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Automação Pneumática: Fundamentos e Componentes

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DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 1
P110
Automação
Pneumática
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 2
 Fundamentos e princípios físicos da pneumática.
 Produção, preparação e distribuição de ar comprimido.
 Símbolos normalizados (DIN/ISO 1219). Especificações técnicas, formas
construtivas e funções dos atuadores, válvulas direcionais, de bloqueio, de fluxo,
de pressão e combinadas.
 Circuitos pneumáticos para atender requisitos de automação e comandos
seqüenciais utilizando-se de um ou mais atuadores com apoio de software de
desenho e simulação.
 Montagens práticas de sistemas pneumáticos com componentes reais
em unidades de treinamento especialmente desenvolvias.
Conteúdo
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 3
 Conhecerá os principais componentes pneumáticos e será capaz de identificá-los
através do seu respectivo símbolo normalizado. Desta forma, será capaz de interpretar
especificações técnicas, desenhos e dados de catálogo que sejam úteis à sua função.
 Entender o sistema pneumático com o qual está trabalhando, evitando erros de
montagem.
 Será capaz de propor alternativas em situações emergenciais de produção.
 Poderá conceber e/ou otimizar sistemas pneumáticos básicos, com precisão,
adequação à aplicação.
Qualificação adquirida
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 4
Recomendações para o Uso do Centro de Tecnologia Festo
Celulares: Use quando precisar, mas de preferência
 no modo silencioso.
Organização da sala: Mantenha-a limpa,
deixe as cadeiras no lugar e lugar de lixo é no lixo!
Equipamentos: Cuide bem. Não escreva nas
bancadas e nem desmonte os componentes. Guarde-os
no final do dia.
Máquinas de café: Uso livre para café e chá.
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 5
Agenda
17h30Término
15h45Coffee-break
13h00Almoço
09h45Coffee-break
08h30Início
Cursos diurnos
22h00Término
19h30Coffee-break
18h00Início
Cursos noturnos
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 6
Pneumática
Tecnologia do ar
comprimido
Técnicas para Automação
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 7
Hidráulica
Elétrica
(Eletroeletrônica)
Mecânica
Pneumática
Tecnologias para Automação
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 8
⌦ Mecânica
 Boa força
 Ótimas velocidades
 Ótima precisão
 Ótima força
 Baixas velocidades
 Boa precisão
⌦ Hidráulica
⌦ Pneumática
 Força limitada
 Boas velocidades
 Precisão limitada
 Comando/Controle
⌦ Elétrica
Comparação qualitativa: força, velocidade e precisão
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 9
Energia Hidráulica Elétrica Pneumática
Transmissão Limitada e muito bem rápida e Limitada e lenta
cara longas distâncias
Dist. econômica Até aprox. 100m Pratic. s/ limites Até aprox. 1000m
Vel. de trans- Aprox. 50 mm/s Aprox. 300.000 Aprox. 2 m/s
missão km/s
Rotações Limitado Boas Até 500.000 rpm
Força Bem alto Alto Baixo
Proteção contra Excelente Não tão boa Excelente
sobrecarga
Comparação quantitativa
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 10
 Funcionamento seguro mesmo em situações térmicas extremas.
 Limpeza: Vazamentos eventuais não poluem o ambiente.
 Seguro: Não há riscos de explosão ou incêndio.
 Construção simples dos elementos.
 Altas velocidades de trabalho.
 Seguro contra sobrecarga.
 Quantidade ilimitada.
 Fácil armazenamento.
 Fácil transporte.
 Fácil regulagem.
Vantagens do ar comprimido
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 11
 O ar comprimido é econômico entre 6 e 7 bar de pressão.
 Compressibilidade: Não é possível manter constante as velocidades dos
atuadores.
 Preparação: Impurezas e umidade causam desgaste prematuro dos elementos
pneumáticos.
 Ruído: o escape do ar é ruidoso, porém, atualmente os sistemas já estão mais
confortáveis.
 Custo: o ar comprimido é uma fonte de energia cara.
Desvantagens do ar comprimido
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 12
Compressibilidade: Capacidade de reduzir o espaço de uma certa quantidade de ar.
Vi FVf
Expansibilidade: Capacidade de retornar ao seu volume inicial.
Difusibilidade: Capacidade de misturar-se homogeneamente com quaisquer outros gases.
Inodoro
Incolor
Insípido
Oxygen
20,70%
Nitrogen
77,00%
Water
1,30%
Carbondioxid
0,03%
Argon
0,90%
Various
0,07%
Propriedades físicas do ar
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 13
Sendo:
p = Pressão - Pa
F = Força - N 
A = Área - m2
É a relação entre a força dividida pela área
onde está sendo aplicada.
p =
F
A
----
F
O
R
Ç
A
ÁREA
Pressão (p)
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 14
Nível variável
da Pressão 
Atmosférica
101kPa
Faixa de depressão
Faixa de 
Sobre-pressão
Pressão absolutakPa
+ Pe
0
- Pe
Gráfico das pressões
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 15
Unidade Símbolo Sistema Internacional
Comprimento L Metro (m)
Massa m Kilograma (kg)
Tempo t Segundos (s)
Força F Newton (N)
Área A Metro quadrado (m2)
Volume V Metro cúbico (m3)
Vazão Q Metro cúbico por segundo (m3/s)
Pressão p Pascal (Pa) 1 Pa = N/m2
Bar 1 bar = 105 Pa ≅ 101 kPa
Unidades no Sistema Internacional (SI)
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 16
Compressores
Pistão
Palhetas
Membrana
Duplo Pistão
Duplo Parafuso
Compressores
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 17
Simbologia
Compressores – Pistão ou êmbolo
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 18
• Suporta pressões acima de 10 bar
• Contamina o ar com óleo
• Compressão pulsante
• Baixo custo
SimbologiaSimbologia
Compressores – Duplo pistão
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 19
• Isento de contaminação
• Não atinge altas pressões
• Compressão pulsante
• Baixa vazão
• Pequenas aplicações
Simbologia
Compressores – Pistão com membrana
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 20
• Isento de lubrificação
• Não atinge altas pressões
• Compressão contínua
• Pode ser utilizado como bomba de vácuo
Simbologia
Compressores – Palhetas
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 21
• Isento de lubrificação
• Alta vazão
• Baixa manutenção
• Custo elevado
• Grande aplicação na indústria
• Compressão contínua
Simbologia
Compressores – Duplo parafuso
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 22
Escolha de compressores
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 23
Distribuição
Redes de Ar 
Reservatório 
Distribuição
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 24
 • Circuito aberto
 • Circuito fechado (anel)
 • Circuito combinado (válvulas
de fechamento)
Redes de ar comprimido
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 25
Tubulações de Ar Comprimido (Anéis)
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 26
Tubulações de Ar Comprimido (Drenos)
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 27
1. Compressor
2. Resfriador posterior ar/ar
3. Separador de condensados
4. Reservatório
5. Purgador automático
6. Pré-filtro coalescente
7. Secador
8. Purgador automático eletrônico
9. Pré-filtro coalescente grau x 
10. Pré-filtro coalescente grau y
11. Pré-filtro coalescente grau z
12. Separador de água e óleo
Rede de ar Comprimido
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 28
Simbologia
 Estabilização da rede de ar comprimido
 Elimina as oscilações
 Garantia de reserva
 Refrigera o ar (por sua grande superfície)
 Separa parte da umidade contida no ar
 por condensação
Reservatório
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 29
Secadores
Resfriamento
Adsorção
Absorção
Secadores
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 30
Simbologia
Condensado
DrenoSeparador
Ar Seco
Ar Úmido
Pré-Resfriador
Resfriador Principal
Freon
Compressor 
Refrigeração
By-Pass
• Resfria o ar
• Necessita de energia externa
• Reduz a umidade pela condensação do ar
• Muito utilizado na indústria metalúrgica
Secadores - Secagem por resfriamento
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 31
Ar Seco
Ar Úmido
Purgador
• Processo químico
• Não necessita de energia externa
• Instalação e manutenção simples
• Utiliza-se geralmente Cloreto de Cálcio
Simbologia
Secadores - Secagem por absorção
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 32
• Elemento secante regenerável
• Manutenção simples
• Não é preciso parar o fornecimento para
 regenerar o elemento secante
• Utiliza-se geralmente Sílica-Gel
Simbologia
Secadores - Secagem por adsorção
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 33
Produção, preparação e distribuição do ar
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 34
Preparação Final
 Unidade de Conservação 
Purgador Automático
Filtro
Lubrificador
Regulador de pressão
Preparação final
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 35
Simbologia detalhada
• A vazão total em m3/hora é determinante para o tamanho da unidade.
• Uma demanda (consumo) de ar grande demais provoca uma
queda de pressão nos aparelhos.
• Devem-se observar rigorosamente os dados indicados pelos fabricantes.
• A pressão de trabalho nunca deve ser superior à indicada no aparelho.
• A temperatura não deve ser maior que 500C (corpos de material sintético).
Simbologia 
simplificada
Preparação final – Unidade de conservação
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 36
• Os sistemas pneumáticos evoluem para não comprometer o meio ambiente.
=
Filtro-regulador 
com lubrificador
Lubrificador Filtro-Regulador
• Já existem vários produtos que trabalham sem lubrificação.
Simbologia detalhada
Preparação final – Filtro/regulador
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 37
Pré-filtro
Água, pó
 40 ... 5 µm
Carbono ativo
OdoresÁgua, pó
> 50 µm
 Cyclone separador Estéril
Bactérias, vírus
Micro filtro
àgua, pó, óleo
 0.01 µm
Tipos de filtros
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 38
Simbologia
• A função do filtro é reter as partículas de impurezas, bem como a água condensada.
Copo do filtro
Saída do ar
Placa defletora
Condensado
Parafuso
purgador
Filtro
sinterizadoElemento filtrante
Filtro de impurezas
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 39
Simbologia
Purgador automático
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 40
Simbologia
Válvula reguladora de pressão
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 41
Simbologia
Câmara de 
gotejamento
Válvula de 
retenção
Tubo ascendente
Óleo
Parafuso de
 regulagem Parafuso de
 abastecimento
Canal de 
alimentação
Lubrificador de ar comprimido
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 42
Simbologia
Manômetros
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 43
Atuadores
Lineares 
Giro 
Limitado
Rotativos
MotoresSimples 
Ação
Dupla 
Ação
Outros
Garras
Músculo
Antigiro
Elementos de trabalho
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 44
Diâmetro: 6 a 320 mm
Curso: 1 mm a 2000 mm
Força: 2 a 50.000 Newtons
Vel. de avanço: 0,02 a 1m/s Aplicações:
Fixação
Expulsão
Extração
Prensagem de peças entre outras
Simbologia
Atuadores – Simples ação
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 45
Simbologia
Atuadores – Simples ação
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 46
Simbologia
Atuadores – Simples ação (com membrana)
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 47
Simbologia
Atuadores – Dupla ação
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 48
Simbologia
Atuadores – Dupla ação (amortecimento por buchas)
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 49
Simbologia
Atuadores – Dupla ação (amortecimento pneumático regulável)
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 50
Parafuso de regulagem
Êmbolo de amortecimento
Atuadores – Dupla ação (amortecimento pneumático regulável)
Simbologia
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 51
Simbologia
Atuadores – Dupla ação (haste passante)
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 52
Simbologia
Atuadores – Dupla ação (múltiplas posições)
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 53
Simbologia
Atuadores – Dupla ação (tandem)
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 54
Simbologia
Atuadores – Dupla ação sem haste acoplamento mecânico
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 55
Simbologia
Atuadores – Dupla ação sem haste acoplamento mecânico
FFF
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 56
Simbologia
Atuadores – Dupla ação sem haste acoplamento magnético
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 57
Êmbolo Retangular Êmbolo Oblongo Êmbolo Oval
Atuadores – Anti-giro
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 58
Paralela Angular3 PontosRadial
Atuadores – Garras pneumáticas
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 59
Simbologia •Alta velocidade (até 2000 mm/s)
•Diâmetro de 10, 20 e 40 mm
•Comprimento de 40 até 9000 mm
•Possibilita contração (curso) de 15% até
25% do comprimento
•Freqüência de até 90 Hz
Atuadores – Músculo pneumático
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 60
Simbologia
Atuadores – Rotativo (giro limitado)
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 61
Simbologia
Atuadores – Rotativo (giro limitado)
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 62
Simbologia
Atuadores – Rotativo (pinhão cremalheira)
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 63
Os motores de palhetas podem atingir
rotações entre 3000 e 8500 rpm com
potências que vão de 0,1 à 24 cv, à
pressão normal.
Simbologia
Atuadores – Motor de palhetas
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 64
Cálculos
Simples ação 
Dupla ação
Atuadores – Cálculos
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 65
Fa
Fa
Fa
Fa
Fm
p
D
p = pressão de trabalho (bar)
Fm = força da mola (kgf)
Fa = força de atrito (kgf)
D = diâmetro do êmbolo (cm)
d = diâmetro da haste (cm)
A = área do êmbolo (cm2)
a = área da haste (cm2)
Fav = força de avanço teórica (kgf)
Frt = força de retorno teórica (kgf)
Cálculo da forca nos cilindros – simples ação
)%203:(
.
4
. 2
ava
maavav
av
FF
FFFF
ApF
DA
real
−
−−=
=
=
π
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 66
Fa
Fa
Fa
Fa
p p
D d
a = área da haste
)%203:(
.
4
. 2
ava
aavav
av
FF
FFF
ApF
DA
real
−
−=
=
=
π
artrt
rt
FFF
aApF
da
real
−=
−=
=
).(
4
. 2π
Cálculo da forca nos cilindros – dupla ação
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 67
Válvulas
Direcionais
Pressão
Bloqueio
Fluxo
Combinadas
Válvulas
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 68
Quadrado representa posição
Setas indicam a direção e sentido do fluxo do ar
T’s representam bloqueios das vias
Número de posições da válvula
As conexões de entrada e saída são representadas por
traços externos. Estes, indicam o número de vias.
Construção do símbolo de válvulas (norma DIN/ISO 1219)
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 69
Musculares Mecânicos Pneumáticos
Geral
Botão
Alavanca
Pedal
Came
Rolete
Gatilho
Mola
Piloto Positivo
Decréscimo 
de pressão
Acionamentos e seus símbolos
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 70
Tipos de acionamentos
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 71
(1) (1)
(2) (2)
Simbologia
2
1
(A)
(P)
Válvulas direcionais - 2/2 vias NFacionamento por came retorno por mola
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 72
Simbologia
2
1 3
(A)
(P) (R)
Válvulas direcionais - 3/2 vias NA acionamento por came retorno por mola
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 73
Simbologia
(A)
(P) (R)
2
1 3
Válvulas direcionais - 3/2 vias NF acionamento por came retorno por mola
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 74
Simbologia
(A)
(P) (R)
2
1 3
Válvulas direcionais - 3/2 vias NF acionamento por came retorno por mola
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 75
Simbologia
2
1 3
(A)
(P) (R)
Válvulas direcionais - 3/2 vias NF acionamento por simples piloto
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 76
Simbologia
2
1 3
Válvulas direcionais - 3/2 vias NF acionamento botão retorno por mola
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 77
Simbologia
2
1 3
(A)
(P) (R)
Válvulas direcionais - 3/2 vias NF acionamento por rolete servopilotada
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 78
Simbologia
4 2
1 3
Válvulas direcionais - 4/2 vias acionamento por duplo piloto
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 79
Simbologia
4 2
5
1
3
(A)
(P)
(R) (S)
(B)
1
12(Y)14(Z)
Válvulas direcionais - 5/2 vias acionamento por duplo piloto
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 80
Simbologia
4 2
5
1
3
(A)
(P)
(R) (S)
(B)
1
12(Y)14(Z)
Válvulas direcionais - 5/2 vias acionamento por duplo piloto
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 81
Simbologia
Válvulas de bloqueio – válvula de retenção
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 82
Válvulas de bloqueio – Retenção pilotada
Simbologia
1
2
21
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 83
Válvulas de bloqueio – Alternadora (OU)
Simbologia
12 14
2
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 84
Válvulas de bloqueio – Simultaneidade (E)
Simbologia
12 14
2
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 85
Simbologia
1
2
3
(A)
(R)
(P)
Válvulas de bloqueio – Escape rápido
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 86
R
Simbologia
1(P)
3(R)
Válvulas de pressão – Limitadora de pressão
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 87
P
R
A
Simbologia
2
1 3
Válvulas de pressão – Reguladora de pressão
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 88
Simbologia
Válvulas de fluxo – Reguladora de fluxo bidirecional
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 89
Válvulas de fluxo – Reguladora de fluxo unidirecional
Simbologia
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 90
Simbologia
100%
2
1
12
3
Válvulas combinadas – Temporizadora NF
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 91
Válvulas combinadas – Temporizadora NA
RP
Simbologia
100%
2
1
10
3
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Simbologia
(Z)12
2(A)
3(R)1(P)
2
12 1
3
(Z) (P)
(A)
(R)
Válvulas combinadas – Seqüência
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 93
Atuadores: Número seqüencial + letra A – (1A ..., 2A ...)
Válvulas: Número do atuador + letra V + número seqüencial – (1V1 ..., 2V1 ...)
Fins de curso: Número do atuador + letra S + 1 p/ recuado e 2 p/ avançado
 (1S1..., 1S2...,2S1..., 2S2...)
Bombas e compressores: Número seqüencial + letra P – (1P ..., 2P ...)
Outros: Número do atuador + letra Z + número seqüencial
Comandos seqüenciais – Identificação dos componentes
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Atuador 1A
Eleva a caixa
Empurra a caixa
Comandos seqüenciais – representação dos movimentos
Atuador 2A
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 Passo
de
trabalho
 Movimento
do
cilindro “1A”
 Movimento
do
cilindro “2A”
 
1
 
 
Avança
 Parado
recuado
 
2
 
Parado
avançado
 
Avança
 
3
 
 
Recua
 Parado
avançado
 
4
 
 Parado
recuado
 
Recua
Comandos seqüenciais – representação dos movimentos (tabela)
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(+) Avanço
1A+ 2A+ 1A- 2A-
( - ) Recuo
Comandos seqüenciais – Representação dos movimentos (forma algébrica)
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Avanço
Recuo
Parado
Avançado
Parado
Recuado
Comandos seqüenciais – Representação dos movimentos (Diagrama trajeto-passo)
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2S1
1 2 3 5=14
s2
s1
s2
s1
1A
2A
ST
1S2
2S2
1S1
1A+ 2A+ 1A - 2A -
1S2ST 2S2 1S1 2S1
Comandos seqüenciais
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Válvulas combinadas – Corte de sinal
 DIDACTIC P110 – Automação Pneumática 03/04/2007 100
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