2 Projetos de circuitos eletropneumáticos

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Projetos de circuitos eletropneumáticos
Prof. Raphael de Souza dos Santos
Descrição
Conceitos fundamentais aplicados aos projetos de circuitos
eletropneumáticos, dimensionamento dos componentes de circuitos
elétricos necessários ao acionamento dos sistemas eletropneumáticos,
projetos dos componentes pneumáticos responsáveis pela ação
mecânica dos sistemas eletropneumáticos.
Propósito
Os sistemas eletropneumáticos apresentam grande aplicação nos
processos industriais. A velocidade e versatilidade tornam os sistemas
eletropneumáticos aplicáveis em diversas áreas, tais como:
alinhamento, montagem, armazenamento, corte, transporte, pintura,
entre outros. A integração entre as estruturas pneumáticas e os
circuitos elétricos tornam os sistemas eletropneumáticos facilmente
implementáveis e passíveis de serem adaptados para funcionamento
automatizado e remoto.
Objetivos
Módulo 1
Componentes que formam um circuito
eletropneumático
Calcular os principais componentes que formam um circuito
eletropneumático.
Módulo 2
Circuito eletropneumático básico
Esquematizar um circuito eletropneumático básico.
Módulo 3
Estudo de caso de um circuito
eletropneumático
Descrever um estudo de caso de um circuito eletropneumático
básico.
A integração entre circuitos elétricos e sistemas pneumáticos.
Introdução
1 - Componentes que formam um circuito eletropneumático
Ao �nal deste módulo, você será capaz de calcular os principais componentes que formam um
circuito eletropneumático.
Orientação sobre unidade de medida
Em nosso material, unidades de medida e números são escritos
juntos (ex.: 25km) por questões de tecnologia e didáticas. No
entanto, o Inmetro estabelece que deve existir um espaço entre o
número e a unidade (ex.: 25 km). Logo, os relatórios técnicos e
demais materiais escritos por você devem seguir o padrão
internacional de separação dos números e das unidades.
Vamos começar
O projeto de um sistema
eletropneumático
Grandezas elétricas
Os sistemas eletropneumáticos e as grandezas
elétricas
Os sistemas eletropneumáticos são aqueles que relacionam os
sistemas pneumáticos com os circuitos elétricos.
De maneira simplificada, nos sistemas eletropneumáticos, as válvulas
direcionais —responsáveis pelo direcionamento do ar que comanda os
atuadores — são comandadas por válvulas solenoides sendo, por esse
motivo, do tipo comando indireto com acionamento elétrico ou híbrido.

Válvula eletropneumática.
As válvulas solenoides são dispositivos eletromecânicos. Elas precisam
ser energizados para serem capazes de comandar as válvulas
pneumáticas direcionais.
Como em qualquer equipamento eletroeletrônico, as válvulas solenoides
precisam ser energizadas para realizar sua função. Por serem
dispositivos eletromecânicos, as válvulas recebem alimentação de uma
fonte de energia elétrica e atuam mecanicamente em um dispositivo,
permitindo que este execute determinado trabalho.
Observe a ilustração de uma válvula eletropneumática e seu mecanismo
de atuação em uma válvula bidirecional.
Ilustração de uma válvula eletropneumática.
Quando uma fonte de alimentação é conectada à válvula, ela aciona
mecanicamente o êmbolo da válvula e modifica a direção do fluxo de ar.
Na imagem a seguir, é possível observar uma válvula de acionamento
elétrico híbrida. Nela, a energização da solenoide permite a passagem
de um pequeno fluxo de ar que realiza o acionamento da válvula
solenoide e a modificação na direção do fluxo de ar.
Ilustração de uma válvula eletropneumática híbrida
Embora apresentem mecanismos de funcionamento diferentes, as duas
válvulas possuem especificações semelhantes. Ambas têm
características elétricas e mecânicas (pneumáticas) específicas para
seu correto funcionamento.
Tensão elétrica
Quando se discute a energização de dispositivos eletroeletrônicos, um
dos principais parâmetros é a tensão elétrica.
A tensão elétrica consiste na diferença de potencial (ddp) entre dois
pontos, sendo basicamente a força que promove a movimentação das
cargas (corrente elétrica) em um circuito.
As tensões elétricas podem ter natureza contínua ou
alternada.
As tensões alternadas (Vac) são aquelas que mudam de polaridade ao
longo do tempo e se repetem periodicamente. Veja!
Tensão alternada.
A rede elétrica residencial (tomadas elétricas nas casas) apresenta
tensões elétricas alternadas onde os equipamentos são ligadas para
funcionarem.
Os sinais alternados, para uma representação e identificação adequada,
precisam apresentar:
Seus valores máximos
O valor máximo positivo e valor máximo negativo, que podem ser
diferentes, caso o sinal não seja simétrico.
A frequência do sinal
No caso do sistema elétrico brasileiro, a frequência da rede elétrica é
60Hz
A função que de�ne seu comportamento
Para nossa rede elétrica o sinal tem um comportamento do tipo
senoidal.
Já as tensões de natureza contínua (Vdc) são aquelas que não variam
com o tempo, permanecendo constantes durante a vida útil do
dispositivo que as fornece. Geralmente, são fornecidas através de pilhas
ou baterias. Para a sua adequada representação, são necessárias a sua
intensidade e polaridade.
Em ambos os casos, os parâmetros dos sinais precisam ser observados
quando da energização das válvulas por um circuito elétrico.
Atenção!
A unidade da tensão elétrica é o volt (V).
Polaridade
As solenoides alimentadas por fontes contínuas possuem polaridade,
ou seja, apresentam 1 terminal positivo e 1 terminal negativo (além do
aterramento) e que precisam ser corretamente conectados à fonte. A
inversão dessa polaridade poderá ocasionar dano físico ao
equipamento.
Nas aplicações industriais, as tensões mais comuns para as válvulas
solenoides são:
Tensão contínua
12V e 24V.
Tensão alternada
110V e 220V.
Corrente elétrica

A corrente elétrica consiste no transporte efetivo das cargas em um
meio condutor. Ela corresponde ao fluxo dos elétrons quando
submetidos a uma diferença de potencial por meio de uma fonte.
De maneira similar à tensão, a corrente elétrica também pode ser
contínua ou alternada, apresentando as mesmas características.
Em relação à corrente, deve-se respeitar os limites de cada componente
de acordo com as especificações do fabricante.
Atenção!
A unidade da corrente elétrica é o ampère (A).
Potência elétrica
A potência elétrica está relacionada à quantidade de energia elétrica que
foi efetivamente consumida ou fornecida a determinado equipamento.
Dessa maneira, quando uma eletroválvula é acionada, ou seja, recebe
uma tensão elétrica em seus terminais e é atravessada por uma
corrente elétrica, ela consome uma potência para executar o seu
trabalho.
Atenção!
A unidade da potência elétrica é o watt (W).
A potência elétrica é relacionada à tensão e à corrente através da
equação:
Dimensionamento dos circuitos
elétricos
Circuitos elétricos
P = V ⋅ I
No processo de energização das válvulas solenoides em circuitos
eletropneumáticos, por vezes, os valores de tensão são inadequados
para os solenoides especificados.
Fonte chaveada
Quando a válvula necessita de uma tensão contínua em sua
alimentação e a fonte de energia disponível é do tipo alternada, a
solução mais comum consiste no uso de uma fonte chaveada.
As fontes chaveadas consistem em dispositivos capazes
de converter a tensão e a corrente alternadas em
contínuas.
Desse modo, elas conseguem fornecer tensões elétricas com boa
capacidade de corrente. Observe agora a imagem de 2 fontes
chaveadas de dimensões diferentes.
Exemplos de fontes chaveadas.
O tamanho de uma fonte varia de acordo com as suas especificações:
número de saídas (circuitos que ela é capaz de alimentar), nível máximo
de corrente, entre outros.
Resistências limitadoras
Em outros casos, a tensão contínua está disponível para energização da
válvula. Contudo, ela apresenta uma intensidade acima da especificada
pela eletroválvula.
Nesses casos, pode-se utilizar uma resistência
limitadora, cujo objetivo é limitar os níveisde tensão e
de corrente que chegarão na eletroválvula.
A relação entre a resistência elétrica e as tensões e correntes de um
circuito são definidas pela Primeira Lei de Ohm:
Associações de resistores
As resistências elétricas podem ser associadas entre si para proverem
ao circuito determinada característica.
Por exemplo, ao realizar a ligação em série entre 2 ou mais resistências,
obtém-se um valor equivalente igual ao somatório das resistências
ligadas, ou seja, a resistência o resultado é de todas as resistências
individuais. Veja na imagem a seguir um exemplo de associação em
série.
Associação em série de resistores.
O resultado da associação em série entre resistores leva à uma
resistência equivalente de acordo com a equação:
Por outro lado, os resistores podem ser conectados de maneira a
compartilharem entre si seus 2 terminais. Dessa forma, diz-se que estes
estão ligados em paralelo, como pode ser visto na imagem a seguir.
V = R ⋅ I
Requivalente  = R1 + R2 + R3
Associação em paralelo de resistores.
Nessa configuração, o inverso da resistência equivalente será definido
como o somatório do inverso das resistências. Observe a equação.
A associação entre resistores apresenta um papel fundamental quando
há resistência necessária para que determinada válvula
eletropneumática seja energizada de maneira adequada. Essa
adequação pode ser indispensável nos casos em que a fonte de
alimentação disponível apresente uma tensão de saída superior à
tensão necessária pela eletroválvula em seu funcionamento.
Dimensionamento de sistemas
pneumáticos
Sistemas pneumáticos
O dimensionamento dos sistemas pneumáticos envolve a seleção dos
elementos que compõe o circuito. Essa seleção é feita levando em
1
Requivalente 
=
1
R1
+
1
R2
+
1
R3
consideração suas especificações quanto ao diâmetro da tubulação ou
das mangueiras e conectores utilizados (¹⁄�", ¹⁄�", 2", 3", entre outras), ao
tipo de roscas das conexões (NPT, BSP, Flange etc.), ao material
utilizado na construção (corpo) dos dispositivos (alumínio, latão, Inox,
PVC, Teflon etc.) e quanto à pressão de operação do sistema (10bar,
14Psi, entre outras).
Escolha dos compressores
Entre os equipamentos escolhidos para o processo e que precisam ser
cuidadosamente especificados para que o processo pneumático
funcione de maneira adequada está o compressor. A seleção do tipo de
compressor e a sua capacidade são fundamentais para que seja
possível garantir um suprimento e vazão de ar suficientes para que o
sistema funcione de maneira ininterrupta durante todo o ciclo de
trabalho. Veja!
Imagem de um compressor de ar.
Alguns compressores apresentam embutidas as etapas de
condicionamento do ar (filtragem, secagem etc.). Entre as
características essenciais para a seleção de um compressor adequado
a um processo industrial podem ser citadas:
Volume de ar
Define a quantidade de ar fornecida pelo compressor.
Pressão de regime
Indica a pressão fornecida pelo compressor nos pontos de consumo.
Pressão de trabalho
É a pressão efetiva para a qual os elementos do sistema pneumático
são dimensionados.
Seleção dos atuadores
Outra etapa fundamental para o correto dimensionamento dos sistemas
pneumáticos consiste na escolha do atuador adequado para o processo
industrial, tendo em vista que este será a parte do circuito responsável
pela interação com o processo produtivo no qual o sistema será
implementado.
Os tipos de atuadores variam dos lineares aos rotativos.
Entre os atuadores lineares, podem ser utilizados os atuadores do tipo:
Imagem de um atuador pneumático linear.
Cilindro de ação simples
Uma das posições (avanço ou recuo) é definida pela pressão
de operação do sistema e a posição oposta é definida por uma
mola.
Cilindro de ação dupla
As duas posições são definidas pelas pressões de operação do
sistema.
Outros tipos de cilindros
Temos: haste passante, duplex contínuo, duplex geminado,
impacto, tração por cabos e êmbolo magnético sem haste.
Entre os atuadores rotativos podem ser utilizados os do tipo:
Imagem de um atuador pneumático rotativo.
Cilindro giratório
Possui duas entradas de ar comprimido que possibilitam o
movimento giratório do atuador.
Cilindro rotativo do tipo aleta
É realizada a rotação pela pressão do ar injetado no cilindro
rotativo.
Cilindro rotativo do tipo cremalheira
É produzido o movimento de rotação através de uma
cremalheira.
Especi�cação das válvulas direcionais
A especificação das válvulas direcionais é realizada através da escolha
do número de vias, do número de posições e dos comandos utilizados
para a operação da válvula direcional.
É necessária uma análise criteriosa do processo
industrial e dos equipamentos de atuação que serão
comandados pelas válvulas direcionais.
Como exemplo, pode-se considerar um processo no qual seja
necessário operar um cilindro de ação simples. Nesse caso específico, é
preciso considerar que uma das posições deverá ser responsável pelo
avanço ou recuo do cilindro promovido pela injeção de ar de
instrumentação, enquanto a outra posição deverá permitir o seu recuo
ou avanço, comandado por uma mola, através do alívio do ar
comprimido no seu interior.
Sendo assim, esse tipo de válvula deverá conter 2 posições (avanço ou
recuo) e 3 vias (1 para a entrada do ar, 1 de trabalho e 1 de descarte).
Observe!
Representação diagramática de uma válvula bidirecional 3/2.
O acionamento das válvulas eletropneumáticas é elétrico ou híbrido,
podendo ser combinado com um acionamento do tipo mecânico
(retorno por mola, por exemplo).
Outro ponto necessário para ser definido em relação às válvulas
direcionais é o tipo de escape (dreno): conectado, não conectado, com
silenciador, entre outros.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Uma válvula direcional apresenta, de acordo com o manual do
fabricante, as seguintes especificações: 24Vdc e 6W. Considerando-
se que uma fonte chaveada será especificada exclusivamente para
a alimentação dessa válvula, é possível afirmar que a corrente que
essa fonte deverá fornecer é igual a
Parabéns! A alternativa D está correta.
A equação que relaciona as grandezas elétricas potência, corrente e
tensão é definida por:
A 4mA.
B 144mA.
C 500mA.
D 250mA.
E 125mA.
Questão 2
No dimensionamento dos sistemas pneumáticos, a escolha dos
compressores demanda uma atenção particular tendo em vista que
os compressores são responsáveis
Parabéns! A alternativa A está correta.
Os compressores são partes fundamentais dos sistemas
pneumáticos, sendo responsáveis pelo volume de ar fornecido pela
pressão de regime e pela pressão de trabalho.
P = V ⋅ I
I =
P
V
I =
6
24
= 0, 25 = 250 mA
A
pelo suprimento de ar comprimido para o sistema
pneumático.
B pela atuação direta no processo produtivo.
C pela mudança de posição dos atuadores.
D
pelo descarte do ar comprimido aliviado dos
cilindros.
E pelo acionamento das válvulas direcionais.
2 - Circuito eletropneumático básico
Ao �nal deste módulo, você será capaz de esquematizar um circuito eletropneumático básico.
Vamos começar
O comissionamento em processos
industriais

Método intuitivo de construção de
circuitos eletropneumáticos
Exempli�cando o método intuitivo
O método intuitivo segue a lógica do raciocínio humano na busca por
uma resposta para uma situação-problema que seja apresentada. Sendo
assim, é possível obter diferentes soluções para um mesmo problema
em questão, o que é característico desse método.
Suponha um sistema no qual o acionamento de 1 botão seja
responsável pela atuação de um cilindro de ação simples. Dessa
maneira, a haste do cilindro deverá avançar com o acionamento do
botão e, ao soltá-lo, o cilindro deverá retornar à sua posição inicial. É
importante destacar que o botão precisará permanecer acionado para
que a haste continue na situação de avanço.
Desenvolvimento do sistema
pneumático
Determinação do cilindro no sistema
pneumático
As característicasdo sistema pneumático precisam ser observadas
cuidadosamente, para que os níveis de pressão de trabalho e pressão de
regime, vazão, torque, força, entre outros, sejam sempre respeitados no
projeto.
Para implementar esse sistema, o circuito pneumático poderá
apresentar um cilindro de ação simples com retorno por mola. Dessa
forma, o próprio cilindro contribuirá para o retorno à posição inicial,
como pode ser visto na imagem.
Cilindro de ação simples.
Especi�cação da válvula eletropneumática
Para acionamento desse cilindro, que apresenta apenas 1 via para
entrada de ar, é necessária uma válvula capaz de direcionar o
suprimento de ar para esse cilindro. Essa válvula deverá apresentar 2
funcionalidades (2 operações distintas). Vamos conferir!
Permitir que o ar no interior do cilindro seja descartado através de um
dreno.
Fornecer ao cilindro o ar oriundo do sistema de suprimento (tanque ou
compressor).
Dessa forma, uma válvula com 2 posições e 3 vias seria uma boa
recomendação, tendo em vista o atendimento às necessidades
expostas, já que apresenta as posições de trabalho demandadas e o
quantitativo de vias necessário para o funcionamento do projeto (1 via
de suprimento, 1 via de trabalho e 1 via de dreno). Confira!
Válvula direcional de 3/2 vias normalmente fechada.
Cabe destacar que, como na condição de repouso foi definido que o
cilindro deverá regressar à posição inicial, essa válvula deve apresentar
uma configuração normalmente fechada, ou seja, a posição de descarte
do ar de dentro do cilindro para o dreno deverá ser acionada pela mola.
O descarte por sua vez, poderá ser realizado na atmosfera ou canalizado
para um ponto de despejo adequado.
Por se tratar de um sistema eletropneumático, é importante que o
acionamento da válvula seja realizado por intermédio de uma válvula
solenoide, ou seja, o sistema pneumático deverá ser acionado
eletricamente.
Válvula eletropneumática direcional de 3/2 vias normalmente fechada.
Lembrando que, pela simbologia, essa válvula apresenta também um
acionamento muscular genérico. Essa é uma medida importante
partindo-se do princípio que pode haver a necessidade de recuo do
cilindro mesmo na ausência de um comando elétrico (perda de
energização etc.) ou na perda do ar de instrumentação, em uma
situação na qual a válvula esteja avançada. Esse botão visa permitir a
mudança de posição da válvula (alívio do ar do cilindro para o descarte)
mesmo nessas situações.
Saiba mais
A esses comandos alternativos, que visam permitir que determinada
ação seja tomada mesmo em uma situação adversa, denomina-se
redundância.
Desenvolvimento do sistema elétrico
Sistema elétrico
Para energização do sistema é fundamental que se observe as
especificações dos componentes utilizados. Suas tensões, potências e
correntes de operação precisam ser consideradas para que o sistema
opere de forma eficiente e segura.
Fonte de alimentação
A fonte de alimentação utilizada no projeto deverá ser capaz de
alimentar todos os componentes disponíveis. As tensões de operação
devem ser condizentes com os dispositivos conectados e a corrente da
fonte deverá apresentar uma margem grande o suficiente para que os
dispositivos de proteção não sejam desarmados ou não acusem
sobrecarga.
Acionamento
O sistema elétrico, por sua vez, necessita de uma entrada de comando
capaz de permitir a energização da solenoide que acionará a válvula
eletropneumática.
Como, de acordo com o projeto, o sistema somente permanecerá
energizado enquanto o comando estiver acionado, escolhe-se um botão
que não apresente a possibilidade de retenção, ou seja, um botão que
ligue quando pressionado e, quando não pressionado, desligue. Veja a
seguir um exemplo de botão com retorno por mola (push button).
Imagem de dois botões com retorno por mola.
Conexão da válvula eletropneumática
Considerando que a válvula seja do tipo corrente contínua, isto é,
necessite de alimentação de uma fonte contínua de tensão e de
corrente, o terminal positivo da válvula eletropneumática deve ser
conectado na saída do botão. De maneira similar, o terminal negativo
deve ser ligado ao polo negativo da fonte de alimentação.
É importante destacar que os botões não possuem
polaridade.
Indicador luminoso
É uma boa prática a instalação de um indicador luminoso em paralelo
com os sistemas a serem energizados. Assim, ao ligar-se aos
dispositivos, por intermédio do botão de energização, haverá uma
indicação luminosa de que o dispositivo se encontra energizado.
Confira!
Indicador luminoso
Também chamado de lâmpada piloto.
Imagem de indicadores luminosos ou lâmpadas piloto.
Integração eletropneumática
Comissionamento pneumático
O comissionamento do sistema eletropneumático é fundamental para
assegurar que os sistemas estão de acordo com as características
construtivas especificadas no projeto. Essa etapa envolve os ensaios
necessários para teste e operação das partes que compõe o sistema.
O comissionamento pneumático consiste na conexão do ar de
instrumentação para a válvula direcional. Na imagem a seguir, a linha
azul escura representa a chegada do ar de instrumentação vindo de uma
fonte externa (tomada de trabalho) para alimentação da válvula
direcional.
Válvula direcional
Abertura da tomada de ar vinda do reservatório ou compressor.
Comissionamento do sistema pneumático - liberação do ar.
A conexão azul clara representa a ligação existente entre a válvula
direcional e o cilindro de ação simples. Contudo, nesse momento, não
existe ar nessa ligação.
Como o primeiro ensaio se restringe ao funcionamento adequado do
sistema pneumático, a válvula direcional é acionada por intermédio do
botão muscular, permitindo a verificação da adequação da conexão
entre a válvula e o cilindro. Observe a imagem!
Comissionamento do sistema pneumático - acionamento muscular da válvula.
Por fim, libera-se o comando manual para que se possa verificar se a
válvula e o cilindro retornarão à condição inicial.
Comissionamento elétrico
O comissionamento elétrico envolve o teste de energização da válvula e
do indicador luminoso. Nesse ensaio, fecha-se a entrada de ar, pois o
teste busca a visualização da correta instalação elétrica do sistema e
não seu funcionamento completo.
Com o ar bloqueado, liga-se a fonte de alimentação e pressiona-se o
botão, para permitir a verificação da energização da válvula e do
indicador luminoso, como pode ser visto na imagem a seguir.
Comissionamento do sistema elétrico - acionamento do comando: (A) sistema desligado e (B)
sistema ligado.
É possível notar na parte (B) da imagem que o indicador luminoso se
acende e há indicações de que a válvula solenoide foi energizada. Nota-
se também que o indicador se apaga e a válvula fecha quando o botão é
desligado.
Integração entre os sistemas elétrico e pneumático
Por fim, faz-se a integração entre os sistemas. O ar de instrumentação é
liberado para a válvula antes que o botão seja pressionado. Veja!
Comissionamento dos sistemas integrados - etapa inicial.
Por fim, é feito o acionamento do botão e verifica-se o funcionamento do
sistema completo, como pode ser visto na imagem a seguir.
Comissionamento dos sistemas integrados - etapa final.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Observe o circuito eletropneumático da figura abaixo. Sobre o seu
funcionamento, é possível concluir que ao pressionar o botão do
circuito elétrico
Parabéns! A alternativa A está correta.
Ao acionar o botão do circuito elétrico, é possível observar que a
válvula solenoide K1 será acionada. O acionamento da válvula
permitirá que o ar da alimentação seja injetado na via dianteira do
cilindro, promovendo seu recuo, tendo em vista se tratar de um
cilindro normalmente avançado.
Questão 2
Ainda no circuito da questão anterior, nota-se uma limitação no
sistema eletropneumático que impedirá seu funcionamento de
maneira adequada. Ao fazer a interpretação diagramáticado
circuito, como podemos concluir essa limitação?
A o cilindro recuará ao receber ar através da válvula
direcional.
B
o cilindro avançará ao receber o ar através da
válvula direcional.
C
o cilindro recuará ao aliviar ar através da válvula
direcional.
D
o cilindro avançará ao aliviar o ar através da válvula
direcional.
E
o cilindro permanecerá imóvel, pois não há ligação
entre o circuito elétrico e o circuito pneumático.
A
O cilindro não conseguirá avançar, pois em
nenhuma posição receberá ar da alimentação.
Parabéns! A alternativa B está correta.
Analisando o diagrama, é possível observar que o cilindro
(normalmente avançado) recuará com a alimentação de ar
fornecida pelo acionamento do botão. Entretanto, mesmo após o
botão ser solto, o cilindro não conseguirá retornar à posição inicial,
pois não há via de dreno para alívio do ar e, consequentemente,
alívio da pressão no interior do cilindro.
B
Após seu recuo, o cilindro não conseguirá avançar
novamente, pois não há via de dreno para alívio do
ar de dentro do cilindro.
C
Após o avanço o cilindro não conseguirá recuar
novamente, pois não há via para injeção do ar.
D
Após o recuo, o cilindro avançará novamente,
mesmo com o botão pressionado, pois a mola
empurrará o pistão.
E
Independente do acionamento do botão, o cilindro
permanecerá avançando e recuando de maneira
descontrolada, pois a mola não permitirá que o ar
seja interrompido.
3 - Estudo de caso de um circuito eletropneumático
Ao �nal deste módulo, você será capaz de descrever um estudo de caso de um circuito
eletropneumático básico.
Vamos começar!
A importância dos sistemas
eletropneumáticos na indústria

Sistemas pneumáticos
Apresentação de um estudo de caso
Os sistemas pneumáticos industriais são bastante versáteis, podendo
ser aplicados no transporte de mercadorias, como furadeiras,
britadeiras, entre outras atividades.
Os ramos industriais que utilizam a pneumática em seu processo
produtivo estão nos mais diversos níveis, tais como:
alimentos;
bebidas;
automotiva;
petróleo e gás;
médico-hospitalar;
entre outros.
As atividades nas quais a pneumática é aplicada também são diversas,
dependendo do tipo de máquinas e de processos produtivo:
embalagem de produtos;
produção de papel;
produção de plástico;
processamento;
abrir e fechar válvulas;
transporte e movimentação de materiais.
Entre as vantagens dos sistemas pneumáticos podem ser destacadas:
É considerado desta forma não apenas pelo suprimento de ar
(infinito), mas também pela facilidade de armazenamento.
É considerado desta forma pois os sistemas pneumáticos são
consideravelmente duráveis.
É considerado desta forma pois o ar comprimido é menos
afetado por alta temperatura, poeira, ambiente corrosivo etc.
É considerado desta forma pois os sistemas pneumáticos são
mais seguros do que os elétricos para trabalhar em ambiente
inflamáveis, por exemplo, sem risco de incêndio ou explosão.
Além disso, a sobrecarga no sistema pneumático só leva ao
deslizamento ou à interrupção da operação e, dificilmente, ao
dano no equipamento e/ou instalação.
É considerado desta forma pois a pressão, a velocidade e o
volume do ar comprimido podem ser facilmente ajustados por
um regulador de pressão.
Alta eficácia 
Alta durabilidade e confiabilidade 
Alta adaptabilidade a ambientes hostis 
Maior segurança 
Fácil seleção de velocidade e pressão 
É considerado desta forma pois a operação de sistemas
pneumáticos não produz poluentes.
É considerado desta forma pois os componentes dos sistemas
pneumáticos apresentam um custo menor quando comparados
aos sistemas elétricos. Além disso, por apresentarem uma
durabilidade elevada, o custo de manutenção pode ser
significativamente inferior ao de outros sistemas.
Sistemas eletropneumático de sucção e transporte
O transporte de mercadorias no meio industrial é extensamente
utilizado, tendo em vista que as indústrias apresentam em seus
processos produtivos diferentes etapas que auxiliam e complementam
as etapas da produção.
Os transportes tem como finalidade o deslocamento
de peças, materiais, ferramentas e até mesmo do
produto finalizado, sem que haja a necessidade de um
operador dedicado para tal função. Dessa maneira, o
processo pode ser mais seguro e rápido e, em alguns
casos, mais eficiente.
Em sistema industrial, o transporte pode ser feito de diversas maneiras:
correias, pallets, esteiras e sistemas pneumáticos. Cada meio apresenta
suas vantagens e desvantagens, podendo ser aplicado mais de um
sistema de transporte em um mesmo processo industrial.
Saiba mais
Uma maneira segura, simples e eficiente de realizar o transporte de
peças frágeis e de grande tamanho consiste no transporte pneumático
Sustentabilidade 
Econômico 
realizado por sucção.
Nesse tipo de transporte, um ou mais cilindros pneumáticos são
equipados com ventosas (geralmente capazes de produzirem vácuo
para melhor fixação). Os cilindros se prendem à peça a ser transportada
e o deslocamento pode ser feito de maneira automática ou manual.
Observe na imagem!
Exemplo de sistema de transporte pneumático.
Um sistema desse tipo pode ser bastante versátil e apresentar
aplicações diversas.
Suponha um manipulador do tipo manual, isto é, onde embora a fixação
da peça ou ferramenta a ser movida seja feita através de um sistema
pneumático, a movimentação seja realizada de maneira manual, similar
à imagem a seguir.
Exemplo de manipulador manual.
Em muitos processo, um gancho não seria adequado para manipulação
da mercadoria, seja pela fragilidade ou pelo tamanho e até mesmo pela
falta de uma estrutura para fixação do gancho na mercadoria.
Portanto, pode-se propor a modificação do manipulador de maneira que
o gancho seja substituído por um sistema pneumático com ventosas
em sua extremidade. Veja!
Sistema de manipulação com ventosas.
Assim, propõe-se o seguinte caso: Um manipulador manual com
múltiplos cilindros equipados com ventosas para movimentação de
cargas em um processo industrial.
Desenvolvimento do sistema
pneumático
Sistema pneumático
Nesse sistema, embora o posicionamento do atuador seja realizado de
forma manual, o contato das ventosas com a mercadoria é realizado
através do avanço dos cilindros (acionados por intermédio de um
comando elétrico). Uma vez em contato com a superfície da mercadoria
que se deseje transportar, a adesão das ventosas é feita por vácuo
(suponha que a produção de vácuo seja realizada por um comando
independente).
Determinação do cilindro
Nesse tipo de aplicação, cilindros de ação simples (com retorno por
mola) ou cilindros de ação dupla podem ser utilizados.
Para simplificação do projeto, suponha a utilização de cilindros de ação
simples normalmente recuados. Assim, o manipulador será posicionado
próximo da mercadoria de maneira manual. O acionamento de 1 botão
(B1) fará a aproximação dos cilindros da superfície da mercadoria e um
segundo botão (B2) será responsável pela produção do vácuo nas
ventosas. Confira!
Sistema de cilindros com ventosas do manipulador.
Uma vez fixado o manipulador na superfície da mercadoria, o
manipulador será movimentado de forma manual, de tal maneira que o
transporte da mercadoria seja feito com um esforço reduzido por parte
do operador.
Especi�cação da válvula eletropneumática
A atuação dos cilindros pode ser realizado por uma válvula direcional
com 3 vias e 2 posições. Cada via terá uma aplicação específica:

Alimentação da válvula

Via de trabalho para fornecimento do ar da
alimentação para o cilindro

Via de dreno ou escape
Dessa forma, uma das posições será responsável por permitir o recuo
do cilindro, através do alívio do ar contido no interior do cilindro. De
maneira complementar, a outra posição será responsável por permitir
que o ar de instrumentação seja injetado no interior do cilindro,
comandando seu avanço.
É importante destacar que, na prática, a utilização de 2
válvulas direcionais seria recomendada.Assim, seria
possível garantir a independência entre o avanço do
cilindro e a produção do vácuo necessário para
aderência do cilindro à superfície da mercadoria.
O exemplo de uma possível estrutura para o sistema pneumático a ser
utilizado no manipulador pode ser vista na imagem seguinte.
Diagrama da estrutura pneumática do sistema de movimentação de cargas.
Os cilindros e as ventosas são conectados à saída de ar das válvulas
eletropneumáticas por derivações. Veja a seguir na ilustração.
Derivações
Conexões que permitem a distribuição do ar entre diversas partes
pneumáticas do sistema.
União em T para sistemas pneumáticos.
Desenvolvimento do sistema elétrico
Sistema elétrico
Como pode ser observado no diagrama do sistema pneumático, as
válvulas direcionais são comandadas por solenoides (K1 e K2), ou seja,
comandos elétricos são responsáveis pela mudança de posição das
válvulas.
Determinação do tipo de circuito para acionamento
Suponha, em um primeiro momento, a utilização de um circuito elétrico
simples para atuação nos cilindros e nas ventosas, como pode ser visto
abaixo.
Circuito elétrico para acionamento dos cilindros e ventosas do sistema pneumático.
Esse sistema seria capaz de realizar a movimentação dos cilindros
(através do botão B1) e da produção de vácuo nas ventosas (pelo botão
B2).
Entretanto, cabe observar que o acionamento simples, da maneira como
foi elaborado, apresentará uma série de restrições ao operador. Como
os botões utilizados não possuem retenção (são botões com retorno
por mola), para que os cilindros permaneçam avançados e as ventosas
continuem com vácuo, será necessário que o operador continue
pressionando os botões.
Comentário
Essa manobra demandaria um esforço demasiado por parte do
operador e, simultaneamente, dificultaria a manipulação do sistema,
tendo em vista a necessidade de o operador permanecer pressionando
os botões durante toda a operação.
Circuito de retenção ou selagem
Uma alternativa para manutenção do sistema em seu estado ligado, ou
seja, de forma energizada, mesmo quando o operador não mantém o
botão pressionado, é a utilização de um circuito por retenção ou
selagem.
Os circuitos por retenção são bastante utilizados quando botões com
retorno por mola (ou seja, botões sem trava) são utilizados para
acionamento de cargas. Esse artifício dos circuitos elétricos permite
uma situação de retenção para o comando produzido e garante que a
carga permaneça energizada até que a retenção seja interrompida. Veja
um exemplo de circuito com retenção.
Circuito de retenção ou selagem.
Nesse circuito, é possível observar que o acionamento do botão Liga é
responsável pela energização de um relé (K3) e um indicador luminoso
(representando uma carga genérica). Esse relé é responsável pelo
acionamento de um contato auxiliar (também denominado K3) que
produz um bypass no botão Liga, fazendo com que o botão permaneça
energizado mesmo que não esteja sendo pressionado pelo operador.
A essa retenção promovida pelo contato auxiliar denomina-se selagem.
Veja na imagem!
Funcionamento de um circuito de retenção: (a) com botão pressionado e (b) sem o botão
pressionado.
Um botão secundário (denominado Desliga) é utilizado para interromper
a energização do relé e, como consequência, promover a interrupção da
selagem (Veja na imagem a seguir). Vale destacar que esse botão é do
tipo normalmente fechado, ou seja, para que o botão abra é necessário
pressioná-lo.
Interrupção do circuito de retenção: (a) com o botão desliga pressionado e (b) sem o botão
desliga pressionado.
Dessa maneira, é possível observar que o circuito, após o acionamento
do botão Desliga, retorna ao seu status original e o processo está apto a
recomeçar.
Integração eletropneumática
Os sistemas elétricos e pneumáticos
Por fim, realizam-se o comissionamento e a integração entre os
sistemas pneumático e elétrico.
Comissionamento pneumático
O comissionamento do sistema pneumático é realizado através do
acionamento manual dos cilindros e verificação da pressurização
negativa (produção de vácuo) na estrutura pneumática. Vale relembrar
que, nessa etapa, a parte elétrica permanece isolada de forma que
apenas o sistema pneumático seja testado.
Na imagem seguinte, é possível perceber o acionamento forçado das
válvulas direcionais e o comportamento dos cilindros no momento da
mudança de posição das válvulas.
Comissionamento do sistema pneumático (a) com o acionamento das válvulas e (b) sem o
acionamento das válvulas.
Logo, com o acionamento das válvulas direcionais os cilindros de ação
simples avançam e as ventosas produzem o vácuo necessário para
melhor aderência à superfície da mercadoria. Nota-se ainda que, com a
interrupção do acionamento das válvulas, a pressão negativa (vácuo)
cessa e os pistões retornam à posição inicial.
Comissionamento elétrico
O comissionamento da parte elétrica é realizado através da energização
do circuito sem, no entanto, a liberação do ar de instrumentação ou
conexão com o sistema pneumático. O circuito elétrico adequado e com
contato de selo pode ser visto na imagem a seguir.
É possível observar que o circuito elétrico utilizado para acionamento da
estrutura pneumática foi desenvolvido de maneira a garantir um
acionamento individual para cada parte pneumática.
Circuito elétrico completo.
Uma linha de energização do circuito permite o acionamento da válvula
direcional de forma que garanta o avanço dos cilindros de ação simples
sem, contudo, a produção de vácuo nas ventosas.
Já na outra linha do circuito, é possível notar a produção do vácuo de
modo independente do acionamento das válvulas direcionais.
Essa estrutura garante que cada parte do sistema
funcionará de maneira independente, não
influenciando no acionamento da outra parte.
Confira o acionamento individualizado de cada trecho do circuito.
Comissionamento do circuito elétrico: (a) acionamento das válvulas direcionais e (b) pressurização
das ventosas.
Dessa forma, percebe-se que os módulos são energizados de forma
independente e que os contatos por retenção estão funcionando de
maneira adequada.
Integração entre os sistemas elétrico e pneumático
Como passo final, realiza-se a integração entre os sistemas pneumático
e elétrico. Observa-se que o acionamento dos cilindros de ação simples
é possível a partir de 1 parte do sistema elétrico. Veja na imagem!
Acionamento dos cilindros de ação simples do manipulador.
Por fim, faz-se o acionamento das ventosas, produzindo a pressão
negativa, como pode ser visto a seguir. Desse modo, é possível notar
que o sistema funciona de maneira integrada e completamente
funcional.
Acionamento do sistema completo.
Como ensaio final, verifica-se na imagem a seguir que o comando para
desligar cada uma das linhas permite que o sistema seja desenergizado
e a estrutura retorna ao seu estado inicial.
Desenergização do sistema.
Falta pouco para atingir seus objetivos.
Vamos praticar alguns conceitos?
Questão 1
Suponha um projeto para uma prensa eletropneumática, como o
que pode ser visto na imagem abaixo. Para garantir que esse
sistema funcione de forma adequada, foi selecionado um cilindro
de ação dupla e uma válvula com 5 vias e 2 posições. Observando o
circuito, é possível afirmar que
Parabéns! A alternativa D está correta.
A
ao acionar somente o botão B1, o cilindro de ação
dupla avançará e recuará em seguida.
B
ao acionar somente o botão B2, o cilindro de ação
dupla avançará e permanecerá avançado.
C
ao acionar somente o botão B2, o cilindro de ação
dupla avançará e recuará em seguida.
D
ao acionar somente o botão B1, o cilindro de ação
dupla avançará e permanecerá avançado.
E
ao acionar somente o botão K2, o cilindro de ação
dupla avançará e recuará em seguida.
O botão B1 é responsável pelo acionamento da válvula direcional e
sua mudança de posição. Assim, ao acionar apenas o botão B1, o
cilindro permanecerá avançado, sendo necessário o acionamentodo botão B2 para que o cilindro recue.
Questão 2
Ainda no circuito da questão anterior, caso a mecânica dos botões
seja invertida (o botão B1 seja normalmente fechado e o botão B2
seja normalmente aberto), é possível afirmar que
Parabéns! A alternativa A está correta.
O circuito não funcionará de maneira adequada. É possível perceber
que o botão B1 não possui um contato de selo. Sendo assim, ao ser
A
o circuito não funcionará de maneira adequada, pois
o botão B1 não será capaz de permanecer ligado
pela falta do selo.
B o circuito funcionará normalmente.
C
o circuito funcionará de maneira parcial, sendo
necessário acionar os botões B1 e B2 para garantir
o acionamento do selo.
D
o acionamento do botão B1 acionará os contatos K1
e K2 que permanecerão ligados até que B2 seja
acionado.
E
o acionamento do botão B2 acionará os contatos K1
e K2 que permanecerão ligados até que B1 seja
acionado.
acionado, ele desligará caso não seja mantido pressionado.
Considerações �nais
Vimos neste conteúdo os conceitos relacionados aos projetos de
circuitos eletropneumáticos.
No primeiro módulo, foram apresentados os conceitos essenciais para o
dimensionamento de um sistema eletropneumático. Vimos os princípios
básicos referentes à eletricidade necessários para o dimensionamento
dos circuitos elétricos, responsáveis pelo acionamento das válvulas
solenoides.
Também compreendemos os conceitos para o dimensionamento do
sistema pneumático, desde a alimentação (fornecimento do ar de
instrumentação) até os atuadores necessários para a atuação sobre o
sistema físico.
No segundo módulo, vimos os conceitos essenciais para a elaboração
de um projeto eletropneumático através de um estudo de caso. O
método intuitivo foi apresentado e discutido no desenvolvimento de um
projeto eletropneumático.
Os conceitos de comissionamento (de sistemas elétricos e
pneumáticos) também foram apresentados, ilustrando a importância do
ensaio dos sistemas de maneira individual para posterior integração do
sistema.
Por fim, foi apresentado um estudo de caso. Todos os pontos
necessários para o dimensionamento (projeto), comissionamento e
integração de um sistema completo foram retratados e discutidos em
detalhes. Do mesmo modo, analisamos o conceito de contato por
retenção e a sua importância para os sistemas sem retenção foi
destacada.
Podcast
Agora, vamos ouvir um pouco mais sobre os assuntos abordados.
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Referências
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT. NBR 8896:
Sistemas e Componentes Hidráulicos e Pneumáticos – Símbolos
Gráficos e Diagramas de Circuitos. São Paulo, 1985.
BOLLMANN, A. Fundamentos de Automação Industrial Pneutrônica. São
Paulo: ABHP, 1997
FESTO. Catálogo de Componentes Pneumáticos e Elétricos. Painel
Simulador de Pneumática e Eletropneumática. Consultado na internet
em: 8 de fev. 2022.
FESTO. Catálogo de Componentes Pneumáticos e Elétricos. Painel
Simulador de Pneumática e Eletropneumática: Bancada de Pneumática.
Consultado na internet em: 8 de fev. 2022.
PARKER. Tecnologia Hidráulica Industrial: Apostila M2001-2 BR.
Consultado na internet em: 8 de fev. 2022.
REXROTH. Simbologia Gráfica conforme a ISO 1219. Bosch Company.
Consultado na internet em: 8 de fev. 2022.
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