Apostila de Mecatrônica   Qualificação Profissional

Apostila de Mecatrônica Qualificação Profissional


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de aplicação e aproveita-
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mento da pneumática, como por exemplo, a indústria de mineração, a construção civil e a indústria
ferroviária (freios a ar comprimido) .
A introdução de forma mais generalizada da pneumática na indústria começou com a neces-
sidade, cada vez maior, da automatização e racionalização dos processos de trabalho. Apesar da
sua rejeição inicial, quase que sempre proveniente da falta de conhecimento e instrução, ela foi
aceita e o número de campos de aplicação tornou-se cada vez maior.
Hoje o ar comprimido se tornou indispensável e nos diferentes ramos industriais instalam-se
equipamentos pneumáticos. Faremos então, uma comparação da pneumática com outras técnicas.
PROPRIEDADES DO AR COMPRIMIDO - VANTAGENS NA UTILIZAÇÃO DA PNEUMÁTICA.
É notável como a pneumática tem-se expandido, impondo-se em tão pouco tempo e com
tanta rapidez. Isso se deve, entre outras coisas, à solução de alguns problemas de automatização,
não se dispondo de outro meio mais simples e barato. Algumas propriedades tornam o ar comprimi-
do importante:
QUANTIDADE: o ar, para ser comprimido, encontra-se em quantidades ilimitadas,
praticamente em todos os lugares.
TRANSPORTE: o ar comprimido é facilmente transportável por tubulações, mesmo
para distâncias consideravelmente grandes. Não há necessidade de preocupação com
o retorno de ar.
ARMAZENAMENTO: no estabelecimento não é necessário que o compressor esteja em
funcionamento contínuo. O ar pode ser sempre armazenado em um reservatório e
posteriormente tirado de lá. Além disso é possível o transporte em reservatórios
(botijões).
TEMPERATURA: o trabalho realizado com ar comprimido é insensível às oscilações da
temperatura. Isso garante, também em situações térmicas extremas, um funciona-
mento seguro.
Técnica de
acionamento
Pneumática Hidráulica Elétrica
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SEGURANÇA: não existe o perigo de explosão ou incêndio. Portanto, não são necessá-
rias custosas proteções contra explosões.
LIMPEZA: o ar comprimido é limpo. O ar, que eventualmente escapa das tubulações
ou outros elementos mal vedados, não poluem o ambiente. Essa limpeza é uma exi-
gência, por exemplo, nas indústrias alimentícias, madeireiras, têxteis e químicas.
CONSTRUÇÃO DOS ELEMENTOS: os elementos de trabalho são de construção simples
e, portanto, de custo vantajoso.
VELOCIDADE: o ar comprimido é um meio de trabalho rápido, permitindo alcançar
altas velocidades de trabalho. (A velocidade de trabalho dos cilindros pneumáticos
oscila entre 1-2 m/segundos). Em turbo-motores pneumáticos, a rotação alcança
250.000 rpm.
REGULAGEM: a velocidade e forças de trabalho dos elementos a ar comprimido são
reguláveis sem escala.
SEGURO CONTRA SOBRECARGA: elementos e ferramentas a ar comprimido são
carregáveis até a parada total e portanto seguros contra sobrecargas.
LIMITAÇÕES DA PNEUMÁTICA
Para limitar corretamente os campos de emprego da pneumática, é necessário também
conhecer as propriedades negativas da mesma.
PREPARAÇÃO: o ar comprimido requer uma boa preparação. Impureza e umidade
devem ser evitadas, pois provocam desgastes nos elementos pneumáticos.
COMPRESSIBILIDADE: não é possível manter uniforme e constante as velocidades
dos pistões mediante ar comprimido.
FORÇAS: o ar comprimido é econômico somente até uma determinada força, limitado
pela pressão normal de trabalho de 700 kPa (7 bar) e também pelo curso e velocida-
de. O limite está fixado entre 2.000 a 3.000 kP.
ESCAPE DE AR: o escape de ar é ruidoso. Com desenvolvimento de silenciadores, esse
problema está atualmente solucionado.
CUSTOS: o ar comprimido é uma fonte de energia muito cara. Porém, o alto custo de
energia está em grande parte, compensado pelos elementos de preço vantajoso e
pela grande rentabilidade do ciclo de trabalho.
RELAÇÃO CUSTO/BENEFÍCIO
Em conseqüência da automatização e racionalização, a energia humana foi substituída por
outras formas energéticas. Trabalhos, antigamente feitos pelo homem, agora estão sendo realiza-
dos mediante o emprego do ar comprimido. Exemplo: deslocamento de volumes pesados,
acionamento de alavancas, contagem de peças, etc.
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O ar comprimido é uma fonte de energia cara, porém, sem dúvida, oferece muitas vanta-
gens. A produção e armazenamento, bem como a distribuição do ar comprimido às máquinas e
dispositivos, requerem custos elevados. Isso cria uma opinião de que o emprego de equipamentos
a ar comprimido é relacionado com custos elevadíssimos. Essa opinião é equivocada, pois para um
cálculo de rentabilidade real não devem ser considerados os custos de energia empregada, mas sim
os custos gerais acumulados. Considerando isto mais realisticamente, verificamos que, na maioria
dos casos, os custos da energia empregada são insignificantes para poder desempenhar um papel
determinante em relação aos salários, custos de investimentos e de manutenção.
Um exemplo nos dará uma idéia de custo do ar comprimido:
Suponhamos uma instalação com dois compressores, acumulador reservatório, torre
de resfriamento, bombas de água refrigerante, ventilador, rede de água refrigerante,
instalação elétrica e rede distribuidora do ar comprimido para um estabelecimento de
aproximadamente 600 trabalhadores.
Considerando-se todas as despesas decorrentes do uso dos equipamentos, como: gasto com
energia elétrica, água de refrigeração, conserto e manutenção, temos uma média entre US$ 0,005
e 0,0015 para a compressão de 1m3 de ar a uma pressão de 6 bar.
Que tipo de trabalho que pode ser feito com 1m3 de ar?
Um exemplo mostra como o emprego do ar comprimido é vantajoso: um cilindro com diâme-
tro de 35mm, levanta volumes de 200 N (20 kP) de peso. Um segundo cilindro de mesmo diâmetro
empurra os volumes para uma esteira transportadora.
Exemplo de aplicação:
Com a pressão de 600 kPa (6 bar), a força é de 520 N (52 kP).
Curso do cilindro 1 = 400 mm
Curso do cilindro 2 = 200 mm
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Para ambos os cilindros, serão necessários 8 litros de ar por curso duplo (avanço e retorno),
com um metro cúbico de ar podem, portanto, ser levantados e empurrados para a esteira transpor-
tadora 125 volumes.
Esse exemplo mostra que, com o emprego do ar comprimido em todos os ramos industriais,
pode ser reduzida a utilização da custosa energia humana. O ar comprimido deve ser utilizado
especialmente na realização de trabalhos monótonos, pesados e repetitivos.
Os custos do ar comprimido podem aumentar consideravelmente se não prestarmos atenção
suficiente quanto à existência de vazamentos de ar na rede de distribuição.
O diagrama a seguir mostra o volume que pode escapar por certa secção de abertura a uma
determinada pressão.
EXEMPLO A:
Por um orifício de 3,5 mm de diâmetro escapa, a uma pressão de 600 kPa (6 bar), uma
quantidade de 0,5 m3)/min, ou seja, (30 m3/hora) de ar.
Diagrama de escape de ar:
EXEMPLO B:
Devido ao desgaste de uma gaxeta, forma-se uma abertura circular de 0,06 mm em toda
circunferência do fuso de uma válvula (20 mm diâmetro). Essa folga corresponde a uma abertura
de escape de 2 mm de diâmetro com a perda de ar aproximadamente 0,2 m2/min. O resultado à
pressão de 600 kPa (6 bar) é de 12 m3/hora. O ar também escapa durante os intervalos de
trabalho, resultando assim numa perda diária de 288 m3. Calculando-se a um preço de produção de
US$ 0,015 por m3 , essa abertura de escape custa por dia US$ 4,50.
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Esses exemplos demonstram que a eliminação dos pontos de escape eleva bastante a renta-
bilidade do ar comprimido.
UNIDADE DE MEDIDA E FUNDAMENTOS FÍSICOS
Para melhor compreender as leis e o comprimento do ar, devemos primeiramente considerar
as grandezas físicas e sua classificação nos sistemas de medidas. Com o fim de estabelecer relações
inequívocas e claramente definidas,