Pneumática (2)

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Pneumática
Julho 2017
Letieri Ávila
Contexto
Pneumática é uma das formas mais antigas de transporte de energia;
Na Grécia antiga surgiu a primeira aplicação na área de compressão do ar: uma catapulta;
Contexto
A expressão PNEUMA significa fôlego, capacidade de trocar ar, etc;
Introdução com força industrial ocorreu em meados dos anos 50 na indústria automotiva, no transporte naval, na indústria química, etc... 
Vantagens
Abundância do ar para compressão;
Transporte por tubulações com perdas desprezíveis;
Fácil armazenamento para qualquer quantidade;
Insensível à temperatura;
Seguro com uso de dispositivos de controle e válvulas de “alívio”;
Filtragem simples (manual ou automática);
Velocidade na atuação de cilindros e resposta à comandos; e
Variáveis envolvidas são ajustáveis; 
Desvantagens
Umidade em excesso prejudica todo o sistema mesmo já preparada para trabalhar com a mesma;
A uniformidade da velocidade de atuação não é garantida com ar comprimido;
Para execução de trabalhos de força a pneumática tem limitações de pressão em torno de 7 bar (700 kPa);
Funcionamento de um sistema pneumático possui níveis altos de ruído;
Fonte de energia com altos custos para manutenção. Na implementação apresenta o menor custo.
Propriedades Físicas do Ar
O ar ocupa o volume sob qualquer forma. No entanto podemos ao “trancá-lo” em uma determinada forma, comprimí-lo reduzindo seu volume usando uma força externa à forma. Exemplo: uma bola de futebol murcha.
Propriedades Físicas do Ar
No entanto se a força for cessada o volume inicial do ar é reestabelecido conferindo ao mesmo a propriedade da elasticidade.
A difusidade permite que o ar misture-se à qualquer meio gasoso homogeneamente.
Propriedades Físicas do Ar
A expansibilidade garante a ocupação de todos os formatos possíveis. No exemplo abaixo, ao abrir a válvula 1 o ar ocupa as formas dos recipientes seguintes (fechados).
Propriedades Físicas do Ar
O ar tem peso assim como toda matéria. Um litro de ar à 0°C e ao nível do mar pesa 0,001293kgf.
Portanto sua densidade (quantidade por área) nessas condições de temperatura e pressão (CNTP) é de 1,293 kg/m³.
O ar quente é menos denso que o frio (ocupa menos espaço).
Unidades Relativas (SI)
Força (N) Newton - 1N=1(kg.m)/s² - Símbolo F
Pressão (Pa) Pascal - 1Pa=1N/m² - Símbolo p
 	 bar - 1 bar~10N/cm²
Trabalho (J) Joule - 1J=1N.m - Símbolo W ou τ(tau)
Potência (W) Watt - 1W=1(N.m)/s - Símbolo P
No Sistema Inglês a unidade de força é lb (libra força) e a unidade de pressão é Psi (pound square inch) ou lb/pol² (libra força/polegada ao quadrado)
Conversão entre unidades
1kgf/cm²=1bar (0,981bar)
1bar = 14,50psi
1bar=100kPa
1atm=14,70psi
1Pa=1N/m²
1psi=6,89kPa
Exercício
Converter as unidades:
150 bar=_______psi
300psi=_______kgf/cm²
15atm=________psi
195lb/pol²_________bar
3,5kgf/cm²_________lb/pol²
35lb/pol²________Pa
29,40psi_________atm
5kPa=__________N/m²
102,9psi=_________kPa
50MPa=__________bar
Força, Pressão e Vazão
Força (F): Ação capaz de modificar o estado de um corpo inclusive causando deformações. Possui intensidade, direção e sentido.
Pressão (p): Variável que exerce força em todos os sentidos das paredes de um recipiente.
Vazão (Q): Quantidade de um fluido que percorre um determinado caminho em um intervalo de tempo. Q=V/t
Força X Pressão
Se a pressão é dada pela força aplicada em uma área... 
Então se um elefante pesa 40kN e a área que suas 4 patas ocupam no solo é de 10000cm² qual a pressão que o mesmo exerce no solo?
E uma bailarina que pesa 500N e ocupa uma área de 2,5cm². Qual a pressão que a mesma exerce no solo? 
Relembrando
Esquema simplificado com componentes
Compressor;
Resfriador;
Reservatório;
Secador;
Tubulações; e
Unidade de conservação.
Componentes
Compressor é uma máquina destinada a elevar a pressão de um volume de ar. Ele capta o ar prendendo-o em um determinado volume. O nível de pressão depende do reservatório.
	
	Simbologia:
Componentes
O resfriador tem a função de reduzir o problema da água nas instalações de ar comprimido . Com o resfriamento da água até 90% da mesma é eliminada. Modelo com aletas retém impurezas também. 
	Simbologia:
Componentes
O reservatório tem como principal função o armazenamento do ar comprimido. Simbologia:
O secador tem a função de eliminar a umidade ainda presente em pequena escala no sistema de ar comprimido. Simbologia: 
Componentes
As tubulações tem como principal função interligar a fonte consumidora e a fonte geradora do ar comprimido. Existem alguns tipos:
Circuito aberto;
Componentes
Circuito fechado;
Circuito em malha;
Componentes
Unidades de conservação são responsáveis por filtrar, manter a pressão e lubrificar o sistema pneumático. Simbologia:
Atuadores, válvulas e controle
Os atuadores de um sistema pneumático podem ser expressos pelos cilindros de hastes variados;
As válvulas são os elementos de comando de um sistema desviando, conduzindo, bloqueando e até alterando o fluxo do fluido em um determinado ponto;
O controle é executado por elementos manuais ou automáticos (programáveis) que conforme configuração prévia determinam uma sequência de comandos para as válvulas que acionam os atuadores. 
Exemplos
Exemplos
Exemplos
Alternativas
Lógica eletrônica digital;
Lógica à relés (contatores);
Controlador Lógico Programável!!!
Entre outras...
Controlador Lógico Programável (CLP)
PLC – Programmable Logic Controller;
Unidade central de processamento com ou sem memória capaz de executar rotinas lógicas descritas em linguagem de máquina;
Controlador Lógico Programável (CLP)
Possui entradas (I 0.0) e saídas (Q 0.0) digitais e analógicas com limitada circulação de corrente elétrica;
Substituiu a lógica de relés (contatores) principalmente pela capacidade de operar com valores analógicos de tensão e corrente conferindo assim a vantagem da análise proporcional de variáveis (qualquer -> transdutor);
Controlador Lógico Programável (CLP)
Amplamente difundido na indústria devido às grandes características:
Menor espaço;
Grande número de entradas e saídas;
Robustez;
Linguagem de programação simples;
Comunicação com sistemas supervisórios;
Menor consumo elétrico;
Armazenamento de informações; e
Entre outras.
Controlador Lógico Programável (CLP)
CLP’s - Modelos
Modelos transistorizados e à relés são os mais comuns;
Relés permitem a comutação de cargas com potência mais elevada (exemplos);
Transistorizados geralmente garantem velocidade de processamento de informações (exemplos);
CLP´s - Programação
A linguagem mais utilizada é a Ladder também conhecida por diagrama de contatos;
Ganhou notoriedade pela assimilação simples com relação às lógicas dos diagramas funcionais de comandos;
CLP´s - Programação
Comparação da simbologia:
CLP´s - Programação
A simbologia é simples e combina as portas lógicas digitais simples: AND, OR e NOT (E, OU e NÃO);
CLP´s - Programação
Elementos como contadores e temporizadores também podem sem implementados (automação e partida Y-Δ);
Exemplo: Partida direta de um motor
Patida direta com retenção (selo): 
Entrada 1 = Botão liga
Entrada 2 = Botão desliga
Saída ( ) = Motor
Saída | | = Retenção ou selo
Simuladores
Há alguns anos os profissionais que trabalham com sistemas industriais de qualquer porte podem simular seus circuitos em softwares disponibilizados pelos fabricantes dos componentes dos mesmos;
A grande vantagem é a correção de falhas no diagrama lógico antes da operação real;
Para sistemas pneumáticos, hidraúlicos e afins o Fluidsim é uma excelente opção;
Para CLP´s existem diversos simuladores no entanto o CADE SIMU é de simples absorção e pode ser utilizado para acionamentos elétricos.