operação Bomba de palhetas a forma cons trutiva das bombas de palhetas simples permite que haja variação na vazão do fluxo hidráulico com manutenção da rotação constante O controle dessa vazão é conseguido através da alteração da excentricidade ajuste esse que é feito me canicamente por meio de parafuso e mola de compressão Bombas de pistões axiais com disco ou eixo inclinado a construção des se tipo de bomba é composta por um corpo rotativo que contém os cilindros e seus êmbolos formando uma estrutura única com o eixo que está diretamente ligado ao motor de acionamento A vazão fornecida por esse tipo de bomba de pende do curso do cilindro que pode assumir valores diferentes dependendo da variação do ângulo de inclinação da base por onde estes pistões deslizam Geralmente o ângulo de inclinação não ultrapassa os 30 Quanto maior o valor deste ângulo maior a vazão e em alguns tipos de sistemas hidráulicos o ângu lo pode ser negativo invertendo assim o sentido de vazão do fluido hidráulico Bombas múltiplas em projetos de sistemas hidráulicos onde o processo exige diferentes pressões e vazões a alternativa mais coerente é a utilização de duas ou mais bombas que atuarão ou não de acordo com a necessidade de carga do processo estas bombas também podem ser conhecidas por bombas germinadas Um sistema de bombas hidráulicas padrão conhecido por alta baixa está disponível no mercado onde os acionamentos individuais de cada bomba são automaticamente feitos de acordo com a necessidade de pressão ou vazão do sistema A denominação deste sistema é em função de possuir SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 36 SERCASHIPNEUNID1V1indd 36 15082019 165846 duas bombas onde uma delas fornece elevada vazão sob baixa pressão e a outra fornece baixa vazão sob alta pressão ambas tendo um rotor comum de acionamento Motores hidráulicos Os motores hidráulicos têm a função de converter energia hidráulica em energia mecânica através de um eixo rotacional utilizandose da pressão do fl uido para a geração de força e movimento Têm características construtivas semelhantes às bombas hidráulicas porém com uma função inversa Como as bombas os motores podem ser unidirecionais ou bidirecionais com vazão fi xa ou variável do fl uxo hidráulico de acordo com a necessidade Características como capacidade de carga velocidade e facilidade na manu tenção devem ser consideradas para o projeto das instalações hidráulicas Os tipos de motores utilizados pelo mercado são motor de engrenagem motor de palheta ou ventoinha motor de pistão atuador com pinhão e cremalheira e atuadores giratórios Atuador pinhão e cremalheira este tipo de motor produz uma energia que é determinada pelo fl uxo do fl uido hidráulico e a diminuição da pressão no motor O movimento e a queda da pressão determinam a força que será criada Motores de engrenagens normalmente utilizados em sistemas hidráuli cos para movimento de correias transportadoras e ventoinhas Existem duas confi gurações distintas sendo um dos tipos o motor de engrenagem que possui construção similar ao de uma bomba externa de engrenagem sendo um motor para ser utilizado quando se necessita de alta velocidade o outro tipo é o motor de órbita ou arco empregado em sistemas de baixas velocidades Motores de palheta ou ventoinha indicados para aplicações industriais Possuem vazamento interno menor se comparados aos moto res de engrenagens por isso mesmo são mais adequados para serem usa dos em baixas rotações Podem ser utili zados também em sistemas pneumáticos SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 37 SERCASHIPNEUNID1V1indd 37 15082019 165846 Motores hidráulicos de pistão motores empregados em movimentações que exijam grandes forças tais como guinchos guindastes para embarcações etc Atuadores giratórios são empregados principalmente para a abertura de válvulas tipo borboleta e outros sistemas que necessitem da função de empur rar puxar levantar etc Válvulas de controle hidráulico Qualquer sistema que utiliza fl uido hidráulico para geração de trabalho ne cessita de algum tipo de válvula As válvulas são responsáveis pelo controle da pressão controle da velocidade ou da quantidade do fl uxo e também pelo di recionamento do fl uxo hidráulico por todo o sistema Uma válvula isolada é res ponsável pela execução de apenas uma tarefa mas encontramos no mercado duas ou mais válvulas combinadas em uma só estrutura construtiva forman do assim uma válvula mista com mais de uma função As válvulas hidráulicas são os componentes primordiais para o controle e confi abilidade de um siste ma hidráulico Atualmente a tendência é o uso de plástico para construção das válvulas e a redução signifi cativa na sua dimensão Tipos Válvulas de controle de pressão empregadas para controle da pressão máxima de um sistema hidráulico caso da válvula de alívio de pressão ajuste de determinada contrapressão válvula de contrabalanço ou então sua utiliza ção pode ser a de fornecer um sinal caso um valor de pressão predeterminado seja alcançado Na maioria das válvulas de pressão o controle da pressão hi dráulica é feito por molas controlando a abertura ou fechamento na área de vazão do fl uido hidráulico que retorna ao reservatório A válvula de alívio tem na sua maioria a confi guração NC normally clo sed ou normalmente fechada mudando seu estado sempre que uma pressão predeterminada for atingida derivando assim o fl uido hidráulico para o reser vatório A válvula de descarga permite um fl uxo hidráulico livre assim que um co mando seja aplicado ao seu piloto pino de controle descarga de fl uxo esta SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 38 SERCASHIPNEUNID1V1indd 38 15082019 165846 geralmente feita através de carretel tensionado por mola cuja tensão pode ser ajustada para controlar a pressão de descarga A válvula de contrabalanço deve equilibrar a carga que está sendo manti da por um cilindro ou motor hidráulico Uma pequena pressão no piloto desta válvula será suficiente para sua comutação mudança do estado do canal de passagem do fluido hidráulico retirando da câmara do cilindro a contrapres são Quando a solicitação de pressão pela carga diminuir a pressão piloto é perdida criandose a contrapressão quando a solicitação de pressão pela car ga aumentar o piloto é acionado retirando a contrapressão Válvula de sequência são válvulas responsáveis pela condução na se quência de operação de máquinas exigidas pelo processo Com característica construtiva do tipo normally closed normalmente fechada terá seu estado co mutado quando uma pressão atingir um nível préajustado ou quando o piloto desta válvula receber um sinal de acionamento direcionando e controlando o fluxo hidráulico Geralmente válvulas de sequência têm acopladas em seu cor po válvulas de retenção evitando assim sentido invertido do fluxo hidráulico Válvulas para controle da vazão fluxo têm a função de controlar a quan tidade volumétrica de fluido que escoa através de um conduto por unidade de tempo O controle da vazão pode ser feito variandose a área de um conduto de escoamento do fluxo A variação desta área pode ser feita pela válvula atra vés do estrangulamento interno da seção transversal As válvulas de controle de vazão podem ser do tipo com compensação e sem compensação Válvula de controle de fluxo sem compensação são os tipos de válvula de construção mais simples controlam a vazão do fluido hidráulico simples mente reduzindo a área da seção transversal do conduto de vazão O volume de fluido hidráulico que passa em determinada unidade de tempo e a diminuição da exigência de força na carga es tão diretamente relacionadas Uma pressão maior con sequentemente terá um fluxo maior na válvula Válvula de controle de fluxo com compensa ção esta válvula devido a suas características construtivas consegue manter constante a va zão do fluido hidráulico independente das va riações de pressão que possam ocorrer no sis SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 39 SERCASHIPNEUNID1V1indd 39 15082019 165846 tema Como as válvulas sem compensação as válvulas compensadas possuem um orifício para ajuste desta vazão Quando houver uma redução das neces sidades da carga neste orifício esta redução será utilizada para movimentar um eixo conhecido como carretel balanceado contra a pressão de uma mola Outra denominação para este sistema é balança de pressão ou também hi drostato A movimentação deste eixo mantém constante a perda de carga no orifício o qual foi ajustado produzindo assim uma vazão constante Neste tipo de válvula é necessário observar o sentido correto de movimento do fluxo hidráulico e também utilizála de maneira bem planejada uma vez que seu custo é mais elevado em relação às válvulas não compensadas SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 40 SERCASHIPNEUNID1V1indd 40 15082019 165846 Sintetizando Nessa unidade foram apresentados os sistemas hidráulicos iniciando pelo entendimento dos conceitos que regem os fluidos sob pressão tais como força pressão trabalho potência entre outros Estudamos a evolução dos sistemas hidráulicos acompanhando as necessidades da cadeia produtiva e o desenvol vimento de novas tecnologias Compreendemos que um sistema hidráulico é composto por diversos blocos cada qual com uma característica de atuação sejam eles de geração de energia controle ligação entre elementos ou grupo de execução de trabalho Identifica mos através das características de um sistema pneumático as diversas áreas de atuação nas mais diversas áreas da cadeia produtiva e de serviços Explanamos também sobre os fluidos utilizados nos sistemas hidráulicos demonstrando que devem possuir requisitos que garantam um funcionamen to adequado de todos os elementos do sistema Entendemos que a viscosida de não garante a qualidade do fluido mas determina seu comportamento em relação à temperatura e que um fluido hidráulico não deve alterar suas carac terísticas deve apresentar baixa compressibilidade ser imune a absorção de água e apresentar boa condutividade térmica auxiliando no resfriamento de todo o sistema hidráulico Para finalizar estudamos os elementos de geração de movimento do fluido hidráulico pelo sistema bombas hidráulicas e os elementos responsáveis pela execução do trabalho do sistema motores hidráulicos apresentando suas ca racterísticas construtivas determinando assim qual o melhor tipo de elemen to para determinada aplicação sempre considerando a aplicação o rendimen to e o custo do sistema hidráulico SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 41 SERCASHIPNEUNID1V1indd 41 15082019 165846 Referências bibliográficas AZEVEDO NETTO J M et al Manual de hidráulica 8 ed São Paulo Edgard Blü cher 1998 DRAPINSK J Hidráulica e pneumática industrial e móvel São Paulo McGraw Hill do Brasil 1977 PARKER HANNIFIN CO Tecnologia hidráulica industrial Disponível em ht tpswwwparkercomliteratureBrazilApres20Hidrau202704pdf Acesso em 18 jul 2019 REXROTH Treinamento hidráulico Disponível em httpsptscribdcomdo cument169938983TreinamentoHidraulicoRexroth2 Acesso em 18 jul 2019 SILVESTRE P Hidráulica geral Rio de Janeiro Livros Técnicos e Científicos 1979 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 42 SERCASHIPNEUNID1V1indd 42 15082019 165846 HIDRÁULICA E PNEUMÁTICA 2 UNIDADE SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 43 29072019 143201 Objetivos da unidade Tópicos de estudo Apresentação dos elementos hidráulicos de potência Aprendizado para desenvolvimento de técnicas de comando hidráulico Aplicações e construções de circuitos hidráulicos básicos Introdução aos sistemas pneumáticos Elementos hidráulicos de potência Bombas hidráulicas Atuadores hidráulicos Técnicas de comando hidráulico e aplicações a circuitos básicos Hierarquia de elementos Diagrama trajetopasso Identificação de sequência de movimentos Identificação dos elementos de um circuito hidráulico Circuitos hidráulicos básicos Introdução à pneumática Comportamento do ar comprimido Arquitetura dos sistemas pneumáticos Características dos sistemas pneumáticos SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 44 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 44 29072019 143201 Elementos hidráulicos de potência Elementos primários dos sistemas hidráulicos têm a responsabilidade de fazer fluir ou gerar o movimento pelos condutos do sistema hidráuli co Este por sua vez é utilizado para a geração o controle e a transmissão de energia Bombas hidráulicas As bombas hidráulicas precisam de uma força mecânica externa conectada ao seu eixo para que realizem trabalho Essa força geralmente é fornecida por um motor elétrico que é o meio mais comum e mais barato utilizado nos dias atuais Outros elementos também podem fornecer essa força primária como é o caso de motores de combustão interna que são menos empregados A bomba hidráulica converte a energia mecânica aplicada ao seu eixo em energia hidráulica criando a vazão do fl uido hidráulico pelo sistema Um de talhe importante é o de que uma bomba hidráulica não tem a capacidade de gerar a pressão do sistema apenas a vazão do fl uido Bomba de deslocamento negativo São bombas de deslocamento de fluxo contínuo também conhecidas como bombas hidrodinâmicas Es sas bombas são utilizadas em sis temas cuja necessidade é apenas o movimento de líquidos sob baixa pressão e a única resistência en tre entrada e saída é a resistência criada pelo próprio peso do fluido hidráulico e pelo atrito deste en tre suas próprias lâminas e entre as paredes da bomba São bombas raramente utilizadas em sistemas hidráulicos por terem uma redução na capacidade de deslocamento de fluido com o aumento da resistência SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 45 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 45 29072019 143211 Bombas de fluxo radiais ou centrifugas Bomba de fluxo axial Saída Impulsor centrifugo Hélice rotativa Saída Entrada Láminas do impulsor Figura 1 Bombas hidráulicas Fonte JUNIOR sd Acesso em 17072019 Adaptado Bombas de deslocamento positivo Também conhecidas como bombas volumétricas são bombas que após a rotação completa do seu eixo deslocam um volume fixo de fluido indepen dente da resistência apresentada pela carga São bombas que produzem uma vazão do fluido hidráulico em forma de pulsos e diferentemente das bombas de deslocamento negativo possuem vedação entre entrada e saída logo sua capacidade de deslocamento do fluxo não é muito afetada pela variação da resistência do sistema Entretanto verificase uma perda de vazão em torno de 10 quando utilizada para bombeamento de líquidos de baixa viscosida de e sob altas pressões A vazão das bombas de deslocamento positivo pode ser alterada ou não para isso é necessário variar a área de suas câmaras As bombas que permitem essa variação são conhecidas como bombas de deslo camento variável as outras onde não é possível essa variação são conhecidas como bombas de deslocamento fixo Bomba de engrenagens Como pode ser observado na Figura 2 as bombas de engrenagens são constituídas de uma câmara e duas engrenagens internas as quais se acoplam perfeitamente às paredes da câmara isolando fisicamente os canais de entra da e de saída de fluido Com a rotação das engrenagens em certo momento o fluido hidráulico que entra na bomba será pressionado entre os dentes das engrenagens e as paredes da câmara carcaça da bomba impulsionado para o canal de saída da bomba SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 46 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 46 29072019 143211 Características das bombas de engrenagens São de simples construção e manutenção por conterem poucas partes móveis Vazão fixa Pela simplicidade têm custo reduzido se comparadas a outros tipos de bombas Pressão máxima de operação gira em torno de 250 kgfcm2 Elevada emissão de ruídos Rendimento gira em torno de 80 a 85 Carcaça Fluido sendo carregado Entrada de fluido Engrenagem movida Engrenagem motriz Saída de fluido Desengrenamento Engrenamento Figura 2Bombas de engrenagens Fonte JUNIOR sd Acesso em 17072019 Adaptado Outros tipos conhecidos de bombas de engrenagens que possuem as mes mas características de funcionamento com pequenas variações construtivas são as bombas de engrenagens internas e bombas de engrenagens helicoidais Bombas de palhetas São bombas que apresentam baixa intensidade na pulsação e constância no fluxo do fluido hidráulico fornecido características essas que agregam um grau de ruído menor do conjunto mesmo em rotações elevadas apresentando vantagens em relação aos outros tipos de bombas Podem ser de vazão fixa ou vazão variável Características das bombas de palhetas Simples construção e simples manutenção Podem ser de vazão fixa ou variável Baixo nível de ruído Rendimento gira em torno de 75 a 80 Pouco tolerantes às impurezas no fluido hidráulico SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 47 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 47 29072019 143211 Figura 3 Bomba de vazão fixa Fonte JUNIOR sd Acesso em 17072019 Adaptado Controle da vazão Pressão MAX 0 Volume MAX 0 Parafuso de ajuste de pressão Figura 4 Bomba de vazão variável com pressão compensada Fonte JUNIOR sd Acesso em 17072019 Adaptado Bomba de palhetas de vazão fixa balanceada Bomba de vazão variável com pressão compensada Bomba de pistões Características da bomba de pistões Necessita de alta precisão para sua construção São de difícil manutenção e custo elevado Vazão fixa ou variável Ótimo rendimento girando em torno de 95 Não toleram impurezas nos fluidos hidráulicos Operam com baixo ruído SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 48 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 48 29072019 143211 Para a montagem combinada de bombas hidráulicas existem dois tipos de instalações a instalação em série e a instalação em paralelo 2 3 6 5 4 8 7 1 Legenda 1 Carcaça 2 Eixo 3 Placa cardânica 4 Tambor 5 Pistões 6 Hastes 7 Placa de comando 8 Pino central Ângulo 25º Figura 5 Bomba de pistões axiais de eixo inclinado Fonte JUNIOR 2008 Acesso em 17072019 Adaptado Figura 6 Bomba de pistões axiais de placa ou disco inclinado Fonte JUNIOR 2008 Acesso em 17072019 Adaptado Bomba de pistões axiais de eixo inclinado Bomba de pistões de disco inclinado EXPLICANDO Utilizase a instalação em série quando o poder de sucção da bomba principal é insuficiente sendo assim uma bomba auxiliar é ligada em série na linha de alimentação do circuito hidráulico Já a instalação em paralelo é empregada em casos onde é necessário o funcio namento dos atuadores em velocidades distintas sendo uma lenta e uma outra rápida No caso da velocidade rápida não é necessário grande força mas no caso da velocidade baixa essa força tem que ser grande Esse sistema também é utilizado em casos de sistemas hidráulicos com independência de seus circuitos SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 49 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 49 29072019 143214 Cuidados necessários de instalação e manutenção Instalação as bombas hidráulicas como qualquer outro elemento elétrico ou mecânico necessitam de procedimentos adequados de instalação garantin do assim o rendimento desejado e o prolongamento de sua vida útil Para um alinhamento correto entre a bomba e o motor elétrico de acionamento tanto no sentido vertical horizontal ou angular é aconselhável o uso de acoplamentos fl e xíveis compensando possíveis imperfeições desse alinhamento Outros cuidados necessários são a verifi cação do sentido de rotação e o funcionamento sem o fl ui do hidráulico evitando desse modo o aquecimento e a inutilização da bomba Manutenção manutenções periódicas preventivas são necessárias em quais quer dispositivos pertencentes a sistemas elétricos eletrônicos mecânicos hidráu licos pneumáticos etc No caso das bombas hidráulicas essa verifi cação deve rece ber uma atenção especial devido a fatores que podem danifi car e encurtar a vida útil do equipamento Um dos maiores problemas que precisam ser detectados e corrigidos é o da cavitação que é a formação de bolhas no fl uido hidráulico devido a quedas de pressão chegando até ao estado de vapor Com o aumento da pres são as bolhas se dissolvem implodindo e cavando materiais das superfícies que estavam em contato com a bolha Verifi cação de entupimento de fi ltros e respiros qualidade da viscosidade do fl uido e verifi cação da pressão adequada ao sistema são procedimentos preventivos para um desempenho satisfatório Atuadores hidráulicos Os atuadores hidráulicos são os responsáveis em converter a energia do fl uido hidráulico em energia mecânica Respondem por toda a atividade de geração de movimento e força e devem ser um dos itens principais a serem considerados no projeto de qualquer sistema Os atuadores hidráulicos divi demse em atuadores lineares e atuadores rotativos Atuadores lineares Os atuadores lineares também conhecidos como cilindros têm a função de transformar a energia do fl uido hidráulico em força e movimento mecânico linear através de sua haste A composição básica dos cilindros lineares consiste em camisa êmbolo e haste Enquanto a camisa é o corpo onde são alojados os outros elementos o êmbolo tem como característica criar e isolar duas câ SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 50 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 50 29072019 143214 maras dentro do corpo do cilindro e sofrer a pressão do fluido que enche e esvazia essas câmaras O êmbolo está ligado à haste do cilindro que por sua vez executa através deste o movimento linear de avanço ou recuo Existem várias configurações de cilindros hidráulicos sendo as mais comuns Cilindro de ação simples O fluido hidráulico é injetado em uma câmara que faz com que o conjunto êmbolohaste seja deslocado para fora Para o retorno do conjunto à posição original basta uma força contrária na haste ao mesmo tempo em que a câma ra é esvaziada do fluido hidráulico Câmara Entrada e saída do fluido Êmbolo Haste Figura 7 Pistão de ação simples Câmara Entrada e saída do fluido Entrada e saída do fluido Êmbolo Câmara recuo Haste Figura 8 Pistão de ação dupla Cilindro de ação dupla Para avanço da haste supondose que esta esteja no estado inicial recua do o fluido hidráulico é carregado na câmara de avanço enquanto o fluido hidráulico é retirado da câmara de retorno movimentando a haste para fora Para o movimento contrário o fluido hidráulico carrega a câmara de retorno enquanto a câmara de avanço é esvaziada SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 51 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 51 29072019 143214 Cilindro telescópico O fluido hidráulico carrega a câmara fazendo com que o primeiro conjun to êmbolohaste faça o movimento de avanço Em determinado ponto outra câmara é aberta carregando o fluido hidráulico para avanço do segundo con junto êmbolohaste O retorno dos conjuntos é feito quando uma força atua na ponta da haste ao mesmo tempo em que as câmaras têm os fluidos drenados Figura 9 Pistão telescópico Câmara Entrada e saída do fluido Êmbolo Mola Haste Câmara Êmbolohaste 1 Êmbolohaste 2 Entrada e saída do fluido Figura 10 Pistão de ação simples retorno mola Cilindro de ação simples retorno mola O funcionamento desse cilindro assemelhase ao cilindro de ação simples No entanto nesse caso a força para recolhimento da haste é exercida por uma mola interna ao corpo do cilindro Essa força por sua vez atua em conjunto com a drenagem do fluido hidráulico da câmara fazendo com que a haste retorne SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 52 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 52 29072019 143214 Cilindro de dupla haste Este cilindro possui movimento bidirecional contando com um êmbolo cen tral ligado a duas hastes O movimento acontece quando em determinada câ mara acontece o carregamento do fluido hidráulico enquanto em outra câma ra existe a drenagem do fluido deslocando assim o conjunto êmbolohastes para um lado ou para o outro Câmara 1 Câmara 2 Entrada e saída do fluido Entrada e saída do fluido Entrada e saída do fluido Êmbolo Haste 2 Haste 1 Figura 11 Pistão de dupla haste Outros acessórios podem ser incorporados aos cilindros lineares como amortecedores de fim de curso cuja finalidade é suavizar a parada do pistão quando esse chega no seu recuo ou avanço máximo Atuadores rotativos Os atuadores rotativos têm como função básica a transformação da energia hidráulica em força e movimento de rotação Um conhecido atuador rotativo é o motor hidráulico cuja construção é semelhante ao de uma bomba hidráulica Outros tipos comuns de atuadores rotativos são motores oscilantes motor de engrenagens motor de palheta motor de pistão pinhão e cremalheira oscila dor com cilindro oscilador com rosca sem fim e oscilador de palheta Motores hidráulicos Os motores hidráulicos convertem energia hidráulica em energia mecânica por meio do seu eixo rotacional Para essa conversão e consequente geração de força e movimento utilizase a pressão do fluido hidráulico Suas caracte rísticas construtivas são semelhantes às bombas hidráulicas mas com uma função inversa Capacidade de carga velocidade e manutenção dos motores SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 53 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 53 29072019 143214 devem ser observados para um projeto de instalação hidráulica Existem vários tipos de motores hidráulicos disponíveis no mercado dependendo da necessi dade de cada sistema Os motores podem ser do tipo Vazão fixa e unidirecional Vazão variável e unidirecional Vazão variável bidirecional Vazão fixa e bidirecional Quanto às características construtivas temos Motor de engrenagens empregados normalmente em projetos de estei ras de transporte e ventoinhas Motor de palheta indicados para aplicações industriais são mais ade quados para serem usados em baixas rotações Motor de pistão empregados em movimentações que exijam grandes forças tais como guinchos guindastes para embarcações etc Motores oscilantes responsáveis por conversão da energia hidráulica em força e movimento rotativo com ângulo de rotação com limitação de movimento Pinhão e cremalheira configurados para conversão da energia hidráulica em força e movimento linear conseguidos por um conjunto pinhão e cremalheira Têm características semelhantes aos sistemas utilizados em portões deslizantes Figura 12 Sistema de direção pinhão e cremalheira Fonte Kalatec sd Acesso em 17072019 Adaptado Oscilador com cilindro o enchimento e esvaziamento dos cilindros de maneira alternada provoca um deslocamento na engrenagem via corrente ge rando assim um movimento circular com curso limitado Oscilador de palheta as câmaras são enchidas e esvaziadas dependen SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 54 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 54 29072019 143215 do do sentido do fl uxo do fl uido hidráulico imprimindo um deslocamento das paletas que estão diretamente acopladas ao eixo do atuador fornecendo assim um movimento circular com curso limitado Oscilador com rosca sem fi m a variação do sentido do fl uxo hidráulico nas tomadas de vazão imprime um deslocamento do êmbolo no sentido vertical e esse por sua vez imprime um desloca mento circular no eixo acoplado à rosca sem fi m Esse mo vimento é circular com deslocamento limitado Figura 13 Oscilador com rosca sem fi m Fonte MARIA sd Acesso em 17072019 Adaptado Técnicas de comando hidráulico e aplicações a circui tos básicos Todo desenvolvimento de um projeto hidráulico parte do diagrama hidráu lico onde todos os componentes do sistema estão representados Para a utili zação desses elementos determinamos uma hierarquia garantindo assim um funcionamento regular e padronizado Uma ferramenta utilizada para análise de funcionamento da lógica do sistema hidráulico é a montagem do diagrama trajetopasso Todos os elementos são identifi cados de acordo com sua função e consequente posição na hierarquia SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 55 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 55 29072019 143215 Figura 14 Representação da hierarquia em um circuito hidráulico básico Diagrama trajetopasso O projeto de um circuito hidráulico começa com a análise da sequência de movimento dos atuadores do sistema movimentos esses que podem ser repre sentados grafi camente no diagrama trajetopasso ou diagrama de movimentos Hierarquia de elementos Quinta linha Atuadores composta pelos cilindros e motores hidráulicos Quarta linha Elementos de comando ou sinal válvulas direcionais pilotadas Terceira linha Elementos de regulagem de fl uxo e pressão Segunda linha Elementos de entrada bombas hidráulicas Primeira linha Elementos auxiliares fi ltros reservatório mangueiras etc SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 56 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 56 29072019 143216 DIAGRAMA 1 DIAGRAMA TRAJETOPASSO PARA UM ÚNICO ATUADOR O Diagrama 1 representa uma sequência de trabalho de um atuador onde cada um dos movimentos é representado através de coordenadas enquanto uma re presenta o trajeto que o cilindro A está percorrendo a outra representa o passo Caso haja vários outros elementos no sistema hidráulico todos eles deve rão ser representados da mesma forma sendo suas representações sobre postas Analisando ainda o Diagrama 1 notamos que inicialmente o cilindro está recuado permanecendo assim até o primeiro passo Nesse instante o cilindro sai do estado de recuo e vai para o estado de avanço completando o movimento ao atingir o passo 2 No instante do passo 4 o cilindro novamente recua para o estado inicial atingindo o passo 5 Identificação de sequência de movimentos É importante identifi car a sequência de movimentos de um circuito hidráuli co para isso convencionase que as sequências podem ser diretas ou indiretas Os atuadores são identifi cados por letras A B C etc e os movimentos desses são indicados por sinais O avanço de um atuador é indicado pelo sinal e o recuo do atuador é indicado pelo sinal Uma sequência direta signifi ca que as letras dos atuadores estão na mesma ordem da sequência Exemplo Sequências diretas SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 57 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 57 29072019 143217 A B A B atuador A avança atuador B avança atuador A recua e atuador B recua A C B A C B atuador A avança atuador C avança atuador B recua atuador A recua atuador C recua e atuador B avança Sequências indiretas A B B A atuador A avança atuador B avança atuador B recua e atuador A recua A B C A D B D C atuador A avança atuador B avança atuador C avança atuador A recua atuador D avança atuador B recua atuador D recua e atuador C recua Identificação dos elementos de um circuito hidráulico Para identifi cação dos elementos de um circuito hidráulico fazse necessária uma representação em formato de diagrama DIAGRAMA 2 IDENTIFICAÇÃO DOS ELEMENTOS Elemento de trabalho Elemento de trabalho Elemento de comando Elemento de comando Elemento de alimentação Elementos de sinal Elementos de sinal 10 11 12 13 22 20 21 23 02 01 Elementos de trabalho os elementos de trabalho cuja função é a de con verter a energia hidráulica em movimento e força motores e cilindros são enumerados como 10 20 30 etc Elementos de comandos e sinais para os elementos de comando e de sinais válvulas direcionais por exemplo o primeiro algarismo relaciona a vál SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 58 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 58 29072019 143217 vula a qual elemento de trabalho ela infl ui Para as válvulas de comando que acionam o atuador diretamente o algarismo à direita do ponto é 1 Para as válvulas de sinais o algarismo à direita do ponto é par sempre maior que 0 se a válvula é responsável pelo movimento de avanço do atuador caso seja res ponsável pelo recuo do atuador esse número será ímpar maior que 1 Elementos de regulagem para os elementos de regulagem controle de vazão o algarismo a direita do ponto é o zero seguido de um número par maior que zero se a válvula atua no avanço do atuador e ímpar maior que 1 caso a válvula atue no recuo do atuador Elementos de alimentação nesse caso o primeiro algarismo é o zero e o número depois do ponto identifi ca a sequência em que ele faz parte Circuitos hidráulicos básicos Os circuitos hidráulicos básicos se dividem em Circuitos de descarga nesses circuitos o controle de pressão é demons trado em três níveis altamáxima intermediária e recirculando Cada controle de pressão é feito através de uma posição de deslocamento da válvula direcional Posição 1 central a válvula está desligada criando a condição para que a linha de pilotagem da válvula limitadora de pressão fi que bloqueada portanto a pressão do fl uido será determinada pelo ajuste prévio da válvula de pressão Posição 2 esquerda energizandose a solenoide B a válvula dire cional assume a segunda posição ligando a linha de pressão à linha de pilotagem da válvula limitadora de pressão principal Posição 3 direita desenergizando B e ener gizando A a válvula direcional assume a terceira posição a qual interliga a pilotagem da válvula limitadora de pressão principal com a linha que retorna o fluido ao tanque Nessa operação a única carga apresentada ao fluido será a resistência da mola que mantém o carretel da válvula de pressão na sua posição resul tando na recirculação a uma pressão baixa do óleo para o tanque SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 59 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 59 29072019 143218 Figura 15 Posições de deslocamento da válvula direcional Fonte Parker Hannifin sd Adaptado Figura 16 Circuito regenerativo de avanço e retração Fonte Parker Hannifin sd Adaptado Circuitos regenerativos inicialmente com a válvula direcional em estado de repouso os dois canais para fluxo de fluido do pistão estão submetidos à mesma pressão O desequilíbrio da força resultante provoca avanço da haste do cilindro desequilíbrio este que é resultante da des carga de óleo no lado da haste a ser somada ao fluxo da bomba e nesse caso o volume será sempre a metade do volume que entra do outro lado do cilindro provocando assim o avanço da haste Quando a válvula dire cional é acionada a câmara traseira do cilindro é drenada para o tanque portanto todo o fluxo de óleo é direcionado para a câmara do lado da haste forçando assim o movimento de retorno SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 60 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 60 29072019 143219 Circuito com aproximação rápida e avanço controlado em muitas aplicações se faz necessário um avanço rápido da haste de um cilindro para isso o circuito hidráulico segue a configuração da figura abaixo No acionamento da válvula direcional o fluxo do fluido é enviado para a câ mara traseira do cilindro enquanto o fluido da câmara da haste flui li vremente pela válvula de desaceleração e através da válvula de controle direcional retornará para o reservatório Figura 17 Circuito com aproximação rápida e avanço controlado Fonte Parker Hannifin sd Adaptado Circuito altabaixa esses circuitos são as soluções para combina ções de bombas com vazões diferentes Na figura a seguir no circuito à esquerda ao ser feito o acionamento do motor elétrico a vazão da bomba de maior capacidade passará através da válvula de retenção somandose com a vazão da bomba de menor capacidade portan to a vazão que circulará pelo sistema será a soma das vazões das duas bombas avançando a has te de um cilindro a uma pressão relativamente baixa Quando a carga de trabalho é atingida a pressão do sistema aumenta pressionando a válvula limitadora de pressão com ajus te de maior pressão Quando a pressão atinge o valor de 35 kgfcm2 a válvula de descarga abre descarregando o fluxo da bomba de maior capacidade para o reservatório SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 61 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 61 29072019 143220 Figura 18 Circuitos de alta e baixa pressão Fonte Parker Hannifin sd Adaptado Figura 19 Circuitos de entrada e saída do fluxo Fonte Parker Hannifin sd Adaptado Circuitos de controle os controles de entrada e de saída de fluxo são feitos através de válvulas de controle de fluxo com pressão compen sada mudandose apenas a posição dessa válvula em relação ao sentido do fluxo do fluido hidráulico No caso do controle de entrada a válvula é instalada controlando o fluxo do fluido do lado da câmara do êmbolo do cilindro para o controle de saída ela será instalada para controlar o fluxo de saída da câmara da haste do cilindro SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 62 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 62 29072019 143221 Circuito de vazão por desvio de fl uxo um tipo de circuito para controle de fl uxo é o do tipo sangria Nesse caso a válvula de controle de fl uxo não apresenta resistência à bomba funciona derivando ao reservatório parte do fl uido enviado pelo sistema de geração de vazão Além da geração menor de calor essa confi guração de circuito é mais econômica comparada a circuitos com controle de entrada e controle de saída Figura 20 Circuito de vazão por desvio de fl uxo Fonte Parker Hannifi n sd Adaptado Introdução à pneumática Em pneumática palavra derivada do grego pneuma signifi ca sopro Logo pneumática pode se traduzir por sopro em movimento Pneumática é a ciência que estuda o uso de gases pressurizados A engenharia estuda a pneu mática para o desenvolvimento de aplicações de acionamento e comando Na automação industrial os princípios da pneumática começaram a ser aplicados em maior escala a partir do século XX desenvolvendose até o ponto em que a conhecemos hoje A utilização de sistemas elétricos é utilizada em amplo espectro de aplicações mas existem situações em que apenas a energia transmitida pelos fl uidos hidráu licos e pneumáticos pode oferecer um resultado mais efi ciente e a baixo custo En contramos também situações em que é proibido sistemas que possam apresentar qualquer tipo de faíscas elétricas câmaras de pintura minas de carvão fábricas VIDEOAULA Clique aqui SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 63 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 63 29072019 143221 bélicas etc Assim atuadores pneumáticos são utilizados quando as cargas são da ordem de até mil quilos para cargas maiores utilizamse atuadores hidráulicos e são necessários movimentos de duas posições início e fi m limitadas por batentes mecânicos fi xos Em sistemas de altas rotações tais como fresadoras motores para indústria odontológica etc atuadores pneumáticos também são bastante utiliza dos Não raro encontraremos equipamentos combinados ao uso das energias hi dráulica pneumática e elétrica Comportamento do ar comprimido Para o estudo dos sistemas pneumáticos necessitase compreender o com portamento e as características do ar O ar não se pode pegar ou ver mas com provamos sua existência através de suas propriedades Como tudo no universo o ar é matéria e ocupa seu lugar no espaço Imagine um recipiente em que parte já seja ocupada por outra matéria pois bem o ar completará o espaço restante O ar é um fl uido compressível e tende a diminuir seu volume quando sob pressão Possui elasticidade pois quando a pressão é retirada o ar volta ao seu volume inicial É expansível cuja propriedade é a de aumentar seu volume ocupando todo o volume do recipiente ou do espaço que o contém O ar presente na atmosfera é um composto de vários gases sendo 21 de oxigê nio 78 de nitrogênio e 1 de outros gases diversos O ar também contém água em forma de vapor em sua constituição e sua capacidade de absorver esses vapores depende diretamente da temperatura mas não da pressão A absorção de vapor de água tem aumento progressivo com o aumento da temperatura Toda substância incluindo o ar tem limites para absorção de vapor de água denominado saturação e caso esse limite seja ultrapassado o vapor condensará na forma de água O ar ocupa completamente o volume à disposição gerando forças de com pressão pelo fato de suas moléculas estarem em constante movimento pelo efeito do calor Caso haja uma mistura de gases cada um terá um comporta mento único não considerando a presença de outros gases A pressão total resultante da mistura desses gases será a soma das pressões individuais São três as grandezas físicas que determinam o estado de um gás sendo elas o volume a temperatura e a pressão Pressão as indicações de pressão tomam como referências o ponto zero ab SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 64 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 64 29072019 143221 soluto vácuo ou a pressão exercida pela atmosfera Assim utilizamse os termos de pressão absoluta e pressão relativa A pressão atmosférica é exercida pelo ar que envolve a terra com alteração de valor de acordo com a variação da densidade e da altitude Portanto a pressão atmosférica não tem um valor constante Como referên cia ao nível do mar esse valor equivale a 1013 bar ou 1013103Nm2 ou 103Pa A figu ra a seguir é a representação das relações entre as pressões relativa e absoluta onde A pressão em zero absoluto B pressão atmosférica C pressão absoluta pa D pressão relativa positiva pe E pressão relativa negativa pe p A D B C E Figura 21 Pressões relativa e absoluta Quando a referência é o ponto de zero absoluto as informações de pres são serão definidas como pressão absoluta caso a referência seja tomada pela pressão atmosférica as informações serão definidas como pressão relativa Pela figura anterior demonstrase que a pressão relativa pode ser negativa ou positiva enquanto a pressão absoluta será sempre positiva Os manômetros são os instrumentos usados para a verificação dos valores de pressão Hoje no mercado existem três tipos de manômetros o manômetro de tubo de Bour don o de diafragma ondulado e o de êmbolo com mola Volume o volume de um gás corresponde ao espaço que ele ocupa de pendendo assim do recipiente que o confina e por mais espaço que esse re cipiente contenha esse gás ocupará todo seu volume Devido ao movimento contínuo de suas moléculas e em todas as direções o ar não sofre a ação da força da gravidade não sendo assim depositado no solo SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 65 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 65 29072019 143221 Temperatura é defi nida como a medida da quantidade de energia térmi ca de um material é o grau de agitação das moléculas desse material Quanto mais agitadas maior a temperatura Arquitetura dos sistemas pneumáticos Assim como nos sistemas hidráulicos ou elétricos um sistema pneumático é composto por diversos elementos tais como os apresentados a seguir na or dem exigida pelo processo de geração de ar comprimido para uso geral Elementos de geração Elementos de tratamento de ar Elementos de armazenamento Elementos de comando de sinais Elementos de comando de potência Elementos atuadores Elementos de geração o ar comprimido é obtido por meio de equipa mentos conhecidos como compressores de ar cuja função é retirar o ar do ambiente e armazenálo sob pressão em câmaras Os compressores são classi fi cados de acordo com suas características construtivas Compressor de êmbolo tem o princípio de funcionamento seme lhante ao de um motor de automóvel Esses compressores têm a característica de de maneira mecânica comprimir um volume determinado de ar a cada ci SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 66 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 66 29072019 143221 clo Seu pistão aspira o ar através de uma válvula de admissão comprimindoo durante seu curso até que a pressão desejada seja atingida liberando assim uma válvula controladora de pressão São os mais empregados pois podem ser utilizados em diversos tipos de operações dependendo das faixas de pres são desejadas entre 8 e 10 bar tem custo reduzido Oscilações de pressão e a produção de fluxo pulsante de ar são desvantagens à determinadas aplicações Para segmentos industriais que necessitam de ar comprimido livre de impu rezas uma variação construtiva desse tipo de compressor é o de membrana isolando assim o ar a ser comprimido das peças do compressor evitando con taminação de resíduos sólidos e óleo Compressor rotativo de palhetas para esse tipo de configuração o volume de ar aspirado é comprimido suavemente ao longo do percurso ge rando assim um fluxo de ar com pulsação pequena mas operando em faixas menores de pressão se comparado ao compressor de êmbolo Compressor rotativo parafuso sua construção consiste em dois pa rafusos ligados individualmente a eixos de rotação O ar é transportado de ma neira contínua entre esses parafusos evitando assim oscilações de pressão uma vez que esse fluxo de ar é extremamente contínuo Esses compressores têm um custo elevado mas são os preferidos atualmente pelo mercado por fornecerem fluxo de ar contínuo Compressor rotativo Roots engrenagens movimentamse acionadas por um motor elétrico Essa configuração de compressor não pressuriza interna mento o ar sendo utilizado apenas para transportar volumes de fluido em baixas pressões A pressão é exercida apenas pela resistência oferecida ao fluxo do fluido Turbo compressor Axial o fluxo de ar escoa por rodas que giram em altas velocidades e no estágio final através de um elemento difusor a energia do movimento do ar cinética é transformada em pressão Essa construção permite altas vazões de ar porém por cada um dos estágios operar com pres são baixa são necessários vários estágios montados em sequência para que pressões maiores sejam atingidas Turbo compressor Radial o ar é aspirado no sentido axial e condu zido no sentido radial para a saída Têm características semelhantes aos com pressores axiais e apresenta larga faixa de operação Elementos de tratamento de ar o ar comprimido pode estar contamina SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 67 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 67 29072019 143221 do por uma série de substâncias algumas vindas com o próprio ar ambiente e outras agregadas durante o processo de compressão tais como partículas de poeira vapores de água fumaça monóxido de carbono etc O óleo responsável por lubrificar os compressores também pode contaminar o ar assim como resí duos sólidos advindos do desgaste de seus componentes mecânicos Pela tubu lação o fluido também pode transportar ferrugem eventualmente presente nas tubulações e mangueiras Os elementos básicos para o tratamento do ar com primido são feitos pelos filtros de partículas filtros de odores elementos de condensação purgadores filtros coalescentes etc secadores e resfriadores Elementos de armazenamento o armazenamento do ar comprimido pode ser feito em reservatórios também conhecidos como pulmões e sem grandes dificuldades necessitando apenas de teste hidrostático periódico que nada mais é do que um processo em que componentes de um sistema subme tidos à pressão têm sua resistência a vazamentos testada Esse teste consiste no enchimento do equipamento com líquido sob pressão Após essas análises conseguimos elaborar uma hierarquia de procedimen tos para o tratamento e distribuição de ar comprimido sendo ela ASPIRAÇÃO COMPRESSÃO RESFRIAMENTO FILTRAGEM SECAGEM ARMAZENAGEM DISTRIBUIÇÃO TRATAMENTO Elementos de comando de sinais constituído por válvulas sistemas ló gicos unidades programáveis etc Esses elementos têm a responsabilidade de controlar os atuadores pneumáticos mediante informações adquiridas de sen sores ou microcontroladores Elementos de comando de potência nesse grupo encontramos as vál vulas direcionais válvulas de retenção de vazão pressão e válvulas especiais Esse grupo é o responsável por converter os sinais vindos dos elementos de co SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 68 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 68 29072019 143221 mando de sinais para níveis capazes de realizar o acionamento dos atuadores Elementos atuadores os atuadores têm a função de converter a energia fornecida pelo ar comprimido em energia mecânica de força e movimento São dois os tipos de atuadores lineares e rotativos Atuadores lineares também conhecidos como cilindros lineares são elementos capazes de converter a energia gerada pelo ar comprimido em energia mecânica de trabalho linear São compostos em sua composição mais simples por camisa pistão e haste Atuadores rotativos responsáveis por converter a energia gerada pelo ar comprimido em energia mecânica em trabalho rotacional Características dos sistemas pneumáticos Após o estudo desenvolvido até agora conseguimos estabelecer algumas características dos sistemas pneumáticos Vantagens para a utilização de ar comprimido em máquinas e equipamentos Abundância do elemento no meio ambiente Risco zero de faísca em ambientes com potencial explosivo Fácil armazenamento Não causa contaminação ambiental Não necessita de linha de retorno como nos sistemas hidráulicos fazendo o escape diretamente para a atmosfera Custo baixo se comparado aos sistemas hidráulicos Desvantagens e limitações de um sistema pneumático Contaminação como dito anteriormente a composição do ar apre senta umidade vapor de água essa umidade dependendo das condições re lativas à temperatura e pressão pode vir a condensar ao longo das linhas de transmissão do ar comprimido e caso não sejam instalados elementos para a retirada dessa água corrosões podem aparecer internamente às tubulações e aos elementos do sistema pneumático Viscosidade assim como na hidráulica a viscosidade de um fl uido é a sua propriedade física caracterizada pela resistência que esse fl uido apre senta ao seu movimento ao longo dos condutos que o confi na é a facilidade SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 69 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 69 29072019 143221 com que um fluido pode movimentarse pelos elementos do sistema No caso do ar a viscosidade é baixa fazendo com que consiga escoar por pequenas áreas aumentando assim em muito as chances de aparecerem vazamentos Vazamentos em linhas de ar comprimido são muito comuns comprometendo e sobrecarregando o sistema de geração e tratamento A viscosidade de um gás a baixa densidade aumenta com a temperatura enquanto a viscosidade de um líquido diminui com o aumento de temperatura A transferência de quan tidade de movimento entre as camadas do gás se movendo em velocidades diferentes é a responsável pelo valor da viscosidade desse fluido Compressibilidade do ar característica inerente ao ar como visto anteriormente Essa propriedade limita o uso de atuadores pneumáticos quan to ao posicionamento Diferentemente dos atuadores hidráulicos que podem executar movimentos de maneira analógica vários valores de posição entre o mínimo e o máximo nos atuadores pneumáticos devida a compressão do ar imprimida pela haste do cilindro a atuação é de maneira digital assumindo apenas dois valores para o posicionamento da haste avançado ou recuado aberto ou fechado direita ou esquerda etc portanto não é possível atingir posições intermediárias de maneira precisa e confiável Os limites de posição para os atuadores pneumáticos são feitos por batentes mecânicos limitado res Outro inconveniente relacionado a compressibilidade é a dificuldade em estabilizar a velocidade nos movimentos dos atuadores Uma deficiência dos circuitos pneumáticos é apresentar velocidade variável de seus atuadores ao longo do seu curso SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 70 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 70 29072019 143221 Sintetizando Essa unidade é o complemento aos estudos sobre hidráulica iniciados na uni dade anterior e uma introdução aos sistemas pneumáticos e suas características Iniciamos pelo estudo dos elementos de potência dos circuitos hidráulicos dos quais fazem parte as bombas hidráulicas Entendemos os conceitos estu damos as características construtivas e de aplicações para os variados tipos de bombas disponíveis no mercado assim como os cuidados necessários com a instalação manutenção e conservação desses componentes Outro grupo de elementos de potência ao qual tivemos contato foi o grupo dos atuadores hidráulicos os quais classificamos como lineares ou rotativos de acordo com o princípio de deslocamento Compreendemos características peculiares a cada forma construtiva adquirindo assim ba gagem para a escolha da melhor opção para desenvolvimento de projetos de sistemas e instalações hidráulicas Técnicas que facilitam e determinam a viabilidade de um projeto de sistemas hidráulicos foram apresentadas O organograma hierárquico dos elementos de um sistema possibilita a execução e a confiabilidade no pro jeto desse sistema O diagrama de trajetopasso ferramenta que facilita o desenvolvimento das lógicas de acionamento e movimento e por fim a identificação padronizada dos elementos que compõem o projeto hidráu lico Finalizamos o assunto sobre sistemas hidráulicos com a apresentação de circuitos básicos de controle e comando descrevendo o funcionamento e a aplicação de algumas configurações utilizadas em projetos Um novo assunto foi abordado introdução à pneumática com o qual pudemos constatar características semelhantes às estudadas em sistemas hidráulicos Por isso mesmo o tema já pareceu um assunto familiar Inicia mos por conhecer as grandezas físicas e o comportamento do ar quando exposto a essas grandezas Identificamos os vários estágios de um siste ma de ar comprimido desde a geração até o armazenamento estudando elementos presentes em cada etapa do processo Finalizamos definindo as características dos sistemas pneumáticos de ar comprimido apresentando vantagens e desvantagens em relação a ou tros sistemas SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 71 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 71 29072019 143222 Referências bibliográficas DRAPINSKI J Hidráulica e pneumática industrial e móvel São Paulo McGra wHill do Brasil 1977 FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA Sistemas fluidomecânicos Disponível em httpswwwfegunespbrHomePaginas Pessoaisnestorproenzaperezsfm2014aula33pdf Acesso em 18 jul 2019 FACULDADE DE TECNOLOGIA E CIÊNCIAS Sistemas hidráulicos industriais con ceitos básicos Disponível em httpwwwfatecccombreadmoodlehidrauli caindustrialapostilasconceitosbasicoshidraulicapdf Acesso em 18 jul 2019 JUNIOR J H C G Sistemas hidropneumáticos I hidráulica 03 14 set 2008 Do cPlayer Disponível em httpsdocplayercombr62864702Sistemashidrop neumaticosihidraulica03html Acesso em 17 jul 2019 JUNIOR W R P Hidráulica e técnicas de comando Ebah Disponível em ht tpswwwebahcombrcontentABAAAfaucACapostilahidraulicahidraulica tecnicascomandopart5 Acesso em 17 jul 2019 KALATEC Cremalheiras Disponível em httpswwwkalateccombrcrema lheiras Acesso em 17 jul 2019 MARIA B Sistema de direção SlidePlayer Disponível em httpsslideplayer combrslide42913 Acesso em 17 jul 2019 PARKER HANNIFIN LTDA Circuitos hidráulicos básicos tecnologia hidráulica industrial Apostila M20012 BR informações técnicas Disponível em https wwwparkercomliteratureBrazilM20012P17pdf Acesso em 18 jul 2019 REXROTH Treinamento hidráulico Curso básico de óleohidráulica industrial para engenheiros e técnicos São Paulo Rexroth Hidráulica Ltda 1985 SENAI Introdução à pneumática pneumática aplicada à inspeção Disponível em httpwwwabramanorgbrarquivos4949pdf Acesso em 18 jul 2019 SILVESTRE P Hidráulica geral Rio de Janeiro Livros Técnicos e Científicos 1979 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 72 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni2indd 72 29072019 143222 AR COMPRIMIDO E COMPRESSORES 3 UNIDADE SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 73 15082019 162944 Objetivos da unidade Tópicos de estudo Aprofundar o estudo da geração de ar comprimido Apresentar características dos compressores Introduzir os sistemas de distribuição de ar comprimido Geração de ar comprimido Conceitos básicos de ar comprimido Tipos de compressor Simbologia de compressores Regulagem de compressores Tratamento do ar comprimido Instalação de estação de ar comprimido Especificação de compressores Distribuição de ar comprimido Sistema de distribuição de ar comprimido Configurações de redes de distribuição de ar Componentes da rede de distribuição de ar comprimido SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 74 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 74 15082019 162944 Geração de ar comprimido O ar comprimido é caro e o que eleva seu custo é principalmente a necessidade de energia elétrica para produzilo Este custo pode represen tar a longo prazo aproximadamente 75 do custo total Com o evidente aumento da demanda por energia elétrica bem como os problemas de aquecimento global decorrentes das emissões de gases que causam o efeito estufa tornase imprescindível aumentar a eficiência energética de todo e qualquer sistema utilizado Figura 1 Relação de custos em um sistema pneumático Conceitos básicos de ar comprimido Para que seja possível um aprofundamento maior no tema é necessário re lembrar alguns conceitos básicos que regem o ar sob pressão para um dimen sionamento adequado tanto dos equipamentos quanto das redes de distribui ção Pressão volume e temperatura são os parâmetros que devem ser muito bem compreendidos O ar no qual estamos mergulhados e que respiramos é composto por vários elementos tais como vapor de água monóxido de carbono hidrogênio etc A composição do ar atmosférico portanto pode ser medida da seguinte forma SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 75 Custo total Energia elétrica Manutenção Equipamento SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 75 15082019 162944 Elementos Nitrogênio Oxigênio Outros Volume 780 21 1 Massa 755 24 05 Altitude metros 3000 1000 100 Nível do mar Pressão bar 0683 0899 0989 1033 Pressão é uma força aplicada em determinada área sendo assim a pres são atmosférica é a pressão da camada de ar sobre um determinado corpo Esta pressão ao nível do mar é de 1033 bar medida muito próxima à unidade utilizada pelo SI Sistema Internacional que é de 1 kgfcm2 Uma pressão que gira e torno de 6 bar é considerada adequada e em geral utilizada pela maioria dos equipamentos pneumáticos P FA 1 bar 100 kPa Nm2 1 kgfcm2 1422 psi 098 bar 100 psi 1001422 7 kgfcm2 69 bar Além disso a variação da pressão está relacionada à variação da altitude A Figura 2 representa as pres sões relativas e absolutas onde A corresponde à pressão zero absolu ta B denota a pressão atmosférica 1 bar C diz respeito à pressão ab soluta pa D indica a pressão rela tiva positiva e por fim E define a pressão relativa negativa pe O ar comprimido está com pres são acima da pressão atmosférica portanto quanto maior a pressão maior é a energia que o sistema ne cessita empregar para poder com primilo SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 76 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 76 15082019 162945 Figura 2 Pressões relativa e absoluta Figura 3 Classifi cação de compressores Volume O volume de um gás corresponde ao espaço que ele ocupa dependendo assim do recipiente que o confina e por mais espaço que este recipiente contenha o gás ocupará todo o seu volume devido ao mo vimento contínuo de suas moléculas em todas as direções Temperatura Definida como a medida da quantidade de energia tér mica de um material é o grau de agitação das moléculas desse material Quanto mais agitadas maior a temperatura Tipos de compressor O compressor é uma máquina cuja fi nalidade é transformar energia mecâni ca ou energia elétrica considerandose o motor elétrico em energia pneumáti ca pela compressão do ar existente na atmosfera Os tipos de compressores são classifi cados de acordo com sua forma construtiva A B C D p E SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 77 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 77 15082019 162947 É muito comum que um compres sor seja escolhido para aquisição devi do ao seu preço inicial sem conside rar seu custo ao longo de um tempo maior Vazão e pressão requisitadas pelo processo produtivo são parâme tros fundamentais a serem considera dos além das necessidades de futuras ampliações dos sistemas que serão alimentados pelo ar comprimido Diâ metro de tubulações bem como o local onde o compressor será instalado também exigem atenção na hora de escolha do equipamento mais adequado Os compressores dos tipos êmbolo e rotativo comprimem de maneira me cânica um volume fixo de ar a cada ciclo executado Já o turbo compressor faz essa compressão forçando que o ar escoe por um difusor e transformando a energia cinética do ar em pressão Os compressores são classificados em três tipos principais compressores lineares compressores rotativos e turbocom pressores Compressores lineares Compressor de êmbolo A configuração desse tipo de compressor con siste em um mecanismo composto por bielamanivela semelhante ao motor de um carro tracionado por um motor elétrico ou de combustão interna O pistão faz a aspiração do ar atmosférico por meio de uma válvula de admissão e o comprime ao longo do seu curso dentro da câmara quando a pressão atin gir determinado limite abrese a válvula de pressão CURIOSIDADE Esse tipo de compressor é muito econômico quando trabalha na faixa de pressão entre 8 e 10 bar Com o aumento da necessidade de pressão ocorrem altas perdas térmicas sendo que nesse caso é necessária a uti lização de estágios diversos ocorrendo em cada um deles um aumento da pressão Assim conseguese uma melhora de rendimento Em alguns casos um sistema de refrigeração a água se faz necessário embora uma desvantagem apresentada por esse tipo de compressor seja o fluxo de ar comprimido pulsante em sua saída SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 78 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 78 15082019 162949 Figura 4 Compressor de êmbolo Figura 5 Compressor de membrana Compressor de membrana Este é uma variação do compressor de êm bolo e é composto por uma membrana que substitui o pistão Com isso criase um isolamento entre o ar que será comprimido e as peças mecânicas do com pressor Esse tipo construtivo evita que resíduos de óleo possam se misturar ao ar comprimido É muito utilizado em aplicações nas quais o ar tem de ser extre mamente limpo tais como indústrias alimentícias farmacêuticas químicas etc Conjunto bielamanivela Válvula de admissão Válvula de Pressão Pistão Cabeçote Entrada de ar atmosférico Saída de ar comprimido Conjunto bielamanivela Válvula de admissão Válvula de pressão Membrana Pistão SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 79 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 79 15082019 162949 Compressores rotativos Compressor de palhetas Caracterizase por um rotor que gira no interior de uma câmara acionado por um motor de combustão ou elétrico O rotor está deslocado em relação ao eixo central da carcaça e é composto por palhetas ao longo de seu perímetro O ar é aspirado e ligeiramente comprimido ao longo do percurso do rotor Dessa maneira o fluxo de ar comprimido gerado apresen ta pouca pulsação Em contrapartida este tipo de compressor opera em faixas menores de pressão comparadas às pressões do compressor de êmbolo Sua lubrificação é feita pela injeção de óleo Figura 6 Compressor de palheta Fonte VENSON 2014 p 10 Compressor parafuso O funcionamento desse tipo consiste em dois pa rafusos cada qual acionado por um eixo de rotação tracionado por um motor elétrico ou de combustão interna Nesse tipo de construção o ar é movimen tado constantemente entre os parafusos e por isso não apresentam pulsos ou variações de pressão fornecendo um fluxo de ar contínuo Por suas carac terísticas construtivas são compressores de pequeno porte e alta rotação e apresentam alto consumo de potência desvantagem que já vem sendo mini mizada com a instalação de inversores de frequência para controlar a rotação do motor elétrico que movimenta os parafusos Apresentam um custo elevado mas duvido ao fluxo de ar sem oscilações são os mais utilizados pelo mercado Sua operação deve ser a seco e com ar livre de contaminação por óleo Rotor sem as palhetas SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 80 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 80 15082019 162949 Figura 7 Compressor parafuso Fonte VENSON 2014 p 11 Figura 8 Compressor roots Fonte VENSON 2014 p 13 Compressor roots Neste tipo duas engrenagens se movimentam aciona das por motores elétricos ou de combustão Não gera pressão internamente à câmara sendo por isso utilizado somente quando se deseja transportar ar o que leva a pressões baixas A pressão resultante é a que aparece apenas pela resistência oferecida ao fluxo Turbocompressores Turbocompressor axial O ar é acelerado por rodas girantes em vários estágios sendo que no último por meio de um sistema difusor a energia do C B D A G R SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 81 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 81 15082019 162949 movimento do ar energia cinética é convertida em pressão Esse tipo de com pressor é capaz de gerar grandes vazões de ar mas como a pressão é bem baixa em cada um dos estágios são necessários vários estágios para que pres sões maiores sejam alcançadas Figura 9 Turbocompressor axial Fonte VENSON 2014 p 16 Figura 10 Turbocompressor radial Fonte VENSON 2014 p 16 Turbocompressor radial Neste caso o ar é aspirado no sentido axial e conduzido no sentido radial até a saída Este tipo tem características seme lhantes ao compressor axial altas vazões e baixas pressões de ar comprimido SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 82 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 82 15082019 162951 Nos sistemas de ar comprimido a diferenciação de pressões é feita nas se guintes faixas baixa média alta e ultraalta EXPLICANDO Baixa pressões até 10 bar É a faixa mais comum utilizada pelo mercado e pelos processos produtivos industriais As ferramentas de uso industrial trabalham com essa faixa de pressão Média pressões até 15 bar Faixa de pressão utilizada para processos de produção de veículos e manutenção Alta pressões até 40 bar São pressões muito empregadas em equipa mentos para conformação de plásticos máquinas de sopro e para testes em redes de fornecimento de ar Ultraalta pressões até 400 bar Essas pressões são utilizadas em aplicações muito especiais tais como em equipamentos de mergulho e compressão e estocagem de gases técnicos Simbologia de compressores Assim como em qualquer projeto de sistemas sejam elétricos hidráulicos ou pneumáticos adotase uma padronização de símbolos para caracterização de cada tipo de elemento do projeto que ajudam a diferenciar os compressores com sua forma construtiva Compressor Símbolo Pressão bar Vazão m3h Pistão 10 120 Diafragma Baixa Pequena Palhetas 16 4500 Parafuso 22 750 TABELA 1 SIMBOLOGIA DE COMPRESSORES SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 83 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 83 15082019 162951 Compressor Símbolo Pressão bar Vazão m3h Roots 16 1200 RadialAxial 10 2000 Regulagem de compressores Para uma perfeita adequação do volume de ar fornecido às necessidades da planta pneumática são necessárias regulagens dos compressores Dois valores de limites para pressão máxima e mínima infl uenciam no volume do fl uxo de ar comprimido Existem diferentes tipos de regulagens sendo elas Regulagem de funcionamento em vazio Regulagem por descargas Regulagem por fechamento Regulagem por garras Regulagem de carga parcial Regulagem na rotação Regulagem por estrangulamento Regulagem intermitente Regulagem por descarga Essa regulagem é feita por uma válvula limitadora de pressão instalada na saí da do compressor Quando uma pressão prédefi nida é atingida pelo reservatório a válvula abre dando passagem direta do ar comprimido para o meio ambiente Regulagem por fechamento Nesse caso o lado do canal de sucção do compressor é fechado sendo as sim não aspira ar atmosférico algum Este tipo de regulagem é utilizado princi palmente em compressores rotativos e nos compressores do tipo êmbolo Regulagem por garras Este tipo de regulagem é utilizado em compressores de grande porte tipo êmbolo A válvula de sucção fi ca aberta por ação de garras evitando dessa maneira que o o ar dentro da câmara seja comprimido SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 84 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 84 15082019 162951 Regulagem por rotação Essa regulagem é feita ajustandose a rotação do motor que impulsiona o sistema mecânico do compressor seja motor a explosão ou elétrico Regulagem por estrangulamento É conseguida através do estreitamento no canal de sucção sendo possível regular o compressor para determinadas cargas É possível ser utilizada em compressores de êmbolo rotativo e turbo compressores Regulagem intermitente Através de ajustes de pressão máxima e mínima feitos em um pressostato o compressor será desligado quando uma pressão máxima for atingida fi can do nesse estado até que uma pressão mínima esteja presente no reservatório ligandoo novamente Tratamento do ar comprimido A constituição dos elementos pneumáticos principalmente as válvulas é de mecanismos de alta precisão sensíveis e delicados Para que pos sam atuar de modo confiável e com o rendimento esperado é necessário garantir algumas qualidades do ar comprimido oferecido ao sistema tais como Pressão Vazão Teor de água Teor de óleo Teor de partículas sólidas Cada elemento de um sistema pneumático possui especificação pe culiar com relação às grandezas de pressão e vazão para uma operação adequada que estão diretamente relacionadas com a velocidade e com a força de um atuador pneumático Portanto um correto dimensionamento das tubulações da rede de distribuição e um compressor adequado são imprescindíveis As impurezas que podem estar presentes no ar comprimido influen ciam o desempenho a confiabilidade e a durabilidade dos elementos de todo o conjunto pneumático SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 85 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 85 15082019 162951 A água que está misturada ao ar em forma de vapor quando submetida a uma pressão volta ao estado líquido podendo causar corrosão ao conjunto me cânico e aos elementos de armazenamento e distribuição do ar As partículas de elementos sólidos podem causar engripamento dos meca nismos presentes nos componentes mecânicos Sendo assim o elemento ar deve ser submetido a um rigoroso tratamento envolvendo elementos de filtragem secadores e lubrificadores antes de ser dis tribuído para a instalação pneumática Figura 11 Geração tratamento e distribuição de ar comprimido Podemos verificar na Figura 11 que o ar é aspirado do meio ambiente pelo compressor Este equipamento como sabemos é o responsável por comprimir o ar Ele possui um filtro em sua entrada cuja função é reter partículas sólidas que podem estar presentes no ar tal como poeira O ar ao ser comprimido tem elevação na sua temperatura ela tem de ser rebaixada por um resfria dor caso contrário pode vir a danificar as tubulações da planta pneumática Logo após a adequação da temperatura é necessário um novo processo de filtragem para que sejam retiradas eventuais partículas sólidas ou óleo vindos do próprio equipamento compressor Uma outra etapa vem a seguir a seca gem na qual será feita a remoção da água misturada em forma de vapor ao ar comprimido Só então esse ar será armazenado no reservatório que tem duas funções específicas oferecer a garantia de uma reserva de ar comprimi do suficiente para manter a pressão constante da linha pneumática evitando Filtração Compressão Aspiração Filtração Resfriamento Tratamento local Secagem Armazenamento Motor SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 86 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 86 15082019 162951 ligamentos e desligamentos constantes do compressor e garantir um fluxo de ar sem pulsações no caso de escolha de compressores que têm essa caracte rística de produção do ar comprimido Secadores O ar devido à sua umidade relativa tem em sua composição água em forma de vapor que é aspirado pelo elemento compressor acompanhado do ar at mosférico Dependendo da pressão e da temperatura do sistema pneumático esse vapor pode voltar a assumir o estado líquido condensação ao longo das linhas de distribuição e nos equipamentos pneumáticos dependentes desse ar comprimido A água acumulada pode ser eliminada por filtros separadores de água e por drenos instalados ao longo do sistema de geração e distribuição mas tais filtros não são capazes de eliminar a água em forma de vapor por isso são utilizados nas instalações elementos secadores de água Para uma melhor compreensão dos princípios utilizados para secagem podemos comparar o ar a uma esponja que quando muito encharcada estado de saturação terá sua capacidade de absorção reduzida Compri mindose esta esponja diminuímos a quantidade de água absorvida o que equivale a aumentar a pressão do ar e ocorrer a condensação do vapor de água Ao ser resfriada a esponja tem uma diminuição no volume dos seus poros e elimina a água fato equivalente a aumentar a temperatura do ar e ocorrer a condensação Baseado nessa analogia apresentamse métodos para retirada desse va por de água presente no ar Atualmente quatro métodos são utilizados para esse controle de secagem Resfriamento Adsorção Absorção Sobrepressão Secagem por resfriamento Esse tipo de processo consiste em fazer o resfriamento do ar reduzindo o seu ponto de orvalho O resfriamento é feito através da circulação desse ar por um sistema de resfriamento ou trocador de calor cuja constituição é basica mente uma serpentina percorrida por um líquido refrigerante O ponto de or valho alcançado através desse método está entre 2 e 5 graus Celsius Este tipo SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 87 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 87 15082019 162951 de secador é instalado imediatamente após a saída do ar comprimido vindo do compressor Sendo assim na região que vier depois desse secador haverá condensação na linha pneumática Figura 12 Processo de resfriamento para secagem do ar Fonte SILVA 2002 p 33 Secagem por adsorção A adsorção é a adesão da água à superfície de uma outra substância Esse grau de adsorção depende da temperatura da área superfi cial dos sólidos en volvidos no processo e da pressão O carvão ativado é exemplo de um ótimo elemento de adsorção As forças que atraem as moléculas de água podem ser químicas ou físicas as quais podem ser regeneradas pelo ar quente Os sistemas de adsorção possuem dois geradores de ar quente instalados em paralelo para que seja possível realizar a limpeza do elemento responsável pela secagem Assim enquanto um secador estiver em manutenção o outro pode ser usado normalmente Neste método o ponto de orvalho que se consegue atingir gira em torno de 20 oC e em casos atípicos pode chegar a 90 oC Normalmente o elemento utilizado no secador é um material em forma de grãos com arestas ou redondos e a substância química adotada é o dióxido de silício também conhecido como gel sílica Apesar de ser um produto caro se SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 88 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 88 15082019 162954 comparado aos demais é o mais capaz de retirar grande quantidade de umi dade do ar Figura 13 Secagem por adsorção Fonte SILVA 2002 p 34 Secagem por absorção O processo de secagem por absorção é um processo químico no qual o ar comprimido atravessa por uma camada solta de elemento de secagem A água ou o vapor entra em contato direto com este elemento combinandose quimi camente com ele e se desfazendo o que forma uma mistura de água e elemen to secador O elemento composto daí resultante pode ser removido de tempos em tempos do equipamento secador Com o tempo de utilização o produto químico utilizado é consumido e portanto a unidade de secagem deve ser reabastecida periodicamente numa média de duas a quatro vezes anualmente O secador por absorção é um sistema que consegue separar ao mesmo tempo água em estado líquido ou em forma de vapor e partículas de óleo Quando se apresentam grandes quantidades de óleo porém o funcionamen to do secador é prejudicado Por isso é muito utilizado um filtro fino em sua entrada Válvula de fecha mento aberta Válvula de fecha mento aberta Válvula de fechamento fechada Ar seco Ar quente Calefação Ventilador Regenerador II Regenerador I Válvula de fechamento fechada Préfiltro Ar úmido SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 89 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 89 15082019 162954 O ponto de orvalho alcançado por essa confi guração de secador é de apro ximadamente 10 oC Entre todos os métodos é o mais barato todavia é o que tem a menor efi ciência na retirada de volume de água Figura 14 Processo para secagem por absorção Fonte SILVA 2002 p 35 Secagem por sobrepressão Como já sabemos em um processo onde aumentamos a pressão haverá a condensação da água tornando possível a drenagem do líquido Filtros Os fi ltros para ar comprimido têm como função reter partículas de impure zas presentes no ar inclusive água condensada Antes do ar ser utilizado por qualquer equipamento ou sistema deve passar por uma unidade de tratamen to cuja composição é constituída por fi ltro válvula de regulagem de pressão e unidade de lubrifi cação Tal conjunto tem o objetivo de adequar as qualidades do ar às necessidades específi cas de cada máquina ou processo Filtro Seu objetivo é de eliminar partículas sólidas e líquidas presentes no ar com primido O processo de fi ltração acontece em duas fases Uma é a préfi ltração que devido às suas características construtivas imprime um movimento de rotação do ar gerando uma força centrífuga no interior da câmara Com isso as impurezas de maior tamanho são separadas assim como a água em gotí SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 90 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 90 15082019 162957 culas por meio de forças centrífugas e devido à velocidade do ar também por resfriamento Como consequência as impurezas ficam depositadas no fundo do recipiente Em uma segunda fase a eliminação mais fina é feita pelo ele mento de filtragem Neste filtro existe um dreno para eliminação da água que pode ser acionado manual ou automaticamente A porosidade desse elemento filtrante é da ordem de 30 a 70 micrômetros Figura 15 Filtro e seus símbolos Fonte SILVA 2002 p 39 Válvula reguladora de pressão Este tipo de válvula tem o objetivo de manter uma pressão de ar comprimido sempre constante no equipamento ou processo Seu funcionamento só é possí vel quando a pressão a ser regulada apresentar valores inferiores aos da pressão de alimentação oferecido pela rede de distribuição Sendo assim esse tipo de válvula consegue reduzir a pressão mas não aumentála Visualizemos agora a Figura 16 e seus componentes numerados Sua cons trução é tal que quando a pressão solicitada pelo processo ou máquina diminui em relação a um valor especificado pelo ajuste da mola interna 2 empurra o êmbolo 6 que abre o canal com a pressão da linha principal Se a pressão de processo aumentar em relação a um valor determinado devido ao excesso de carga no atuador por exemplo então uma membrana 1 atuará pressionando a mola e o êmbolo e fechando o canal até que a pressão de processo diminua Caso haja um aumento demasiado da pressão então além do controle des crito anteriormente a membrana irá se separar do êmbolo abrindo um canal SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 91 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 91 15082019 162957 com os orifícios de exaustão e fazendo com que o ar escape o que reduz a pressão do processo O parafuso 3 é o responsável por regular a tensão da mola e portanto a pressão de processo Esse tipo de válvula gera uma certa oscilação de pressão na sua saída pres são de processo sendo que essa variação será menor quanto melhor for o dimensionamento de seus componentes Figura 16 Válvula reguladora de pressão Fonte SILVA 2002 p 40 Lubrifi cador O ar após passar por todo o processo de tratamento que inclui fi ltragem resfria mento fi ltração e secagem deve ainda no fi nal receber um elemento fundamental para um desempenho satisfatório e durabilidade maior dos elementos mecânicos presentes nos processos e ferramentas pneumáticos o óleo lubrifi cante O elemento lubrifi cador é o responsável pelo fornecimento desse óleo tão ne cessário para a lubrifi cação dos diversos componentes do sistema pneumático res ponsáveis pelos comandos e atuações de máquinas ou ferramentas O óleo é adicio nado ao ar comprimido pelo processo baseado no conhecido princípio de Venturi SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 92 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 92 15082019 163001 Fundamentalmente este processo funciona quando um fl uxo de ar atraves sa uma seção de área menor dentro de um conduto Tal fl uxo será acelerado enquanto a pressão será reduzida Sendo assim o óleo presente no tubo será pulverizado no ar O nível de óleo presente nos lubrifi cadores deve ser perio dicamente verifi cado assim como deve ser feito o controle de sua dosagem Figura 17 Lubrifi cador Fonte SILVA 2002 p 41 Unidade de conservação Uma unidade de conservação é composta pela combinação de elementos de fi ltração de ar comprimido lubrifi cação e regulador de pressão São ele mentos instalados normalmente no fi nal dos ramais de alimentação de ar com primido próximos aos dispositivos de trabalho Para um adequado funcionamento das unidades de conservação al guns pontos devem ser observados no projeto e operação do sistema pneumático A vazão total de ar é determinada para o tamanho da unidade Um consumo de ar muito alto provoca queda de pressão nos equipamentos Sendo assim de vem ser observados criteriosamente os dados indicados pelos fabricantes A pressão de trabalho nunca deve ultrapassar a pressão indicada para funcionamento do aparelho Bujão de reabastecimento de óleo Nível máximo do óleo Nível mínimo do óleo Entrada A Saída B SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 93 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 93 15082019 163004 A temperatura do ambiente não deve ultrapassar os 50 oC o limite para elementos cujo material construtivo é sintético Como em todo sistema as unidades de conservação devem receber cuida dos de manutenção adequados e periódicos sejam eles Filtro de ar comprimido Deve haver controle no nível de água condensa da e a altura delimitada no copo coletor não deve ser ultrapassada Essa água pode ser enviada para a tubulação de ar comprimido e daí para os equipamen tos pneumáticos A drenagem dessa água é feita pela abertura de um parafuso de dreno encontrado no fundo do copo coletor Caso haja um elemento fi ltran te ele deve ser limpo ou substituído Regulador de ar comprimido Caso haja fi ltros de ar comprimido antes desse regulador a manutenção não é necessária Caso contrário sua desmon tagem e limpeza são necessárias Lubrifi cador de ar comprimido Um acompanhamento e controle do nível de óleo no corpo do reservatório é necessário sempre com a observação das as indicações de níveis máximo e mínimo Materiais plásticos e o copo do lu brifi cador devem ser limpos apenas com produtos indicados pelos fabricantes Para o lubrifi cador devem ser usados apenas óleos minerais Instalação de estação de ar comprimido A temperatura no ambiente onde está instalado o compressor de ar e a limpeza do ar que será aspirado pela máquina são requisitos de vital importância para um perfeito funcionamento do equi pamento reduzindo a necessidade de manutenções e custos decorrentes A temperatura do ar que é captado pelo compressor tem influência direta sobre o rendimento da máquina uma vez que uma redução de 3oC representa uma re dução de consumo de energia elétrica por volta de 1 Tomando como refe rência uma temperatura de 21oC de monstrase a seguir a relação tempe ratura consumo SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 94 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 94 15082019 163004 temperatura do ar oC 1 4 21 27 49 consumo 75 diminuição no consumo 57 diminuição no consumo 00 19 aumento no consumo 95 aumento no consumo Normalmente o ar comprimido é produzido de maneira centralizada sendo depois distribuído pela planta pneumática Para uma qualidade de ar satisfatória este após sofrer a compressão deve passar por um trata mento que envolve filtragem resfriamento secagem e separação de im purezas sólidas e líquidas inclusive o vapor de água Especificação de compressores Os compressores pneumáticos alimentam uma variedade muito grande de ferramentas máquinas e processos abrindo um leque muito grande de apli cações Para um fornecimento adequado de ar alguns requisitos básicos para especifi cação de um compressor devem ser seguidos Análises básicas Análise do ambiente onde será utilizado o ar comprimido O sistema de ar comprimido será responsável por alimentar ferramentas para aplicações caseiras ou utilizado para impulsionar ferramentas e maquiná rios pesados de uso industrial Análise dos requisitos das ferramentas que serão alimentadas pela rede de ar comprimido Devem ser consideradas as necessidades de pressão e volume de fl uxo de ar comprimido exigidos por todas as ferramentas que compõem a planta pneu mática Equipamentos industriais obviamente necessitam de maior pressão e volume de ar comprimido Caso o compressor escolhido não seja grande o sufi ciente será necessário aguardar até que o reservatório seja carregado Análise de características específi cas Potência do compressor de ar A grandeza que determina a potência de um compressor é geralmente o HP cavalos de potência sendo que 1 HP corresponde a 746 watts Essa potência SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 95 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 95 15082019 163004 não deve ser o único indicador para se determinar a escolha de um compres sor Ainda mais necessária será a classificação do compressor em CFM Capacidade de fluxo de ar comprimido O fluxo ou descarga livre efetiva de ar FAD é medido em pés por minuto CFM ou outra grandeza de acordo com a localização geográfica Simplifican do é a capacidade de realização de uma tarefa em determinado tempo por um compressor de ar Resumidamente a pressão é determinada pelo traba lho que está sendo realizado enquanto o fluxo CFM exigirá a compressão da frequência com que o trabalho deve ser realizado ou quantos trabalhos estão sendo realizados ao mesmo tempo O CFM é a medida de fluxo do volume de ar comprimido que muda de acordo com a pressão do compressor Devese atentar para o fato de que fer ramentas com diferentes pressões não terão necessariamente CFMs que po dem ser simplesmente juntados Para que isso seja simplificado alguns proce dimentos devem ser seguidos Durante a avaliação de um compressor buscar o CFM padrão cujo valor é 145 PSIA à temperatura ambiente de 20 oC e com 0 de umidade relativa Caso não escolha usar o SCFM devese usar valores de CFM atrelados à mesma pressão PSI Quando os SCFMs de todas as ferramentas de ar forem conhecidos basta somálos adicionando em seguida 30 desse valor como medida de seguran ça Na escolha do compressor devese chegar o mais próximo possível desse valor para que a escolha não seja pequena ou grande demais desperdiçando dinheiro Exemplificando Caso o sistema pneumático alimente um sistema no qual estejam presentes uma ferramenta de características de 4CFM 90psi uma ferramenta de características de 2CFM 90psi e uma terceira ferramenta com características de 11CFM 90psi e sendo estas utilizadas simultanea mente basta somar os CFMs 17CFM 90psi e o valor será o máximo CFM necessário Espaço e portabilidade Os compressores de ar podem ser pequenos portáteis ou de grandes dimensões portanto a necessidade de movimentar ou não o equipa mento deve ser considerada SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 96 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 96 15082019 163004 Fonte de energia Os compressores de ar necessitam de energia gerada por um motor seja ele elétrico ou de combustão interna de acordo com o local de utilização A maioria dos compressores de pequeno porte para utilização doméstica ope ram com uma tensão monofásica de 220V Os compressores de maior porte utilizados em aplicações industriais podem ser energizados com tensões trifá sicas de 220V 380V 440V etc Portanto uma infraestrutura de rede de energia adequada deve estar disponível para a alimentação do compressor Distribuição de ar comprimido Com a automação de elementos utilizados em ferramentas e processos de produção é necessário cada vez mais uma maior quantidade de ar com primido pois cada máquina ou equipamento necessita de uma determinada parcela desse ar abastecidos por um compressor através de uma rede de tubulações O dimensionamento do diâmetro da tubulação deve ser defi nido de ma neira que caso haja um aumento do consumo não implique uma queda da pressão no sistema Uma readequação de um sistema de distribuição mal dimensionado necessariamente acarretará custos elevados Sistema de distribuição de ar comprimido Primeiro precisamos observar a importância não apenas do correto di mensionamento de uma rede de distribuição de ar comprimido mas também a montagem das tubulações e dispositivos que a compõem Estas tubulações exigem manutenções periódicas e por isso nunca devem ser embutidas em paredes ou vãos estreitos e de difícil acesso o que difi culta a verifi cação de vazamentos Os vazamentos em pequenas quantidades representam grandes perdas de pressão As tubulações em especial as redes confi guradas em circuito aberto devem ser montadas com um declive de 1 a 2 no sentido do fl uxo de ar comprimido Devido à condensação de água em tubulações horizontais é necessário instalar ramais de saída de ar na parte de cima do conduto principal Evitase SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 97 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 97 15082019 163004 assim que água eventual no sistema chegue até as tomadas de ar por meio dos ramais Para a retirada da água da linha de distribuição devem ser instalados drenos no lado inferior da tubulação principal Configurações de redes de distribuição de ar As redes de distribuição de ar comprimido podem ser montadas em circuito aberto fechado ou em rede combinada Rede de circuito aberto Esse tipo de confi guração é o que apresenta o menor custo se comparado aos outros tipos de redes utilizadas No entanto caso o dimensionamento das tubulações esteja no limite falhas no fornecimento de ar principalmente nas extremidades aparecerão Os tubos horizontais que compõem a rede devem ser instalados com um pequeno declive no sentido do fl uxo do ar comprimido e uma válvula de dreno deve ser instalada no fi nal da rede para a retirada de água do sistema Uma desvantagem desse sistema é que no caso de necessi dade de manutenção em qualquer válvula de ramal ou outro componente da rede principal todo o sistema fi cará sem fornecimento de ar comprimido Figura 18 Circuito aberto de distribuição de ar comprimido SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 98 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 98 15082019 163004 Figura 19 Circuito fechado de distribuição de ar comprimido Rede de circuito combinado Essa rede combinada parte de uma rede de distribuição de circuito fechado na qual são instaladas redes transversais e longitudinais oferecendo um for necimento de ar imediato e uniforme em qualquer local da planta do processo Através de válvulas de fechamento conseguese isolar determinadas linhas de ar facilitando a manutenção e o controle de estanqueidade Rede de circuito fechado ou anel Normalmente as tubulações de rede de distribuição de ar comprimido são montadas em circuito fechado ou anel Partindo da tubulação principal de ali mentação de ar o circuito faz um percurso em torno da planta de processos retornando e interligandose ao mesmo ponto do qual teve origem com os ra mais sendo instalados ao longo dessa linha Nesse tipo de distribuição o ar flui nos dois sentidos dificultando o escoamento regular da água condensada que tende a fluir para o ponto de maior solicitação de ar comprimido Apresenta um custo mais elevado se comparado ao circuito aberto entretanto observase um fluxo de ar mais uniforme e caso sejam colocadas válvulas de fechamento de ar em pontos corretos conseguese fazer manutenções sem a paralisação de todo o sistema de fornecimento de ar SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 99 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 99 15082019 163004 Figura 20 Circuito combinado de distribuição de ar comprimido Componentes da rede de distribuição de ar comprimido Para as tubulações principais podemos empregar várias opções de mate riais para utilização na montagem de linhas de distribuição de ar comprimido tais como cobre tubos de aço preto latão tubo de aço galvanizado açoliga e material sintético Toda tubulação de ar deve ser de fácil instalação e apresen tar alta resistência à corrosão Tubulações permanentes devem ter suas uniões soldadas apresentando vantagens com o passar do tempo e evitando vazamentos Em redes constituí das por tubos de aço galvanizado o ponto de conexão nem sempre apresenta vedação perfeita mas a resistência à corrosão nesses tubos é muito maior do que a do tubo de aço preto Casos especiais podem exigir tubulações de cobre ou de material sintético Tubulações secundárias podem ser constituídas de mangueiras de borra cha desde que seja requerida fl exibilidade e devido a um esforço mecânico maior não possam ser utilizadas tubulações plásticas Tubulações à base de polietileno e poliamida são empregados com maior frequência hoje em dia sendo usadas em maquinários Com o desenvolvimen SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 100 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 100 15082019 163004 to de novos tipos de conexões rápidas os tubos de plástico podem ser instala dos facilmente apresentando ainda um baixo custo Além dos tubos são utilizados em redes de distribuição de ar comprimido conexões do tipo T cotovelos de 90o conexões ramificadas cotovelos em cur va válvulas de fechamento válvulas de dreno etc SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 101 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 101 15082019 163004 Sintetizando Ao longo deste conteúdo focamos os sistemas de geração de ar comprimido apresentando o custo para se gerar o ar sobre pressão posteriormente utilizado por ferramentas máquinas e processos industriais Explicamos que o ar é barato e encontrado em abundância na natureza mas sua compressão e purificação ne cessitam de processos caros que requerem manutenções constantes Para um perfeito entendimento foram relembrados conceitos básicos do ar submetido a pressões maiores que a pressão atmosférica Observamos que a altitude tem influência direta sobre a pressão do ar pois como apresentado a pressão ao nível do mar corresponde a aproximadamente 1 bar e a 3000 metros já diminui para 0683 bar Uma grandeza importante aqui estudada foi a temperatura que por sua vez também exerce influência sobre o ar Além disso mostramos que o ar é composto por vários elementos entre eles os vapores de água elemento tão prejudicial aos componentes de um sistema pneumático Abordamos com detalhes os tipos de compressores suas características cons trutivas e as configurações para utilizações onde se exigem pressões e vazões dis tintas assim como a geração de fluxo de ar pulsante ou contínuo Apresentamos as simbologias utilizadas em projetos para os diversos tipos de compressores assim como alguns tipos de regulagens necessárias para geração e consumo oti mizados Passamos ainda pelas impurezas presentes no ar bem como todos os ele mentos necessários para sua purificação descrevendo características construti vas e aplicações Por fim mas não menos importante foram descritas as redes de distribuição de ar comprimido suas configurações e elementos SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 102 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 102 15082019 163004 Referências bibliográficas ATLAS COPCO Preciso de um compressor de que tamanho Disponível em httpswwwatlascopcocomptbrcompressorswikicompressedairarticles sizinganaircompressor Acesso em 23 jul 2019 ENGINEERING TOOLBOX SCFM versus ACFM and ICFM 2005 Disponível em httpswwwengineeringtoolboxcomscfmacfmicfmd1012html Acesso em 23 jul 2019 SILVA E C N PRM 2481 Sistemas fluidomecânicos Apostila de Pneumática Escola Politécnica Universidade de São Paulo São Paulo 2002 Disponível em httpsitespoliuspbrdpmr2481pneumat2481pdf Acesso em 23 jul 2019 VENSON I Esquematização da Produção Armazenamento e Condiciona mento do Ar Comprimido Departamento de Engenharia e Tecnologia Florestal Universidade Federal do Paraná Curitiba 2014 Disponível em httpwwwma deiraufprbrdisciplinasivanAula202201401pdf Acesso em 23 jul 2019 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 103 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni3indd 103 15082019 163004 DISTRIBUIÇÃO DE AR COMPRIMIDO SISTEMAS PNEUMÁTICOS E ELETROPNEUMÁTICOS 4 UNIDADE SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 104 15082019 181233 Objetivos da unidade Tópicos de estudo Aprofundar o estudo das redes de distribuição de ar comprimido Apresentar características dos elementos de controle e atuação dos sistemas pneumáticos Abordar o desenvolvimento de circuitos e lógicas de sistemas pneumáticos Expor dispositivos eletrohidráulicos e eletropneumáticos Dimensionamento de redes de distribuição de ar comprimido Arquitetura das redes de dis tribuição Elementos de redes de distri buição Dimensionamento de tubulações Controles pneumáticos Tipos e representação gráfica de elementos de controle pneumáticos Dimensionamento de válvulas Atuadores pneumáticos Tipos e representação gráfica de elementos atuadores Dimensionamento de atuadores pneumáticos Circuitos pneumáticos básicos Circuitos básicos de movimento de um atuador de ação simples Circuitos básicos de movimento de um atuador de ação dupla Comandos sequenciais Dispositivos eletrohidráulicos e eletropneumáticos Tipos de dispositivos Circuitos básicos com aciona mento elétrico SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 105 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 105 15082019 181233 Dimensionamento de redes de distribuição de ar comprimido A opção por um sistema de ar comprimido necessita de planejamento minu cioso prevendo desde o equipamento mais adequado até a relação custobene fício e a demanda futura do sistema pneumático No projeto devem ser defi ni das as necessidades reais do processo e os equipamentos ideais para a execução das tarefas como a escolha do compressor e o ponto de uso do ar comprimido Instalar um compressor próximo a cada equipamento é inviável exceto em casos raros e isolados Para uso de ar comprimido em pontos diversos o siste ma mais efi ciente e racional é montar uma rede de distribuição de ar compri mido localizando tomadas de ar próximo aos utilizadores Arquitetura das redes de distribuição Uma rede de distribuição é composta pelas tubulações que seguem desde o reservatório passando pelos sistemas de tratamento até os pontos de utili zação e tem duas funções básicas 1 Promover a comunicação entre a fonte produtora do ar comprimido e os equipamentos consumidores 2 Atuar como um reservatório atendendo às demandas locais de pressão e vazão por um determinado período As redes de distribuição são subdivididas de acordo com a fi nalidade e ca pacidade sejam elas Linha principal responsável por transportar o ar desde o compressor até a área de consumo Linha de distribuição distribui o ar comprimido para a área de consumo Linha de serviço tem a função de levar o ar comprimido da linha de dis tribuição até os elementos de trabalho Acessório para linha de ar comprimido são os elementos utilizados entre a linha de serviço e o equipamento consumidor registros mangueiras e elementos de tratamento de ar Uma rede de distribuição bem planejada e executada apresenta requisitos indispensáveis tais como pequenas quedas de pressão entre o compressor e SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 106 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 106 15082019 181233 o consumidor máximo de 01 bar para uma rede com pressão de 7 bar não apresenta vazamentos de ar evitando perda de potência do sistema é capaz de realizar a separação do condensado e apresenta um fluxo de ar comprimido linear No fluxo linear observamos linhas paralelas de fluxo alinhadas entre si além de ser reconhecido pela baixa queda de pressão e baixa transferência de calor características inversas às apresentadas por um fluxo de ar turbulento que pode ser causado por dimensionamento montagem e utilização de ele mentos inadequados nas redes de distribuição Segundo a lei dos fluidos a queda de pressão aumenta ao quadrado a redução do volume do fluxo Em uma velocidade crítica as mudanças de fluxo de linear para turbulento causam um grande aumento na resistência da linha pneumática Layout Para uma máxima eficiência na distribuição do ar um layout bem definido é muito importante e deve ser concebido em desenhos padronizados ou em es cala facilitando a observação de medidas de comprimento das tubulações nos mais diversos trechos Neste layout devem ser representados desde a rede principal de ar comprimido até suas ramificações pontos de consumo e suas pressões futuras ampliações e posições de válvulas conexões curvas drenos etc Através do layout é possível definir os menores percursos para as tubula ções reduzindo perdas de carga e gerando economia Formato O formato da rede de distribuição a ser escolhido seja em circuito aberto ou fechado circuito em anel deve levar em consideração as condições favo ráveis ou não de um formato em relação ao outro Ge ralmente uma rede de distribuição é feita em circuito fechado circundando toda a área onde o processo exige ar comprimido Deste circuito principal podem partir ramificações para outros pontos de consumo No circuito em anel a manutenção é facilitada além de proporcionar uma distribuição mais unifor me do ar comprimido Porém haverá uma dificul dade maior na separação do condensado uma vez que o fluxo não possui direção definida de pendendo da demanda de ar SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 107 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 107 15082019 181233 Elementos de redes de distribuição As redes de distribuição são compostas por elementos diversos assim como detalhes específi cos de montagem que devem ser observados buscan do sempre a melhor efi ciência do sistema pneumático Válvulas de fechamento de linha de ar comprimido estas válvulas têm grande importância na rede de distribuição pois possibilitam a divisão dessa rede em várias seções facilitando o isolamento para inspeção manutenção ou instalação de novas tomadas de ar comprimido Dessa maneira é evitada a pa rada de toda a rede de ar que paralisaria todo processo afetando a produção As válvulas mais utilizadas para tubulações de até 2 polegadas são do tipo de esferadiafragma Em casos acima de 2 polegadas as mais adequadas são válvulas do tipo gaveta Conexões entre os tubos podem ser feitas de várias maneiras sejam com roscas soldagem engates rápidos etc mas precisam apresentar uma ve dação perfeita As conexões roscadas são as mais comuns devido ao custo bai xo e à versatilidade para montagens e desmontagens Neste tipo de conexão são utilizadas fi tas que auxiliam na perfeita vedação das roscas fi tas tefl on A união por soldagem é a que oferece menor risco de vazamento mas apre sentam um custo mais elevado e não possibilitam desmontagens rápidas e sem perda de material Geralmente utilizam ligações roscadas até tubulações com diâmetros de até três polegadas e para valores acima deste normalmente é aconselhável o uso de solda Para instalações que exijam alto grau de confi abilidade as cone xões fl angeadas e soldadas são as mais adequadas Ainda existem instalações provisórias nas quais o melhor tipo de conexão é a de engate rápido viabilizando a desmontagem do sistema sem perda de materiais Curvatura nos sistemas de distribuição as curvaturas devem apresentar o maior raio possível evitando perdas por turbulência no ar comprimido Nun ca devem ser utilizados cotovelos de 90º e devese garantir sempre que a cur Existem casos nos quais é necessária a construção de redes em malha aber ta por exemplo locais isolados pontos distantes etc Para esses casos são lançadas linhas de ar diretamente de um ponto ao outro SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 108 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 108 15082019 181233 vatura mínima tenha na curvatura interior um raio de duas vezes o diâmetro externo do tubo no mínimo Inclinação as tubulações de uma rede de distribuição devem ser mon tadas com um declive entre 1 e 2º em relação ao comprimento reto da tu bulação sempre no sentido do fl uxo de ar comprimido Caso haja a presença de condensado no sistema este será levado para o ponto mais baixo da rede onde será instalado um dreno Caso as tubulações sejam muito extensas acon selhase que vários drenos sejam instalados ao longo da linha em média com uma distância entre 20 e 30 metros entre um e outro Elemento de drenagem mesmo após os cuidados com a eliminação do condensado pode ainda restar umidade que deve ser eliminada para pre servar o bom funcionamento dos elementos pneumáticos e integridade das instalações Para a drenagem desse condensado remanescente devem ser ins talados purgadores drenos nos pontos mais baixos da tubulação nos fi ns de linha ou onde houver elevação de linha Nestes pontos reservatórios podem ser criados para reter uma quantidade maior de condensado enviando poste riormente para os purgadores Tomadas de ar as tomadas de ar devem ser montadas a partir da parte superior da tubulação da linha principal de ar comprimido evitando uma vez mais que o condensado seja levado até os elementos de trabalho É recomen dável que os elementos de trabalho não sejam conectados diretamente ao fi nal do tubo da tomada de ar devendo estes serem acoplados a uma unidade de condicionamento Tubulações os materiais utilizados para as tubulações principais devem ser resistentes à oxidação tais como o aço galvanizado aço inoxidável cobre e plástico de engenharia Para as tubulações secundárias os materiais devem ser de alta resistência a ações mecânicas Os tubos sintéticos são os mais empre gados atualmente constituídos de polietileno poliuretano e tubos de nylon Dimensionamento de tubulações Cada ferramenta ou dispositivo conectado à rede pneumática requer para seu funcionamento uma quantidade específica de ar O dimensiona mento das tubulações dessa rede portanto precisa levar isso em consi SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 109 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 109 15082019 181233 deração e que mesmo no caso de um aumento no consumo de ar a queda de pressão do reservatório até o ponto de trabalho não ultrapasse 01 bar Uma queda de pressão afe ta o rendimento e a capacidade de um sistema pneumático Para a escolha das tubulações do sistema de ar comprimido devem ser observados os seguintes elementos volume de ar corrente vazão comprimento total da rede de distribuição queda de pressão admissível para o sistema pressão da linha de distribuição número de pontos de estrangulamento da rede pneumática Na posse dessas informações podese utilizar o nomograma teórico para o cálculo do diâmetro interno da tubulação que consiste em uma tabela com os indicadores mencionados anteriormente Nessa tabela retas são traçadas utilizando como pontos de referência valores atribuídos para o comprimento da tubulação volume de ar queda de pressão admissível e pressão do sistema Dessas retas duas linhas aparecerão o que servirá de referência para a tercei ra e última reta que indicará o diâmetro da tubulação Vamos exemplificar utilizando uma unidade fabril cujo consumo de ar comprimido é de 4 m3min equivalente a 240 m3hora Prevêse um au mento desse consumo em 300 nos próximos três anos portanto para 12 m3min ou 720 m3hora Com esses dados sabemos que o consumo máxi mo será de 16 m3min ou 960 m3hora que seria o resultado da soma da necessidade atual mais a previsão de aumento para os próximos três anos Essa rede de distribuição terá 280 metros de comprimento e terá em sua constituição seis conexões do tipo T cinco curvas normais e uma válvula de passagem Lançando essas informações no Nomograma temos como resul tado uma tubulação com diâmetro interno de 90 mm aproximadamente 4 polegadas medida comercial SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 110 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 110 15082019 181233 Figura 1 Nomograma para cálculo do diâmetro interno da tubulação Fonte PARKER 2006 p 56 Adaptado Volume aspirado m³hora Diâmetro interno do tubo mm Queda de pressão bar Comprimento da tubulação m Eixo 1 Eixo 2 bar 10 20 50 100 200 500 1000 2000 10000 5000 5000 500 400 300 250 200 2 003 004 005 007 01 015 02 03 04 05 07 15 1 3 4 5 7 15 20 10 100 70 50 40 30 25 20 2000 1000 500 200 100 A B C D E F G Nas tabelas abaixo são demonstradas as perdas de carga em relação ao comprimento da tubulação da rede e a equivalência em comprimento das conexões e válvulas SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 111 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 111 15082019 181237 TABELA 1 PERDA DE CARGA E EQUIVALÊNCIA DE COMPRIMENTO DE TUBULAÇÃO m3h PERDA DE CARGA PSIG POR 10 METROS DE COMPRIMENTO DE UM TUBO COM DIÂMETRO 12 34 1 1 12 2 2 12 3 4 5 6 80 273 064 018 170 251 070 008 350 268 031 009 500 068 019 008 850 186 050 021 1200 100 041 013 1700 197 081 025 2100 128 041 010 2500 179 056 014 3400 100 025 008 4200 156 039 012 5100 224 055 017 007 6800 097 030 012 10200 215 067 026 13600 118 046 17000 182 071 273 064 018 251 070 268 008 031 068 009 186 008 100 021 197 041 081 013 128 025 179 041 010 056 014 100 025 039 008 055 012 097 017 215 007 030 012 067 026 118 046 182 071 Diâmetro 12 34 1 1 12 2 2 12 3 4 5 6 Cotovelo 90º 110 134 158 225 260 280 340 400 220 270 Curva 90º 067 070 083 100 110 110 120 140 150 170 Tê fl uxo dividido 080 120 150 240 300 390 480 600 800 920 Válvula gaveta 017 020 025 037 046 052 058 076 095 098 12 34 110 1 134 067 134 1 158 070 080 12 158 070 225 083 120 017 2 225 083 120 150 020 2 12 260 100 150 020 12 025 280 110 240 025 3 280 340 110 300 037 4 340 110 300 120 390 046 5 400 120 390 046 480 052 6 220 140 480 052 220 270 150 600 058 270 150 170 800 076 170 800 920 095 920 095 098 098 Fonte PARKER 2006 p 56 Adaptado SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 112 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 112 15082019 181238 Controles pneumáticos Nos primeiros sistemas de comando pneumático automatizado usavamse vál vulas com controle manual Assim no manuseio das válvulas pneumáticas o ser humano era o observador o controlador e o atuador para as correções necessárias Com o avanço da tecnologia surgiu a aplicação de comando e con trole pneumático baseado nas funções lógicas em máquinas e instala ções industriais geralmente executando movimentos físicos defi nidos Tais sistemas serão agora comentados mais detalhadamente Figura 2 Representação gráfi ca de válvulas de duas e três posições Tipos e representação gráfica de elementos de controle pneumáticos Válvulas de Controle Direcional As válvulas de controle direcional são componentes de um circuito pneumá tico cuja função é a de orientar o caminho que o fl uxo de ar comprimido deve seguir para execução uma determinada tarefa Para especifi cação de determi nada válvula devemse considerar alguns parâmetros a saber Posição inicial Número de posições Número de vias Tipo de acionamento ou comando Vazão Característica construtiva A representação gráfi ca a seguir indica válvulas de controle direcional regula mentadas pelas normas ISO 1219 No Brasil é utilizada a norma ABNT NBR 8897 O número de posições é a quantidade de manobras que uma válvula pode executar As válvulas são representadas por retângulos que representam cada um uma posição SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 113 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 113 15082019 181238 Figura 3 Válvulas com indicação de interligações internas e passagens bloqueadas Figura 4 Válvula de duas vias e duas posições e válvula de três vias e duas posições O número de vias de uma válvula signifi ca a quantidade de conexões de tra balho Estas podem ser de entrada de utilização ou escape Nos quadrados de posições estão inseridos símbolos de passagem que por sua vez variam entre unidirecional bidirecional ou bloqueada representando os caminhos para o ar comprimido seguir As identifi cações das conexões normalmente aparecem na posição de re pouso da válvula A nomeação das válvulas é feita pelo número de vias e posições separadas por meio de uma barra transversal Norma DIN 24300 Norma ISSO 1219 Pressão P 1 Utilização A B C 2 4 6 Escape R S T 3 5 7 Pilotagem X Y Z 10 12 14 A B C A B C R S T X Y Z X Y Z 1 2 4 6 2 4 6 3 5 7 3 5 7 10 12 14 10 12 14 TABELA 2 IDENTIFICAÇÃO DE CONEXÕES p 2 2 3 1 1 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 114 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 114 15082019 181238 EXEMPLIFICANDO Uma válvula 32 possui três vias para o fluxo de ar em duas posições de tra balho Por meio da identificação dos orifícios e conexões uma válvula pode ser nomeada por números ou letras de acordo com a norma utilizada As válvulas precisam de um elemento externo para que suas partes móveis mudem de uma posição a outra Esses elementos são chamados de aciona mentos e podem ser de diferentes tipos tais como mecânicos pneumáticos elétricos ou combinados e musculares Apresentaremos brevemente cada um desses tipos de acionamento Modos de acionamento muscular Figura 5 Simbologia acionamento muscular Na figura podemos observar 1 Símbolo geral de acionamento muscular sem indicação do tipo de acionamento 2 Botão de empurrar 3 Botão de puxar 4 Botão de empurrar e puxar 5 Alavanca 6 Pedal de efeito simples 7 Pedal de efeito duplo 1 5 6 7 2 3 4 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 115 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 115 15082019 181238 Modos de acionamento mecânico Figura 6 Simbologia acionamento mecânico 1 Pino ou apalpador 2 Pino ou apalpador combinado com comprimento ajustável 3 Mola 4 Rolete fixo 5 Rolete articulado ou gatilho opera somente em um sentido Modos de acionamento elétrico Figura 7 Simbologia acionamento elétrico 1 4 5 2 3 1 4 M 2 3 3 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 116 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 116 15082019 181238 1 Conversor eletromagnético linear com uma bobina ex solenoide ligadesliga 2 Conversor eletromagnético linear com uma bobina e de ação proporcio nal ex solenoide proporcional 3 Conversor eletromagnético linear com uma bobina ex duas bobinas de atuação opostas unidas em uma única montagem 4 Conversor eletromagnético linear com duas bobinas de ação proporcio nal ex duas bobinas de ação proporcional aptas a operarem alterna e pro gressivamente unidas em uma única base 5 Motor elétrico Modos de acionamento hidráulico e pneumático pilotagem Figura 8 Simbologia acionamento hidráulico e pneumático Acionamento direto 1 Linha de pilotagem ação direta por pressão ou despressurizaçãoalívio 2 Linha de pilotagem por aplicação ou por acréscimo de pressão hidráuli ca cor preta ou pneumática cor branca 3 Conversor eletromagnético acionando piloto pneumático com supri mento externo para pilotagem 4 Linha de pilotagem por despressurizaçãoalívio hidráulico ou pneumático 5 Linha de pilotagem em áreas diferentes e opostas ação por diferença de forças provocadas pela pressão em áreas opostas caso necessário a relação das áreas é indicada nos retângulos representativos 1 2 4 5 3 6 7 9 8 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 117 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 117 15082019 181238 Acionamento indireto 6 Piloto pneumático interno acionando piloto hidráulico com suprimento interno e dreno externo 7 Piloto pneumático interno por um aumento de pressão por um estágio piloto com suprimento interno 8 Piloto pneumático interno para alívio de pressão por um estágio piloto 9 Piloto hidráulico interno de dois estágios por aumento de pressão por dois estágios piloto sucessivos com suprimento e dreno internos Os acionamentos indiretos utilizam a própria energia do ar comprimido para acionar a válvula Via um précomando a válvula principal é acionada em uma ligação de ar comprimido interna a ela Essas válvulas são geralmente elé tricas pneumáticas manuais ou mecânicas Elementos auxiliares Os elementos auxiliares são componentes dos circuitos pneumáticos que impõem ao ar comprimido certo sentido de fluxo facilitando ou dificultando sua vazão Podemos destacar alguns desses elementos Válvula de retenção permite um fluxo de ar comprimido em sentido único bloqueandoo automaticamente no sentido contrário É uma válvula de funcio namento automático pois não necessita de ajuda para ser fechada ou aberta Figura 9 Válvula de retenção SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 118 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 118 15082019 181238 Válvula de escape rápido projetadas para aumentar a velocidade de um cilindro pneumático por meio da exaustão imediata do ar comprimido para a atmosfera O funcionamento é simples com a presença de pressão no canal de entrada 1 o canal de escape 3 fica bloqueado direcionando o fluxo de ar para o interior do cilindro Quando essa pressão cessa o ar do interior da câmara retorna sendo diretamente descartado no canal de escape Figura 10 Válvula de escape rápido Válvula de isolamento lógica OU é uma válvula lógica projetada para comandar um cilindro ou válvula de dois pontos diferentes Possui duas entra das de pressão e um ponto de utilização Quando recebe um sinal em uma de suas entradas a outra oposta à primeira é fechada automaticamente direcio nando esse sinal para o ponto de utilização Uma vez cortado o sinal da entra da a posição de bloqueio persiste na posição do último sinal de utilização No caso de dois sinais coincidentes e de mesma pressão o sinal que chegar primei ro encontrará a saída No caso de pressões diferentes prevalecerá o sinal de maior pressão bloqueando o de menor intensidade 2 1 3 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 119 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 119 15082019 181238 Figura 11 Válvula lógica OU Válvula de simultaneidade lógica E pode ser utilizada para acionamen to simples bimanual não temporizado ou para garantir que um determinado sinal de saída aconteça caso haja pressurização em dois pontos de um siste ma Possui três orifícios no seu corpo sendo dois deles de entrada de sinal e o terceiro de saída de utilização O sinal de saída só acontecerá caso existam pressões simultâneas ou não nas entradas da válvula Caso um sinal chegue antes ou com diferente pressão a saída ficará bloqueada até que o outro com pressão igual esteja presente Resumidamente a saída só será atuada caso as duas entradas estejam pressurizadas ao mesmo tempo Esse tipo de válvula é muito empregado em comandos de bloqueio e de segurança Figura 12 Válvula lógica E 2 1 3 2 1 3 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 120 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 120 15082019 181238 Válvula de controle de fluxo projetadas para garantir com precisão o controle do fluxo de ar comprimido para os cilindros atuadores pneumáticos regulando a velocidade de acionamento do pistão Essas válvulas garantem uma máxima vazão com uma mínima queda de pressão no sentido livre Apre sentam configurações de controle unidirecional ou bidirecional Figura 13 Válvulas de controle de fluxo unidirecional e bidirecional Válvula de alívio também conhecidas como válvulas limitadoras de pres são são utilizadas para controle da pressão em reservatórios de ar comprimido evitando que ela ultrapasse o ponto máximo suportado Caso a pressão atinja o valor estabelecido a válvula abre um canal de escape do ar para a atmosfera Figura 14 Válvulas de alívio 1 2 1 2 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 121 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 121 15082019 181239 Válvula geradora de vácuo trabalha em conjunto com alguns componentes tais como ventosas e vacuômetros por exemplo São utilizadas quando há necessi dade de geração de vácuo Além disso são baseadas no sistema de Venturi no qual o vácuo é gerado quando o ar comprimido em alta velocidade circula por um difusor Figura 15 Válvula geradora de vácuo Dimensionamento de válvulas As válvulas e os demais elementos pneumáticos são fornecidos em diversas medidas de diâmetro interno para passagem de ar e podem ser classifi cados em relação à sua função no circuito tais como válvulas de atuação de cilindros válvulas para sensoriamento de elementos de fi m de curso botoeiras etc e válvulas de controle de fl uxo responsáveis pela sequência de movimento Des sas três classes somente as válvulas de atuação em cilindros devem ser dimen sionadas considerando o ciclo de trabalho velocidade e diâmetro do cilindro O dimensionamento dessas válvulas considera o coefi ciente de vazão CV cuja defi nição é a quantidade de galões americanos por minuto de água fl uindo pela válvula totalmente aberta sob uma pressão de 1 PSI e à temperatura de 60ºF EXEMPLIFICANDO Um exemplo seria uma válvula que apresenta CV de 08 Isso signifi ca que essa válvula estando totalmente aberta com o fl uido submetido a uma pressão de 1 PSI a uma temperatura de 60ºC apresentará uma vazão de 08 galões por minuto Esse coefi ciente é informado no catálogo do fabricante SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 122 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 122 15082019 181239 Atuadores pneumáticos Os atuadores pneumáticos são componentes que têm a função de converter a energia do ar comprimido em trabalho mecânico Esses componentes podem produzir movimentos rotativos lineares e também movimentos oscilantes Entre os atuadores os mais conhecidos e utilizados são os cilindros pneumá ticos cuja constituição se faz por uma haste com êmbolo dentro de um cilindro e tem a característica de imprimir um movimento linear Agora serão explicados de forma mais detalhada os tipos dentre os quais os atuadores se dividem Tipos e representação gráfica de elementos atuadores Os atuadores pneumáticos podem ser de vários tipos Os mais conhecidos e utilizados no mercado por suprirem a maioria das necessidades são ação simples e ação dupla com haste dupla ou haste passante Cilindros de ação simples possuem um orifício para o ar comprimido e outro para o escape e podem ter a confi guração de avanço por ar e recuo por mola ou força externa além da confi guração de recuo por ar e avanço por mola Esses cilindros também podem ser construídos de materiais elásticos para reposição como é o caso dos cilindros de membrana cujo movimento é proporcionado por uma membrana elástica presa à haste O cilindro de mem brana apresenta por um lado uma vantagem de atrito reduzido em relação aos anéis de borracha mas por outro uma desvantagem de limitação de força e são utilizados em aplicações com pouco espaço Figura 16 Cilindro de ação simples retorno mola SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 123 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 123 15082019 181239 Cilindros de ação dupla o movimento de avanço e recuo do pistão é realizado pelo ar comprimido que é recebido pelos dois lados do corpo do cilindro Além disso não possuem molas portanto o curso de atuação desses elementos está limitado ao tamanho da haste Cilindros com essa confi gura ção quando submetidos a cargas e velocidades elevadas sofrem grandes im pactos sendo necessária a introdução de elementos de amortecimento Figura 17 Cilindros de dupla ação haste simples e dupla haste Dimensionamento de atuadores pneumáticos Os cilindros seguem normas ISO de medidas de seus diâmetros A força estática útil que aparece na ponta de sua haste dependerá de pressão de trabalho do ar com primido diâmetro do cilindro resistência de atrito interno e elementos de vedação A força estática útil teórica é dada por Fteórica Prelativa x A Em que Prelativa representa a pressão de trabalho do ar comprimido decres cido da pressão atmosférica e A denota a área da superfície do êmbolo do cilindro que estará sujeita à pressão do ar Dessa força teórica retiramse as forças de oposição Fefetiva Prelativa x A Fatrito Fmola Em que Fatrito representa a força exercida pelo atrito das partes móveis do cilindro e Fmola indica a resistência apresentada pela mola em cilindros de ação simples com retorno por mola SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 124 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 124 15082019 181239 A força exercida para o avanço de um cilindro de ação dupla é diferente da força de retorno o que se explica devido à diferença entre as áreas úteis do êmbolo nos dois casos No recuo da haste devese descontar a área total do êmbolo A da área correspondente à haste do cilindro resultando na área útil A que é menor ou seja A 4 D² x pi r² x pi A¹ D² d x pi4 Alguns fabricantes oferecem em seus catálogos de produtos algumas ta belas que apresentam a força efetiva de cada modelo de cilindro cartas de dimensionamento Algumas tabelas relacionam o diâmetro do pistão e a força exercida em N newtons outras relacionam a força na ponta da haste com seu curso e diâmetro há ainda aquelas que relacionam a velocidade de desloca mento da haste do cilindro com o diâmetro Em alguns catálogos encontramos também o coefi ciente de carga a margem de segurança para que o compo nente garanta os requisitos de projeto defi nido como a razão entre a força necessária e a força teórica do cilindro multiplicadas por 100 Um cilindro não pode ter coefi ciente de carga superior a 85 e no caso de sistemas que exijam elevação de materiais o limite não pode ultrapassar os 50 Circuitos pneumáticos básicos Um circuito pneumático segue uma ordem hierárquica específi ca com ele mentos agrupados de acordo com sua função dentro do sistema TABELA 3 CIRCUITOS PNEUMÁTICOS BÁSICOS Elementos de trabalho Atuadores lineares e rotativos Executam uma ordem Elementos de comando Válvulas direcionais Saída de sinais ordem de execução Elementos de processamento de sinais Válvulas de memória válvulas lógicas ou e e temporizadores Tratamento dos sinais Elementos de sinais Botão rolete pedal etc Introdução do sinal Elementos de produção tratamen to e distribuição de ar Unidade de conservação válvulas defechamento e distribuição Fonte de energia Elementos de trabalho Elementos de trabalho Elementos de comando Elementos de trabalho Elementos de comando Elementos de trabalho Elementos de comando processamento de sinais Elementos de trabalho Elementos de comando Elementos de processamento de sinais Elementos de trabalho Elementos de comando Elementos de processamento de sinais Elementos de sinais Elementos de produção tratamen Elementos de comando Elementos de processamento de sinais Elementos de sinais Elementos de produção tratamen processamento de sinais Elementos de sinais Elementos de produção tratamen to e distribuição de ar Atuadores lineares e rotativos processamento de sinais Elementos de sinais Elementos de produção tratamen to e distribuição de ar Atuadores lineares e rotativos Elementos de sinais Elementos de produção tratamen to e distribuição de ar Atuadores lineares e rotativos Válvulas direcionais Elementos de produção tratamen to e distribuição de ar Atuadores lineares e rotativos Válvulas direcionais Válvulas de memória válvulas lógicas ou e e Elementos de produção tratamen to e distribuição de ar Atuadores lineares e rotativos Válvulas direcionais Válvulas de memória válvulas lógicas ou e e Elementos de produção tratamen Atuadores lineares e rotativos Válvulas direcionais Válvulas de memória válvulas lógicas ou e e temporizadores Botão rolete pedal etc Atuadores lineares e rotativos Válvulas direcionais Válvulas de memória válvulas lógicas ou e e temporizadores Botão rolete pedal etc Unidade de conservação válvulas Atuadores lineares e rotativos Válvulas direcionais Válvulas de memória válvulas lógicas ou e e temporizadores Botão rolete pedal etc Unidade de conservação válvulas defechamento e distribuição Válvulas de memória válvulas lógicas ou e e temporizadores Botão rolete pedal etc Unidade de conservação válvulas defechamento e distribuição válvulas lógicas ou e e temporizadores Botão rolete pedal etc Unidade de conservação válvulas defechamento e distribuição Executam uma ordem Saída de sinais ordem de execução Botão rolete pedal etc Unidade de conservação válvulas defechamento e distribuição Executam uma ordem Saída de sinais ordem de execução Botão rolete pedal etc Unidade de conservação válvulas defechamento e distribuição Executam uma ordem Saída de sinais ordem de execução Unidade de conservação válvulas defechamento e distribuição Executam uma ordem Saída de sinais ordem de execução Tratamento dos sinais Unidade de conservação válvulas defechamento e distribuição Executam uma ordem Saída de sinais ordem de execução Tratamento dos sinais Executam uma ordem Saída de sinais ordem de execução Tratamento dos sinais Introdução do sinal Saída de sinais ordem de execução Tratamento dos sinais Introdução do sinal Saída de sinais ordem de execução Tratamento dos sinais Introdução do sinal Fonte de energia Tratamento dos sinais Introdução do sinal Fonte de energia Introdução do sinal Fonte de energia Fonte de energia SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 125 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 125 15082019 181239 Circuitos básicos de movimento de um atuador de ação simples Serão comentados agora alguns circuitos básicos de movimento a saber comando direto simples comando direto com controle de velocidade no avan ço comando direto com controle de velocidade no recuo comando direto de controle de velocidade no avanço e no recuo comando indireto dentre outros Comando direto simples Válvula 1 três vias e duas posições direcional acionamento muscular por botão e retorno por mola Cilindro 1 ação simples com retorno mola Figura 18 Comando direto simples Ao ser pressionada a válvula libera o fl uxo de ar para carregamento da câ mara do êmbolo do cilindro avançando a haste em velocidade livre Quando retirada a pressão da válvula o ar da câmara do êmbolo é descarregado e pela energia da mola a haste recua em velocidade livre até a sua posição inicial Comando direto com controle de velocidade no avanço Válvula 1 três vias e duas posições direcional acionamento muscular por botão e retorno por mola Válvula 2 controle de fl uxo unidirecional Cilindro 1 ação simples com retorno mola Cilindro 1 Válvula 1 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 126 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 126 15082019 181239 Figura 19 Comando direto com controle de velocidade no avanço Ao ser pressionada a Válvula 1 libera o fluxo de ar para a câmara do êm bolo do cilindro O fluxo será controlado pela Válvula 2 produzindo o avanço do pistão com velocidade controlada Ao ser solta a Válvula 1 descarrega o ar da câmara do êmbolo do cilindro de maneira livre através da Válvula 2 Pela energia da mola o pistão retorna para a posição inicial em velocidade livre Comando direto com controle de velocidade no recuo Válvula 1 três vias e duas posições direcional acionamento muscular por botão e retorno por mola Válvula 2 controle de fluxo unidirecional Cilindro 1 ação simples com retorno mola Figura 20 Comando direto com controle de velocidade no recuo Cilindro 1 Válvula 1 Válvula 2 Cilindro 1 Válvula 1 Válvula 2 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 127 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 127 15082019 181239 Ao ser pressionada a Válvula 1 libera o fluxo de ar para a câmara do êmbolo do cilindro O fluxo seguirá de maneira livre através da Válvula 2 provocando o avanço do pistão com velocidade livre Ao ser solta a Válvula 1 descarrega o ar da câmara do êmbolo de maneira controlada através da Válvula 2 e pela energia da mola o pistão recua em velocidade controlada até a posição inicial Comando direto de controle de velocidade no avanço e no recuo Válvula 1 três vias e duas posições direcional acionamento muscular por botão e retorno por mola Válvula 2 controle de fluxo bidirecional Cilindro 1 ação simples com retorno mola Figura 21 Comando direto com controle de velocidade no avanço e no recuo Ao ser pressionada a Válvula 1 libera o fluxo de ar para a câmara do êmbolo do cilindro O fluxo será controlado pela Válvula 2 provocando o avanço do pistão em velocidade controlada Ao ser solta a Válvula 1 descarregará o ar da câmara Essa descarga será controlada pela Válvula 2 e por ação da energia da mola o pistão será recuado até sua posição inicial com velocidade controlada Comando indireto Válvula 1 três vias e duas posições direcional acionamento muscular por botão e retorno por mola Válvula 2 três vias e duas posições direcional com piloto simples e retorno por mola Cilindro 1 ação simples com retorno mola Válvula 1 Válvula 2 Cilindro 1 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 128 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 128 15082019 181239 Figura 22 Comando indireto Ao ser pressionada a Válvula 1 libera o fluxo de ar para o piloto da Válvula 2 que por sua vez é acionada liberando o fluxo para a câmara do êmbolo do cilindro e provocando o avanço da haste em velocidade livre Ao ser solta a Vál vula 1 despressuriza o piloto da Válvula 2 que por consequência descarrega o ar da câmara e pela ação da mola a haste recua até sua posição inicial em velocidade livre Comando indireto com válvula de duplo piloto Válvulas 1 e 2 três vias e duas posições direcional acionamento muscular por botão e retorno por mola Válvula 3 três vias e duas posições direcional com duplo piloto Cilindro 1 ação simples com retorno mola Figura 23 Comando indireto com válvula de duplo piloto Cilindro 1 Válvula 2 Válvula 1 Cilindro 1 Válvula 3 Válvula 1 Válvula 2 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 129 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 129 15082019 181239 Ao ser pulsada a Válvula 1 envia o fluxo de ar para o piloto esquerdo da Válvula 3 que por sua vez direciona o fluxo de ar para a câmara do êmbolo do cilindro provocando o avanço da haste em velocidade livre Ao ser pulsada a Válvula 2 direciona o fluxo para o êmbolo direito da válvula 3 descarregando o ar da câmara do êmbolo Por ação da energia da mola a haste do cilindro recua para a posição inicial em velocidade livre Comando indireto com válvula lógica OU Válvulas 1 e 2 três vias e duas posições direcionais acionamento muscular por botão e retorno por mola Válvula 3 lógica OU Válvula 4 três vias e duas posições direcional com simples piloto e retorno mola Figura 24 Comando indireto com válvula lógica OU Neste circuito a Válvula 3 monitorará suas entradas de ar Caso a Válvula 1 OU a Válvula 2 enviem pressão esta selecionará a entrada que primeiro apre sentar pressão liberando o fluxo de ar para o piloto da Válvula 4 Esta por sua vez carregará a câmara do êmbolo do cilindro provocando o avanço da haste em velocidade livre Ao serem soltas as Válvulas 1 OU 2 a Válvula 3 cortará o fluxo de ar do piloto da Válvula 4 que descarregará o ar da câmara do êmbolo do cilindro Pela energia da mola recuará a haste do cilindro até a posição ini cial em velocidade livre Cilindro 1 Válvula 4 Válvula 3 Válvula 1 Válvula 2 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 130 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 130 15082019 181240 Comando indireto com válvula lógica E Válvulas 1 e 2 três vias e duas posições direcionais acionamento muscular por botão e retorno por mola Válvula 3 lógica E Válvula 4 três vias e duas posições direcional simples piloto e retorno por mola Cilindro 1 ação simples com retorno por mola Figura 25 Comando indireto com válvula lógica E A Válvula 1 lógica E liberará o fl uxo de ar para o piloto da Válvula 4 apenas quando suas entradas forem pressurizadas simultaneamente pelas Válvulas 1 e 2 A Válvula 4 por sua vez liberará o fl uxo de ar para a câmara do êmbolo do cilindro avançando a haste em velocidade livre Quando as Válvulas 1 e 2 forem desligadas individualmente ou juntas o piloto da Vál vula 4 não recebe mais pressão fazendo com que esta descarregue o ar da câmara e Por força da energia da mola a haste recua até a posição inicial em velocidade livre Circuitos básicos de movimento de um atuador de ação dupla Comentados os circuitos de movimento de um atuador de ação simples damos início agora às propriedades do atuador de ação dupla Cilindro 1 Válvula 2 Válvula 1 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 131 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 131 15082019 181240 Comando direto simples Válvula 1 quatro vias e duas posições direcional acionamento muscular por botão e retorno por mola Cilindro 1 dupla ação Figura 26 Comando direto simples Ao ser pressionada a Válvula 1 direciona o fluxo de ar para a câmara do êmbolo do cilindro ao mesmo tempo que descarrega a câmara da haste pro vocando o avanço do pistão em velocidade livre Ao ser solta a Válvula 1 o ar da câmara é descarregado enquanto carrega a câmara da haste do cilindro provocado o recuo do pis tão até a posição inicial com velocidade livre Comando indireto Válvula 1 três vias e duas posições direcional acionamento muscular por botão e retorno por mola Válvula 2 cinco vias e duas posições simples piloto e retorno por mola Cilindro 1 ação dupla Figura 27 Comando indireto Cilindro 1 Válvula 1 Cilindro 1 Válvula 2 Válvula 1 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 132 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 132 15082019 181240 Ao ser pressionada a Válvula 1 direciona o fluxo de ar para o piloto da Válvula 2 que por sua vez libera a pressão de ar para a câmara do êmbolo do cilindro e ao mesmo tempo descarrega a câmara da haste provocando o avanço do pistão em velocidade livre Ao ser solta a Válvula 1 retira a pressão do piloto da Válvula 2 que descarrega o ar e pressuriza a câmara da haste do cilindro Por ação da energia da mola o pistão recua até a posição inicial em velocidade livre Comando indireto com avanço bimanual e retorno simples Válvulas 1 2 e 3 três vias e duas posições direcional acionamento muscu lar por botão e retorno por mola Válvula 4 lógica E Válvula 5 cinco vias e duas posições direcional com duplo piloto Figura 28 Comando indireto com avanço bimanual e retorno simples Ao serem pulsadas simultaneamente as Válvulas 1 e 2 oferecerão pressões iguais nas duas entradas da Válvula lógica 3 que direcionará a pressão para o piloto da Válvula 5 Esta válvula direcionará o fluxo de ar para a câmara do êmbolo do cilin dro e ao mesmo tempo direcionará a pressão da câmara da haste provocando o avanço do pistão Quando a Válvula 3 for pulsada o fluxo de ar irá para o outro piloto da Válvula 5 fazendo com que o fluxo de ar seja direcionado para a câmara da haste do cilindro enquanto a pressão da câmara do êmbolo é descarregada Pela ação da energia da mola o pistão recuará até a posição inicial em velocidade livre Comando indireto com controle de velocidade no avanço e no recuo Válvula 1 e 2 três vias e duas posições direcionais acionamento muscular por botão e retorno por mola Cilindro 1 Válvula 4 Válvula 3 Válvula 5 Válvula 2 Válvula 1 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 133 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 133 15082019 181240 Válvula 3 cinco vias e duas posições direcional duplo piloto Válvulas 4 e 5 controle de fl uxo unidirecional Cilindro 1 dupla ação Figura 29 Comando indireto com controle de velocidade no avanço e no recuo Ao pulsar a Válvula 1 o fl uxo de ar é entregue para um piloto da Válvula 3 que direcionará o ar para a câmara do êmbolo de maneira livre através da Vál vula 4 Ao mesmo tempo descartará a pressão da câmara da haste do cilindro de maneira controlada pela Válvula 5 imprimindo um movimento de avanço do pistão com velocidade controlada Ao pulsar a Válvula 2 o fl uxo de ar é entregue ao outro piloto da Válvula 3 Esta válvula descarregará o ar da câmara do êmbolo de maneira controlada pela Válvula 4 e ao mesmo tempo permitirá o fl uxo de ar na câmara da haste de maneira livre através da Válvula 5 Sendo assim pela energia da mola o pistão recuará até a posição inicial em velocidade controlada Comandos sequenciais Projetos de circuitos pneumáticos podem ser simples ou grandes e comple xos Para pequenos circuitos podese usar o método intuitivo para desenvolvi mento da lógica de acionamentos Já para circuitos mais elaborados aconselha se utilizar métodos mais sistemáticos Os circuitos de comandos sequenciais apresentam sequências automáticas simples ou complexas de movimento dos elementos atuadores Normalmente as sequências são iniciadas por um acionamento simples e podem ao comando Cilindro 1 Válvula 4 Válvula 3 Válvula 5 Válvula 2 Válvula 1 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 134 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 134 15082019 181240 inicial iniciar a lógica de deslocamento dos atuadores e ao final da execução re tornar à posição inicial aguardando um novo comando para reiniciar o processo Outras sequências assim que o comando inicial for dado executam as lógicas de movimento do sistema pneumático retornando ao estágio inicial e reiniciando automaticamente Este processo segue até que um comando de parada seja exe cutado Vejamos alguns exemplos a seguir Comando sequencial com avanço manual e retorno automático com contro le de velocidade Válvula 1 três vias e duas posições acionamento muscular por botão e re torno por mola Válvula 2 cinco vias duas posições acionamento duplo piloto Válvula 3 e 4 controle de fluxo unidirecional Válvula 5 três vias e duas posições acionamento mecânico com rolete e retorno por mola Cilindro 1 dupla ação Figura 30 Comando sequencial com avanço manual e retorno automático com controle de velocidade Ao ser pulsada a Válvula 1 envia pressão para o piloto da Válvula 2 que por sua vez direciona o fluxo de ar que passará pela Válvula 3 de maneira livre carregando a câmara do êmbolo do cilindro Ao mesmo tempo a câmara da haste do cilindro será descarregada de maneira controlada através da Válvula 4 provocando um avanço do pistão com velocidade controlada Quando o pis tão chegar ao final do seu curso e acionar a Válvula 5 o outro piloto da Válvula 2 receberá pressão carregando ar na câmara da haste do cilindro de maneira Cilindro 1 Válvula 3 Válvula 2 Válvula 1 Válvula 4 Válvula 5 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 135 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 135 15082019 181240 livre através da Válvula 4 Enquanto isso o ar da câmara do êmbolo do cilindro será descarregado de maneira controlada através da Válvula 3 gerando um movimento de recuo do pistão com velocidade controlada Comando sequencial de ciclo contínuo Válvula 1 três vias e duas posições direcional acionamento muscular por botão com trava e retorno por mola Válvula 2 lógica E Válvula 3 cinco vias e duas posições direcional acionamento duplo piloto Válvula 4 e 5 três vias e duas posições direcional acionamento mecânico com rolete Cilindro 1 dupla ação Figura 31 Comando sequencial de ciclo contínuo Ao ligar a Válvula 1 igualamse as pressões nas entradas da Válvula 2 de lógica E fazendo com que o fluxo de ar seja direcionado por ela até o primei ro piloto da Válvula 3 que quando acionada envia a pressão para a câmara do êmbolo do cilindro Ao mesmo tempo descarrega a câmara da haste im primindo o movimento de avanço do pistão em velocidade livre Ao iniciar o movimento do pistão a Válvula 4 é desligada desbalanceando as pressões na Válvula 2 que faz com que ela corte o sinal do piloto da Válvula 3 Quando o pistão estiver avançado a Válvula 5 é acionada desviando o fluxo de ar para o outro piloto da Válvula 3 fazendo com que o fluxo de ar seja direcionado para a câmara da haste do cilindro enquanto a câmara do êmbolo é descarregada Assim o pistão realiza o movimento de recuo até a posição original em velo Válvula 2 Válvula 4 Válvula 5 Cilindro 1 Válvula 3 Válvula 1 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 136 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 136 15082019 181240 cidade livre Neste momento como a Válvula 1 continua acionada o ciclo se repete continuamente até ela ser desligada Comando sequencial de ciclo único ou contínuo Válvula 1 três vias e duas posições direcional acionamento muscular por botão com trava Válvula 2 três vias e duas posições direcional acionamento muscular por botão e retorno por mola Válvula 3 lógica OU Válvula 4 lógica E Válvula 5 cinco vias e duas posições direcional duplo piloto Válvulas 6 e 7 três vias e duas posições direcional acionamento mecânico por rolete e retorno por mola Figura 32 Comando sequencial de ciclo único ou contínuo Neste comando o funcionamento é semelhante ao anterior Apenas foram acrescentadas duas válvulas sendo a Válvula 2 um botão pulsante com retorno por mola e a Válvula 3 uma válvula lógica do tipo OU Sendo assim OU o ciclo será contí nuo caso a Válvula 1 seja acionada OU será ciclo único caso a Válvula 2 seja pulsada Comando sequencial de dois cilindros e lógica de movimento A B A B Válvula 1 três vias e duas posições direcional acionamento muscular por botão e retorno por mola Válvulas 2 3 e 4 três vias e duas posições direcional acionamento mecâni co por rolete e retorno por mola Válvula 4 Válvula 6 Válvula 5 Válvula 7 Cilindro 1 Válvula 3 Válvula 2 Válvula 1 Cont Único SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 137 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 137 15082019 181241 Válvulas 5 e 6 quatro vias e duas posições direcional acionamento duplo piloto Cilindros 1 e 2 dupla ação Figura 33 Comando sequencial de dois cilindros e lógica de movimento A B A B Nesse circuito consideramos o avanço do Cilindro 1 como A e seu recuo como A assim como o avanço do Cilindro 2 como B e seu recuo como B Ao ser pulsada a Válvula 1 desvia o fluxo de ar para o piloto esquerdo da Válvula 5 que por sua vez direciona a pressão para a câmara do êmbolo do Cilindro 1 ao mesmo tempo que descarrega a câmara da haste fazendo com que o pistão avance em velocidade livre Quando o Cilindro 1 estiver avançado aciona a Válvula 3 fazendo com que esta direcione o ar para o piloto esquerdo da Válvula 6 que por sua vez direciona o ar para a câmara do êmbolo do Cilin dro 2 ao mesmo tempo que descarrega a câmara da haste o que faz com que o pistão avance em velocidade livre O Cilindro 2 estando avançado aciona a Válvula 2 desligando a Válvula 5 e fazendo com que o ar da câmara do êmbolo do Cilindro 1 seja descarregado enquanto também carrega ar para a câmara da haste Assim imprime o movimento de recuo até a posição inicial em veloci dade livre Ao atingir a posição inicial o Cilindro 1 aciona a Válvula 4 que atua no Cilindro 2 executando o movimento de recuo até a posição inicial Válvula 1 2 2 2 4 4 2 2 2 3 3 3 3 3 3 1 1 1 1 1 1 Válvula 5 Cilindro 1 FC 1 FC 2 FC 3 FC 3 FC 2 FC 1 Cilindro 2 Válvula 6 Válvula 2 Válvula 3 Válvula 4 DICA Para saber mais sobre circuitos cinemáticos básicos intermediários leia o livro Automação pneumática Projetos dimensionamento e análise de circuitos publicado em 2009 pelo autor Arivel to Bustamante Fialho SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 138 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 138 15082019 181242 Dispositivos eletrohidráulicos e eletropneumáticos Os dispositivos eletropneumáticos e eletrohidráulicos são amplamente utilizados em sistemas que exigem rapidez dos sinais de comando quando os circuitos são complicados e as distâncias são muito grandes entre o local do emissor e o do receptor Os controladores lógicos programáveis têm sido muito utilizados para desenvolvimento de lógicas complexas de funcionamento dos sistemas comandados eletricamente Além disso os dispositivos pneumáticos e hidráulicos com acionamento elé trico são semelhantes aos dispositivos correspondentes que atuam com aciona mentos mecânicos musculares pneumáticos ou hidráulicos Os acionamentos elétricos são executados por meio dos solenoides Tipos de dispositivos Alguns tipos de dispositivos acima defi nidos são Solenoides dispositivos de acionamento elétrico cuja atuação na válvula tem como base o deslocamento causado por ação de um campo magnético gerado por uma bobina Válvulas direcionais comutam os estados aberta ou fechada de acordo com o campo magnético gerado pelo solenoide Válvulas de controle podem ser de abertura rápida ou abertura proporcional Válvulas de abertura rápida válvulas do tipo ONOFF apresentando apenas dois estados de comutação Válvulas proporcionais apresentam características lineares e são res ponsáveis por converter um sinal elétrico em uma determinada posição de abertura ou fechamento do canal de fl uxo ou seja através de um sinal de cor rente ou tensão é feito o ajuste na área do canal de fl uxo do fl uido Podem ser do tipo circuito aberto ou fechado Válvula proporcional de circuito aberto não possuem sen sor de monitoramento da pressão ou vazão de saída portan to caso haja diferença entre a pressão ou vazão desejada e a pressão ou vazão efetiva o sistema não tem condições de correção dessas grandezas SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 139 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 139 16082019 094225 Válvula proporcional de circuito fechado possuem o sensor de moni toramento de pressão ou vazão que detecta a diferença entre a pressão ou vazão desejada e a pressão ou vazão efetiva podendo atuar no processo e mantendo a pressão ou vazão estável dentro dos limites preestabelecidos Circuitos básicos com acionamento elétrico Os elementos eletropneumáticos e eletrohidráulicos necessitam de energia elétrica para poder atuar nos mecanismos das válvulas de comando e controle Para que isso seja possível chaves mecânicas e eletromecânicas são utilizadas para a construção das lógicas de funcionamento do sistema Esses elementos por medida de proteção isolam os controladores eletrôni cos do contato direto com os solenoides das válvulas Esses elementos são os botões chaves fi m de curso contatores e relés Os contatores ou relés são basicamente interruptores acionados por um campo magnético cujos contatos podem ser abertos e fechados que mudam de estado quando o dispositivo entra em operação Figura 34 Relé de contato simples NA Contatos das bobinas Contatos Bobina Núcleo Induzido SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 140 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 140 16082019 094225 Circuito eletropneumático Figura 35 Circuito eletropneumático Acionandose o botão pulsante de avanço a bobina do Contator K1 é ener gizada fazendo com que o contato auxiliar K13 energize o Solenoide Y1 e com que a Válvula 1 comute sua posição o que leva ao direcionamento do fluxo de ar para a câmara do êmbolo do Cilindro 1 Ao mesmo tempo descarrega o ar da câmara da haste imprimindo um movimento de avanço do pistão do cilindro Ao se pressionar o botão de recuo o comando de avanço é desligado e a Válvula Y2 é energizada comutando a Válvula 1 para a posição inicial que direciona o fluxo de ar para a câmara da haste do cilindro e ao mesmo tempo descarrega o ar da câmara do êmbolo imprimindo o movimento de recuo do pistão até a posição inicial Circuito eletrohidráulico Figura 36 Circuito eletrohidráulico 1 24 V desliga avanço recuo 5 6 2 3 4 K21 K13 K23 Cilindro 1 Válvula 1 Y1 1 3 Y2 2 4 K12 K1 K2 Y1 Y2 K22 0V 4 2 2 4 5 6 K11 Cilindro 1 Válvula 6 Válvula 5 Válvula 4 Válvula 1 Válvula 3 Válvula 2 0 bar Y1 Y2 desliga avanço K22 K21 K12 K13 K23 K11 recuo 24 V 0 V K1 K2 Y1 Y2 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 141 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 141 16082019 094225 O funcionamento desse circuito é muito semelhante ao circuito eletropneu mático diferenciandose apenas a Válvula 2 cuja função é regular a pressão hidráulica de trabalho as Válvulas de bloqueio unidirecional 3 e 5 que impe dem o fluxo de seguir no sentido da bomba hidráulica ou do reservatório e a Válvula 4 de controle de fluxo cuja função é controlar a velocidade de avanço do cilindro hidráulico SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 142 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 142 16082019 094225 Sintetizando Nesse módulo finalizamos os estudos sobre ar comprimido focando no dimensionamento das redes de distribuição tão importantes em uma planta pneumática uma vez que são responsáveis por levar o ar da geração até o pon to de trabalho Focamos no dimensionamento e montagem das tubulações assim como nos elementos que fazem parte da sua composição Expomos conceitos indispensáveis para o estudo dos controles pneumáti cos dimensionando e identificando válvulas direcionais de acordo com suas características construtivas e tipos de acionamento bem como os elementos auxiliares válvulas de retenção controle lógica etc Atentamonos com maiores detalhes aos atuadores pneumáticos princi palmente os cilindros lineares Identificamos os elementos de ação simples e ação dupla e cada uma de suas derivações Também detalhamos o dimensio namento desses componentes Aplicamos esses conhecimentos à construção de circuitos pneumáticos bá sicos de comandos diretos indiretos e sequenciais mostrando detalhadamen te o funcionamento de cada um E por fim além dos circuitos básicos apresentamos os dispositivos eletrop neumáticos e eletrohidráulicos no qual foi possível observar o modo de acio namento feito por meio de campos magnéticos gerados por solenoides Além disso esses acionamentos são do tipo de duas posições abre e fecha ou propor cional sendo possível controlar o fluxo ou pressão em diversos valores distintos SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 143 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 143 16082019 094225 Referências bibliográficas BRANDÃO D Acionamento e circuitos pneumáticos EESCUSP São Carlos 2017 Disponível em httpsedisciplinasuspbrpluginfilephp2854501mod resourcecontent1Notas20de20AulaSEL4062017Parte1Pneum C3A1ticapdf Acesso em 24 jul 2019 PARKER HANNIFIN Dimensionamento de redes de ar comprimido Jacareí Parker Training 2006 Disponível em httpdocenteifscedubrclaudioschaeffermaterial3EletromecC3A 2nicaEletro3HidrC3A1ulicaPneumC3A1tica0001ApostilaPRINCI PALPneumC3A1ticapdf Acesso em 24 jul 2019 SILVA G P Circuitação pneumática IFSul Pelotas 2002 Disponível em httpwww2pelotasifsuledubrgladimirCircuitacao20pneumatica20 basica20Prof20Gladimirpdf Acesso em 24 jul 2019 SIMEI L C AUC1 Circuitos eletrohidráulicos e eletropneumáticos 2015 Disponível em httpslcsimeifileswordpresscom201410notasdeaula auc11pdf Acesso em 24 jul 2019 SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 144 SERCIENCAEROSISTEHIDRAUni4indd 144 16082019 094225