Aula 4: Atuadores Pneumáticos e Válvulas Direcionais

Aula 4 Atuadores pneumáticos e válvulas direcionais Objetivos Demonstrar os diversos tipos de atuadores pneumáticos mais comuns existentes Indicar as possibilidades de regulagem de velocidade dos cilindros pneumáticos Demonstrar que a mudança da configuração de um cilindro pneumático potencializa sua utilização Relacionar as principais válvulas pneumáticas Proporcionar ao educando exemplos de aplicação das válvulas pneumáticas Proporcionar o conhecimento dos fundamentos do estudo do vácuo Revisar conhecimentos de sistemas elétricos 41 Atuadores pneumáticos São os elementos responsáveis pela execução do trabalho realizado pelo ar comprimido dividindose em lineares e rotativos Os atuadores pneumáticos são conversores de energia ou seja dispositivos que convertem a energia contida no ar comprimido em trabalho Figura 41 Cilindro pneumático Fonte Air matic news Aula 4 Atuadores pneumáticos e válvulas direcionais 71 eTec Brasil 411 Atuadores lineares São constituídos de componentes que convertem a energia pneumática em movimento linear ou angular São representados pelos cilindros pneumáticos Dependendo da natureza dos movimentos velocidade força curso haverá um mais adequado para a função 412 Atuadores rotativos Convertem a energia pneumática em momento torcior contínuo ou limitado São os motores pneumáticos e oscilantes Figura 42 Oscilador pneumático Fonte Gespaju Figura 43 Atuador pneumático Fonte Gespaju eTec Brasil 72 Comandos Pneumáticos e Hidráulicos 413 Tipos de cilindros pneumáticos Podem ser classificados pelo tipo de efeito ou pelo tipo de construção 4131 Cilindro simples efeito ou ação cilindro simples ação retorno por mola avanço por mola e retorno por ar comprimido simbologia W simbologia vertical simbologia P cilindro simples ação retorno por força externa Figura 44 Cilindros simples ação Fonte CTISM Possui esta denominação por utilizar ar comprimido para produzir trabalho em um único movimento seja para avanço ou retorno O retorno é feito por mola ou ação de uma força externa Os cilindros com retorno por mola possuem curso limitado máximo de 125 mm para os maiores diâmetros 4132 Cilindro duplo efeito ou dupla ação Utiliza o ar comprimido para produzir trabalho em ambos os sentidos de movimento sendo esta a sua principal característica É o tipo de cilindro mais Figura 45 Cilindro dupla ação Fonte CTISM Aula 4 Atuadores pneumáticos e válvulas direcionais 73 eTec Brasil 4133 Construções derivadas São opções de uso baseados nos cilindros pneumáticos de dupla ação Haste passante oca ou com regulagem Duplex contínuo Tandem Duplex geminado múltiplas posições Impacto Tração por cabos Embolo magnético sem haste a Cilindro de haste dupla ou passante Possui duas hastes unidas ao êmbolo Enquanto uma das hastes realiza trabalho a outra pode ser utilizada no comando de fins de curso ou outros dispositivos que não podem ser posicionados ao longo da haste oposta Na versão haste oca é utilizado para a fixação de elemento de vácuo eletromíns eou para a passagem de fluidos como por exemplo ar comprimido para garras b Cilindro duplex ou tandem Dotado de dois êmbolos unidos por uma haste comum separados entre si por meio de um cabeçote intermediário possui entradas de ar independentes A força produzida pelo cilindro duplex é a somatória das forças individuais de cada êmbolo Isto permite dispor de maior força em área de montagem restrita onde não é possível montar um cilindro de maior diâmetro porém com um comprimento maior exigido É empregado em sistemas de sincronismo de movimento sendo as câmaras intermediárias preenchidas com óleo c Cilindro duplex geminado ou múltiplas posições Consiste em dois cilindros de dupla ação unidos entre si normalmente através de flanges traseiras possuindo cada cilindro entradas de AC independentes Esta montagem possibilita a obtenção de 3 ou 4 posições distintas 3 posições obtida com o uso de dois cilindros com o mesmo curso 4 posições obtida com o uso de cilindros de cursos diferentes As posições são obtidas em função da combinação entre as entradas de AC e os cursos correspondentes É aplicado em circuitos de seleção distribuição posicionamento comando de dosagem e transporte de peças para operações sucessivas Figura 48 Cilindro duplex geminado Fonte CTISM Figura 49 Cilindro duplex geminado tamanhos diferentes 4 posições Fonte CTISM Figura 410 Cilindro duplex geminado tamanhos iguais 3 posições Fonte CTISM d Cilindro telescópico ou de múltiplos estágios São empregados quando o espaço para sua instalação é limitado e necessitase de um conjunto de vários cilindros embutidos um dentro do outro O cilindro de menor diâmetro limita a força do conjunto Possui grande aplicação na hidráulica e Cilindros normalizados Proporcionam interoperabilidade a nível mundial de equipamentos Ex ISO 6431 e DIN 24335 O uso de cilindros pneumáticos normalizados como os da norma ISO 6431 permite que ao existir um cilindro instalado possa ser substituído por outro de qualquer fabricante Já os cilindros especiais somente poderão ser substituídos por outro do mesmo fabricante f Cilindros especiais Normalmente cilindros classe leve ou pesada construídos conforme critérios do fabricante g Cilindros especiais quanto a forma Podem ser ovais antigiro retangulares fixadores Amortecimento Projetado para controlar movimentos de grandes massas e desacelerar o pistão nos fins de curso aumentando sua vida útil Pode ser pneumático com ou sem regulagem e elástico No amortecimento pneumático o efeito é criado pelo aprisionamento de uma quantidade de ar no final do curso Isto é feito quando um colar que envolve a haste começa a ser encaixada em uma guarnição vedando a saída principal de ar e forçandoo por uma restrição fixa ou regulável através do qual escora uma vazão menor Isto causa uma desaceleração gradativa na velocidade do pistão e absorve o choque Elimina o efeito de chute em cargas não sujetas 414 Controle da velocidade de deslocamento do cilindro pneumático É necessário alterar as velocidades de deslocamento dos cilindros pneumáticos acelerando ou reduzindo a sua velocidade natural para tal são utilizados dispositivos descritos abaixo que serão detalhados mais a frente Em função da aplicação do cilindro pneumático podese desejar que a velocidade de deslocamento do cilindro seja máxima Para isso devemos Utilizar uma válvula de escape rápida conectada através de um niple portanto o mais próximo possível do cabeçote do cilindro Utilizar válvulas de maior capacidade Utilizar tubos curtos e de maior diâmetro entre a válvula e o cilindro 42 Válvulas pneumáticas Os cilindros pneumáticos para desenvolverem as suas ações produtivas devem ser alimentados ou descarregados convenientemente no instante em que desejarmos ou conforme o sistema programado Os elementos que servem para orientar os fluxos de ar impor bloqueios controlar sua intensidade de vazão ou pressão são denominados válvulas 421 Classificação das válvulas As válvulas pneumáticas podem ser classificadas como Válvulas de controle direcional Válvulas de bloqueio antiretorno Válvulas de controle de fluxo Válvulas de controle de pressão 4211 Válvulas de controle direcional Tem por função orientar a direção que o fluxo de ar deve seguir a fim de realizar um trabalho proposto Para caracterizar uma válvula direcional devemos conhecer número de posições número de vias vazão tipo de acionamento comando tipo de retorno e tipo construtivo da válvula a Número de posições É a quantidade de manobras distintas que uma válvula direcional pode executar ou permanecer sob a ação do seu acionamento Conforme as normas CETOP Comitê Europeu de Transmissão Óleo Hidráulica e Pneumática e ISO Organização Internacional de Normalização as válvulas direcionais são sempre representadas por um retângulo dividido em quadrados Figura 411 Exemplos de representação de válvulas Fonte CTSM O número de quadrados representados na simbologia é igual ao número de posições da válvula representando a quantidade de movimentos que executa através de acionamentos b Número de vias É o número de conexões de trabalho que a válvula possui São consideradas como vias a conexão de entrada de pressão as conexões de utilização e as conexões de escape Uma regra prática para a determinação do número de vias consiste em separar um dos quadros posição e verificar quantas vezes os símbolos internos tocam os lados do quadrado obtendose assim o número de orifícios e em correspondência o número de vias Em 1976 o CETOP propôs um método universal de identificação dos orifícios das válvulas aos fabricantes de equipamentos pneumáticos A finalidade da codificação é fazer com que o usuário tenha uma fácil instalação de componentes relacionando as marcas dos orifícios no circuito com as marcas contidas nas válvulas O CETOP propõe identificação numérica Quadro 41 Identificação dos orifícios das válvulas pneumáticas Orifício Norma DIN 24300 Norma ISO 1219 Pressão P 1 Utilização AA BB C 2 4 6 Escape RR SS T 3 5 7 Pilotagem XX YY Z 10 12 14 Significado dos orifícios das válvulas Pressão ou alimentação P 1 É o ponto de alimentação da válvula onde está ligada com a rede AC ou unidade de conservação Utilização A B C 2 4 6 São as conexões que interligam a válvula ao consumidor Escape R S T EA EB EC 3 5 7 São as conexões que permitem escoar o volume de AC que deve ser eliminado Pilotagem X Y Z 10 12 14 Orifício que ao ser influenciado pelo AC modifica a posição de uma válvula d Tipos de acionamentos ou comandos As válvulas exigem um agente externo ou interno que desloque suas partes internas de uma posição para outra ou seja um agente que altere as direções de fluxo e efetue os bloqueios liberando o escape Os acionamentos podem ser musculares mecânicos pneumáticos elétricos combinados ou normalizados São escolhidos conforme a necessidade da aplicação da válvula direcional Quadro 42 Tipos de acionamentos Tipo de acionamento Características Exemplos Musculares Os atuadores musculares são aqueles acionados diretamente pelos pés ou mãos dos operadores Não é o certo denominarlás de válvulas manuais Por pino Quando um mecanismo móvel dotado de movimento retilíneo sem possibilidades de ultrapassar um limite ao fim do movimento deve acionar uma válvula este é o acionamento recomendado que recebe um ataque frontal Por rolete Para movimento rotativo retire com um sem avanço posterior e acesse utilizar o acionamento por rolete para evitar atritos indesejáveis e esforços danosas às partes da válvula no rolete quando posicionado na fim de cura funciona como pinça mas recebe ataque lateral na maioria das vezes Em posição intermediária receberá comando toda a vez que o mecanismo em movimento passar por cima independente do sentido de movimento Tipo de acionamento Características Exemplos Gatilho ou relete escamoteável O posicionamento no fim de curso com leve afastamento evita que permaneça constantemente acionando como pino e rolete Permite o acionamento da válvula em um único sentido de movimento emitindo um sinal pneumático breve Na sentido oposto ao de comando o mecanismo causa o rotacionamento eliminando qualquer possibilidade de comandar a válvula Sendo um sinal breve não devendo percorrer longas distâncias Comando direto por aplicação de pressão pisto positivo Um impulso de pressão proveniente de um comando externo é aplicado diretamente sobre um pistão acionando uma válvula Mecânicos Com a crescente introdução de sistemas automáticos as válvulas acionadas por uma parte móvel da máquina adquiram grande importância O comando da válvula é conseguido através de um contato mecânico sobre o acionamento colocando ao longo de um movimento qualquer para permitir o desenrolar de seguidas operações Comumente as válvulas equipadas com este tipo de acionamento recebem o nome de VÁLVULA DE FIM DE CURSO Pneumáticos As válvulas equipadas com este tipo de acionamento são computadas pela ação do ar comprimido prevene de um sinal preparado pelo circuito é emitido por outra válvula Vazão das válvulas É o volume de fluído fornecido pela válvula em uma unidade de tempo lmin m³min A vazão varia mesmo entre válvulas de mesma bitola e dependem principalmente do tipo construtivo O Coeficiente de Vazão CV é o meio mais técnico de se obter a vazão de uma válvula Isso se fundamenta na aplicação de um acionamento précomando que comanda a válvula principal responsável pela execução da operação Quando é efetuada a alimentação da válvula principal a que realizará o comando dos conversores de energia podese emitir ou desviar um sinal através de um canal interno ou conexão externa que ficará retido direcionandoo para efetuar o acionamento da válvula principal que posteriormente é colocada para exaustão O fluido do piloto externo poderá ser diferente do fluido que passa pela válvula É utilizada quando o ar comprimido que alimenta o orifício número 1 é de baixa pressão menor do que 25 Bar A troca de posição da válvula pode ser efetuada através do botão para acionamento muscular 4212 Válvulas de bloqueio Impedem o fluxo de AC em um sentido determinado possibilitando livre fluxo no sentido oposto retenção escape rápido isolamento OU simultaneidade E a Válvula de retenção Um obturador cone esfera ou disco é mantido contra a sede por força de uma mola ou pela força da gravidade Ocorre no sentido favorável o obturador é deslocado permitindo a passagem do fluido Invertendose o fluxo o obturador deslocase contra a sede e impede a passagem do fluido Válvula de escape rápido É utilizada para aumentar a velocidade normal de deslocamento de um pistão d Válvula de isolamento OU Dotada de três orifícios no corpo Duas entradas de pressão Um ponto de utilização Enviandose um sinal por uma das entradas a entrada oposta é automaticamente vedada e o sinal emitido flui ate o orifício de utilização Utilizada quando é necessário enviar sinais a um ponto comum de diferentes locais no circuito pneumático 4213 Válvulas de controle de fluxo Algumas normas classificam esta válvula no grupo de válvulas de bloqueio por ser híbrida ou seja num único corpo une uma válvula de retenção com ou sem mola e um dispositivo de controle de fluxo Figura 423 Válvula de pressão alívio Fonte CTSTM Limita a pressão de um reservatório compressor ou linha de pressão evitando a sua elevação além de um ponto prédeterminado ajustada através de mola calibrada que é comprimida por parafuso transmitindo sua força sobre um êmbolo e mantendoo contra a sede Ocorrendo um aumento de pressão no sistema o êmbolo é deslocado de sua sede sendo a mola comprimida e permitindo contato da parte pressurizada com a atmosfera através de uma série de orifícios por onde é expulsa um volume de ar mantendo a pressão estável Com a redução da pressão alcançando o valor da regulagem a mola recoloca novamente o êmbolo na posição inicial vedando os orifícios de escape Resumo Neste capítulo estudamos os atuadores pneumáticos que são conversores de energia e se dividem em Lineares convertem a energia pneumática em movimento linear Rotativos convertem a energia pneumática em momento torçor Os atuadores pneumáticos possuem diferentes tipos de construção dependendo do movimento do atuador simples efeito dupla ação haste dupla Para aumentarmos a velocidade do cilindro pneumático podemos utilizar válvulas de escape rápido ou válvulas de maior capacidade e ainda tubos curtos e de maior diâmetro entre a válvula e o cilindro Além de conhecermos os principais cilindros e válvulas utilizadas nos sistemas pneumáticos que serão aplicadas nos circuitos de máquinas e dispositivos Atividades de aprendizagem 1 Indicar a única resposta correta Cilindros de simples efeito ou ação são caracterizados por a Por utilizar ar comprimido para produzir trabalho em um único movimento o retorno é feito por mola ou ação de uma força externa b Por utilizar ar comprimido para produzir trabalho no movimento de avanço c Por utilizar ar comprimido para produzir trabalho no movimento de retorno d Por utilizar ar comprimido para produzir trabalho em um único movimento o retorno é feito somente por ação de uma força externa 2 Indicar a única resposta errada Cilindros de duplo efeito ou ação são caracterizados por a Utiliza o ar comprimido para produzir trabalho em ambos os sentidos de movimento b Exige a presença de uma força externa para auxiliar o retorno do cilindro c É o tipo de cilindro mais utilizado na indústria d A força de avanço e retorno são diferentes 3 Citar 4 construções derivadas dos cilindros dupla ação 1 3 2 4 4 A afirmativa abaixo é verdadeira ou falsa As possibilidades de amortecimento nos cilindros de dupla ação podem ser dianteiro fixo traseiro fixo duplo amortecimento fixo e as mesmas opções para amortecimento variável ou regulável a Falsa b Verdadeira 5 Indicar a única resposta errada a A força produzida pelo cilindro duplex contínuo é a somatória das forças individuais de cada êmbolo b Com um cilindro duplex contínuo permite dispor de maior força em área de montagem restrita c Os cilindros duplex contínuo possuem diâmetro excessivo d Cilindro duplex contínuo permite montagem em área restrita com comprimento maior exigido 6 Indicar a única resposta errada Com cilindros duplex geminados podemos obter a Até mais de 5 posições b 3 posições obtida com o uso de dois cilindros com o mesmo curso c 4 posições obtido com o uso de cilindros de cursos diferentes d Todas as respostas estão erradas 7 Complete as lacunas Cilindro telescópico ou de são empregados quando o para sua instalação é limitado e necessitase de um grande Basicamente constituise de um conjunto de vários um dentro do outro O cilindro de limita a força do conjunto Possui grande aplicação na hidráulica a múltiplos estágios espaço curso de trabalho cilindros embutidos maior diâmetro b múltiplos estágios espaço esforço força estática cilindros embutidos maior diâmetro c múltiplos estágios espaço curso de trabalho cilindros embutidos menor diâmetro d simples estágio espaço curso de trabalho cilindros embutidos maior diâmetro 8 Para que possamos dimensionar um cilindro pneumático precisamos partir de algumas informações básicas I A força que o cilindro deverá desenvolver II A pressão de trabalho do cilindro III O curso de trabalho IV O número de ciclos que o cilindro irá realizar por minuto A resposta correta é a Somente I II e III b Somente I III e IV c Somente II III e IV d Todas as respostas estão corretas Aula 4 Atuadores pneumáticos e válvulas direcionais 95 eTec Brasil 9 Para caracterizar uma válvula direcional devemos conhecer fundamentalmente I Número de posições II Número de vias III Tipo de avanço IV Velocidade V Tipo de acionamento A resposta correta é a Somente I II III e IV b Somente I III IV e V c Somente a I II III e V d Somente IV 10 Complete as lacunas Número de posições É a quantidade de que uma pode ou permanecer sob a ação do seu a manobras distintas válvula direcional executar acionamento b tipos válvula direcional executar acionamento c manobras distintas válvula direcional terminar comando d tipos válvula direcional terminar comando 11 A frase que apresenta uma incorreção é a Pressão ou alimentação P 1 é o ponto de alimentação da válvula onde está ligada com a rede de AC ou unidade de conservação eTec Brasil b Utilização A B C 2 4 6 são as conexões que interligam a válvula ao consumidor c Escape A B C EA EB EC 3 5 7 são as conexões que permitem escoar o volume de AC que deve ser eliminado d Pilotagem X Y Z 10 12 14 orifício que ao ser influenciado pelo AC modifica a posição de uma válvula 12 Os tipos de acionamentos ou comandos das válvulas direcionais podem ser 1 3 2 4 13 Com a crescente introdução de sistemas automáticos as válvulas acionadas por uma parte móvel da máquina adquirem grande importância O comando da válvula é conseguido através de um contato mecânico sobre o acionamento para permitir o desenrolar de sequências operacionais Comumente recebem o nome de válvulas de fim de curso O tipo de acionamento que não é utilizado neste tipo de válvulas é a Rolete b Pilotagem c Pino d Gatilho 14 Indicar a única resposta correta A válvula de gatilho permite a O acionamento da válvula em um único sentido de movimento emitindo um sinal pneumático breve b O acionamento da válvula em um único sentido de movimento emitindo um sinal pneumático muito longo c O acionamento da válvula em dois sentidos d O acionamento da válvula em dois sentidos de movimento emitindo um sinal pneumático breve Aula 4 Atuadores pneumáticos e válvulas direcionais 97 eTec Brasil Nos acionamentos pneumáticos por diafragma o princípio de operação é semelhante ao piloto positivo porém a A grande vantagem está no tipo de comando devido a grande área da membrana pode trabalhar com baixas pressões b A grande vantagem está na pressão de comando devido a grande área da membrana pode trabalhar com altas pressões c A grande vantagem está no tipo de comando devido a grande área da membrana pode trabalhar com altas pressões d A grande vantagem está na pressão de comando devido a grande área da membrana pode trabalhar com baixas pressões 16 A válvula que permite acelerar o movimento de um cilindro pneumático é a Válvula de escape rápido b Válvula reguladora de vazão c Válvula de retenção d Válvula reguladora de vazão unidirecional 17 A válvula que permite regular apenas um movimento de um cilindro pneumático é a Válvula de escape rápido b Válvula reguladora de vazão c Válvula de retenção d Válvula reguladora de vazão unidirecional