Automação Pneumática Projetos, Dimensionamento e Análise De Circuitos by Arivelto Bustamante Fialho

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Eng. Arivelto Bustamante Fialho 
:utomação 
Pneumática 
Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
Conceitos e Princípios Básicos •Produção e Distribuição do Ar Comprimido 
h·qdores Pneumáticos Lineares e Rotativos • Funções Lógicas • Controladores Lógicos Programáveis 
Válvulas de Comando Convencional, Elétrico e suas Aplicações Básicas 
Projeto de Comandos Combinatórios e Seqüenciais 
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29 EDIÇÃO 
Automação Pneumática 
Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
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Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
Arivelto Bustamante Fialho 
Automação Pneumática 
Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
Editora Érica Ltda. 
2004 - 2ª Edição 
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Diretor Editorial : 
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Capa: 
Editoração: 
Revisão Interna: 
Revisão Gramatical: 
Desenhos: 
Coordenação: 
Antonio Marco Vicari Cipelli 
Paulo Roberto Alves 
Waldir João Sandrini 
Maurício S. de França 
Rosana Ap. Alves dos Santos 
Érica Regina A. Pagano 
Marlene Teresa Santin Alves 
Flávio Eugênio de Lima 
Pedro Paulo Vieira Herruzo 
Rosana Arruda da Silva 
Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 3 
4 
Copyright © 2003 da Editora Érica Ltda. 
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) 
(Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil) 
Fialho, Arivelto Bustamante 
Automação Pneumática: Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos I 
Arivelto Bustamante Fialho. -- São Paulo : Érica, 2003. 
Bibliografia. 
ISBN: 85-7194-961-1 
1. Automação. 2. Pneumática 1. Título. 
03-0738 CDD-621.51 
Índices para catálogo sistemático 
1. Automação pneumática: Engenharia 621.51 
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nizações diversas (artigos 102, 103 parágrafo único, 104, 105, 106 e 107 itens 1, 2 e 3 da 
Lei n• 9.610, de 19/06/98, Lei dos Direitos Autorais). 
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Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
Dedicatória 
Dedico este livro a todo aquele que ao buscar a informação e o 
conhecimento que engrandece o ser, enriquece a alma e transforma uma nação; 
tem a consciência de que o único valor que levamos de nossa existência física é 
tão somente a consciência adquirida com a informação, o conhecimento e a 
experiência, pois somos nós a definir a cada dia o tamanho de nossa única 
bagagem; 
A meus pais e familiares; 
A minha querida e amada Marcela. 
"O mestre na arte da vida faz pouca distinção entre seu 
trabalho e seu lazer, entre sua mente e seu corpo, entre 
sua educação e sua recreação, entre seu amor e sua 
religião. Ele simplesmente persegue sua visão de 
excelência em tudo o que faz, deixando para os outros a 
decisão de saber se ele está trabalhando ou se 
divertindo. Para ele, está simplesmente fazendo ambas 
as coisas simultaneamente". 
Texto zen-budista 
Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 5 
. . .. - . . . ... . ...... -- ....... . 
Agradecimentos 
Gostaria de expressar meus mais sinceros agradecimentos a toda a equipe 
de profissionais da Editora Érica, em especial ao corpo diretor e gerencial, pelo 
reconhecimento e valorização de meu trabalho, permitindo-me assim, mais uma 
vez, colaborar com a difusão do conhecimento técnico que tão necessário se faz 
em nosso país. 
Agradecimento especial à Rosana Arruda, à Rosana Aparecida, à Ana 
Luisa, e ao Maurício S. de França, também profissionais da Editora Érica, que 
estiveram diretamente envolvidos na organização e finalização deste trabalho. 
E, finalmente, meu agradecimento mais do que especial a Deus e a toda a 
sua infinita legião de colaboradores que não vemos ou ouvimos, mas que 
incansavelmente nos inspiram e nos dão força quando voltamos nossos 
pensamentos e ações para o bem maior. 
6 Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
Introdução 
Apesar de a humanidade utilizar-se de fluidos sob pressão há alguns 
séculos, foi somente a partir da Segunda Grande Guerra que o fluido passou a ter 
sua aplicação dentro dos ambientes industriais. 
No Brasil, o grande impulso e difusão dessas aplicações se deram a partir 
da década de 60, com a chegada da indústria automobilística e o surgimento da 
chamada "Automação Industrial". Para a confecção de peças automotivas 
seriadas, faziam-se necessários um grande número de operações repetitivas e a 
conseqüente redução de custos de mão-de-obra, pois como é sabido, ela reflete 
diretamente nos custos finais . 
A automação industrial por meio de fluidos sob pressão dividiu-se em dois 
grupos bem definidos que, apesar de similares com relação aos componentes que 
utilizam, e algumas vezes poderem ser encontrados compondo um mesmo 
equipamento, têm seus limites de operações basicamente em função das pressões 
de trabalho e das forças que são capazes de fornecer, além do custo é claro, que 
supera os 1003 de diferença. 
Um primeiro grupo e certamente o de mais antiga aplicação pelo homem é 
o fluido hidráulico1 (fluido líquido sob pressão), e o segundo, tema do presente 
livro, é o fluido pneumático (fluido gasoso sob pressão). 
Nesta obra, buscou-se abordar o tema "Automação Pneumática" de uma 
forma clara e bastantedidática, por isso mesmo o leitor vai se deparar com um 
material ricamente ilustrado, tendo ainda ao final de cada capítulo uma lista de 
exercícios com os quais poderá verificar seu grau de entendimento. 
Buscou-se ainda, a utilização de exemplos práticos como a automatização 
de alguns dispositivos a fim de aproximar o leitor o máximo possível da realidade 
industrial. 
O leitor encontrará também ao final do livro dois apêndices. No apêndice A 
constam tabelas, gráficos e normas que vão auxiliá-lo na elaboração de seus 
projetos, e no apêndice B, as respostas dos exercícios numéricos e de múltipla 
escolha. 
O autor 
1 Ver obra deste autor "Automação Hidráulica - Projetos, Dimensionamento e Análise 
de Circuitos" - publicado por esta editora. 
Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 7 
Sobre o Autor 
Engº Arivelto Bustamante Fialho 
Graduado em Engenharia Mecânica - UNISINOS - São Leopoldo - RS. 
Especialista em Mecânica dos Sólidos - PROMEC/UFRGS - POA - RS. 
Ex-Professor do curso de Automação Industrial da Escola Técnica Mesquita 
- POA- RS. 
Sócio-gerente da VECTOR - Soluções em Engenharia Ltda. 
(www.vector_se.pop.com.br) 
Autor dos livros, publicados pela Editora Érica: 
• Automação Hidráulica - Projetos, Dimensionamento e Análise de 
Circuitos (2002) 
• Instrumentação Industrial - Conceitos, Aplicações e Análises (2002) 
• AutoCAD 2004 - Teoria e prática 30 no desenvolvimento de produtos 
industriais (2004) 
8 Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
, -- --- ·- - - ... , ··-· -· ... 
,, 
Indice Analítico 
Capítulo 1 - Conceitos e Princípios Básicos ............................................. . 17 
1.1. Revisão de Conceitos .............................................................................. 17 
1.1.1. Automação e Automatismos ............................................................ 17 
1.1.2. Fluido ............................................................................................. 19 
1.1.3. Pneumática .................................................................................... 19 
1.1.4. Eletropneumática .................................................................. ......... 19 
1.1.5. Pneutrônica ............................................ .... ... .... ...................... ....... 19 
1.1.6. Pressão ........................................................................................... 19 
1.1. 7. Pressão em um Atuador Pneumático ............................................. 20 
1.2. Características e Vantagens da Pneumática ............. ...................... ........ 20 
1.2.1. Quantidade ....................................................................... ............. 20 
1.2.2. Transporte ...................................................................................... 20 
1.2.3. Armazenagem ....................................................................... ... .... .. 20 
1.2.4. Temperatura .............................................................. !. .................. 21 
1.2.5. Segurança ...................................................................................... 21 
1.2.6. Limpeza .............................................. ................. ........... .......... ..... 21 
1.2.7. Construção ...................................................... ........ ....................... 21 
1.2.8. Velocidade ..................................................................................... 21 
1.2.9. Regulagem ...... .... .... ................. .... ... ........ .... ................................... 22 
1.2.10. Segurança contra Sobrecarga ....................................................... 22 
1.3. Desvantagens da Pneumática ................................... ... ........... ..... .......... 22 
1.3.1. Preparação ............... ..... ... ................ ..... ... ...................................... 22 
1.3.2. Compressibilidade ................................... .......... ............................. 22 
1.3.3. Força ... ............... ... ..... .............. ......... ....... .... .... ................ .............. 22 
1.3.4. Escape de Ar .................................................................................. 23 
1.3.5. Custos ........ ...... ...... ... ..... ...... ............ .... ............. ............................. 23 
1.4. Rentabilidade da Pneumática ............................................................ .... 23 
1.5. Propriedades Físicas do Ar. .................................................................... 26 
1.5.1. Expansibilidade ............................................................................ .. 27 
1.5.2. Compressibilidade a Temperatura Constante (Isotermia) ............... 27 
1.5.3. Elasticidade .................................................................................... 30 
1.6. Lei de Gay-Lussac ................................................................................. 30 
Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 9 
1.6.1. Transformação Isobárica ........ ........................ ...... ......... ... ..... ......... . 30 
1.6.2. Transformação Isocórica ou Isométrica ................ ... ....... ..... ......... ... 32 
1.7. Lei dos Gases Ideais ................................................... .. ........ .... ..... ... .. .... 33 
1.8. Referencial Técnico ...... ........ .... .... ............ ... .... ............ ..... ... ... .. ..... ......... 34 
1.8.1 . Exercício Resolvido ........................... ......... ... .. .. .. ....... ..... ... .. ........... 34 
1. 9. Exercícios ........... ........ .... ... ...... .... .............. .......... ................................... 36 
Capítulo 2 - Produção e Distribuição do Ar Comprimldo ......... ........ ..... . 41 
2.1. Introdução ........................ ...... ........................................ ..... ... ... ............. 41 
2.2. Processos de Compressão do Ar. .............. ... .............. ....... ... .. ........ ........ .42 
2.2.1. Compressores Altemativos ......... ...... .. ........ ............................... ... ... 43 
2.2.2. Compressores Rotativos ........ .................................. .......... ........... .. . 46 
2.2.3. Processo de Aceleração de Massa (Compressores Dinâmicos) ... .. .. 50 
2.3. Características Importantes na Escolha de um Compressor ................... . 51 
2.3.1. Volume de Ar Fomecido .......... .... .... ... .. ...... .. ....................... ......... .. 52 
2.3.2. Pressão ................................. ............... ... .. ....... .......... .. ... ... ............. 52 
2.3.3. Acionamento ........................ ............... .... ..... .. .. ...... ... ...... ....... ........ 53 
2.3.4. Sistema de Regulagem .............................................. .. ...... ...... ........ 54 
2.4. Distribuição do Ar Comprimido ... ..................................... .. .... .. .... .......... 57 
2.4.1. Localização da Central Geradora ...... ......... .. .. ...... ........................... 57 
2.4.2. Imp\antação da Rede de Distribuição ...... ......... .......... .. .... .... ... ... ... .. 58 
2.4.3. Elementos de Montagem e Fixação da Rede ... ..... .... ....... ........... .... 59 
2.4.4. Tratamento do Ar Comprimido .......... .... ....... .......... ........ .. ... ....... .... 62 
2.5. Dimensionamento da Linha Principal (tronco) ...................... ........ .... .... . 63 
2.5.1. Volume de Ar Corrente ...... .............. ...................................... .... ..... 64 
2.5.2. Comprimento Total da Linha Tronco ................ ... ........ .. ............. ... 64 
2.5.3. Queda de Pressão Admitida .................... .... ... .. .. ............ .... .. .. ..... .... 64 
2.5.4. Número de Pontos de Estrangulamento .. ....................... ........ ..... ... . 65 
2.5.5. Pressão de Regime .. ................................ ....... ................................. 65 
2.5.6. Equacionamento ...... ....... ........................... ........ ... .. .............. .. ........ 65 
2.6. Dimensionamento das Linhas Secundária e de Alimentação .................. 67 
2.6.1. Exemplo Prático 1 .................... .................... ..... ............................. 68 
2.6.2. Exemplo Prático 2 ...... ....................... .. .. ...... ....... ........ .... .... .. ......... . 70 
2.7. Dimensionamento da Linha Tronco a Partir de um Nomograma ..... ...... 72 
10 Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
2.7.1. Exemplo Prático ...................................... ........ ............................... 73 
2.8. Exercícios ............................... ................. .... ........................................... 75 
Capítulo 3 - Atuadores Pneumáticos ................. .. .... .... .. ...... .. .. ................... 77 
3.1. Conceito ........................... ...... .. .. .. .... .. .. ................................................. 77 
3.2. Atuadores Pneumáticos Lineares ........ .. .. ............................................... 77 
3.2.1. Atuadores Pneumáticos Lineares de Simples Efeito ... .. ...... .... ........ 78 
3.2.2. Atuadores Pneumáticos Lineares de Duplo Efeito .. ........................ 79 
3.3. Atuadores Pneumáticos Lineares com Amortecimento ............ .. .......... ... 81 
3.3.1. Princípio Funcional ......................................... ............................... 82 
3.3.2. Representação Simbólica ................ .......... .. .... .. .... .. .. ..................... 83 
3.4. Atuadores Lineares de Duplo Efeito Especiais .... ....... .. .. ......... ... ... .. ........ 83 
3.4.1. Atuador Linear de Haste Passante ...... ............ .. .... .. .... ................... 84 
3.4.2. Atuador Linear Duplex Contínuo ................................................... 85 
3.4.3. Atuador Duplex Geminado ........................ .... .. .. .. .......................... 88 
3.4.4. Atuador Pneumático de Alto Impacto ...... .......... .............. ......... .... . 90 
3.5. Atuador Pneumático Giratório (Oscilante) .. .... .. .... ............. ~ .. .. ...... ........ . 95 
3.5.1. Características Técnicas ............. .. ........ ... ......... ................ ............ ... 97 
3.5.2. Representação Simbólica ........................................................ .... ... 97 
3.6. Dimensionamento de Atuadores Pneumáticos Lineares e Giratórios 
Comerciais ... ......................................... .................... .... .. .. .. ............... ... .. ...... 98 
3.6.1. Atuadores Pneumáticos Lineares Comerciais ................................. 98 
3.6.2. Atuadores Pneumáticos Giratórios Comerciais .... .. ....... .. .... ...... .. .. 103 
3.6.3. Cálculo do Consumo de Ar Necessário ........................................ 106 
3.7. Exercícios Propostos ...................................... .. ...... .. ............................ 107 
Capítulo 4 - Válvulas de Comando e Aplicações Básicas .................. ... . 109 
4.1. Conceito ...... ............................................................ ..... ....................... 109 
4.2. Válvulas de Controle Direcional ............... ... .... ..................................... 109 
4.2.1. Convenção da Representação .. .... ............................. .. ................. 109 
4.2.2. Estrutura Funcional ... ......... .. .... .. .... ............................... ......... ..... . 111 
4.2.3. O Comando das Válvulas Distribuidoras ....... ..... .. ........................ 117 
4.3. Válvulas Controladoras de Fluxo .. ......... .... .... ........... : .......... .. .... .. .... .... 118 
4.3.1. Válvula de Controle de Fluxo Fixa Bidirecional.. .......................... 119 
Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 11 
4.3.2. Válvula de Controle de Fluxo Variável Bidirecional ..... .. ............... 119 
4.3.3. Válvula de Controle de Fluxo Variável Unidirecional .................... 120 
4.4. Válvulas de Bloqueio .................................. .. .... .................................... 121 
4.4.1. Válvula de Retenção com Mola ...................... ............ ..... ...... ........ 121 
4.4.2. Válvula de Retenção sem Mola ..................................................... 122 
4.4.3. Válvula Seletora (Função Lógica OU) ....... ........ .... ...... .................. 122 
4.4.4. Válvula de Simultaneidade (Função Lógica E) .............................. 123 
4.4.5. Válvula de Escape Rápido ............................................................ 123 
4.5. Válvulas Controladoras de Pressão ........ .......... ................. ..... ............... 124 
4.5.1. Válvula de Alívio ou Limitadora de Pressão .................................. 125 
4.5.2. Válvula de Seqüência ....................... ......... .. ..... ... ... ..... ... .... .......... 125 
4.5.3. Regulador de Pressão ................................................................... 126 
4.6. Aplicações Básicas ..... ... .......... ........................................................ ..... . 126 
4.6.1. Exemplo Prático 1 ........................................................................ 127 
4.6.2. Exemplo Prático 2 ................................... ............................. ........ 127 
4.6.3. Exemplo Prático 3 ................ ..... ...... .... ....................................... .. 128 
4.6.4. Exemplo Prático 4 .... ...... ..... ............. ..... ............................. .......... 129 
4.7. Válvulas de Retardo ..... ........ ........ .... .... ........ ............ ........ ..... ....... ...... ... 131 
4.7.1. Exemplo Prático ........................................................................... 132 
4.8. Exercícios ......... ......... ........ ... ...... ...... ...... ........... ..................... .............. 134 
1 
Capítulo 5 - Válvulas de Comando Elétrico e Aplicações Simples ...... 137 
5.1. Conceito ............................................................................................... 137 
5.2. Características ....................................................................................... 138 
5.3. Modos de Acionamento ........................................................................ 139 
5.3.1. Chave Impulso sem Retenção ....................................................... 139 
5.3.2. Chave com Retenção ou Trava ..................................................... 139 
5.3.3. Chave Seletora com ou sem Trava ............................................... 140 
5.3.4. Limitadora de Curso (Micro-Switch) ........................................ .. ... 140 
5.3.5. Relé ........ ...... ........... ............................ ........ ......... ...... .................. 141 
5.3 .6. Sensores Elétricos .................................. ....................................... 142 
5.3.7. Sensores Ópticos .......................................................................... 143 
5.4. Válvulas Proporcionais ....... ................... .... .......................... : ................ 144 
5.5. Circuito de Potência e de Comando ...................... .. ............ .... .... .......... 146 
12 Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
5.6. Exemplos de Aplicações Simples ... .............. .... .... ...... ...... .... ... ........ ..... 147 
5.6.1. Comando Repetitivo .................................................................... 147 
5.6.2. Comando Automático (Parada Após o Término do Ciclo 
Iniciado) ....................... .................. ............ ...... ........................ ........ ...... 149 
5.6.3. Comando Automático (Parada Após o Término do Curso 
Iniciado) ...... ... .. .... .... .................. ................ ............................. .... ...... ..... 152 
5.6.4. ComandoAutomático (Parada sem Completar o Curso Iniciado) 154 
5.6.5. Comando Repetitivo ou Automático ............................................ 156 
5.7. Dispositivos de Regulação ........................................................... ........ . 160 
5.7.1. Potenciômetro .............................................................................. 160 
5.7.2. Reostato ...... ....... ............... .... ..... ...... .... .... .. .......... .... ......... ........... 160 
5.7.3. Transformador ............................................................................. 160 
5.7.4. Relé de Tempo com Retardo na Ligação ....... ............. ................. 161 
5.7.5. Relé de Tempo com Retardo no Desligamento ............................ 161 
5.7.6. Contador de Impulsos Elétricos ............................ ................ ....... . 162 
5.7.7. Contador de Impulsos Pneumáticos .............. .... .. ......................... 162 
5.8. Dispositivos de Sinalização ................................................ , .................. 163 
5.8.1. Indicador Acústico .... ......... ...... ...... ...... .... .. ..... ... ..... ..... ... ... .. ......... 163 
5.8.2. Indicador Visual ........................................................................... 163 
5.9. Exercícios ........................................... .... ......................... ..... ... ... ....... ... 164 
Capítulo 6 - Funções Lógicas ......... ......... ....... .... ....... .. .... .. .. ... ...... ...... ....... . 165 
6.1. Introdução ........................................................................................... 165 
6.2. Sinais Analógicos, Binários e Digitais ................................................... 166 
6.3. Comandos Binários ............................................................................. 167 
6.3.1. Estrutura dos Comandos Binários ....................................... ......... 171 
6.4. A Lógica de Boole ..................................................................... ... ....... 172 
6.4.1. Funções Lógicas Básicas ...................................................... .... .... 173 
6.4.2. Combinação das Funções Lógicas Básicas (Funções Derivadas). 176 
6.5. Tabela de Correspondências, Tabela-verdade e Equação de 
Boole dos Comandos Combinatórios .... .......... ... ......... ........... ....... .. .... ... ..... 183 
6.5.1. Exemplo Prático ........................................................................... 184 
6.6. Postulados, Propriedades e Teoremas de Boole .. ..... .......... .................. 187 
6.6.1. Postulados ..... ... ............. ......... ...... .............. .... .. .................. .......... 187 
6.6.2. Propriedades ........ .... .. ..... ....... ... ........................ ....... ...... .. ............ 187 
Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 13 
6.6.3. Teoremas de Boole ....................................................................... 188 
~.7. Simplificação das Equações Booleanas ....................... ...... .... ..... .. ... .. ... 188 
6. 7 .1. Minimização pelo Método Analítico .............................................. 189 
6.7.2. Minimização pelo Método Gráfico - Diagrama de 
Karnaugh-Veitch (KV) .... ... ... .... ........................ ......... ... ... ............... ..... .... 190 
6.7.3. Estudos de Agrupamentos em Mapas de Karnaugh para 
Quatro Variáveis .... ....................................... ..................... ... .................. 198 
6.7.4. Mapa de Karnaugh para Cinco Variáveis ............. ....... .......... ... ..... 202 
6.7.5. Exercício Resolvido ....................................................................... 203 
6.8. Exercícios Propostos ......................................... .. .. ... ............. ........ ........ 203 
Capítulo 7 - Controladores Lógicos Programáveis - PLCs .................... 205 
7 .1. Introdução ............................ .. .................. .. .............................. .... ... .... . 205 
7.2. Características Gerais ... ... .............. .. ................... ......... ... ............. .. ........ 205 
7.2.1. Características Técnicas ................................................................ 207 
7.3. Aplicações do CLP .... .. ......... ..... .. ................................ .. ... ..... ... ..... .... .. . 208 
7.4. Operação do CLP .......................... .. ....................... .................. ....... ..... 208 
7.4.1 . Entradas ............. .............. .... ... .. .. ................................................. 209 
7.4.2. Saídas ... ................................................ .. ......... .. .... ........ ............... 210 
7.4.3. Unidade Central de Processamento - CPU .......................... ... ....... 211 
7.4.4. Memória ............................................................... ... ....... ... ... ... ... .. 211 
7.4.5. Disp6sitivo de Programação/Comunicação .................. ...... ..... ..... . 211 
7.4.6. Fonte de Alimentação ... ...... .. ........................................ ...... .... ..... . 212 
7.4.7. Ciclo de Operação ........................................................................ 212 
7.4.8. Interface de Operação ................................................................... 213 
7.5. Linguagens de Programação ................................................................ 214 
7.5.1. Diagramas Elétricos Ladder x Programação Ladder .. ...... ... ...... ... . 215 
7.5.2. Instruções em Linguagem de Programação Ladder ...................... 216 
7.5.3. Programas Exemplo ..................................................... .... ....... ...... 218 
7.6. Alguns CLPs Comerciais .............. ... .. ... ................................ .. ...... ......... 223 
7. 7. Exercícios Propostos ............................................................................. 224 
Capítulo 8 - Projeto de Comandos Combinatórios e Seqüenciais ... .... 225 
8.1 . Introdução ............................................................................................ 225 
8.2. Projeto de Comandos Combinatórios .......... ......................................... 225 
14 Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
8.2.1. Comandos Combinatórios Simples .............................................. 226 
8.2.2. Comandos Combinatórios com Memória ..................................... 233 
8.2.3. Generalização da Função Memória .............................................. 240 
8.2.4. Travamento e Intertravamento da Função Memória .................... 240 
8.2.5. Comandos Combinatórios com Temporizadores e Contadores .... 241 
8.3. Projeto de Comandos Seqüenciais ....................................................... 249 
8.3.1. Análise de Comando Seqüencial. ................................................. 250 
8.3.2. Esquema de Processo .................................................................. 250 
8.3.3. Formulação Verbal do Problema .................................................. 252 
8.3.4. Representação Gráfica do Comando Seqüencial ......................... 253 
8.3.5. Diagrama Funcional ..................................................................... 254 
8.3.6. O Método Passo a Passo e Diagrama Funcional em 
Comandos Seqüenciais .......................................................................... 256 
8.3.7. Diagramas e Circuito do Dispositivo de Termoformagem ............... 264 
8.3.8. Diagramas Funcional e Lógico do Dispositivo de Dobra do 
Capítulo 1 .............................................................................................. 267 
8.4. Exercícios ............................................................................................. 269 
Apêndice A - Normas e Tabelas ................................................................. 271 
A.1. Simbologia Pneumática Normalizada ..................................................271 
A.1.1. Transformadores de Energia ........................................................ 271 
A.1.2. Comando de Regulagem de Energia ........................................... 274 
A.1.3. Transmissão e Condicionamento de Energia ............................... 277 
A.1.4. Mecanismos de Comandos .......................................................... 279 
A.1.5. Aparelhos de Controle ................................................................. 281 
A.1.6. Elementos Especiais ..................................................................... 282 
A.1.7. Cores Técnicas ............................................................................. 284 
A.1.8. Identificação de Orifícios .............................................................. 284 
A.2. Transformações de Unidades .............................................................. 285 
A.2.1. Unidades de Área ........................................................................ 285 
A.2.2. Unidades de Volume ................................................................... 285 
A.2.3. Unidades de Força (Peso) ............................................................ 285 
A.2.4. Unidades de Pressão .................................................................... 286 
A.3. Características Mecânicas dos Aços ..................................................... 286 
A.4. Propriedades Mecânicas de Materiais Diversos .................................... 287 
Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 15 
A.5. Norma ASTM A 120 Schedule 40 ........................................................ 288 
A.6. Comprimento de Tubo Equivalente à Perda de Carga por 
Singularidades - [m] .. ........ ................ ... ............ .. ............... ............. .. ... ....... . 290 
A.7. Nomograma para Determinação de Diâmetro de Tubo de 
Linhas Pneumáticas .... .. ..................... .............. ........ .... .... ............... ... ..... ... .. 293 
A.8. Cilindros Normalizados ISO - FEST0 ... ...... ...... .. .. .. .............. ................ 294 
A.9. Cilindros Normalizados ISO - PARKER ................................................ 295 
A.10. Exemplos de Cargas de Euler. ............................................................ 296 
Apêndice B - Respostas dos Exercícios ................................ .... ...... ...... .. .. 297 
Índice Remissivo ........................................................................................... 317 
Referências Bibliográficas ............................ ........ ..... ........ ........ ... .... ...... ... .. 323 
16 Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
. - . . ... - ... 
CAPÍTULO L 
----------<...___1 _..I 
Conceitos e Princípios Básicos 
.. ~~--------------------.. 
1.1. Revisão de Conceitos 
1.1.1. Automação e Automatismos 
1 
Tal qual iniciara meu primeiro livro intitulado "Automação Hidráulica -
Projetos, Dimensionamentos e Análises de Circuitos", publicado por esta editora 
em jun/02, o estudo que se dará em seguida principia com a distinção idiomática 
entre os vocábulos AUTOMAÇAO e AUTOMATISMOS, comumente utilizados na 
indústria, porém ainda desconhecidos de um grande número de profissionais que 
os utilizam. 
Assim, os automatismos são os meios, os instrumentos, máquinas, proces-
sos de trabalho, ferramentas ou recursos capazes de potencializar, reduzir, ou até 
mesmo eliminar a ação humana dentro de um determinado processo produtivo, 
objetivando com isso, é claro, uma otimização e conseqüente melhoria de produ-
tividade. 
Neste ponto é importante lembrar ao leitor que há também uma diferença 
idiomática entre os vocábulos PRODUÇÃO e PRODUTIVIDADE.2 
Já o vocábulo automação significa a dinâmica organizada dos automatis-
mos, ou seja, suas associações de uma forma otimizada e direcionada à consecu-
ção dos objetivos do progresso humano. Portanto, não é, nunca foi e nunca será 
a mera substituição do elemento humano dentro do processo fabril, mas sim, um 
2 "Produtividade é a medida da eficiência de uso dos diversos elementos da produção" 
(Centro de Produtividade Europeu). Resumidamente, produtividade é o resultado efe-
tivamente útil obtido em relação ao que fora produzido (produção). 
Conceitos e Princípios Básicos 17 
meio de garantir uma alta produtividade com elevada eficiência e padrão de 
qualidade, permitindo com isso uma redução no custo final do produto, bem 
como sua disponibilidade em tempo relativamente menor e quantidades maiores. 
Os automatismos são classificados de duas formas, a saber: 
• Automatismos de potência: destinados a potencializar a magnitude 
física ou mental à qual o elemento humano está sujeito, dentro do am-
biente fabril, principalmente quando considerada sua exposição diária 
ao processo, perfazendo em media 40 horas semanais, reduzindo sensi-
velmente as possibilidades de fadiga física e/ou mental à qual estaria 
sujeito. 
• Automatismos de guia: são utilizados para guiar movimentos e posi-
cionamentos precisos, como em alguns dispositivos de montagem ou 
operações de transformação mecânica, como, por exemplo, a usina-
gem. 
Em verdade, um processo completo de automação compreende sempre, 
embora em proporções diversas e conforme a real necessidade, as duas classes 
de automatismos. 
Sabe-se também que automatizar um processo requer um estudo muito 
bem elaborado de custo envolvido e real benefício. É comum ainda nos tempos 
atuais, algumas empresas, ao exporem a seus profissionais a necessidade de que 
alguns processos devam ser automatizados objetivando com isso melhorias de 
produtividade, tê-los, sugerindo, ou mesmo implementando automatizações em 
todo e qualquer processo produtivo de sua empresa, sem muitas vezes ter proce-
dido a um estudb profundo de viabilidade técnica, financeira e, principalmente, 
sem analisar com clareza a relação custo e real benefício. 
É sempre importante lembrar ao leitor que conta muito menos automatizar 
totalmente uma operação simples que automatizar apenas parcialmente (uns 30 
ou 503) um processo complexo, e que resultaria em redução de tempo significa-
tiva frente à produtividade obtida ao longo de um dia de trabalho, bem como a 
conseqüente garantia de qualidade. 
Não há sentido investir em equipamentos ou mecanismos (automatismos) 
caros que, dentro do processo geral, não contribuam efetivamente com a produ-
tividade, qualidade e, salvaguarda do elemento humano (quando se faz presente 
no processo), mesmo quando analisado a médio e longo prazos. Excetuando, é 
claro, máquinas hoje existentes, comandadas pela mais alta tecnologia, e por isso 
de custos exorbitantes, mas que, porém, garantem à empresa padrão de qualida-
de e competitividade em níveis internacionais. 
18 Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
1.1.2. Fluido 
É qualquer substância capaz de escoar e assumir a forma do recipiente que 
a contém, (nesse caso o fluido em questão é o ar). 
1.1.3. Pneumática 
Provém da raiz grega "PNEUMA", que significa fôlego, vento, sopro. Logo, 
pneumática é conceituada como sendo a matéria que trata dos movimentos e 
fenômenos dos gases. 
1.1.4. Eletropneumática 
Ramo da pneumática que passa a utilizar a energia elétrica CC ou CA 
como fonte de energia para o acionamento de válvulas direcionais, compondo as 
assim as chamadas eletroválvulas e válvulas proporcionais, energizando ainda 
sensores magnéticos de posicionamento, pressostatos, micro-switchs, etc. 
1.1.5. Pneutrônica 
Vocábulo utilizado para indicar uma evolução da eletropneumática, em que 
a eletrônica passa a ter uma aplicação muito maior, com controladores lógicos 
programáveis, sensores digitais, sistemas robotizados. Circuitos eletrônicos com-
plexos acionando e monitorando os componentes pneumáticos. 
1.1.6. Pressão 
Em termos de pneumática, define-se pressão como sendo a força exercida 
em função da compressão do ar em um recipiente, por unidade de áreainterna 
dele (figura 1.1). Sua unidade no S.I. é dada em N/m2 ou Pa (pascal), embora 
seja comum ainda a utilização de unidades como (atrn, bar, kgf/mm2, Psi, etc.). 
' t t t / Ar +--- comprimido --+ 
/ ! ! ! "-.. 
Figura 1.1 - Recipiente com ar comprimido. 
Conceitos e Princípios Básicos 19 
1.1. 7. Pressão em um Atuador Pneumático 
É a relação entre a força que se opõe ao movimento de extensão de um 
atuador e a seção transversal interna dele (área do pistão Ap. figura 1.2). 
Atuador 
Figura 1.2 - Pressão em um atuador pneumático. 
F 
P=-
Ap 
1.2. Caracteristicas e Vantagens da Pneumática 
(1.1) 
Comparativamente à hidráulica, a pneumática é sem dúvida o elemento 
mais simples, de maior rendimento e de menor custo que pode ser utilizado na 
solução de muitos problemas de automatização. Fato este devido a uma série de 
características próprias de seu fluido de utilização, que no caso é o ar. 
Em seguida, serão apresentadas essas características. 
1.2.1. Quantidade 
O ar para s
1
er comprimido existe em quantidades ilimitadas. 
1.2.2. Transporte 
O ar comprimido é transportado por meio de tubulações, não existindo 
para esse caso a necessidade de linhas de retomo, como é feito nos sistemas hi-
dráulicos. 
1.2.3. Armazenagem 
Ao contrário da hidráulica em que durante o funcionamento do circuito 
faz-se necessário o contínuo trabalho da bomba (na maioria dos casos) para a 
circulação do fluido que se encontra armazenado em um tanque anexo ao equi-
pamento, em pneumática o ar é comprimido por um compressor e armazenado 
em um reservatório, não sendo assim necessário que o compressor trabalhe con-
20 Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
tinuamente, mas sim, somente, quando a pressão cair a um determinado valor 
mínimo ajustado em um pressostato. 
1.2.4. Temperatura 
Diferentemente do óleo que tem sua viscosidade afetada pela variação da 
temperatura, o ar comprimento é insensível às oscilações desta, permitindo um 
funcionamento seguro, mesmo em condições extremas. 
1.2.5. Segurança 
O ar comprimido não apresenta perigos de explosão ou incêndio, e mesmo 
que houvesse explosão por falha estrutural de um componente, tubulação, man-
gueira, ou mesmo do reservatório de ar comprimido, a pressão do ar utilizado em 
pneumática é relativamente baixa (6 a 12bar), enquanto em hidráulica trabalha-
-se com pressões que chegam à ordem de 350 bar. 
1.2.6. Limpeza 
Uma vez que o fluido de utilização é o ar comprimido, não há risco de po-
luição ambiental, mesmo ocorrendo eventuais vazamentos nos elementos mal 
vedados. Este fato toma a pneumática um sistema excelente e eficiente para apli-
cação na indústria alimentícia e farmacêutica. 
1.2. 7. Construção 
Uma vez que as pressões de trabalho são relativamente baixas quando 
comparadas à hidráulica, seus elementos de comando e ação são menos robustos 
e mais leves, podendo ser construídos em liga de alumínio, tomando seu custo 
relativamente menor, portanto mais vantajoso. 
1.2.8. Velocitlade 
É um meio de trabalho que permite alta velocidade de descolamento, em 
condições normais entre 1 e 2m/s, podendo atingir lOm/s no caso de cilindros 
especiais e 500.000 rpm no caso de turbinas pneumáticas. 
Conceitos e Princípios Básicos 21 
1.2.9. Regulagem 
Não possuem escala de regulagem, isto é, os elementos são regulados em 
velocidade e força, conforme a necessidade da aplicação, sendo da escala de zero 
ao máximo do elemento. 
1.2.1 O. Segurança contra Sobrecarga 
Diferentemente dos sistemas puramente mecânicos ou eletroeletrônicos, os 
elementos pneumáticos podem ser solicitados, em carga, até parar, sem sofrer 
qualquer dano, voltando a funcionar normalmente tão logo cesse a resistência. 
1.3. Desvantagens da Pneumática 
1.3.1. Preparação 
A fim de que o sistema possa ter um excelente rendimento, bem como uma 
prolongada vida útil de seus componentes, o ar comprimido requer uma boa 
preparação da qualidade do ar, isto é, isento de impurezas e umidade, o que é 
possível com a utilização de filtros e purgadores, conforme será visto mais adian-
te. 
1.3.2. Compressibilidade 
A compressibilidade é uma característica não apenas do ar, mas também 
de todos os gases, que impossibilita a utilização da pneumática com velocidades 
uniformes e constantes. Isto que dizer que diferentemente da hidráulica, ou mes-
mo da eletrônica, em controle de servomotores para movimentos de precisão, a 
pneumática não possibilita controle de velocidade preciso e constante durante 
vários ciclos seguidos. 
1.3.3. Força 
Considerando a pressão normal de trabalho nas redes pneumáticas indus-
triais, ou seja, uso econômico (6 bar), é possível, com o uso direto de cilindros, 
chegar a forças de 48250 N (capacidade para erguer uma massa de 494kg) com 
atuador linear ISO de Dp = 320mm - (tabela A.8 - Apêndice A). 
22 Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
1.3.4. Escape de Ar 
Sempre que o ar é expulso de dentro de um atuador, após seu movimento 
de expansão ou retração, ao passar pela válvula comutadora, espalhando-se na 
atmosfera ambiente, provoca um ruído relativamente alto, apesar de que nos dias 
de hoje, este problema foi quase totalmente eliminado com o desenvolvimento e 
aplicação de silenciadores. 
1.3.5. Custos 
Quando levados em consideração os custos de implantação dentro de uma 
indústria {produção, preparação, distribuição e manutenção), eles podem ser 
considerados significativos. Entretanto, o custo da energia é em parte compensa-
do pelos elementos de preços vantajosos e rentabilidade do equipamento. 
1.4. Rentabilidade da Pneumática 
O que fora exposto no parágrafo anterior (1.3.5), pode levar ao leitor a 
pensar que a pneumática é uma energia caríssima, contudo convqm lembrar que, 
ao efetuar um cálculo de rentabilidade real, consideram-se além do custo da 
energia, os custos gerais acumulados. Analisando então, desta forma, verificar-se-á 
que, na maioria dos casos, o custo da energia empregada para desempenhar um 
dado trabalho é significantemente menor quando comparado aos salários, custos 
de investimentos e manutenibilidade. 
Entretanto, é de extrema importância que ao instalar uma rede de pneu-
mática em uma indústria, em que haverá com certeza diversos pontos de utiliza-
ção, conexões de derivação, engates rápidos, tubulações muitas vezes instaladas 
em locais em que há a ação corrosiva de vapores, etc., tenha-se a certeza da ine-
xistência de pontos de vazamento. 
Por incrível que pareça, embora o fluido de utilização para o acionamento 
dos atuadores seja o ar, portanto nada mais que a própria atmosfera de nosso 
planeta, cuja existência é abundante, pequenos vazamentos podem tem impor-
tância significativa em termos de custo, quando analisados frente à rentabilidade. 
Imaginemos assim, uma rede pneumática instalada em uma indústria, e 
que ao longo de seus mais de 200m de tubulações, existissem pequenos orifícios 
de vazamento que somados totalizassem uma área de 20mm2 {área equivalente a 
um furo de diâmetro Smm), a uma pressão de trabalho de 6 kgf/cm2 (:::6bar). De 
acordo com diagrama de escape de ar (figura 1.3) apresentado em seguida, isto 
representa, no sistema, uma perda de ar equivalente a lm3/min. 
Conceitos e Princípios Básicos 23 
Volume de 
escapamento 
(m3/min.) 
·~ 
2 1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1,5 
1 
1 
1 
1 
f 
1 1 --r- - -
1 
f 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
f 
1 
1 
1 
1 
1 
f 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
' 1 
1 
' 1 
1 f 
1 
1 
: 
1 / 
1 1 / 
1 1 / 
1 / 
1 ./ 
y ./ 
:I/ ' ./ 
1 y 6K 1 gf/cm
2 
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1 
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1 !/ ,-1 
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/ ' y 4K gf/cm2 
~" 1 / • 1 
./ 1 1 1 
1 V 1 
/f 1 1 
,,. " 1 1 
1 J.,. 2 Kg 
1 ._... .... f 
-'-
f 
f/cm2 
J.-. ~ 1 
0,5 
0,4 
0,3 
0,2 
0,1 
1 
f y y ._...,,.,.. f 1 1 1 1 ' v : ~ 1 1 1 f 
1 ~ / ' ~ 1 1 
// .J...--""1 f ' 1 f 
~ 1 ' 1 1 ' 
1 
5 : io 15 20 25 : 30 35 i4o 
2 3 3,5 4 5 6 7 
Figura 1.3 - Diagrama de escape de ar. 
- Tamanho de abertura (mm2)Diâmetro de 
abertura (mm) 
A fim de podermos entender melhor o que representa esta perda em ter-
mos de rentabilidade, ou seja, quantidade de trabalho produzido por metro cúbi-
co de ar (ciclos/in3), imaginemos um dispositivo pneumático de dobra, tal qual o 
representado na figura 1.4 em seguida. 
24 
Fixação 
lil Dobra 
B 
r-~-:~bA:d~~~~~~~~~;;;;;;;±:~~~C::::::ihapadeaço2mm 
2il Dobra 
e 
Figura 1.4 - Dispositivo de dobra. 
Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
A fim de tomar ao leitor o exemplo o mais real possível, os dados que serão 
listados na tabela 1.1 em seguida, referentes aos cilindros pneumáticos do dispo-
sitivo, correspondem às dimensões reais necessárias ao dobramento de uma cha-
pa de aço SAE 1010/1020 de dimensões (2mm x lOOmm x 180mm). 
Tabela 1.1 - Dados dos atuadores pneumáticos do dispositivo. 
Cilindro 
Diâmetro Diâmetro Curs·o L Fluxo de Ar (Q) 
(função) 
Pistão Dp Haste Dh (mm) p/1 ciclo 
(mm) (mm) completo (l/seg) 
A 
40 16 10 
Fixação da peça 
0,0058 
B 
40 16 40 0,0581 
1ª Dobra 
e 
40 16 80 0,1392 
2ª Dobra 
Tempo de 1 ciclo completo = 15 segundos Total: 0,20313 
Conforme visto na tabela, são necessários 0,2031 Vseg de ar para execução 
da tarefa. Ou seja, um ciclo completo de trabalho que consiste em: 
1. Colocação manual da chapa no dispositivo; 
2. Fixação dela por meio do avanço do atuador A; 
3. Execução da 1 ~ dobra por meio do atuador B que se mantém distendi-
do após finalização dela; 
4. Execução da 2~ dobra por meio do atuador C que, ao finalizá-la, pro-
voca o retomo do atuador B, bem como o próprio retomo; 
5. Retomo do atuador A (liberação da peça), que se dá quando os atua-
dores B e C estiverem finalmente em sua posição de repouso. 
Convertendo assim os 0,2031 Vseg de ar à mesma unidade referida no dia-
grama 1.3, teremos que para execução deste ciclo são necessanos 
0,012186m3/min de ar. Desta forma teremos que o número de ciclos (NC) pos-
sível de executar com a referida perda de 1 m3/min será: 
3 Nos capítulos seguintes o leitor vai conhecer o equacionamento que toma possível 
chegar ao conhecimento desta variável. 
Conceitos e Princípios Básicos 25 
NC= (1.2) = 82 ciclos 
(
0,012183m.
3 )1( ~ 3 ) m 3 
mm ciclo 
Apenas aprofundando um pouco mais nossa análise, admitamos que a 
produção mensal necessária, dessa peça dobrada, seja de 2460 peças/mês, por-
tanto 2460 ciclos Uá que para cada ciclo completo faz-se uma peça). Se dividir-
mos este valor pelo obtido em (1.1), teremos a quantidade de metros cúbicos de 
ar perdido durante essa pequena produção. 
2460ciclos 
[ 82c~l~s) 
=30m 3 (1.3) 
Volume este perdido em apenas 30 minutos, pois conforme havíamos visto, 
a perda devido aos orifícios na tubulação chega a lm3/min. Imagine agora o lei-
tor que se a rede permanecer alimentada com ar 24 horas por dia, o que isto 
representa anualmente em termos de perda de rentabilidade. 
Conclusão 
A análise dp que fora exposto permite concluirmos o quanto é rentável a 
pneumática e como ela se adapta a serviços monótonos, cansativos e repetitivos, 
sendo, por isso, escolhida para tais casos em substituição à energia humana. Em 
casos como este citado no exemplo, seria completamente antiprodutivo e nada 
muito econômico colocar um funcionário operador de máquina viradeira (opera-
dor de grande habilidade manual e com ótima técnica para ajustes da máquina) a 
dobrar peça a peça. Opta-se então por um dispositivo pneumático - manual, que 
pode ser operado por um simples ajudante, de custo relativamente mais baixo 
que o primeiro. 
1.5. Propriedades Físicas do Ar 
A título de uma melhor compreensão das vantagens da utilização da 
pneumática como meio de automação, serão estudadas em seguida as três pro-
priedades físicas do ar que conferem à pneumática o status de meio de automati-
zação de custo baixo, limpo e altamente rentável. 
26 Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
1.5.1. Expansibilidade 
O ar, bem como todos os gases, não tem forma definida, o que lhe permite 
adquirir a forma do recipiente que o contém, mudando-a ao menor esforço (figu-
ra 1.5). 
Ar 
Figura 1.5 - Expansibilidade do ar nas diversas formas pelas quais circula. 
1.5.2. Compressibilidade a Temperatura Constante (Isotermia) 
Como fora visto, o ar expande-se ocupando totalmente o ambiente pelo 
qual circule. Assim, pode-se concluir que por meios mecânicos é possível levá-lo à 
condição oposta, ou seja, comprimi-lo. Desta forma, se tivermos um recipiente o 
qual possa ser hermeticamente fechado, e o dotarmos de um mecanismo que 
impeça a saída desse ar (válvula de retenção), poderemos insuflá-lo nesse reci-
piente, em quantidade, tanto quanto se deseje, mantendo, é claro, o limite de 
segurança (resistência mecânica do compartimento). Quanto mais fluido for insu-
flado no recipiente, mais a pressão interna dele aumentará (figura 1.6). 
o o P1 
&~ ºo 
P2>P1 
(j & o é9 é9 o Injeção ~ ~ Jó>é8 o Injeção é9 & dJ é9 de ar ~J~tt~'lf de ar && & o o é9 +-- +--<fY o && o& & && & 
&& éti (Y& ~ && & &~~~r~~& && & & & & & ~OctP 
Figura 1.6 - Ar sendo insuflado em um recipiente com válvula de retenção. 
Neste exemplo, o volume físico ocupado pelo ar permanece constante, en-
tretanto, com a injeção contínua no recipiente, as moléculas de ar começam a 
aproximar-se cada vez mais, aumentando a quantidade deste dentro do volume 
físico, demonstrando assim a compressibilidade dos gases. 
Conceitos e Princípios Básicos 27 
A figura 1. 7 demonstra esta mesma propriedade aplicada agora a uma 
quantidade fixa de ar. Quando o êmbolo é movimentado para baixo pela ação 
da força F, há a compressão do ar ali existente, resultando assim em uma redu-
ção de seu volume e conseqüente elevação da pressão. 
Figura 1. 7 - Ar sendo comprimido por êmbolo em um recipiente com válvula de retenção. 
O que fora agora exemplificado pela figura 1. 7 permite-nos tecer algumas 
considerações. 
Admitindo para o efeito de raciocínio que a relação entre os volumes ali 
apresentados sejam: 
(1.4) 
Ou seja, V2 equivalha a um meio de V1, e V3, a um terço de V1. Assim: 
Vz 
1 
(1.5) =-Vi 
2 
V3 
1 
(1.6) =-Vi 
3 
Portanto, ao aplicarmos uma forca F sobre o êmbolo levando-o para meta-
de de sua altura, atingiremos o volume V2 e conseqüentemente, pela compressão 
do ar ali confinado, uma pressão P2. Baixando-o novamente para posição equi-
valente a um terço de sua altura, atingiremos o volume V 3 , a qual corresponderá 
uma pressão P3, que será com certeza maior que P2 e P1. Supondo que esse 
processo se desenvolva a uma temperatura constante, isso quer dizer, uma 
compressão isotérmica, observar-se-á que o produto entre pressão e volume será 
sempre constante. 
28 Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
(1.7) 
Essa lei é conhecida pelo nome de Lei de Boyle-Mariotte, em homenagem 
aos seus descobridores. 
Por exemplo, supondo que na condição inicia o volume e a pressão no re-
ferido recipiente seja respectivamente: 
• P1 = lbar 
• V1= 1,Sm
3 
Se desejássemos conhecer a pressão P3 e o respectivo volume V3, teríamos 
o seguinte equacionamento: 
(1.8) 
Lembrando a relação 1.6, agora específica para essa aplicação: 
(1.9) 
Colocando-a em função de P3 : 
1 5m 3 
' · 1 bar = 3 bar 
O 5m 3 
(1.10) 
' 
O processo que fora demonstrado pela figura 1. 7 é conhecido como trans-
formação isotérmica (transformação a temperatura constante), e a representação 
das variáveis P, V e T ali envolvidas pode ser vista nos seguintes diagramas: 
p 
Enquanto P aumenta, 
T permanece constante. 
P2 --------------- (2) 
P1 ---------------, (1) 
T 
a) Diagrama (P,T) 
T(K) 
T(K) 
Enquanto V diminui, 
T permanece constante. 
(2) (1) 
T ----~---~ 
b) Diagrama (T,V) 
V 
p 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
1 
Enquanto P aumenta, 
V diminui. 
P1 ---+---------' (1) 
1 1 
1 1 
1 1 
c) Diagrama (P,V) 
Figura 1.8 - Diagramas de transformação isotérmica. 
Conceitos e PrincípiosBásicos 
V 
29 
1.5.3. Elasticitlade 
É a propriedade que possibilita ao ar retornar a seu volume inicial, uma vez 
cessado o esforço que o havia comprimido (figura 1.9). 
Figura 1.9 - Retorno do êmbolo à condição inicial cessada a força F (propriedade da elasticidade) . 
1.6. Lei de Gay-Lussac 
1.6.1. Transformação Isobárica 
A figura 1.10 apresenta um recipiente dotado de um manômetro e de um 
termômetro. No interior do recipiente, sob o êmbolo, há uma certa quantidade 
fixa de gás a uma temperatura T 1 e pressão P 1. O recipiente é então aquecido, 
elevando assim a temperatura do gás e causando com isso uma expansão térmica 
dele. Essa expansão resulta na elevação do êmbolo. Entretanto, se não houver 
nenhuma carga crescente atuando sobre o êmbolo, a pressão em P2 permanece 
inalterada (constante --7 P 1=P2). Desta forma, o quociente entre V 1 e T 1, assim 
como V2 e T2. será igual (equação 1.11). 
QH 
Figura 1.10 - Recipiente com gás submetido a uma variação de temperatura. 
Como pode ser visto na figura (V1 <V2) e (T1 <T2), para essa condição de 
pressão constante verifica-se a existência de uma relação entre as variáveis de 
estado (V, T). Ou seja, o volume eleva-se proporcionalmente ao aumento da 
temperatura. 
30 Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
Substituindo (1.10) em (1.11): 
Exemplo 
V1 V2 
-=-=Cte 
Ti T2 
(1.11) 
(1.12) 
(1.13) 
O recipiente que fora mostrado na figura 1.10 possui inicialmente um vo-
lume de 0,5m3 de gás hélio a 20°C. Qual será o volume ocupado por esse gás 
quando a temperatura chegar a 35ºC? 
Resposta 
(1.14) 
(1.15) 
Os diagramas característicos dessa transformação são mostrados na figura 
1.11 em seguida. 
p 
p 
Diagrama (P, T} 
enquanto T aumenta, 
P permanece constante. 
(1) (2) 
V 
Diagrama (V, T) 
enquanto T aumenta, 
V aumenta. 
V2 --------------------- (2) 
Figura 1.11 - Diagramas característicos de uma transformação isobárica. 
4 Para transformar uma proporcionalidade em uma igualdade, faz-se necessário multi-
plicar uma das variáveis por uma constante - na função essa constante é representada 
por Cte. 
Conceitos e Princípios Básicos 31 
1.6.2. Transformação Isocórica ou Isométrica 
Na transformação isométrica o volume do gás permanece constante 
(V1 =V2), enquanto variam temperatura e pressão (figura 1.12). Dessa forma, o 
quociente entre P1 e T1, bem como P2 e T2, resultará sempre em uma constante, 
pois (P1 <P2) e (T1 <T2). Assim, para essa condição de volume fixo, verifica-se 
uma relação entre as variáveis de estado (P, T). Ou seja, a pressão eleva-se pro-
porcionalmente ao aumento da temperatura. 
(1.16) 
(1.17) 
Substituindo (1.16) em (1.17): 
P1 P2 
-=-=Cte 
T1 T2 
(1.18) 
QH 
Figura 1.12 - Recipiente com gás submetido a uma variação de temperatura. 
O êmbolo é fixo por um pino evitando assim seu deslocamento e mantendo o volume constante. 
Exemplo 
O recipiente da figura 1.12 possui um volume fixo de O,Sm3 de gás hélio a 
20°C e pressão de 6bar. Qual será a pressão registrada no manômetro quando a 
temperatura chegar a 35ºC? 
Resposta 
p p T 
_1 _ _g_---'-P -P ,_2 - --, 2- 1 
T1 T2 T1 
(1.19) 
32 Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
T 2 [35ºCJ P2 = P1 ·-=6bar -- = 10,Sbar T1 20ºC 
(1.20) 
Os diagramas característicos dessa transformação são mostrados na figura 
1.13 em seguida. 
V 
(1) 
V 
Diagrama (V, T) 
enquanto T aumenta, 
P permanece constante. 
(2) 
T, 
p 
P, 
T(ºC) 
Diagrama (P, T) 
enquanto T aumenta, 
P aumenta. 
(2) 
T, T(ºC) 
figura 1.13 - Diagramas característicos de uma transformação isométrica (isocórica). 
1. 7. Lei dos Gases Ideais 
Entretanto, pode haver situações em que tenhamos a variação das três va-
riáveis citadas (V, T, P). Deste modo, a relação entre elas para os estados inicial e 
final de um processo é representada pela Lei dos Gases Ideais (equação 1.21). 
(1.21) 
Exemplo 
Uma certa massa de gás ideal sob pressão de lObar e temperatura de 200K 
ocupa um volume de 0,5m3. Qual o volume ocupado pela mesma massa de gás 
sob pressão 20bar e temperatura de 300K? 
Resposta 
Situação inicial 
V = 05m3• 1 , , 
P1 = lObar; 
T1 = 2300K 
Conceitos e Princípios Básicos 
Situação final 
V2 =? 
P12= lObar; 
T2 = 300K 
33 
Substituindo na equação: 
(1.22) 
V2 = 0,375m
3 (1.23) 
Observação 1 
Como pode ser visto neste exemplo, se a variável T permanecer constante durante o 
processo, o volume V2 sofrerá uma redução, verificando assim a já mencionada Lei de 
Boyle-Mariotte (item 1.5.2) que, assim como a Lei de Gay-Lussac, é uma particulariza-
ção da Lei dos Gases Ideais. 
1.8. Referencial Técnico 
Estabelecem-se em pneumática dois referencias técnicos de dimensiona-
mento. São eles: 
• Temperatura Normal (Tn) = 293,lSK (20°C) ; 
• Pressão Normal (Pn) = 101325Pa (101325N/m2 = 1,01325bar=latm) . 
1.8.1. Exercíçio Resolvido 
O recipiente que fora apresentado na figura 1.6 possui um volume de lm3, 
e contém armazenado em seu interior ar comprimido a uma pressão de 12 bar e 
temperatura de 26ºC. Qual o volume normal de ar comprimido armazenado em 
seu interior? 
34 
Resposta 
• 12 passo: 
Recalcular o volume para a pressão normal de latm (1,01325bar) se-
gundo a Lei de Boyle-Mariotte. 
Assim: 
(1.24) 
Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
Em que: 
• P1 = 1 abn(l,01325bar) - estado normal do ar; 
• P2 = 12bar - pressão absoluta (pressão em que o ar se encontra no 
recipiente); 
• V 1 = volume a pressão P 1; 
• V2 = lm
3 (volume do recipiente). 
Portanto: 
V = V . P 2 = 1 m 3 [ 12 bar ] 1 2 P1 1,01325bar 
(1.25) 
(1.26) 
Portanto, este é o volume de ar contido no reservatório a pressão nor-
mal de 1 bar. 
• 22 passo: 
Recalcular o volume para a temperatura normal T 1 de 20ºC (293, 15K). 
Em que: 
• V 1 = volume a temperatura T 1; 
• V2 =volume a temperatura T2; 
• T1 = 293,15K (20ºC); 
• T2 = 299,15K (26ºC) . 
V1 = Vz -7 V =V . .:!i_ = 1184m3[20ºCJ 
T T 1 2 T ' 26ºC 1 2 2 
(1.27) 
(1.28) 
Assim, verificamos que na temperatura normal de 20°C, há armazena-
do no recipiente um volume normal de ar, de 9,lm3. 
Conceitos e Princípios Básicos 35 
1.9. Exercícios 
Marque a alternativa correta: 
1) Genericamente, pode-se afirmar que fluido é: 
a) Qualquer substância líquida capaz de escoar e assumir o formato do re-
cipiente que a contenha. 
b) Qualquer substância gasosa capaz de escoar e assumir o formato do re-
cipiente que a contenha. 
e) Qualquer substância capaz de escoar e assumir o formato do recipiente 
que a contenha. 
2) Quanto à característica de armazenagem e utilização do fluido pneumático, 
quando comparado ao fluido hidráulico, é correto afirmar que: 
a) Pode ser armazenado em reservatórios comuns a pressão normal. 
b) Faz-se necessário o trabalho contínuo de um compressor a fim de pos-
sibilitar-lhe o armazenamento a pressão mínima de armazenagem e 
também o fluxo pela rede. 
e) Necessita de um compressor para elevar-lhe a pressão de armazena-
mento em um reservatório, e uma vez atingida essa pressão, desliga-se 
automaticamente o compressor, só retomando a atividade quando o 
fluido armazenado baixar a sua pressão mínima de armazenamento. 
3) Com relação à compressibilidade do ar é incorreto afirmar que: 
a) A pne111mática não possibilita grandes sincronismos e ajustes precisos de 
velocidade, bem como não é possível mantê-los por grande número de 
ciclos, dado a sensibilidade do ar a variações mínimas de temperatura e 
pressão. 
b) Durante um processo de compressão, sendo mantida constante a tem-
peratura, o produto das variáveis {P1, V1) não é igual ao produto de 
(P2, V2) . 
e) Uma expansão ou contração isobárica é aquela caracterizada por man-
ter-se a pressão constante durante a variação do estado inicial ao esta-
do final do processo. 
4) Calcule a variável T1 em um processo cujo T2 =120ºC, V1=V2, P1=P2/3. 
a) 295,lSK; 
b) 313,lSK; 
e) 318,lSK. 
36 Automação Pneumática -Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
5) A figura seguinte representa um gás ideal contido num cilindro hermetica-
mente fechado por um êmbolo que se pode mover livremente. A massa do 
êmbolo é de 0,5Kg e a área em contato com o gás tem 10cm2. Admita 
g=9,81m/s2. 
a) Qual é a pressão que o êmbolo exerce sobre o gás? 
b) 
• 
• 
• 
• 
• 
• 
Se h=Scm a 27ºC, qual será essa altura se o gás for aquecido a 177ºC? 
Massa do êmbolo = 0,5Kg 
Gravidade g =9,81m/s 
2 
, 2 
Area do êmbolo A = lücm 
P1=? 
T1 =27ºC ---7 h1 =Sem 
T2 =177°C---7 h2 =? 
Figura 1.14 - Cilindro com êmbolo. 
6) Um recipiente que resiste até a pressão 3,0x105Pa contém ox1gemo sob 
pressão de 1,0x105Pa e temperatura de 27°C. Desprezando o efeito da di-
latação térmica do recipiente, calcule a máxima temperatura que o oxigênio 
pode atingir antes da explosão eminente. 
7) Um gás, suposto ideal, está contido num recipiente cujo volume se mantém 
constante a qualquer temperatura. Se a pressão do gás é de 2,0x105Pa a 
27°C, pode-se afirmar que a 327ºC essa pressão será, em bar, de: 
a) 2· 
' 
b) 4· 
' 
e) fr 
' 
d) 8· 
' 
e) 24,2. 
Conceitos e Princípios Básicos 37 
8) Uma bolha de ar com 1,0mm3 de volume forma-se no fundo de um lago de 
5,0m de profundidade e sobe à superfície. A temperatura no fundo do lago é 
de 17°C e na superfície de 27°C. 
a) Qual é a pressão no fundo do lago? 
b) Admitindo que o ar seja um gás ideal, calcule o volume da bolha quan-
do ela atingir a superfície do lago. 
Considere os seguintes dados para a solução: P1 = latm, g=9,81m/s
2
, 
PH20= 1000Kg/m3. 
9) Um cilindro, de área de seção transversal reta A, é provido de um êmbolo 
móvel, podendo-se variar, assim, o volume de um gás (ideal) contido no ci-
lindro. Quando o êmbolo está na marca 0,30, como mostra a figura, a tem-
peratura é de 300K e a pressão é P. Levando o êmbolo até a marca 0,20 e 
aumentando a temperatura para 400K, a nova pressão do gás vale: 
a) 
p 
2' 
b) ~p. 
4 ' 
e) 
4 
-P· 
3 ' 
d) 2P; 
e) P. 
p 
.... 
0,10 0,20 0,30 
T1=300K 
Figura 1.15 - Cilindro com gás sendo comprimido. 
38 Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
1 O) O gráfico seguinte representa transformações sofridas por um gás ideal. As-
sinale a alternativa correta. 
p 
A 
4P 
lP 
V 3V 
Figura 1.16 - Gráfico de um processo. 
a) A isoterma que passa por A passa por B. 
b) A temperatura em A é mais elevada que em B. 
e) A temperatura em B é igual em C. 
d) A temperatura em B é maior que em C. 
e) Não há informações sobre a temperatura do sistema, visto o gráfico 
apresentar pressão versus volume. 
11) Suponha que no exercício 5, quando o êmbolo atingir a altura h, seja então 
preso por um pino, não mais podendo se -movimentar. O cilindro então é 
imediatamente submerso em um tanque contendo nitrogênio a uma tempe-
ratura (T= 450,15°K) . Determine o valor da nova pressão interna mediante 
esta variação brusca de temperatura; 
a) 1,35Pa 
b) 8xl0-5bar 
e) 797N/m2 
d) 1,27N/cm2 
e) 2Pa 
Conceitos e Princípios Básicos 39 
12) Uma certa quantidade de gás ideal se encontra em equilíbrio termodinâmico 
no interior de um recipiente metálico. Esse recipiente é provido de um 
êmbolo móvel, sem atrito, de massa m e de seção reta de área A Nessa situ-
ação, o volume ocupado pelo gás é de cinco litros. Em seguida, coloca-se 
um novo êmbolo, idêntico ao primeiro, sobre o conjunto. Restabelecido o 
equilíbrio, o volume ocupado pelo gás diminui para 4,0 litros. A temperatura 
e a pressão atmosféricas permanecem constantes no decorrer da experiência. 
Assim, pede-se afirmar que a pressão atmosférica vale: 
a) 1 mg/A 
b) 2 mg/A 
e) 3 mg/A 
d) 4 mg/A 
e) 5 mg/A 
13) Um cilindro dotado de um êmbolo contém inicialmente em seu interior qua-
tro litros de gás perfeito nas condições normais de temperatura e pressão 
(CNTP) . Diminuindo a pressão do gás para 2/3 da inicial e aumentando sua 
temperatura em 503, densidade do gás toma-se: 
40 
a) 4/9 da inicial 
b) 5/9 da inicial 
e) 2/3 da inicial 
d) 7 /9 da inicial 
1 
e) 8/9 da inicial 
Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
CAPÍTULO 
Produção e Distribuição do Ar Comprimido 
...... __________________ .... 
2.1. Introdução 
Como já fora visto, a pneumática utiliza-se do ar como fonte de energia 
para o acionamento de seus automatismos. Esse ar, entretanto, necessita ser co-
locado em determinadas condições apropriadas para sua utili21ação. São elas: 
pressão adequada e qualidade (isenção de impurezas e umidade). A condição de 
pressão adequada é conseguida com a utilização de compressores, já a de quali-
dade utiliza-se de recursos como purgadores, secadores e filtros, os quais serão 
abordados mais adiante. 
Dois são os princípios conceptivos em que se fundamentam todas as espé-
cies de compressores de uso industrial: volumétrico e dinâmico. 
Nos compressores volumétricos ou de deslocamento positivo, a eleva-
ção de pressão é conseguida com a redução do volume ocupado pelo gás. Na 
operação dessas máquinas podem ser identificadas diversas fases, que 
constituem o ciclo de funcionamento: inicialmente, uma certa quantidade de 
gás é admitida no interior de uma câmara de compressão, que então é cerrada e 
sofre redução de volume. Finalmente, a câmara é aberta e o gás liberado para 
consumo. 
Trata-se, pois, de um processo intermitente, no qual a compressão propria-
mente dita é efetuada em sistema fechado, isto é, sem qualquer contato com a 
sucção e a descarga. Conforme iremos constatar logo adiante, pode haver algu-
mas diferenças entre os ciclos de funcionamento das máquinas dessa espécie, em 
função das características específicas de cada uma. 
Os compressores dinâmicos ou turbocompressores possuem dois órgãos 
principais: impelidor e difusor. O impelidor é um órgão rotativo munido de pás 
Produção e Distribuição do Ar Comprimido 41 
que transfere ao gás a energia recebida de um acionador. Essa transferência de 
energia se faz em parte na forma cinética e em outra parte na forma de entalpia. 
Posteriormente, o escoamento estabelecido no impelidor é recebido por um ór-
gão fixo denominado difusor, cuja função é promover a transformação da ener-
gia cinética do gás em entalpia, com conseqüente ganho de pressão. 
Os compressores dinâmicos efetuam o processo de compressão de maneira 
contínua, portanto corresponde exatamente ao que se denomina, em termodi-
nâmica, um volume de controle. 
Os compressores de maior uso na indústria são os alternativos, de palhetas, 
de parafusos, de lóbulos, centrífugos e axiais. Num quadro geral (figura 2.1), es-
sas espécies podem ser assim classificadas, de acordo com o princípio conceptiva: 
Alternativos 
Palhetas 
Volumétricos 
Rotativos Parafusos 
Compressores 
Lóbulos (roots) 
Centrífugos 
Dinâmicos 
Axiais 
Figura 2.1 - Quadro geral de compressores industriais. 
Nas aplic9ções industriais, normalmente são previstos compressores com 
grandes reservatórios a fim de atender à grande demanda de automatismos em 
diversos pontos, que são interligados por meio de uma rede tubular, possibilitan-
do assim sua distribuição de forma igualitária e sem perdas significativas. 
No projeto de uma central de compressão, é sempre importante, quando 
do dimensionamento, considerar a possibilidade e necessidade de uma futura 
ampliação e aquisição de novos equipamentos pneumáticos, pois um aumento 
na central de compressão "a posteriori" torna-se muito caro. 
2.2. Processos de Compressão do Ar 
Limitar-nos-emos, neste texto, a focalizar esses compressores, mesmo reco-
nhecendo que outros podem ser eventualmente encontrados em aplicações in-
dustriais, como, por exemplo, os compressores de anel líquido e de diafragma. 
Especial atenção será dispensada aos compressores alternativos, centrífugos e 
axiais, que são, sem dúvida, os mais empregados em processamento industrial. 
42 Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
Otipo de compressor a ser empregado é função da pressão de trabalho e 
volume. Basicamente, existem dois processos de compressão de ar utilizados em 
compressores: 
1. Processo de redução de volume (compressores alternativos); 
2. Processo de aceleração de massa (fluxo) - compressores dinâmicos. 
2.2.1. Compressores Alternativos 
Esse tipo de máquina utiliza-se de um sistema biela-manivela para conver-
ter o movimento rotativo de um eixo no movimento translacional de um pistão 
ou embolo, como mostra a figura em seguida. Dessa maneira, a cada rotação do 
acionador, o pistão efetua um percurso de ida e outro de vinda na direção do 
cabeçote, estabelecendo um ciclo de operação. 
Seu princípio funcional é de entendimento relativamente simples. Exami-
nemos as figuras 2.2 e 2 .3 . 
Figura 2.2 - Princípio funcional do compressor por redução de volume (alternativo) . 
O funcionamento de um compressor alternativo está intimamente associa-
do ao comportamento das válvulas. Elas possuem um elemento móvel denomi-
nado obturador, que funciona como um diafragma, comparando as pressões 
interna e externa ao cilindro. O obturador da válvula de sucção se abre para 
dentro do cilindro quando a pressão na tubulação de sucção supera a pressão 
interna do cilindro, e se mantém fechado em caso contrário. O obturador da 
válvula de descarga se abre para fora do cilindro quando a pressão interna 
supera a pressão na tubulação de descarga, e se mantém fechado na situação 
inversa. Com isso temos as etapas do ciclo de funcionamento do compressor 
mostradas na figura 2.3 em seguida: 
Produção e Distribuição do Ar Comprimido 43 
1- Etapa de admissão 2- Etapa de compressão 
3- Etapa de descarga 4- Etapa de expansão 
Figura 2.3 - Ciclo de um compressor alternativo. 
Na etapa de admissão o pistão se movimenta em sentido contrário ao 
cabeçote, fazendo com que haja uma tendência de depressão no interior do cilin-
dro que propicia a abertura da válvula de sucção. O gás é então aspirado. Ao 
inverter o sentido de movimentação do pistão, a válvula de sucção se fecha e o 
gás é comprimido até que a pressão interna do cilindro seja suficiente para 
promover a abertura da válvula de descarga. Isso caracteriza a etapa de com-
pressão. 
Quando a válvula de descarga se abre, a movimentação do pistão faz com 
que o gás seja expulso do interior do cilindro. Essa situação corresponde à etapa 
de descarga e dura até que o pistão encerre o seu movimento no sentido do 
cabeçote. Ocorre, porém, que nem todo o gás anteriormente comprimido é ex-
pulso do cilindro. A existência de um espaço morto ou volume morto, com-
preendido entre o cabeçote e o pistão no ponto final do deslocal}lento deste, faz 
com que a pressão no interior do cilindro não caia instantaneamente quando se 
inicia o curso de tetorno. 
Nesse momento, a válvula de descarga se fecha, mas a de admissão só se 
abrirá quando a pressão interna cair o suficiente para o permitir. Essa etapa, em 
que as duas válvulas estão bloqueadas e o pistão se movimenta em sentido inver-
so ao do cabeçote, se denomina etapa de expansão, e precede a etapa de 
admissão de um novo ciclo. 
Podemos concluir então que, devido ao funcionamento automático das 
válvulas, o compressor alternativo aspira e descarrega o gás, respectivamente, nas 
pressões instantaneamente reinantes na tubulação de sucção e na tubulação de 
descarga. (Em termos reais, há naturalmente uma certa diferença entre as pres-
sões interna e externa ao cilindro durante a aspiração e a descarga, em função da 
perda de carga no escoamento). 
As figuras 2.2 e 2.3 exemplificam um . compressor de um único estágio, 
apropriado para pressões até 4 bar, como pode ser visto na tabela 2.1 em segui-
da. Entretanto, quando há necessidade de pressões mais altas, recorre-se a com-
pressores de dois, três ou mais estágios (figura 2.4). 
44 Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
. - . . . '. 
Tabela 2.1 - Relação Pressão x N2 de Estágios para compressores. 
Pressão Nº de Estágios 
Até 400 Kpa (4bar) 1 
De 400 a 1500 Kpa (15bar) 2 
De 1500 a 15000 Kpa (150bar) 3 ou mais 
Figura 2.4 - Compressor de dois estágios - O ar sugado sofre dupla compressão. 
1 Observação 1 
Nos compressores de mais de um estágio, faz-se necessário o uso de sistema de refrige-
ração intermediário, dada a elevação da temperatura do ar em virtude das sucessivas 
compressões. 
2.2.1.1. Compressor de Simples Ação 
Os compressores de um ou vários estágios, citados e exemplificados ante-
riormente, são compressores de simples ação. Essa denominação é dada em 
função de obterem a compressão do ar somente quando o êmbolo realiza seu 
movimento ascendente . 
2.2.1.2. Compressor de Dupla Ação 
Diferentemente dos compressores de simples ação, os compressores de du-
pla ação possibilitam a compressão do ar em ambos os sentidos de deslocamento 
do êmbolo. Dessa forma, verifica-se que comparativamente aos anteriores, estes, 
Produção e Distribuição do Ar Comprimido 45 
apresentam maior eficiência, pois em um ciclo (descida e subida do êmbolo), 
comprimem maior volume de ar por unidade de tempo (figura 2.5) . 
Admissão 
PMS 
~ ,-
~,_..~T 
Descarga 
Ar 
comprimido 
Ar 
{latrn) 
Descarga 
Ar 
comprimido 
Pistão (êmbolo) 
Figura 2.5 - Admissão e descarga em um compressor de dupla ação. 
1 
Podem ainda, como os anteriores, ser de dois, três ou mais estágios, com 
elevada eficiência em baixa, média e alta pressões. 
2.2.2. Compressores Rotativos 
São compressores que por meio de movimentos rotacionais de elementos 
internos promovem, de forma direta, a sucção e compressão do ar até que ele 
atinja a pressão de utilização. 
Estão subdivididos em três grupos: 1- compressores de palhetas; 2- com-
pressores de parafuso; 3- compressores de lóbulos (Roots). 
2.2.2.1. Compressor de Palhetas 
O compressor de palhetas possui um rotor ou tambor central que gira ex-
centricamente em relação à carcaça, conforme mostra a figura 2.6 em seguida. 
Esse tambor possui rasgos radiais que se prolongam por todo o seu comprimento 
46 Automação Pneumática - Projetos, Dimensionamento e Análise de Circuitos 
e nos quais são inseridas palhetas retangulares, conforme é mostrado no detalhe 
da figura 2.7. 
Aspiração .. 
P1=1atm ., 
Descarga 
Pz > P1 
Figura 2.6 - Compressor de palhetas (detalhe em corte frontal). 
Quando o rotor gira, as palhetas deslocam-se radialmente sob a ação da 
força centrífuga e se mantêm em contato com a carcaça. O gás penetra pela 
abertura de aspiração e ocupa os espaços definidos entre as palh~tas. Novamente 
observando a figura, podemos notar que, devido à excentricidade do rotor e às 
posições das aberturas de aspiração e descarga, os espaços constituídos entre as 
palhetas vão se reduzindo de modo a provocar a compressão progressiva do gás. 
A variação do volume contido entre duas palhetas vizinhas, desde o fim da 
admissão até o início da descarga, define, em função da natureza do gás e das 
trocas térmicas, uma relação de compressão interna fixa para a máquina. Assim, 
a pressão do gás no momento em que é aberta a comunicação com a descarga 
pode ser diferente da pressão reinante nessa região. O equilíbrio é, no entanto, 
quase instantaneamente atingido e o gás descarregado. 
Figura 2 .7 - Detalhe do rotor. 
Este tipo de compressor possui a vantagem do funcionamento contínuo e 
uniforme, fornecendo, portanto, ar livre de pulsação. Entretanto, é recomendada 
Produção e Distribuição do Ar Comprimido 47 
a instalação de uma válvula de retenção na tubulação de descarga, a fim de evi-
tar que ele funcione como um motor aos ser desligado. 
Pode também ter sua vazão modificada através de uma regulagem da ex-
centricidade do rotor. A máxima vazão ocorre para a máxima excentricidade, ou 
seja, quando o rotor é tangente ao estator. 
2.2.2.2. Compressor de Parafuso 
Esse tipo de compressor possui dois rotores em forma de parafusos que gi-
ram em sentido contrário, mantendo entre si uma condição de engrenamento,