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PNEUMÁTICA Introdução Conceitos Básicos SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica Professor: Ícaro Macêdo Tec. Mecatrônica Vantagens 1. Incremento da produção com investimento pequeno 2. Redução dos custos operacionais 3. Robustez dos componentes 4. Facilidade na implantação 5. Resistência a ambientes hostis 6. Simplicidade de manipulação 7. Segurança 8. Liberação de pessoal de operações repetitivas Desvantagens 1. Necessita preparação 2. Pequenas pressões (forças) envolvidas 3. Dificuldade de controle de velocidade 4. Impossibilidade de paradas intermediárias 5. Poluição sonora Compressibilidade do Ar Ar submetido a um volume inicial V 0 Ar submetido a um volume final V f V f < V 0 F 1 2 Características do Ar f O ar se altera à menor resistência ou seja, ele se adapta a forma do ambiente. Capacidade de reduzir o espaço de uma certa quantidade de ar. Elasticidade do Ar Ar submetido a um volume final V Ar submetido a um volume inicial V V f > V 0 1 2 F Características do Ar f 0 Capacidade de retornar ao seu volume inicial. Expansibilidade do Ar Possuímos um recipiente contendo ar; a válvula na situação 1 está fechada Quando a válvula é aberta o ar expande, assumindo o formato dos recipientes; 1 2 porque não possui forma própria Características do Ar Difusibilidade do Ar Volumes contendo ar e gases; válvula fechada Válvula aberta temos uma mistura homogênea 1 2 Características do Ar Capacidade de misturar-se homogeneamente com quaisquer outros gases. Pneumatica em Flash/103 PROPIEDADE DO AR.exe PNEUMÁTICA Produção e Distribuição (Compressão) SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica Professor: Ícaro Macêdo Tec. Mecatrônica Produção e Distribuição • São máquinas destinadas a elevar a pressão de um certo volume de ar, admitido nas condições atmosfericas, até uma determinada pressão, exigida na execução dos trabalhos realizado pelo ar comprimido. Compressores Produção e Distribuição Deslocamento positivo: Baseia-se na redução de volume. O volume é diminuido, aumentando a pressão até que ocorra a abertura de válvulas de saída do compressor. Deslocamento dinâmico: É obtido através do aumento da velocidade, tendo em seguida seu escoamento retardado obrigando a uma elevação da pressão. Compressores: classificação Produção e Distribuição Os compressores de pistão são comumente aplicados para pequenas vazões (até 100 m³/h). Os compressores de parafuso são mais indicados para pequenas, médias e grandes vazões (50 m³/h a 2000 m³/h). Ciclo de Trabalho de um Compressor Alternativo Alternativo Simples Efeito Alternativo Duplo Efeito Tipos Fundamentais de Compressores Tipos Fundamentais de Compressores Ciclo de Trabalho de um Compressor Alternativo Alternativo Duplo Estágio • O ar é tomado da atmosfera e passa por dois estágio de compressão. E entre eles o ar é refrigerado, para eliminar o calor excessivo criado pelo atrito proveniente dos pistões. Ciclo de Trabalho de um Compressor de Parafuso a - O ar entra pela abertura de admissão preenchendo o espaço entre os parafusos. A linha tracejada representa a abertura da descarga. b - À medida que os rotores giram, o ar é isolado, tendo início a compressão. c - O movimento de rotação produz uma compressão suave, que continua até ser atingido o começo da abertura de descarga. d - O ar comprimido é suavemente descarregado do compres- sor, ficando a abertura de descarga selada, até a passagem do volume comprimido no ciclo seguinte. Tipos Fundamentais de Compressores Produção e Distribuição Remove o calor gerado entre os estágios de compressão visando: • Manter a baixa temperatura do equipamento • Aproximar a compressão da isotérmica • Evitar a deformação do bloco e cabeçote • Aumentar a eficiência do compressor Esse resfriamento pode ser feito por: • Ar • Água Sistema de refrigeração de compressores PNEUMÁTICA Produção e Distribuição (Preparação) SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica Professor: Ícaro Macêdo Tec. Mecatrônica Produção e Distribuição Quando ocorre o aumento de pressão do ar, a solubilidade da água diminui. Isso provocaria condensação dentro do compressor. Porém como a temperatura também aumenta, isso não ocorre. Umidade Produção e Distribuição Mas no momento do resfriamento, teremos a condensação da água. Como esse resfriamento ocorre ao longo do sistema, a água se condensa no interior dos componentes. Umidade Produção e Distribuição Conseqüências: • Oxidação da tubulação e componentes • Retirada da lubrificação • Arraste de partículas sólidas • Aumento do índice de manutenção Solução Remoção da umidade Umidade Produção e Distribuição Refriador posterior Esse resfriador é localizado logo após o compressor, retirando calor do ar no momento em que este está a maior temperatura Umidade Produção e Distribuição Importância • Armazenar o ar comprimido • Resfriar o ar auxiliando a eliminação de condensado • Compensar as flutuações de pressão • Estabilizar o fluxo de ar Reservatório de ar comprimido Diminui ainda mais a umidade do ar Após esse processo chama-se o ar de ar seco, apesar de ainda haver uma umidade residual mas insignificante Produção e Distribuição Desumidificação do ar Secagem por refrigeração A capacidade do ar de reter umidade diminui com a temperatura Funcionamento O ar entra no pre resfriador, sofrendo queda de temperatura, causada pela or que sai do resfriador principal. No resfriador principal o ar entra em contato com um circuito de refrigeração, a umidade do ar forma goticulas de agua que são eliminadas pelo separador atraves de um dreno. O ar seco volta novamente ao trocador de calor inicial, causando um pre resfriamento no ar umido. Produção e Distribuição Desumidificação do ar Secagem por absorção É utilizado um absorto, que absorve por reação química a umidade Produção e Distribuição Desumidificação do ar Produção e Distribuição Desumidificação do ar Secagem por adsorção É a fixação das moléculas de um adsorvato na superfície de um adsorvente. Produção e Distribuição Rede de distribuição Formato O anel fechado auxilia na manutenção de uma pressão constante e uma distribuição uniforme do ar Produção e Distribuição Válvulas de fechamento Permitem o isolamento de seções para manutenção Rede de distribuição Produção e Distribuição Inclinação As tubulações devem possuir uma ligeira inclinação de 0,5 a 2%, com drenos colocados nas posições mais baixas. Isso possibilita o escoamento e retirada do condensado. Rede de distribuição Produção e Distribuição Tomadas de ar Deve ser feita na parte superior da distribuição para evitar o fluxo de condensado Rede de distribuição Esquematização da Produção, Armazenamento e Condicionamento do Ar Comprimido Produção e Distribuição Produção e Distribuição PNEUMÁTICA Produção e Distribuição (Lubrefil) SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica Professor: Ícaro Macêdo Tec. Mecatrônica Unidade de Condicionamento ou Lubrefil Simbologia Lubrefil Funções • Filtrar o Ar; • Regular a Pressão; • Lubrificar o Ar. Filtros coalescentes Em certas aplicações, a filtragem do ar deve ser ainda mais rigorosa: • Indústria de processamento de alimentos • Indústria de equipamentos hospitalares • Indústria eletrônica Lubrefil Filtros coalescentes Filtros coalescentes atendem a essas necessidades Lubrefil Secção de um Regulador de Pressão com Escape H J I C B A Simbologia G F E D A - Mola B - Diafragma C - Válvula de Assento D - Manopla E - Orifício de Exaustão F - Orifício de Sangria G - Orifício de Equilíbrio H - Passagem do Fluxo de Ar I - Amortecimento J - Comunicação com Manômetro Manômetro Tipo Tubo de Bourdon Simbologia Lubrefil Refil - Filtro Regulador J D C B A I H G F E Simbologia A - Manopla B - Orifício de Sangria C - Válvula de Assento D - Defletor Superior E - Defletor Inferior F - Mola G - Orifício de Exaustão H - Diafragma I - Passagem do Fluxo de Ar J - Elemento Filtrante Lubrefil Secção de um Lubrificador Simbologia J I A C E D G F E H B A - Membrana de Restrição B - Orifício Venturi C - Esfera D - Válvula de Assento E - Tubo de Sucção F - Orifício Superior G - Válvula de Regulagem H - Bujão de Reposição de Óleo I - Canal de Comunicação J - Válvula de Retenção Lubrefil PNEUMÁTICA Válvulas de controle direcional SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica Professor: Ícaro Macêdo Tec. Mecatrônica Válvulas de controle direcional Tipos de válvulas As válvulas pneumáticas são classificadas em: • de controle direcional • de bloqueio • de controle de fluxo • de controle de pressão Controlam o movimento dos atuadores. Se classificam por: Posição inicial; • Número de posições; • Número de vias; • Tipo de acionamento; • Tipo de retorno; • Vazão. Válvulas de controle direcional Dados Básicos • Número de Vias • Números de Posições • Tipo de Acionamento • Tipo de Retorno Nº de Vias Nº de Posições Posição de repouso Válvulas de controle direcional No 1: Alimentação. Nos 2 e 4: Utilização. Nos 3 e 5: Escape ou exaustão. No 10: Piloto que isola a alimentação. No 12: Liga a alimentação 1 com o orifício 2. No 14: Liga a alimentação 1 com o orifício 4. Identificação das válvulas Outras identificações Identificação das válvulas Provocam o deslocamento das partes internas da válvula, causando mudança das direções de fluxo. Os acionamentos podem ser: • Musculares: é todo acionamento que o operador irá acionar. • Mecânicos: é todo acionamento que a máquina/dispositivo irá acionar. • Pneumáticos: é o acionamento por ar comprimido. • Elétricos: é o acionamento por uma bobina/solenóide – corrente elétrica. • Combinados: São junções dos já citados. Acionamentos e comandos Tipos de retorno Tipos de acionamento Mola Trava Acionamentos e comandos Acionamentos musculares Acionadas pelo homem: • Botão • Alavanca • Pedal Acionamentos e comandos Acionamentos mecânicos Acionamentos mecânicos: • Pino • Rolete • Gatilho ou rolete escamoteável Acionamentos e comandos Acionamentos mecânicos Acionamentos e comandos Acionamentos pneumáticos Nesses casos as válvulas são comutadas pela ação do ar comprimido, proveniente de outra parte do circuito e emitido por outra válvula. O piloto pode ser • Positivo • Negativo Acionamentos e comandos Acionamentos pneumáticos Piloto Positivo (comando direto por aplicação de pressão) Acionamentos e comandos Acionamentos pneumáticos Piloto Negativo (comando direto por alívio de pressão) Acionamentos e comandos Acionamentos elétricos Um sinal elétrico é utilizado para acionar um solenóide e comutar a válvula. Acionamentos e comandos Válvulas de controle direcional Denominação de válvulas Válvula de Controle Direcional 3/2 Vias acionada por botão retorno por mola normalmente fechada. Válvulas de controle direcional ou 3/2 Vias Botão Mola N.F. Válvulas comuns Válvulas de controle direcional Válvula de Controle Direcional 2/2 Vias acionada por rolo retorno por mola normalmente fechada. ou 2/2 Vias Rolete Mola N.F. Válvulas de controle direcional Válvula de Controle Direcional 3/2 Vias acionada por pino retorno por mola normalmente fechada. ou 3/2 Vias Pino Mola N.F. Válvulas comuns Exemplo de aplicação: Comando básico direto Válvulas de controle direcional Válvulas comuns Válvulas de controle direcional Válvula de Controle Direcional 3/2 Vias acionada por piloto retorno por mola normalmente fechada. ou 3/2 Vias Piloto Mola N.F. Válvulas comuns Exemplo de aplicação: Comando básico indireto Válvulas de controle direcional Válvulas comuns Válvulas de controle direcional Válvula de Controle Direcional 3/2 Vias acionada por duplo piloto normalmente fechada. ou 3/2 Vias Duplo Piloto N.F. Válvulas comuns Exemplo de aplicação Válvulas de controle direcional Válvulas comuns Válvulas de controle direcional Válvula de Controle Direcional 3/3 Vias acionada por alavanca centrada por mola centro fechado. ou 3/3 Vias Alavanca Centrada por Mola C.F. Válvulas comuns Válvulas de controle direcional Válvula de Controle Direcional 5/3 Vias acionada por duplo piloto centrada por mola centro fechado. ou 5/3 Vias Duplo Piloto Centrada por Mola C.F. Válvulas comuns PNEUMÁTICA Aula 6 Elementos auxiliares SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica Professor: Ícaro Macêdo Tec. Mecatrônica Elementos Auxiliares Válvulas de bloqueio Impedem o fluxo do ar em um sentido determinado, possibilidando livre fluxo no sentido oposto Elementos Auxiliares Válvulas de escape rápido Permitem que o ar do interior de um cilindro escape rapidamente sem ser necessário passar pela tubulação Elementos Auxiliares Válvulas de isolamento (elemento OU) SE (houver pressão em 1a) OU (houver pressão em 1b) ENTÃO (ocorre pressurização em 2) Elementos Auxiliares Válvulas de isolamento (elemento OU) Exemplo de aplicação: Comandar um cilindro a partir de dois pontos diferentes Elementos Auxiliares Válvulas de simultaneidade (elemento E) SE (houver pressão em 1a) E (houver pressão em 1b) ENTÃO (ocorre pressurização em 2) Elementos Auxiliares Válvulas de simultaneidade (elemento E) Exemplo de aplicação: Comandar um cilindro de forma bimanual Elementos Auxiliares Válvulas de controle de fluxo Válvula de controle de fluxo variável bidirecional Controla o fluxo em ambas as direções Elementos Auxiliares Válvulas de controle de fluxo Válvula de controle de fluxo variável unidirecional Controla o fluxo em uma das direções. Na outra o fluxo é livre Elementos Auxiliares Controle de velocidade de um cilindro Elementos Auxiliares Controle de velocidade de um cilindro Elementos Auxiliares Comandar um cilindro com avanço lento e retorno rápido Controle de velocidade de um cilindro Elementos Auxiliares Válvulas de alívio Limitam a pressão de uma parte do sistema Elementos Auxiliares Temporizadores pneumáticos Permitem o retardo de um sinal pneumático Podem ser normalmente abertos ou normalmente fechados Elementos Auxiliares Contadores pneumáticos Contam o número de pulsos de pressão em uma linha PNEUMÁTICA Aula 7 Atuadores Pneumáticos SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica Professor: Ícaro Macêdo Tec. Mecatrônica Atuadores Pneumáticos Atuadores Pneumáticos Tipos São divididos em três tipos: • Movimentos lineares • Movimentos rotativos • Movimentos oscilantes Cilindros de simples ação Atuadores Pneumáticos Cilindros de simples ação Atuadores Pneumáticos Cilindros de simples ação Atuadores Pneumáticos Cilindros de dupla ação Atuadores Pneumáticos Cilindros com amortecimento Atuadores Pneumáticos Cilindros de haste dupla Atuadores PneumáticosCilindros sem haste Atuadores Pneumáticos Motores pneumáticos Atuadores Pneumáticos Garras Pneumáticas (Grippers) Garra de Fricção Garra de Abrangimento Atuadores Pneumáticos PNEUMÁTICA Tecnologia do Vácuo SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica Professor: Ícaro Macêdo Tec. Mecatrônica Tecnologia do vácuo Geradores de vácuo Vácuo → Latim “Vacuus” (Vazio) O vácuo é definido como uma pressão inferior à atmosférica Geradores de vácuo Tecnologia do vácuo • Aplicado em transporte de cargas. • Valor típico para uso: - 0,75 Bar. • Elementos Geradores de vácuo: Bombas de Vácuo, Ejetores. • Elemento de Fixação: Ventosas. • Elementos de Medição: Vacuômetros. Geradores de vácuo Uma forma barata de se obter vácuo é através do Venturi Tecnologia do vácuo Geradores de vácuo Variação: Utilizando um bico injetor com um furo lateral Tecnologia do vácuo Ventosas Uma ventosa pode ser acoplada ao gerador de vácuo para segurar objetos Tecnologia do vácuo Ventosas Ou uma tubulação pode levar o vácuo até a ventosa Tecnologia do vácuo Tecnologia do vácuo Vacuômetro 19- Analise o circuito abaixo e faça um descritivo do funcionamento. Acrescente a codificação. PNEUMÁTICA Circuitos Seqüenciais SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica Professor: Ícaro Macêdo Tec. Mecatrônica Circuitos Seqüenciais Automação Um processo automatizado é um processo que evolui sem a intervenção humana. Em pneumática, utilizam-se sensores para identificar finais de operações para iniciar as operações seguintes. Estudo de Caso Circuitos Seqüenciais Deseja-se projetar um circuito pneumático que faça o acionamento automático de uma seqüência para dois cilindros. Estudo de Caso A seqüência de operação do sistema pode ser representada de várias maneiras: Seqüência cronológica: Avanço do cilindro A Avanço do cilindro B Retorno do cilindro A Retorno do cilindro B Circuitos Seqüenciais Estudo de Caso Em forma de tabela: Circuitos Seqüenciais Estudo de Caso Indicação vetorial Circuitos Seqüenciais Circuitos Seqüenciais Estudo de Caso Indicação algébrica Estudo de Caso Diagrama trajeto-passo Circuitos Seqüenciais Estudo de Caso Diagrama trajeto-tempo Circuitos Seqüenciais Circuitos Sequênciais - Representações • Desenvolva uma sequência do tipo A+B+A-B- onde o atuador A tem as velocidades controladas e o atuador B tem as velocidades aceleradas. • Desenvolva uma sequência do tipo A-B+A+B- com as mesmas características de velocidade do circuito anterior. O circuito deve ter opção para ciclo único ou contínuo. • Desenvolva uma sequência do tipo B+A-B-A+ com as mesmas características de velocidade do circuito anterior. O circuito deve ter opção para ciclo único ou contínuo e emergência com retorno imediato. • Desenvolva uma sequência do tipo A+B- temp A-B+ onde o atuador A tem velocidade de avanço controlada e recuo acelerado. O Atuador B tem velocidade de recuo controlada e avanço acelerado. O circuito deve ter opção para ciclo único ou contínuo e emergência com retorno imediato. • Para todos os circuitos acima elabore o diagrama trajeto passo. Exercício 1 Exercício 2 Exercício 3 ELETRO PNEUMÁTICA Componentes Elétricos SENAI - CIMATEC / Área de Automação Industrial - Núcleo de Mecatrônica Professor: Ícaro Macêdo Tec. Mecatrônica Botão Liso Tipo Pulsador Botão Pulsador Tipo Cogumelo Componentes Elétricos Botão Giratório Contrário Botão tipo Cogumelo com Trava (Botão de Emergência) Componentes Elétricos Chave Fim de Curso Tipo Rolete Chave Fim de Curso Tipo Gatilho Componentes Elétricos Sensor Capacitivo Sensor Indutivo Sensor Optico por Barreira Fotoelétrica Componentes Elétricos Sensor de Proximidade Magnético Componentes Elétricos Pressostatos 1 2 P 3 Componentes Elétricos Relé Auxiliar Relé Auxiliar com Contatos Comutadores Relé Auxiliar com 3 Contatos NA e 1 NF Componentes Elétricos Relé Temporizador com Retardo na Energização Relé Temporizador com Retardo na Desenergização AE AZ Componentes Elétricos Contador Predeterminador Sinalizadores Luminosos e Sonoro Componentes Elétricos Solenóides Componentes Elétricos Sensores Magnéticos Reed Swith Solid State Eletropneumática Sensores Magnéticos Os sensores utilizados para identificar as posições dos êmbolos magnéticos dos atuadores pneumáticos, são os sensores magnéticos, acionados por campo magnéticos. Existem dois tipos de sensores magnéticos: Reed Swith Tipo contato seco Não há polarização na ligação elétrica Pode ser a dois ou três fios. Observação: O Sensor funciona sem polarização, porém em alguns modelos, quando o sensor estiver com a polarização invertida, o led indicador de contato fechado, não irá acender, não prejudicando na emissão do sinal do sensor Solid State Estado Sólido Baseado na configuração do transistor (PNP NPN) Precisa estar polarizado corretamente para funcionar Três Fios ( Coletor, Base e Emissor ) Eletropneumática Exemplo de Ligações de Sensores – Reed Switch Eletropneumática (3 fios NPN ) Exemplo de Ligações de Sensores – Solid State Eletropneumática (3 fios PNP ) Exemplo de Ligações de Sensores – Solid State Eletropneumática Eletropneumática Componentes Típicos 3 Sensor Capacitivo Sensor Indutivo Sensor Optico por Barreira Fotoelétrica Eletropneumática Eletropneumática Componentes Típicos Pressostatos P 3 P