unidade_2_-_os_componentes_dos_sistemas_pneumaticos

Prévia do material em texto

INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE - CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL (PNEUMÁTICA) – Prof. TAYLOR SOARES ROSA - 18/3/2009 
 
 17
UNIDADE 2 - OS COMPONENTES DOS CIRCUITOS 
PNEUMÁTICOS E ELETROPNEUMÁTICOS E CIRCUITOS 
BÁSICOS 
 
2.1. ATUADORES 
 
São os responsáveis pela realização do trabalho, desempenhando o papel principal 
dos sistemas pneumáticos, convertendo a energia que o ar possui, fornecida pelo 
compressor, em trabalho útil. Eles podem ser classificados de acordo com o 
movimento de saída que realizam, em: 
 - Atuador linear (Simples efeito e duplo efeito) 
- Atuador rotativo (Motor pneumático) 
- Atuador Oscilante 
 
2.1.1. Atuadores Lineares 
 
Existem diversas configurações diferentes pelos detalhes construtivos, e em função 
de suas características de funcionamento e utilização. 
 
Basicamente, existem dois tipos de cilindros: 
- Simples Efeito ou Simples Ação 
- Duplo Efeito ou Dupla Ação, com e sem amortecimento. 
 
Além de outros tipos de construção derivados como: 
- Cilindro de D.A. com haste dupla 
- Cilindro duplex contínuo (Tandem) 
- Cilindro duplex geminado (múltiplas posições) 
- Cilindro de impacto 
 
a) Atuador de Simples Efeito com retorno por mola 
 
São muito utilizados em operações de fixação, marcação, rotulação, expulsão de 
peças e alimentação de dispositivos; 
Obs.: os cilindros de S.A. com avanço por mola e retorno por ar comprimido são 
empregados em alguns sistemas de freio, segurança, posições de travamento e 
trabalhos leves em geral. 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte – FESTO DIDATIC
INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE - CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL (PNEUMÁTICA) – Prof. TAYLOR SOARES ROSA - 18/3/2009 
 
 18
b) Atuador de Duplo Efeito (dupla ação) 
 
Realiza trabalho tanto no avanço quanto no retorno. Existe, porém, uma diferença 
quanto ao esforço desenvolvido, pois as áreas efetivas de atuação da pressão são 
diferentes devido ao diâmetro da haste. 
 
 
 
 
 
 
 
 
c) Atuador com amortecimento 
 
Controla os movimentos de grandes massas e desacelera o pistão nos fins de curso, 
prolonga a vida útil em relação aos tipos sem amortecimento. Tem a finalidade de 
evitar as cargas de choque, transmitidas aos cabeçotes e ao pistão, no final de cada 
curso, absorvendo-as. 
 
O amortecimento é criado pelo aprisionamento de certa quantidade de ar no final do 
curso. Isso é feito quando um colar que envolve a haste começa a ser encaixado 
numa guarnição, vedando a saída principal do ar e forçando-o por uma restrição fixa 
ou regulável, escoando com menor velocidade. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte – FESTO DIDATIC
Fonte – FESTO DIDATIC
Fonte – PARKER
INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE - CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL (PNEUMÁTICA) – Prof. TAYLOR SOARES ROSA - 18/3/2009 
 
 19
d) Atuador de haste dupla 
 
Enquanto uma das hastes realiza trabalho, a outra pode ser utilizada no comando de 
fins de curso ou dispositivos que não possam ser posicionados ao longo da oposta. 
 
As duas faces do êmbolo possuem geralmente a mesma área, o que possibilita 
transmitir forças iguais em ambos os sentidos de movimentação. Pode ser fixado 
pelas extremidades das hastes, deixando o corpo livre, ou fixado pelo corpo, 
permitindo que as hastes se desloquem. 
 
Ex.: automação de mesas de máquinas operatrizes e máquinas de injeção. 
 
 
 
 
 
 
 
 
e) Atuador duplex contínuo (tandem) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A injeção de ar comprimido, simultaneamente nas duas câmaras, no sentido de 
avanço ou retorno, ocorre atuação sobre as duas faces do êmbolo, de tal modo que a 
força produzida é a somatória das forças individuais de cada êmbolo. Isto permite 
dispor de maior força, tanto no avanço como no retorno. 
 
Pode ser aplicado onde se necessitam maiores forças, e não se dispõe de espaço para 
comportar um cilindro de diâmetro maior, assim como não se pode elevar muito a 
pressão de trabalho. 
 
f) Atuador duplex germinado 
 
Possibilita a obtenção de três, ou quatro posições distintas. As posições são obtidas 
em função da combinação entre as entradas de ar comprimido e os cursos 
Fonte – PARKER
Fonte – PARKER 
INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE - CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL (PNEUMÁTICA) – Prof. TAYLOR SOARES ROSA - 18/3/2009 
 
 20
correspondentes. É aplicado em circuitos de seleção, distribuição, posicionamentos, 
comandos de dosagens e transportes de peças para operações sucessivas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
g) Atuador de impacto 
 
- Dispõe internamente de uma pré-câmara (reservatório). 
- O êmbolo, na parte traseira, é dotado de um prolongamento. 
- Na parede divisória da pré-câmara, existem duas válvulas de retenção. 
 
Estas modificações permitem que o cilindro desenvolva impacto, devido à alta 
energia cinética obtida pela utilização da pressão imposta ao ar. 
 
Um cilindro de impacto com diâmetro de 102 mm, acionado por uma pressão de 7 
bar, desenvolve uma força de impacto equivalente a 35304 N, enquanto que um 
cilindro normal, de mesmo diâmetro e de mesma pressão, atinge somente 5296 N. 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.1.2. Vedações 
 
São classificadas em vedações dinâmicas e estáticas, e tem como funções estabelecer 
as vedações necessárias para que o ar realize o seu trabalho, e realizar a separação e 
limpeza na região da haste. 
 
Guarnições Estáticas: Evitam o vazamento de ar entre superfícies que não possuem o 
movimento relativo. Por ex.: vedação entre o tubo e os cabeçotes, vedação entre a 
haste e o êmbolo. 
Fonte – PARKER 
INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE - CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL (PNEUMÁTICA) – Prof. TAYLOR SOARES ROSA - 18/3/2009 
 
 21
Guarnições Dinâmicas: Evitam o vazamento de ar entre superfícies que possuem 
movimento relativo. Por ex.: entre a haste e o mancal, ou entre o êmbolo e o tubo. 
 
Entre as vedações para uso dinâmico, as mais simples são as guarnições de limpeza 
ou separadoras da haste, que servem para mantê-la livre da poeira e outros materiais 
abrasivos, evitando rápido desgaste do componente. 
Os tipos de guarnições dinâmicas destacadas são: “U” Cup, “L” Cup, “O” Ring. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.1.3. Atuadores Rotativos 
 
Estão subdivididos em dois tipos básicos, os motores pneumáticos e os osciladores. 
Os motores realizam giro completo e podem ser de palhetas deslizantes e de turbinas. 
Os osciladores realizam giro parcial de um ângulo determinado sendo constituído de 
palhetas simples ou duplas ou através de atuador linear e pinhão. 
 
a) Motores pneumáticos 
 
As dimensões de um motor pneumático são inferiores às de um motor elétrico de 
mesma capacidade. 
 
- tem rotação reversível. 
- têm um funcionamento muito seguro 
- construção com pouca quantidade de partes móveis. 
- pode partir e parar continuamente sem que se danifique. 
- o peso de um motor pneumático é muitas vezes inferior ao de um motor elétrico de 
mesma capacidade. 
Fonte – FESTO DIDATIC
INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE - CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL (PNEUMÁTICA) – Prof. TAYLOR SOARES ROSA - 18/3/2009 
 
 22
Estes motores possuem suas palhetas tensionadas por mola, ganhando desta forma 
excelentes características de arranque e funcionamento e baixas rotações. As uniões 
de suas peças são herméticas para que os motores possam trabalhar em locais úmidos 
e contaminados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) Osciladores pneumáticos 
 
Realizam movimento angular de 90º a 270º. Os osciladores podem ser utilizados em 
operações de mudança de linha de produto, em abertura de válvulas, comportas, 
portas, e etc. 
Os tipos mais comuns são os osciladoresde palhetas e os de pinhão e cremalheira, 
conforme as figuras abaixo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte – PARKER
Fonte – FESTO DIDATIC
INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE - CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL (PNEUMÁTICA) – Prof. TAYLOR SOARES ROSA - 18/3/2009 
 
 23
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.2. VÁLVULAS PARA CIRCUITOS PNEUMÁTICOS 
 
As válvulas são os componentes responsáveis por direcionar o fluxo de ar, acionar 
outras válvulas, e realizar controle de vazão, pressão, e sentido do fluxo de ar. Para 
facilitar o entendimento sobre os tipos de válvulas utilizados em sistemas 
pneumáticos industriais, elas serão classificadas de acordo com a sua função, 
conforme proposto a seguir: 
 
Válvulas de controle direcional (“circuito de potência”) - são as válvulas principais 
dos circuitos pneumáticos, responsáveis pelo acionamento dos atuadores. 
Direcionam do fluxo de ar de acordo com o comando recebido pelas válvulas de 
acionamento (botões e fins de curso). 
 
Válvulas de controle direcional (“circuito de comando”) - são responsáveis pelo 
acionamento das VCD principais. Utilizadas para dar início e seqüência dos 
movimentos, sendo responsáveis pelo funcionamento automático dos circuitos. 
 
Válvulas especiais - são os elementos auxiliares que cumprem determinadas funções 
específicas, como por exemplo; controle de vazão, controle de pressão, controle de 
sentido de fluxo, simultaneidade de acionamento, acionamentos em pontos distintos, 
acionamentos temporizados... 
 
2.2.1. Simbologia para as válvulas 
 
Para uma descrição completa de uma válvula é necessário informar os seguintes 
aspectos relacionados às mesmas: 
 
Número de Posições 
Número de Vias 
Tipo de Acionamento (Comando) 
Tipo de Retorno 
Posição Inicial 
Fonte – FESTO DIDATIC
INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE - CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL (PNEUMÁTICA) – Prof. TAYLOR SOARES ROSA - 18/3/2009 
 
 24
a) Posições: Representam o número de manobras distintas que a válvula pode 
executar. 
 
 
 
b) Nº de Vias: É o número de conexões de trabalho que a válvula possui, são as 
conexões de ar e os escapes. São representadas graficamente por setas e bloqueio, 
conforme as figuras abaixo: 
 
 
 
 
As setas indicam a interligação interna das conexões, mas não necessariamente o 
sentido de fluxo. 
 
c) Tipos de acionamento: Os mecanismos de acionamento podem ser classificados 
como diretos e indiretos, conforme ele atue diretamente no mecanismo da válvula ou 
se utilize de um dispositivo intermediário para tal. 
 
Também podem ser agrupados como musculares, mecânicos, elétricos, pneumáticos 
ou combinados. 
 
c1) Musculares: São responsáveis pelo início ou término dos movimentos, bem como 
para operações de segurança e emergência. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
c2) Mecânicos: As válvulas com este tipo de acionamento recebem o nome de 
válvulas fim de curso. O comando da válvula é conseguido através de um contato 
mecânico sobre o acionamento, colocado estrategicamente ao longo de um 
movimento qualquer, para permitir o desenrolar de seqüências operacionais. 
Fonte – PARKER
INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE - CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL (PNEUMÁTICA) – Prof. TAYLOR SOARES ROSA - 18/3/2009 
 
 25
 
 
 
 
 
 
 
 
c3) Pneumáticos: Os acionamentos pneumáticos mudam a posição da válvula pela 
ação do ar comprimido, proveniente de um sinal emitido por outra válvula. 
 
São subdivididos em piloto positivo e negativo 
- Piloto positivo: Um impulso de pressão é aplicado diretamente sobre um 
pistão, acionando a válvula. 
- Piloto negativo: o movimento acontece pelo alívio da pressão em um dos 
lados da válvula, onde inicialmente as duas câmaras são pressurizadas. 
 
Também pode ser utilizado o diafragma onde se consegue maiores forças de 
acionamento pelo aumento da área do diafragma. 
 
c4) Elétricos: Os sinais elétricos, provenientes de chaves fim de curso, pressostatos, 
temporizadores, etc. acionam bobinas que realizam a mudança da posição das 
válvulas. São de grande utilização onde a rapidez dos sinais de comando é o fator 
importante, quando os circuitos são complicados e as distâncias são longas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Fonte – PARKER
Fonte – PARKER
INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE - CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL (PNEUMÁTICA) – Prof. TAYLOR SOARES ROSA - 18/3/2009 
 
 26
Identificação dos orifícios das válvulas 
 
O objetivo é fazer com que o técnico saiba como ligar as válvulas nos atuadores 
através de uma codificação normalizada. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exemplo de identificação de válvulas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.2.2. Tipos construtivos 
 
As válvulas direcionais, segundo o tipo construtivo, são divididas em 3 grupos: 
- Válvula de distribuidor axial ou spool; 
- Válvula poppet; 
- Válvula poppet - spool. 
 
a) Carretel deslizante (spool) 
 
São dotados de um êmbolo cilíndrico, metálico e polido, que se desloca axialmente 
no seu interior, guiado por espaçadores e guarnições sintéticas que, além de guiar, 
são responsáveis pela vedação. O deslocamento do êmbolo seleciona a passagem do 
fluxo de ar através dos sulcos que possui. 
Comunica a alimentação 
1 com o orifício 4 
Comunica a alimentação 
1 com o orifício 2 
Quando acionado 
bloqueia a alimentação 
VCD 3 vias, 2 posições; acionamento por piloto pneumático 
e retorno por mola; NF.
VCD 5 vias, 2 posições; acionamento por piloto pneumático. 
VCD 5 vias, 3 posições; acionamento por piloto pneumático 
e centrada por mola; centro fechado.
INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE - CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL (PNEUMÁTICA) – Prof. TAYLOR SOARES ROSA - 18/3/2009 
 
 27
Permite grande intercâmbio entre os tipos de acionamentos, requer pequeno esforço 
ao ser acionada, dotada de boa vazão e pode ser aplicada com diferentes tipos de 
fluidos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) Válvula de assento (Poppet) 
 
Pode ser do tipo assento com disco e assento cônico. São válvulas de funcionamento 
simples, constituídas de um mecanismo responsável pelo deslocamento de uma 
esfera, disco ou cone obturador de seu assento, causando a liberação ou bloqueio das 
passagens que comunicam o ar com as conexões. 
São válvulas de resposta rápida, devido ao pequeno curso de deslocamento, podendo 
trabalhar isentas de lubrificação e são dotadas de boa vazão. As figuras abaixo 
ilustram algumas das configurações deste tipo de válvula. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte – PARKER
Fonte – PARKER
INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE - CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL (PNEUMÁTICA) – Prof. TAYLOR SOARES ROSA - 18/3/2009 
 
 28
Fonte – PARKER
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.2.3. Elementos auxiliares 
 
Muitas vezes são necessárias operações especiais de acionamento e movimentação 
dos atuadores, e para realizar estas operações são necessárias válvulas especiais que 
cumprem estas funções específicas. Os seguintes tipos de válvulas serão apresentado: 
 
 - Válvula de bloqueio (retenção) 
 - Válvula “OU” (de isolamento) 
 - Válvula “E” (de simultaneidade) 
 - Válvula de controle de fluxo (vazão) 
 - Válvula de controle de pressão 
 - Temporizador 
 
a) Válvula de bloqueio (retenção) 
 
Tem a finalidade de permitir o fluxo de ar 
somente em um dos sentidos, impedindo o 
fluxo contrário. Pode ser com mola, sem mola 
e com escape rápido. A seguir estão colocadas 
as figuras que explicam o seu funcionamento e 
a sua simbologia. 
 
Fonte – FESTO DIDATIC
Fonte – FESTO DIDATIC
INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE - CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICAAUTOMAÇÃO INDUSTRIAL (PNEUMÁTICA) – Prof. TAYLOR SOARES ROSA - 18/3/2009 
 
 29
Fonte – PARKER
Pode ser com ou sem mola; quando não possui mola, o ar é o responsável pelo 
bloqueia da mesma. 
 
Um tipo particular de válvula de bloqueio é a “válvula de escape rápido”, que tem 
como função proporcionar um aumento da velocidade do atuador través da exaustão 
rápida do ar contido na câmara oposta a aplicação da pressão. Esta válvula é 
posicionada próximo a saída do atuador e minimiza a resistência do escoamento do 
ar e com isso a resistência imposta ao movimento que diminui a sua velocidade. A 
figura abaixo mostra o seu funcionamento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
b) Válvula “OU” (isolamento) 
 
Utilizada quando é necessário enviar sinais a um ponto comum (válvula), 
proveniente de locais diferentes no circuito. O elemento interno se movimenta pela 
ação do sinal de pressão que primeiro chegar a válvula, e devido a diferença das 
áreas, o outro sinal não consegue movimentar e mudar a sua posição (ver fig abaixo). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exemplo de circuito comandado de dois pontos 
distintos, utilizando válvula “ou”. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fonte – PARKER
Fonte – PARKER
INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE - CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL (PNEUMÁTICA) – Prof. TAYLOR SOARES ROSA - 18/3/2009 
 
 30
Fonte – PARKER
Fonte – PARKER
c) Válvula “E” (simultaneidade) 
 
São utilizadas em funções lógicas “E”, bi-manuais simples, ou quando se quer 
garantir que um determinado sinal só ocorra após, necessariamente, dois pontos 
estarem pressurizados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
d) Válvula de controle de fluxo 
 
Utilizadas para realizar a movimentação com velocidade reduzida ou controlada, ou 
temporizar a movimentação do mesmo. Ela pode ser de regulagem fixa ou variável e 
ser uni e bi direcional. 
 
Na válvula bidirecional o controle do fluxo é 
realizado obrigatoriamente nos dois sentidos, 
através de uma restrição variável do tipo agulha, 
normalmente. 
 
 
 
 
 
 
A válvula unidirecional possui uma válvula 
de retenção incorporada, permitindo fluxo 
controlado num dos sentidos, e livre, 
através da retenção, no outro. Pode 
também cumprir o papel de retenção, caso 
o controle de vazão esteja totalmente 
fechado. 
 
 
 
 
 
Fonte – FESTO DIDATIC 
INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE - CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL (PNEUMÁTICA) – Prof. TAYLOR SOARES ROSA - 18/3/2009 
 
 31
O controle pode ser realizado na entrada ou na saída do ar, sendo mais adequado o 
segundo caso, pois permite que o movimento seja mais uniforme. Abaixo está 
colocado uma configuração de controle de vazão. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
e) Válvulas de controle de pressão 
 
Tem como função estabelecer um nível de pressão de trabalho ou limitar o seu valor 
de modo a não prejudicar os componentes nem causar problemas de segurança. A 
sua principal função e servir como “Válvula de Alívio”. 
 
Limita a pressão de um reservatório, compressor, linha de pressão, etc., evitando a 
sua elevação além de um ponto ideal admissível. Uma pressão predeterminada é 
ajustada através de uma mola calibrada, que é comprimida por um parafuso, 
transmitindo sua força sobre um êmbolo e mantendo-o contra uma sede. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Responsável 
pelo controle 
de vazão do 
avanço 
Responsável 
pelo retorno 
rápido
Fonte – PARKER
INSTITUTO FEDERAL SUL-RIO-GRANDENSE - CURSO TÉCNICO EM ELETROMECÂNICA 
AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL (PNEUMÁTICA) – Prof. TAYLOR SOARES ROSA - 18/3/2009 
 
 32
FONTES: 
 
FESTO DIDATIC – INTRODUÇÃO A SISTEMAS ELETRO PNEUMÁTICOS –1994. 
 
FESTO DIDATIC - INTRODUÇÃO À PNEUMÁTICA; 2 ed. – 1994. 
 
PARKER Training –Tecnologia Pneumática Industrial –Apostila M1001BR – 2000. 
 
PARKER Training – Tecnologia Eletro pneumática Industrial – Apostila M1002-2BR – 2001.