Sistemas Hidraúlicos e Pneumáticos 1 (1)

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Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos
Tópicos Gerais
Período: 10º
Disciplina: Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos
Carga Horária Teórica: 36
Carga Horária Prática: 36
Atividade Estruturada: 22
Classificação: Obrigatória
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Ementa
Esta disciplina tem a função de transmitir aos alunos os conceitos físicos envolvidos na hidráulica e pneumática e apresentar as características e funcionamento dos elementos que constituem estas tecnologias. Tem a função, também, de capacitar o aluno para a análise e a criação de projetos de circuitos hidráulicos, eletro-hidráulico, pneumático e eletropneumático.
 
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Objetivos Gerais
1. Compreender os conceitos físicos envolvidos nas tecnologias hidráulica e pneumática, associando esses conceitos às características de cada tecnologia.
2. Conhecer como as tecnologias hidráulicas e pneumáticas são utilizadas em processos automatizados.
 
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Objetivos Específicos
1. Identificar e compreender as funções dos componentes de sistemas de circuitos hidráulicos e pneumáticos e interpretar sua simbologia.
2. Elaborar e analisar circuitos hidráulicos, eletro-hidráulicos, pneumáticos e eletropneumáticos.
3. Montar e simular o funcionamento de circuitos hidráulicos, pneumáticos, eletro-hidráulicos e eletropneumáticos em bancada e software apropriado.
4. Dimensionar componentes hidráulicos e pneumáticos.
 
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Conteúdos
 Unidade 1. Conceitos e princípios básicos de pneumática.
1.1 - Introdução à pneumática.
1.2 - Vantagens e desvantagens da pneumática.
1.3 - Propriedades físicas do ar.
1.4 - Conceitos de força, pressão e temperatura.
1.5 - Cálculo envolvendo a equação geral dos gases.
 
Unidade 2. Produção e distribuição do ar comprimido.
2.1 - Produção do ar comprimido: etapas, equipamentos e acessórios.
2.2 - Distribuição do ar comprimido: tubulações rígidas/flexíveis e acessórios.
 
Unidade 3. Atuadores pneumáticos.
3.1 - Tipos de atuadores lineares e rotativos.
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Conteúdos
Unidade 4. Válvulas e suas aplicações.
4.1 - Conceitos e características das válvulas de controle direcional e controladoras de fluxo.
4.2 - Conceitos e características das válvulas de bloqueio e controladoras de pressão.
Unidade 5. Circuitos seqüenciais.
5.1 - Diagrama trajeto-passo.
 
Unidade 6. Elementos de eletropneumática.
6.1 - Válvulas de comando elétrico.
6.2 - Circuitos pneumáticos e eletropneumáticos.
 
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Conteúdos
Unidade 7. Conceitos e princípios básicos de hidráulica.
7.1 - Introdução à hidráulica.
7.2 - Vantagens e desvantagens da hidráulica.
7.3 - Elementos básicos.
 
Unidade 8. Produção e distribuição do fluído hidráulico.
8.1 - Tipos de bombas hidráulicas.
8.2 - Redes de distribuição.
 
Unidade 9. Válvulas hidráulicas.
 
 
 
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Conteúdos
Unidade 10. Atuadores hidráulicos.
 
Unidade 11. Fluidos hidráulicos.
 
Unidade 12. Elementos de eletro-hidráulica.
12.1 - Circuitos hidráulicos e eletro-hidráulicos.
 
Unidade 13. Projeto de circuitos pneumáticos e hidráulicos.
 
 
 
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Bibliografia Básica
 
1.BONACORSO, N.G. ; NOLL, V. Automação eletropneumática. São Paulo: Érica, 2009.
2.FIALHO, Arivelto Bustamante. Automação hidráulica: projetos, dimensionamento e análise de circuitos. 4. ed. São Paulo: Érica, 2006.
 
3.PRUDENTE, Francesco. Automação industrial pneumática: teoria e aplicações. Rio de Janeiro: LTC, 2010.
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Bibliografia Complementar
 
1. CAPELLI, A. Automação industrial: controle de movimento e processos contínuos. São Paulo: 1.Érica, 2006.
 2.CATTANI, Mauro S. D. Elementos de mecânica dos fluidos. 2. ed. São Paulo: E. Blücher, 2008.
 3.FIALHO, Arivelto Bustamante. Automação pneumática: projetos, dimensionamento e análise de circuitos. 5. ed. São Paulo: Érica, 2007.
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Bibliografia Complementar
4.GILES, Ranald V.; EVETT, Jack B.; LIU, Cheng. Mecânica dos fluidos e  hidráulica. Tradução Luiz Liske. 2. ed. São Paulo: Makron, 1997.
 
5. SANTOS, Valdir Aparecido dos. Prontuário para manutenção mecânica. São Paulo: Icone, 2011.
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Principais Empresas
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Unidade 1. Conceitos e princípios Básicos de pneumática.
 
1.1 - Introdução à pneumática.
O termo pneumática é derivado do grego Pneumos ou Pneuma (respiração, sopro). 
Aproximadamente 2550 AC. Fabricação de foles e órgãos para geração de sons.
Séculos XVI e XVII - Descobertas dos grandes pensadores e cientistas como Galileu, Otto Von Guericke, Robert Boyle, Bacon e outros, que passaram a observar as leis naturais sobre compressão e expansão dos gases.
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Unidade 1. Conceitos e princípios Básicos de pneumática.
 
Encerrando esse período, encontra-se Evangelista Torricelli, o inventor do barômetro, um tubo de mercúrio para medir a pressão atmosférica. Com a invenção da máquina a vapor de Watts, tem início a era da máquina. 
Século XIX - primeiras máquinas pneumáticas complexas, as locomotivas e perfuratrizes (nas minas de carvão).
Século XX - pneumática passou a ser aplicada na automação industrial e se desenvolveu ao ponto que é conhecida hoje.
No decorrer dos séculos, desenvolveram-se várias maneiras de aplicação do ar, com o aprimoramento da técnica e novas descobertas. 
Evangelista Torricelli (1608-1647), inventor do barômetro.
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Unidade 1. Conceitos e princípios Básicos de pneumática.
 
1.1 - Introdução à pneumática.
Parte da Física que se ocupa da dinâmica e dos fenômenos físicos relacionados com os gases ou vácuos. 
Pneumática é o ramo da engenharia que estuda a aplicação do ar comprimido para a tecnologia de acionamento e comando. 
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Unidade 1. Conceitos e princípios Básicos de pneumática.
 
É também o estudo da conservação da energia pneumática em energia mecânica, através dos respectivos elementos de trabalho.
Atuadores pneumáticos são utilizados quando estão envolvidas cargas da ordem de até uma tonelada) 
Movimentos com 2 posições limitadas (máquinas de fixação ou transporte de peças). ou altas rotações (fresadoras pneumáticas, broca de dentista).
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Exemplos de aplicações Pneumática.
 
1.1 - Introdução à pneumática.
prensas pneumáticas;
dispositivos de fixação de peças em máquinas ferramenta e esteiras;
acionamento de portas de um ônibus urbano ou dos trens do metrô;
sistemas automatizados para alimentação de peças;
robôs industriais para aplicações que não exijam posicionamento preciso;
freios de caminhão;
parafusadeiras e lixadeiras;
broca de dentista;
pistola de pintura;
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1.2 - Vantagens e Desvantagens da Pneumática.
 
Facilidade de obtenção (volume ilimitado); 
Não apresenta riscos de faísca em atmosfera explosiva;
Fácil armazenamento;
Não contamina o ambiente (limpo e atóxico);
Incremento da produção com investimento relativamente pequeno.
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1.2 - Vantagens e Desvantagens da Pneumática.
 
Redução dos custos operacionais.
Resistência a ambientes hostis.
Simplicidade de manipulação.
Não necessita de linhas de retorno (escape para a atmosfera), ao contrário de sistemas elétricos e hidráulicos;
Robustez dos componentes pneumáticos.
Facilidade de implantação.
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1.2 - Desvantagens da Pneumática.
 
O ar comprimido necessita de uma boa preparação ( impurezas, umidade).
Forças envolvidas são pequenas se comparadas a outros sistemas - 1723,6 kPa.
Velocidades muito baixas (difícil obter) – sistemas mistos.
Poluição sonora – silenciadores.
Compressibilidade – impossibilidade de obter paradas intermediárias e velocidades uniformes.
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1.3 – Propriedades Físicas do Ar
Compressibilidade
 
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1.3 – Propriedades Físicas do Ar
	Elasticidade
 
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1.3 – Propriedades Físicas do Ar
	Difusibilidade
 
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1.3 – Propriedades Físicas do Ar
	Expansibilidade
 
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1.3 – Propriedades Físicas do Ar
	Peso do ar
 
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1.3 – Propriedades Físicas do Ar
	Peso do ar
 
Apressão diminui 1 hPa (ou 1 mbar) a cada 8 metros que se sobe.
10 5 N/ m 2 = 100000 Pa = 760 mm/Hg = 1 atm.
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1.4 - Conceitos de Força, Pressão e Temperatura.
 
Força: qualquer agente externo que modifica o movimento de um corpo livre ou causa deformação num corpo fixo. 
No Sistema Internacional de Unidades (SI) 1 N = 1 kgm/s2.
Valor Numérico (módulo)
Direção
Sentido
Ponto de aplicação
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A pressão é, normalmente, expressa por kgf/cm2, PSI (pounds square inches - libras por polegadas quadradas), bars ou atmosferas. Porém de acordo com o sistema internacional de medidas, a pressão deve ser expressa em N/m² que corresponde a Pa. (Pascal) e seu múltiplos. O Quadro 1 apresenta valores de conversão das unidades de pressão mais usuais.
PRESSÃO
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Sistemas de medida usados na Pneumática
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Quadro 1
Fatores de conversão de 
unidades de Pressão
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1.4 - Conceitos de Força, Pressão e Temperatura.
 
Variação da Pressão Atmosférica com Relação à Altitude
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1.3 – Propriedades Físicas do Ar
	Pressão
 
Medição da Pressão Atmosférica
A pressão atmosférica ao nível do mar vale 1,013 bar (=1,013 103 N/m2 = 103 Pa). 
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1.4 - Conceitos de Força, Pressão e Temperatura.
 
Escalas de Pressão
Pressão absoluta – Referência: vácuo ou zero absoluto.
Pressão efetiva – Referência: pressão atmosférica.
P absoluta = P atmosférica + P efetiva
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1.4 - Conceitos de Força, Pressão e Temperatura.
 
PRESSÃO ABSOLUTA - é a pressão medida em relação ao vácuo absoluto. O vácuo absoluto sempre tem a pressão igual a zero. A pressão absoluta independe da pressão atmosférica do local onde ela é medida.
PRESSÃO ATMOSFÉRICA - é a pressão absoluta na superfície terrestre devida ao peso da atmosfera. A pressão atmosférica depende principalmente da altitude do local: quanto mais alto, menor é a pressão atmosférica. A pressão atmosférica depende pouco de outros parâmetros, tais como poluição, umidade da atmosfera, maré do mar. A pressão atmosférica é também chamada de pressão barométrica.
PRESSÃO MANOMÉTRICA - é a pressão medida com relação à pressão da atmosfera. A diferença entre pressão manométrica e pressão absoluta é a pressão atmosférica. A pressão manométrica também é chamada de pressão efetiva que é aquela que adota como zero a pressão atmosférica local (pressão barométrica). Por ser mais barato, pois o sensor é mais simples, geralmente se mede a pressão manométrica
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1.4 - Conceitos de Força, Pressão e Temperatura.
 
A temperatura é uma grandeza física escalar que pode ser definida como a medida do grau de agitação das moléculas que compõem um corpo. Quanto maior a agitação molecular, maior será a temperatura do corpo e mais quente ele estará e vice-versa.
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1.4 - Conceitos de Força, Pressão e Temperatura.
 
Escalas termométricas
Atualmente existem três escalas termométricas utilizadas em todo o mundo. Veja uma tabela para comparação dos pontos de fusão e ebulição para as três escalas e a equação matemática de conversão entre elas:
Nos exercícios envolvendo a equação dos gases a temperatura deve ser considerada em Kelvin. 
A notação grau (°) não é utilizada na escala Kelvin.
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1.5. Equação Geral dos Gases
 
A equação geral dos gases ou equação da transformação geral dos gases é dada por
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Método de Seleção das Tecnologias.
 A seleção da tecnologia para atuação depende de vários aspectos como custo condições ambientais, mantenabilidade, confiabilidade, etc. Exclusivamente sob o ponto de vista de requisitos técnicos, a figura abaixo apresenta diferentes utilizações dos sistemas Hidráulicos (H), conjunto motor elétrico-fuso (M), Pneumática (P), e motor de passo (S), em função da força e velocidade requeridos para uma dada aplicação. 
2 – Produção e distribuição do ar comprimido
 
Cores utilizadas pelo ANSI (American National Standard Institute), que substitui a organização ASA: sua padronização de cores é bem completa e abrange a maioria das necessidades de um circuito.
Vermelho
Indica pressão de alimentação, pressão normal do sistema, é a pressão do processo de transformação de energia; ex.: compressor.
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2 – Produção e distribuição do ar comprimido
 
Violeta
Indica que a pressão do sistema de transformação de energia foi intensificada; ex.: multiplicador de pressão.
Laranja
Indica linha de comando, pilotagem ou que a pressão básica foi reduzida; ex.: pilotagem de uma válvula.
Amarelo
Indica uma restrição no controle de passagem do fluxo; ex.: utilização de válvula de controle de fluxo.
Azul
Indica fluxo em descarga, escape ou retorno; ex.: exaustão para atmosfera.
Verde
Indica sucção ou linha de drenagem; ex.: sucção do compressor.
Branco
Indica fluido inativo; ex.: armazenagem.
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Constituintes de um sistema Pneumático
 
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 Comparação da energia, comando e acionamento entre os sistemas elétrico, pneumático.
hidráulico e mecânico. elétrico, pneumático,
 
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Comparação da tecnologia de acionamento para os sistemas elétrico, pneumático e
hidráulico.
hidráulico e mecânico. elétrico, pneumático,
 
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Comparação da tecnologia de sistemas de comando para os sistemas elétrico,
pneumático e hidráulico.
hidráulico e mecânico. elétrico, pneumático,
 
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Produção, Preparação e Distribuição de Ar
Comprimido
, pneumático,
 
Os equipamentos pneumáticos (principalmente as válvulas) são constituídos de mecanismos muito delicados e sensíveis e para que possam funcionar de modo confiável, com bom rendimento, é necessário assegurar determinadas exigências de qualidade do ar comprimido, entre elas:
Pressão
Vazão
Teor de água
Teor de partículas sólidas
Teor de óleo
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Produção, Preparação e Distribuição de Ar
Comprimido
, pneumático,
 
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Produção, Preparação e Distribuição 
de Ar Comprimido
, pneumático,
 
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Produção, Preparação e Distribuição 
de Ar Comprimido
, pneumático,
 
Filtro de admissão - O ar da atmosfera é obtido por meio de um filtro de admissão para eliminar as primeiras impurezas.
Compressor - Possui a função de elevar a pressão de um volume de ar, até a pressão requerida para o trabalho pneumático.
Resfriador intermediário - É o sistema de resfriamento do compressor para manter baixa a temperatura das válvulas, do óleo lubrificante e do ar em compressão. 
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Produção, Preparação e Distribuição 
de Ar Comprimido
, pneumático,
 
Resfriador posterior – usado para poder retirar o 75% ou 90% da umidade do ar. (trocador de calor cilíndrico de tubos).
Ao final do resfriador posterior se encontra o separador de condensado.
Depois fica o reservatório de ar comprimido para armazenar e resfriar o ar, auxiliando a eliminação de condensado. Também o reservatório permite compensar as flutuações de pressão no sistema, estabilizar o fluxo e controlar a marcha do compressor.
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Produção, Preparação e Distribuição 
de Ar Comprimido
, pneumático,
 
 O secador ou desumidificador do ar completa o sistema de produção entregando um ar comprimido com a qualidade que se precisa.
Os compressores podem ser classificados segundo seu principio de trabalho em deslocamento positivo (incrementa pressão por redução de volume) e deslocamento dinâmico (incrementa pressão por conversão de energia cinética em energia de pressão utilizando impulsores e difusores).
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