Pneumática: Aula 1 Conceitos Básicos

Pneumática Aula 1 Conceitos Básicos Professor: Edson Neri [email protected] Eng.º Eletricista, Tec. Instrumentação Industrial SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica

Conceitos Básicos Vantagens 1. Incremento da produção com investimento pequeno 2. Redução dos custos operacionais 3. Robustez dos componentes 4. Facilidade na implantação 5. Resistência a ambientes hostis 6. Simplicidade de manipulação 7. Segurança 8. Liberação de pessoal de operações repetitivas

Conceitos Básicos Limitações 1. Necessita preparação 2. Pequenas pressões (forças) envolvidas 3. Dificuldade de controle de velocidade 4. Impossibilidade de paradas intermediárias 5. Poluição sonora

Características do Ar

Compressibilidade do Ar Ar submetido a um volume finalf Vf

Ar submetido a um volume inicial V0 1

2

F

Vf < V

0

Características do Ar

Elasticidade do Ar Ar submetido a um volume inicial V f

Ar submetido a um volume final Vf

0

1

2

Vf > V 0

Características do Ar Difusibilidade do Ar

Volumes contendo ar e gases; válvula fechada

Válvula aberta temos uma mistura homogênea

1 2

Características do Ar Expansibilidade do Ar

Possuímos um recipiente contendo ar; a válvula na situação 1 está fechada

1

Quando a válvula é aberta o ar expande, assumindo o formato dos recipientes; porque não possui forma própria

2

Peso do Ar

Atmosfera Pressão Atmosférica

0,710 kgf/cm

2

Camadas Gasosas da Atmosfera

1,033 kgf/cm

2

C E

D B A

A - Troposfera - 12 Km B - Estratosfera - 50 Km C - Mesosfera - 80 km

D - Termosfera/Ionosfera - 500 Km E - Exosfera - 800 a 3000 Km

A Pressão Atmosférica Atua em Todos os Sentidos e Direções

1,067 kgf/cm

2

Medição da Pressão Atmosférica

Variáveis do Ar Efeito Combinado entre as Três Variáveis Físicas T1 V1

Princípio de Blaise Pascal

P1 Mesma Temperatura: Volume Diminui - Pressão Aumenta T2 V2

T3

P2 Mesmo Volume: Pressão Aumenta - Temperatura Aumenta e Vice-Versa V3

1 - Suponhamos um recipiente cheio de um líquido, o qual é praticamente incompressível; 2 2 - Se aplicarmos uma força de 10 Kgf num êmbolo de 1 cm de área; 2 3 - O resultado será uma pressão de 10 Kgf/cm nas paredes do recipiente.

P3 Mesma Pressão: Volume Aumenta - Temperatura Aumenta e Vice-Versa T4 V4

P4

Pneumática Aula 2 Produção e Distribuição (Compressão) Professor: Edson Neri [email protected] Eng.º Eletricista, Tec. Instrumentação Industrial SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica

Produção e Distribuição Cores Técnicas O ANSI (American National Standard Institute) padroniza as cores a serem utilizadas em circuitos hidráulicos e pneumáticos. VERMELHO: Indica pressão de alimentação VIOLETA: Indica que a pressão do sistema foi intensificada LARANJA: Indica linha de comando, pilotagem ou que a pressão foi reduzida

Produção e Distribuição Cores Técnicas AMARELO: Indica uma restrição no controle de passagem do fluxo. AZUL: Indica fluxo em descarga, escape ou retorno. VERDE: Indica sucção ou linha de drenagem. BRANCO: Indica fluido inativo. Ex: armazenagem.

Produção e Distribuição Cores Técnicas

Produção e Distribuição Compressores • São máquinas que elevam a pressão de um certo volume de ar, admitido nas condições atmosféricas, até uma determinada pressão, exigida na execução dos trabalhos de ar comprimido.

Produção e Distribuição Compressores: classificação

Deslocamento positivo:

Baseia-se na redução de volume. O volume é diminuido, aumentando a pressão até que ocorra a abertura de válvulas de saída do compressor.

Deslocamento dinâmico:

É obtido através do aumento da velocidade, tendo em seguida seu escoamento retardado obrigando a uma elevação da pressão.

Tipos Fundamentais de Compressores Ciclo de Trabalho de um Compressor de Parafuso

Compressor Dinâmico de Fluxo Radial

a - O ar entra pela abertura de admissão preenchendo o espaço entre os parafusos. A linha tracejada representa a abertura da descarga.

b - À medida que os rotores giram, o ar é isolado, tendo início a compressão.

c - O movimento de rotação produz uma compressão suave, que continua até ser atingido o começo da abertura de descarga.

Simbologia d - O ar comprimido é suavemente descarregado do compressor, ficando a abertura de descarga selada, até a passagem do volume comprimido no ciclo seguinte.

Produção e Distribuição Compressor de simples efeito

É dotado de apenas uma câmara de compressão, onde o ar é admitido e comprimido.

Produção e Distribuição Compressor de duplo efeito

Possui duas câmaras, ou seja, as duas faces do êmbolo aspiram e comprimem.

Produção e Distribuição Sistema de refrigeração de compressores Remove o calor gerado entre os estágios de compressão visando: • • • •

Manter a baixa temperatura do equipamento Aproximar a compressão da isotérmica Evitar a deformação do bloco e cabeçote Aumentar a eficiência do compressor

Esse resfriamento pode ser feito por: • Ar • Água

Pneumática Aula 3 Produção e Distribuição (Preparação) Professor: Edson Neri [email protected] Eng.º Eletricista, Tec. Instrumentação Industrial SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica

Produção e Distribuição Umidade

• Quando ocorre o aumento de pressão do ar, a solubilidade da água diminui. Isso provocaria condensação dentro do compressor. • Porém como a temperatura também aumenta, isso não ocorre.

Produção e Distribuição Umidade

• Mas no momento do resfriamento, teremos a condensação da água. • Como esse resfriamento ocorre ao longo do sistema, a água se condensa no interior dos componentes.

Produção e Distribuição Umidade

Conseqüências: • • • •

Oxidação da tubulação e componentes Retirada da lubrificação Arraste de partículas sólidas Aumento do índice de manutenção

Solução

Remoção da umidade

Produção e Distribuição Umidade

Refriador posterior

Esse resfriador é localizado logo após o compressor, retirando calor do ar no momento em que este está a maior temperatura

Produção e Distribuição Reservatório de ar comprimido

Importância

• Armazenar o ar comprimido • Resfriar o ar auxiliando a eliminação de condensado • Compensar as flutuações de pressão • Estabilizar o fluxo de ar

Produção e Distribuição Desumidificação do ar

Diminui ainda mais a umidade do ar

Após esse processo chama-se o ar de ar seco, apesar de ainda haver uma umidade residual mas insignificante

Produção e Distribuição Desumidificação do ar

Secagem por refrigeração

A capacidade do ar de reter umidade diminui com a temperatura

Produção e Distribuição Desumidificação do ar

Secagem por absorção

É utilizado um absorto, que absorve por reação química a umidade

Produção e Distribuição Desumidificação do ar

Secagem por adsorção

É a fixação das moléculas de um adsorvato na superfície de um adsorvente.

Produção e Distribuição Esquematização da Produção, Armazenamento e Condicionamento do Ar Comprimido 1

5

7

6 8

3

2 4 1234-

Filtro de Admissão Motor Elétrico Separador de Condensado Compressor

5678-

Reservatório Resfriador Intermediário Secador Resfriador Posterior

Produção e Distribuição Rede de distribuição

Formato O anel fechado auxilia na manutenção de uma pressão constante e uma distribuição uniforme do ar

Produção e Distribuição Rede de distribuição

Válvulas de fechamento Permitem o isolamento de seções para manutenção

Produção e Distribuição Rede de distribuição

Inclinação As tubulações devem possuir uma ligeira inclinação de 0,5 a 2%, com drenos colocados nas posições mais baixas. Isso possibilita o escoamento e retirada do condensado.

Produção e Distribuição Rede de distribuição

Tomadas de ar Deve ser feita na parte superior da distribioção para evitar o fluxo de condensado

Pneumática Aula 4 Produção e Distribuição (Lubrefil) Professor: Edson Neri [email protected] Engº. Eletricista, Tec. Instrumentação Industrial SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica

Lubrefil Unidade de Condicionamento ou Lubrefil

Simbologia

Lubrefil Secção de Um Filtro de Ar Comprimido A - Defletor Superior B - Anteparo C - Copo D - Elemento Filtrante E - Defletor Inferior F - Dreno Manual G - Manopla

Dreno Automático 



A

B C D E

F G Dreno Manual

Dreno Automático Simbologia

Lubrefil Filtros coalescentes

Em certas aplicações, a filtragem do ar deve ser ainda mais rigorosa: • Indústria de processamento de alimentos • Indústria de equipamentos hospitalares • Indústria eletrônica

Lubrefil Filtros coalescentes Filtros coalescentes atendem a essas necessidades

Lubrefil Secção de um Regulador de Pressão com Escape D

Manômetro Tipo Tubo de Bourdon E F G

A

J

B





H

C I Simbologia A - Mola B - Diafragma C - Válvula de Assento D - Manopla E - Orifício de Exaustão

F - Orifício de Sangria G - Orifício de Equilíbrio H - Passagem do Fluxo de Ar I - Amortecimento J - Comunicação com Manômetro

Simbologia

Lubrefil Refil - Filtro Regulador

A - Manopla B - Orifício de Sangria C - Válvula de Assento D - Defletor Superior E - Defletor Inferior F - Mola G- Orifício de Exaustão H - Diafragma I- Passagem do Fluxo de Ar J - Elemento Filtrante

F

A

G H B C

 D

 I J

E

Simbologia

Lubrefil H

Secção de um Lubrificador

G F

A A - Membrana de Restrição B - Orifício Venturi C - Esfera D - Válvula de Assento E - Tubo de Sucção F - Orifício Superior G- Válvula de Regulagem H- Bujão de Reposição de Óleo I- Canal de Comunicação J - Válvula de Retenção

I

B





J

C

E

D E

Simbologia

Pneumática Aula 5 Válvulas de controle direcional Professor: Edson Neri [email protected] Eng. Eletricista, Tec. Instrumentação Industrial SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica

Válvulas de controle direcional Tipos de válvulas

As válvulas pneumáticas são classificadas em: • de controle direcional • de bloqueio • de controle de fluxo • de controle de pressão

Válvulas de controle direcional

Válvulas de Controle Direcional

4

2

14

12

5

1

Simbologia

3

Válvulas de controle direcional

Características

• • • • • •

Posição inicial Número de posições Número de vias Tipo de acionamento Tipo de retorno Vazão

Válvulas de controle direcional Número de posições As válvulas são representadas por retângulos divididos em quadrados representando o número de funções distintas que pode assumir

Válvulas de controle direcional Número de vias É o número de conexões de trabalho que a válvula possui. As vias podem ser de entrada de pressão, conexões de utilização e de escape.

Válvulas de controle direcional Direção de fluxo As setas indicam a interligação interna das conexões, mas não necessariamente o sentido do fluxo.

Válvulas de controle direcional Direção de fluxo

Passagem bloqueada

Válvulas de controle direcional

Válvula direcional de 2/2 vias Consiste de duas passagens que são conectadas ou desconectadas.

Possui a função de liga-desliga

Válvulas de controle direcional

Válvula direcional de 2/2 vias Consiste de duas passagens que são conectadas ou desconectadas.

Possui a função de liga-desliga

Válvulas de controle direcional Diferença das válvulas 2/2 vias e 3/2 vias

Em uma válvula de 3/2 vias, a válvula inverte o fluxo da via de utilização para o tanque, esvaziando o atuador.

Válvulas de controle direcional Válvulas normalmente abertas e normalmente fechadas Válvulas de 2 e de 3 vias com retorno por mola podem tanto ser normalmente abertas (NA) ou normalmente fechadas (NF)

Válvulas de controle direcional Direção de fluxo

Escape não provido para conexão (não canalizado ou livre)

Válvulas de controle direcional Direção de fluxo

Escape provido para conexão (canalizado)

Válvulas de controle direcional Identificação A CETOP procura normatizar a identificação dos orifícios da válvula da seguinte maneira:

Válvulas de controle direcional

Identificação

No 1: Alimentação Nos 2 e 4: Utilização Nos 3 e 5: Escape ou exaustão No 10: Piloto que isola a alimentação No 12: Liga a alimentação 1 com o orifício 2 No 14: Liga a alimentação 1 com o orifício 4

Válvulas de controle direcional

Identificação Outras identificações

Válvulas de controle direcional Acionamentos ou comandos Provocam o deslocamento das partes internas da válvula, causando mudança das direções de fluxo. Os acionamentos podem ser: • Musculares • Mecânicos • Pneumáticos • Elétricos • Combinados

Válvulas de controle direcional Atuadores de válvulas direcionais

Válvulas de controle direcional Acionamentos musculares

Acionadas pelo homem: • Botão • Alavanca • Pedal

Válvulas de controle direcional Acionamentos mecânicos

Acionamentos mecânicos:

• Pino • Rolete • Gatilho ou rolete escamoteável

Válvulas de controle direcional Acionamentos mecânicos

Válvulas de controle direcional Acionamentos pneumáticos Nesses casos as válvulas são comutadas pela ação do ar comprimido, proveniente de outra parte do circuito e emitido por outra válvula. O piloto pode ser • Positivo • Negativo

Válvulas de controle direcional Acionamentos pneumáticos

Piloto Positivo (comando direto por aplicação de pressão)

Válvulas de controle direcional Acionamentos pneumáticos

Piloto Negativo (comando direto por alívio de pressão)

Válvulas de controle direcional Acionamentos elétricos Um sinal elétrico é utilizado para acionar um solenóide e comutar a válvula.

Válvulas de controle direcional Acionamentos combinados A energia do próprio ar comprimido é utilizada para auxiliar o acionamento da válvula. Tipos • Solenóide e piloto interno • Solenóide e piloto externo • Solenóide e piloto ou botão

Válvulas de controle direcional Acionamentos combinados

Solenóide e piloto interno

Válvulas de controle direcional Acionamentos combinados

Solenóide e piloto externo

Válvulas de controle direcional Acionamentos combinados

Solenóide e piloto ou botão

Válvulas de controle direcional

Válvulas de controle direcional Denominação de válvulas Válvula de Controle Direcional 3/2 Vias acionada por botão retorno por mola normalmente fechada. ou 3/2 Vias Botão Mola N.F.

Válvulas de controle direcional Válvulas comuns Válvula de Controle Direcional 2/2 Vias acionada por rolo retorno por mola normalmente fechada. ou 2/2 Vias Rolete Mola N.F.

Válvulas de controle direcional Válvulas comuns Válvula de Controle Direcional 3/2 Vias acionada por pino retorno por mola normalmente fechada. ou 3/2 Vias Pino Mola N.F.

Válvulas de controle direcional

Válvulas comuns Exemplo de aplicação: Comando básico direto

Válvulas de controle direcional Válvulas comuns Válvula de Controle Direcional 3/2 Vias acionada por piloto retorno por mola normalmente fechada. ou 3/2 Vias Piloto Mola N.F.

Válvulas de controle direcional

Válvulas comuns Exemplo de aplicação: Comando básico indireto

Válvulas de controle direcional Válvulas comuns Válvula de Controle Direcional 3/2 Vias acionada por duplo piloto normalmente fechada. ou 3/2 Vias Duplo Piloto N.F.

Válvulas de controle direcional

Válvulas comuns Exemplo de aplicação

Válvulas de controle direcional Válvulas comuns Válvula de Controle Direcional 3/3 Vias acionada por alavanca centrada por mola centro fechado. ou 3/3 Vias Alavanca Centrada por Mola C.F.

Válvulas de controle direcional Válvulas comuns

Válvula de Controle Direcional 5/3 Vias acionada por duplo piloto centrada por mola centro fechado. ou 5/3 Vias Duplo Piloto Centrada por Mola C.F.

Válvulas de controle direcional Montagem de Válvulas Pneumáticas em Bloco Manifold

4

2

14

12 5

1

3

Simbologia

Pneumática Aula 6 Elementos auxiliares Professor: Edson Neri [email protected] Eng. Eletricista, Tec. Instrumentação Industrial SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica

Elementos Auxiliares Válvulas de bloqueio Impedem o fluxo do ar em um sentido determinado, possibilidando livre fluxo no sentido oposto

Elementos Auxiliares Válvulas de escape rápido Permitem que o ar do interior de um cilindro escape rapidamente sem ser necessário passar pela tubulação

Elementos Auxiliares Válvulas de isolamento (elemento OU) SE (houver pressão em 1a) OU (houver pressão em 1b) ENTÃO (ocorre pressurização em 2)

Elementos Auxiliares Válvulas de isolamento (elemento OU) Exemplo de aplicação: Comandar um cilindro a partir de dois pontos diferentes

Elementos Auxiliares Válvulas de simultaneidade (elemento E) SE (houver pressão em 1a) E (houver pressão em 1b) ENTÃO (ocorre pressurização em 2)

Elementos Auxiliares Válvulas de simultaneidade (elemento E) Exemplo de aplicação: Comandar um cilindro de forma bimanual

Elementos Auxiliares Válvulas de controle de fluxo Válvula de controle de fluxo variável bidirecional Controla o fluxo em ambas as direções

Elementos Auxiliares Válvulas de controle de fluxo Válvula de controle de fluxo variável unidirecional Controla o fluxo em uma das direções. Na outra o fluxo é livre

Elementos Auxiliares Controle de velocidade de um cilindro

Elementos Auxiliares Controle de velocidade de um cilindro

Elementos Auxiliares Controle de velocidade de um cilindro Comandar um cilindro com avanço lento e retorno rápido

Elementos Auxiliares Válvulas de alívio Limitam a pressão de uma parte do sistema

Elementos Auxiliares Temporizadores pneumáticos Permitem o retardo de um sinal pneumático Podem ser normalmente abertos ou normalmente fechados

Elementos Auxiliares Contadores pneumáticos Contam o número de pulsos de pressão em uma linha

Elementos Auxiliares Captadores de Queda de Pressão

Adaptador para conexão do cilindro

Módulos conectáveis

S

& Eletrônico P

a

Simbologia

Anel de fixação

Pneumático

Elétrico

Elementos Auxiliares A

Exemplo de Aplicação

a3

P

4

14

2

12

a0

5

3 1

a2

2

1

3

a3

S

Pneumática Aula 7 Atuadores Pneumáticos Professor: Edson Neri [email protected] Eng. Eletricista, Tec. Instrumentação Industrial SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica

Atuadores Pneumáticos

Atuadores Pneumáticos Tipos

São divididos em três tipos: • Movimentos lineares • Movimentos rotativos • Movimentos oscilantes

Atuadores Pneumáticos Cilindros de simples ação

Atuadores Pneumáticos Cilindros de simples ação

Atuadores Pneumáticos Cilindros de simples ação

Atuadores Pneumáticos Cilindros de dupla ação

Atuadores Pneumáticos Cilindros com amortecimento

Atuadores Pneumáticos Cilindros de haste dupla

Atuadores Pneumáticos Cilindros duplex contínuos ou Tandem

Atuadores Pneumáticos Cilindros duplex geminados ou múltiplas posições

Atuadores Pneumáticos Cilindros sem haste

Atuadores Pneumáticos Força

A força proporcionada por um atuador pneumático é:

F  P A

Atuadores Pneumáticos Motores pneumáticos

Atuadores Pneumáticos Garras Pneumáticas (Grippers)

Garra de Fricção

Garra de Abrangimento

Pneumática Aula 8 Tecnologia do Vácuo Professor: Gabriel Souza Tec. Automação Industrial SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica

Tecnologia do vácuo Geradores de vácuo

Vácuo → Latim “Vacuus” (Vazio) O vácuo é definido como uma pressão inferior à atmosférica

Tecnologia do vácuo Geradores de vácuo

Tecnologia do vácuo Geradores de vácuo Uma forma barata de se obter vácuo é através do Venturi

Tecnologia do vácuo Geradores de vácuo Variação: Utilizando um bico injetor com um furo lateral

Tecnologia do vácuo Ventosas Uma ventosa pode ser acoplada ao gerador de vácuo para segurar objetos

Tecnologia do vácuo Ventosas Ou uma tubulação pode levar o vácuo até a ventosa

Tecnologia do vácuo Ventosas

Pneumática Aula 9 Circuitos Seqüenciais Professor: Gabriel Souza Tec. Automação Industrial SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica

Circuitos Seqüenciais Automação

Um processo automatizado é um processo que evolui sem a intervenção humana.

Em pneumática, utilizam-se sensores para identificar finais de operações para iniciar as operações seguintes.

Circuitos Seqüenciais Estudo de Caso

Deseja-se projetar um circuito pneumático que faça o acionamento automático de uma seqüência para dois cilindros.

Circuitos Seqüenciais Estudo de Caso A seqüência de operação do sistema pode ser representada de várias maneiras: Seqüência cronológica: Avanço do cilindro A Avanço do cilindro B Retorno do cilindro A Retorno do cilindro B

Circuitos Seqüenciais Estudo de Caso Em forma de tabela:

Circuitos Seqüenciais Estudo de Caso Indicação vetorial

Circuitos Seqüenciais Estudo de Caso Indicação algébrica

Circuitos Seqüenciais Estudo de Caso Diagrama trajeto-passo

Circuitos Seqüenciais Estudo de Caso Diagrama trajeto-tempo

Circuitos Seqüenciais

Método de Movimento (Intuitivo) Unidade de Transferência de Produto

Estoques de Caixas l = 2 de Papelão

m=3 Estocagem de Caixas

Saídas de Produtos Embalados

B

n=3 Estoque de Produtos

Rotação Completa da Caixa de Papelão

Produto

A Entrada de Produtos

Unidade de Estocagem

Diagrama Trajeto-Passo

Pneumática Aula 10 Componentes Elétricos Professor: Edson Neri [email protected] Eng. Eletricista, Tec. Instrumentação Industrial SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica

Componentes Elétricos Botão Liso Tipo Pulsador

Botão Pulsador Tipo Cogumelo

Componentes Elétricos

Botão Giratório Contrário

Botão tipo Cogumelo com Trava (Botão de Emergência)

Componentes Elétricos Chave Fim de Curso Tipo Rolete

Chave Fim de Curso Tipo Gatilho

Componentes Elétricos Sensor Indutivo Sensor Capacitivo

Sensor Optico por Barreira Fotoelétrica

Componentes Elétricos

Sensor de Proximidade Magnético

Componentes Elétricos

Pressostatos

1

2

P

3

Componentes Elétricos

Instruções para Regulagem de Pressão

Componentes Elétricos Relé Auxiliar Relé Auxiliar com Contatos Comutadores

Relé Auxiliar com 3 Contatos NA e 1 NF

Componentes Elétricos Relé Temporizador com Retardo na Energização

Relé Temporizador com Retardo na Desenergização

AE

AZ

Componentes Elétricos Contador Predeterminador

Sinalizadores Luminosos e Sonoro

Componentes Elétricos

Solenóides