Módulo 4 - Introdução à Mecatrônica, Pneumática e Hidráulica

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MATERIAL DIDÁTICO 
 
 
 
INTRODUÇÃO À MECATRÔNICA, 
PNEUMÁTICA E HIDRÁULICA 
 
 
CREDENCIADA JUNTO AO MEC PELA 
PORTARIA Nº 1.004 DO DIA 17/08/2017 
 
0800 283 8380 
 
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Todos os direitos são reservados ao Grupo Prominas, de acordo com a convenção internacional de 
direitos autorais. Nenhuma parte deste material pode ser reproduzida ou utilizada, seja por meios 
eletrônicos ou mecânicos, inclusive fotocópias ou gravações, ou, por sistemas de armazenagem e 
recuperação de dados – sem o consentimento por escrito do Grupo Prominas. 
SUMÁRIO 
 
UNIDADE 1 – INTRODUÇÃO ............................ ..................................................... 03 
 
UNIDADE 2 – MECATRÔNICA ........................... ................................................... 06 
2.1 Evolução e definição ......................................................................................... 06 
2.2 Componentes de um sistema mecatrônico ....................................................... 12 
2.3 Sistemas de medidas ........................................................................................ 15 
2.4 Sistema de controle ........................................................................................... 18 
2.5 Sistemas de controle analógico e digital ........................................................... 20 
 
UNIDADE 3 – AUTOMAÇÃO PNEUMÁTICA .................. ....................................... 23 
3.1 Evolução do uso do ar comprimido ................................................................... 24 
3.2 Conceitos básicos ............................................................................................. 26 
3.3 Propriedades do ar, os gases e o ar comprimido .............................................. 27 
3.4 Características da pneumática .......................................................................... 31 
3.5 Produção de ar comprimido .............................................................................. 34 
3.6 Distribuição de ar comprimido ........................................................................... 41 
3.7 Atuadores pneumáticos ..................................................................................... 45 
3.8 Válvulas de comando ........................................................................................ 47 
 
UNIDADE 4 – HIDRÁULICA ............................ ....................................................... 49 
4.1 Alguns conceitos básicos .................................................................................. 50 
4.2 Bombas hidráulicas ........................................................................................... 52 
 
RESUMO EXPANDIDO .......................................................................................... 54 
 
REFERÊNCIAS ....................................................................................................... 60 
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UNIDADE 1 – INTRODUÇÃO 
 
São diversos os meios de controle de máquinas, processos e plantas 
industriais, certo? Neste módulo, além de introduzirmos a mecatrônica e a 
automação hidráulica, nossa ênfase recai para a automação pneumática. 
Sobre a mecatrônica, ADAMOWSKI; FURUKAWA; COZMAN (2001) 
contam que no Japão, a combinação bem sucedida de mecânica, eletrônica e 
processamento digital em produtos de consumo, recebeu o cognome de 
Mecatrônica no final da década de 1970. A lógica seria esta: os sensores captam 
as informações do mundo físico que são processadas digitalmente, resultando em 
ações de controle. O sistema de controle age sobre o sistema físico através de 
atuadores. Disto resulta um sistema realimentado, que pode representar sistemas 
com níveis variados de complexidade. 
Uma maneira de automatizar máquinas e dispositivos se dá pela 
utilização da pneumática, tipo de automação que tem maior foco em aplicações 
de movimentação, seleção e transporte de produtos. 
O ar possui características positivas como compressibilidade e baixo 
custo, além de não gerar faíscas, podendo ser usado em grande escala. Veremos 
que um sistema pneumático é formado basicamente pelos blocos: gerador, 
qualidade e distribuição, manobras e atuadores. 
Quanto a um sistema hidráulico, este pode ser compreendido como o 
conjunto de elementos físicos associados que, utilizando um fluido como meio de 
transferência de energia, permite a transmissão e o controle de força e 
movimento. 
Mas lembremos um pouco a diferença entre automatismos e automação; 
produção e produtividade, pois nosso foco será a automação e num viés 
específico, a busca da produtividade, alavanca que vem movendo as empresas 
em tempos de globalização. 
Os automatismos são os meios, os instrumentos, máquinas, processos de 
trabalho, ferramentas ou recursos capazes de potencializar, reduzir ou até mesmo 
eliminar a ação humana dentro de um determinado processo produtivo, 
 
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objetivando com isso, é claro, otimização e consequente melhoria de 
produtividade. A automação, por sua vez, significa a dinâmica organizada dos 
automatismos, ou seja, suas associações de uma forma otimizada e direcionada à 
consecução dos objetivos do progresso humano. 
Produtividade será a medida da eficiência de uso dos diversos elementos 
da produção. Segundo Fialho (2011), os automatismos são classificados de duas 
formas, a saber: 
� automatismos de potência – destinados a potencializar a magnitude física 
ou mental a qual o elemento humano está sujeito, dentro do ambiente 
fabril, principalmente quando considerada sua exposição diária ao 
processo, perfazendo em média 40 horas semanais, reduzindo 
sensivelmente as possibilidades de fadiga física e/ou mental a que estaria 
sujeito; 
� automatismos de guia – são utilizados para guiar movimentos e 
posicionamentos precisos, como em alguns dispositivos de montagem ou 
operações de transformação mecânica, como, por exemplo, a usinagem. 
Em verdade, um processo completo de automação compreende sempre, 
embora em proporções diversas e conforme a real necessidade, as duas classes 
de automatismos. 
Fialho (2011) frisa que automatizar um processo requer um estudo muito 
bem elaborado de custo envolvido e real benefício. Ainda é comum, nos tempos 
atuais, algumas empresas, ao exporem a seus profissionais a necessidade de 
que alguns processos sejam automatizados, objetivando melhorias de 
produtividade, tê-los sugerindo, ou mesmo implementando, automatizações em 
todo e qualquer processo produtivo de sua empresa, sem muitas vezes ter 
procedido a um estudo profundo de viabilidade técnica, financeira e, 
principalmente, sem analisar com clareza a relação custo e real benefício. 
É sempre importante lembrar que conta muito menos automatizar 
totalmente uma operação simples que automatizar apenas parcialmente (uns 30 
ou 50%) um processo complexo, e que resultaria em redução de tempo 
 
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significativa frente à produtividade obtida ao longo de um dia de trabalho, bem 
como consequente garantia de qualidade. 
Não faz sentido investir em equipamentos ou mecanismos 
(automatismos) caros que, dentro do processo geral, não contribuam 
efetivamente com a produtividade, qualidade e salvaguarda do elemento humano 
(quando se faz presente no processo), mesmo quando analisado a médio e longo 
prazos. Excetuam-se, é claro, máquinas hoje existentes comandadas pela mais 
alta tecnologia, e por isso de custos exorbitantes, mas que garantem à empresa 
padrão de qualidade e competitividade em níveis internacionais (FIALHO, 2011). 
Ressaltamos em primeiro lugar que embora a escrita acadêmica tenha 
como premissa ser científica, baseada em normas e padrões da academia, 
fugiremos um pouco às regras para nos aproximarmos de vocês e para que os 
temas abordados cheguem de maneira clara e objetiva, mas não menos 
científicos. Em segundo lugar, deixamos claro que este módulo é uma compilação 
das ideias de vários autores, incluindo aqueles que consideramos clássicos, não 
se tratando, portanto, de uma redação original e tendo em vista o caráter didático 
da obra, não serão expressas opiniões pessoais. 
Ao final do módulo, além da lista de referências básicas, encontram-se 
outras que foram ora utilizadas, ora somente consultadas, mas que, de todo 
modo, podem servir para sanar lacunas que por ventura venham a surgir ao longo 
dos estudos. 
 
 
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UNIDADE 2 – MECATRÔNICA 
 
Segundo o grupo de Mecatrônica da Escola de Engenharia de São 
Carlos, a mecatrônica é uma tendência no desenvolvimento de produtos, na 
automação, na competição internacional dos produtos manufaturados e na 
natureza da engenharia e da sociedade nos próximos anos. Os engenheiros de 
sucesso terão que se envolver com a mecatrônica para se tornarem líderes de 
equipes de desenvolvimento e de gerência. 
O impacto da mecatrônica e, por consequência, da automação em nossa 
sociedade não pode ser colocado em segundo plano. Ela tem influenciado a vida 
das pessoas, mesmo daquelas que não trabalham diretamente nas áreas 
técnicas. O profissional da mecatrônica irá influenciar significativamente na forma 
como o trabalho é dividido entre homens e máquinas, não apenas em fábricas, 
mas também nos escritórios, nos hospitais e até mesmo em nossas casas. 
Um sistema mecânico desde a sua concepção até a sua manutenção 
junto ao cliente, não pode mais ser pensado sem a presença de componentes e 
ferramentas de informática e de eletroeletrônica. Microprocessadores controlam 
desde sistemas simples como uma máquina de lavar roupa até complexos 
sistemas de produção. O Engenheiro Mecatrônico é o profissional que agrega as 
habilidades de Engenharia Mecânica aos conceitos e técnicas de computação, 
eletrônica e eletrotécnica (EESC, USP, 2011). 
 
2.1 Evolução e definição 
Alciatore e Histand (2014) contam que a engenharia mecânica, difundida 
amplamente na prática profissional, obteve um crescimento significativo durante o 
início do século XIX, pois ela fornecia a base necessária para o desenvolvimento 
rápido e bem-sucedido de projetos de engenharia na revolução industrial. 
Naquela época, as minas precisavam de grandes bombas, jamais vistas, para 
bombear seus postos; a indústria de siderurgia precisava de níveis de pressão e 
faixas de temperatura nunca vistos anteriormente. As empresas de transporte 
precisavam de mais potência ou força para movimentar seus produtos e 
encomendas, e as estruturas prediais atingiam alturas cada vez maiores de forma 
 
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vertiginosa. Para dar apoio a esses fatos, as pessoas começaram a se 
especializar e construir bases de conhecimento, que originaram os princípios das 
disciplinas básicas que envolvem a engenharia. 
As disciplinas bases que consolidaram a engenharia do século XX 
(mecânica, elétrica, civil e química) mantiveram sua base do conhecimento em 
livros e periódicos científicos, pois essas disciplinas eram mantidas mutuamente 
nas áreas específicas e profissionais. Os estudantes de engenharia daquela 
época poderiam avaliar suas afinidades e seus talentos para escolher uma área 
específica como profissão. Nos dias atuais, passamos por uma nova era, onde se 
observa a fusão entre a revolução científica e social, e a revolução da informação, 
fazendo a engenharia se tornar cada vez mais concentrada em uma área 
específica ou diversificada em diferentes áreas simultaneamente. 
Essa revolução, gerada pela evolução da engenharia eletrônica dos 
semicondutores, tem impulsionado uma grande demanda de informação e 
comunicação, transformando os hábitos e as atividades dos seres humanos. 
Atualmente, a prática da engenharia depende do conhecimento prévio de novos 
modos de se processar a informação e da capacidade de utilização dos 
semicondutores contidos nos produtos eletrônicos, sem que se leve em conta 
qual rótulo assumimos enquanto profissionais. A mecatrônica é uma das novas 
áreas que surgiram no âmbito da engenharia, adotando como base as áreas 
tradicionais da engenharia, com uma abordagem ampla para projetos de 
sistemas, que caracterizam os sistemas mecatrônicos (ALCIATORE; HISTAND, 
2014). 
Segundo Bolton (2008), o termo mecatrônica foi inventada por um 
engenheiro japonês, em 1969, como uma combinação de meca, de mecanismos, 
e trônica, de eletrônica. Essa palavra agora tem um significado amplo, sendo 
usada para descrever uma filosofia da tecnologia de engenharia na qual existe 
uma integração coordenada e simultânea entre a engenharia mecânica, a 
eletrônica e o controle computacional inteligente no projeto e fabricação de 
produtos e processos. Como resultado, os produtos de mecatrônica tem muitas 
funções mecânicas desempenhadas por sistemas eletrônicos. Isto proporciona 
uma flexibilidade muito maior, facilidade de reprogramação e reprojeto e uma 
 
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capacidade do sistema de realizar automaticamente o envio e a recepção de 
dados. 
Muitos engenheiros consideram que a Mecatrônica surgiu com o 
desenvolvimento dos robôs. Os projetos na área de Robótica impulsionaram o 
desenvolvimento de outras áreas, tais como o controle realimentado a partir da 
fusão de informações sensoriais, tecnologias de sensores e atuadores, 
programação de alto nível, cinemática e dinâmica. O grande avanço na área de 
Robótica somente foi possível com o surgimento do microprocessador, pois o 
controle de trajetória dos robôs articulados envolve cálculos complicados que 
devem ser realizados em tempo real (ADAMOWSKI; FURUKAWA, 2001). 
A partir de meados da década de 1980, países como Austrália, Japão, 
Coréia do Sul, além de alguns países Europeus, iniciaram a criação de cursos de 
graduação e pós-graduação voltados ao ensino multidisciplinar de Mecatrônica 
(ACAR, 1997 apud ADAMOWSKI;FURUKAWA, 2001). 
Nos Estados Unidos não foram criados cursos específicos de Engenharia 
Mecatrônica, porém foram introduzidas, nos currículos dos cursos de graduação, 
disciplinas que apresentam o conceito de Mecatrônica (ASHLEY, 1997 apud 
ADAMOWSKI; FURUKAWA, 2001). Na grande maioria das Faculdades de 
Engenharia dos EUA, as modificações foram feitas nos cursos de Engenharia 
Mecânica, com disciplinas que abordam a integração de Mecânica, Eletrônica e 
Computação, para o desenvolvimento de componentes e máquinas. 
Na Finlândia foi introduzido, em 1987, um programa especial de pesquisa 
em Mecatrônica com a participação de quatro universidades técnicas. Este 
programa contou com um orçamento de 6,5 milhões de dólares até 1990, e a 
participação de aproximadamente 80 indústrias atuando em setores estratégicos 
(máquinas para fabricação de papel, telefonia móvel, máquinas florestais, robôs 
especiais) (SALMINEN, 1996 apud ADAMOWSKI; FURUKAWA, 2001). O 
programa atingiu o objetivo de difundir os conceitos de Mecatrônica nas indústrias 
e, em 1995, um novo programa foi introduzido, com horizonte de quatro anos e 
um orçamento de 20 milhões de dólares, envolvendo universidades, centros de 
pesquisa e indústrias, com novos temas na área de Mecatrônica. 
 
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Na Inglaterra, a comunidade envolvida com Mecatrônica só recebeu 
aceitação oficial, em 1990, com a criação de um Fórum de Mecatrônica apoiado 
pelo IEE (Institute of Electrical Enginners) e o MechE (Institute of Mechanical 
Engineers) (HEWIT, 1996 apud ADAMOWSKI; FURUKAWA, 2001). 
No Brasil, o primeiro curso de graduação em Mecatrônica surgiu no final 
da década de 1980, como uma iniciativa pioneira da Escola Politécnica da USP. O 
curso, denominado Automação e Sistemas, foi implementado no Departamento 
de Engenharia Mecânica, aproveitando-se o núcleo do curso de Engenharia 
Mecânica, ao qual se introduziram disciplinas novas de Eletrônica e Computação 
(COZMAN; FURUKAWA, 2000). 
Segundo Rosário (2005), a mecatrônica enfatiza o gerenciamento e o 
controle da complexidade dos processos de indústrias modernas que exigem 
ferramentas sofisticadas para gerar em tempo real seus diversos processos 
integrados. 
A mecatrônica tem uma integração bem explícita da engenharia mecânica 
com a eletrônica e com a informática usando todas para um uso de processos 
inteligente de manufatura de produtos. 
Vejamos a ilustração: 
 
Fonte: Rosário (2005 apud ARAÚJO, 2011, p. 9). 
Um sistema mecatrônico não se resume a apenas um casamento de 
sistemas elétricos e mecânicos, e é mais do que um sistema de controle: ele é 
uma integração completa de todos estes sistemas na qual há uma abordagem 
 
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simultânea destes no projeto. Tal abordagem integrada e interdisciplinar está 
sendo cada vez mais adotada no projeto de engenharia de veículos, robôs, 
ferramentas mecânicas, máquinas de lavar, câmeras e diversas outras máquinas. 
Essa integração que vai além dos limites tradicionais das engenharias 
mecânica, elétrica, eletrônica e de controle tem ocorrido em fases mais iniciais de 
projetos quando é necessário desenvolver sistemas mais baratos, confiáveis e 
flexíveis. A mecatrônica deve combinar simultaneamente essas disciplinas nos 
projetos, e não fazer apenas uma associação sequencial delas desenvolvendo, 
digamos, um sistema mecânico e depois desenvolvendo uma parte elétrica e 
outra microprocessada. Portanto, a mecatrônica é uma filosofia de projeto, uma 
abordagem integrada aplicada na engenharia. 
No entendimento de Adamowski, Furukama e Cozman (2001), o conceito 
de Mecatrônica representa a combinação adequada de materiais (resistência dos 
materiais, comportamento térmico, etc.), mecanismos (cinemática, dinâmica), 
sensores, atuadores, eletrônica e processamento digital (controle, processamento 
de sinais, simulação, projeto auxiliado por computador), possibilitando as 
seguintes características: 
a) No projeto: 
� simplificação do sistema mecânico; 
� redução de tempo e de custo de desenvolvimento; 
� facilidade de se introduzir modificações ou novas capacidades; 
� componentes e máquinas com elevado grau de precisão; 
� realização de operações que exigem um elevado grau de sensoriamento e 
processamento de informações em tempo real. 
b) No produto: 
� “flexibilidade” (programação da tarefa); 
� “inteligência” (capacidade de adaptação na realização de uma tarefa, 
autodiagnóstico); 
� economia de energia; 
 
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� redução do custo de manutenção. 
Bolton (2008) ressalta que à mecatrônica estão associadas áreas 
tecnológicas que envolvem sensores e sistemas de medidas, acionamentos e 
sistemas atuadores, e sistemas microprocessados, juntamente com a análise do 
comportamento dos sistemas e dos sistemas de controle. 
Exemplificando com uma câmera fotográfica e um caminhão a suspensão 
inteligente, vejamos o sistema mecatrônico que eles apresentam: 
Essa câmera tem foco automático e controle automático de exposição. O 
que você precisa para usar a câmera é enquadrar o objeto e pressionar um botão 
para obter a imagem. A câmera é capaz de ajustar o foco automaticamente, 
assim que o objeto é enquadrado, e ajustar, também automaticamente, a abertura 
e a velocidade do obturador de forma a obter a exposição correta. Não é 
necessário fazer estes ajustes de forma manual. 
Consideremos agora a suspensão inteligente de um caminhão. Ela se 
ajusta quando há uma carga irregular para manter a plataforma nivelada, quando 
o caminhão faz uma curva, quando se move em um terreno irregular, etc., 
proporcionado um rodar macio. Considere uma linha de produção com vários 
processos automatizados, ou seja, esses processos são realizados 
automaticamente em uma sequência correta, tendo um monitoramento em cada 
estágio do processo. Esses sistemas são exemplos de uma integração entre a 
eletrônica, os sistemas de controle e a engenharia mecânica. 
Podemos então resumir que a Mecatrônica é uma área que integração 
tecnologias da mecânica, eletrônica, computação e controle, visando o projeto, a 
automação de equipamentos e de processos manufaturados. O profissional dessa 
área é responsável por automatizar equipamentos e processos industriais, 
atuando no planejamento, implantação, administração, execução, manutenção, 
especificação, instalação e integração de equipamentos de manufatura em 
sistemas automatizados industriais, utilização de máquinas de comando numérico 
computadorizado e de sistemas auxiliados por computador. 
 
 
 
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2.2 Componentes de um sistema mecatrônico 
Alciatore e Histand (2014) explicam que os sistemas mecatrônicos, em 
alguns casos, são definidos como dispositivos inteligentes. Embora a definição do 
termo inteligente seja meio vago, nos domínios da engenharia, o seu significado 
está inserido no desenvolvimento complexo de elementos que possuem lógica, 
retroalimentação e computação que, de certa forma, tentam simular a maneira de 
como os seres humanos pensam. Essa tarefa não pode ser considerada uma 
tarefa fácil de ser segmentada no desenvolvimento de sistemas mecatrônicos 
dentro da engenharia tradicional, pois ela envolve o estudo em diversas áreas do 
conhecimento. O projetista de um sistema mecatrônico deve ser um especialista 
generalista, pois ele deve estar disposto a procurar e aplicar o conhecimento, a 
partir de fontes variadas. 
Se pensarmos num estudante de graduação em engenharia mecatrônica, 
com certeza, essa característica, vai intimidá-lo, por outro lado, quando pensamos 
em uma especialização, ela é uma área que pode oferecer grandes benefícios 
individuais, principalmente pelo leque de opções que se abre e que pode ser 
aproveitada ao longo de sua carreira. 
Hoje, praticamente todos os dispositivos mecânicos possuem 
componentes eletrônicos e algum tipo de monitoramento ou controle 
computacional. No entanto, o termo sistemas mecatrônicos abrange uma 
infinidade de dispositivos e sistemas. Cada vez mais os dispositivos 
eletromecânicos possuem microcontroladores embarcados (embutidos), 
permitindo maior flexibilidade e aumentando a possibilidade de se ter 
controladores no desenvolvimento de sistemas. São exemplos de sistemas 
mecatrônicos os sistemas de controle de voo e navegação de aeronaves, os 
módulos de airbag e freios automotivos, os equipamentos automatizados 
utilizados na manufatura, tais como robôs e máquinas de controle numérico 
computadorizado (CNC), as cozinhas inteligentes e os eletrodomésticos, tais 
como panificadoras domésticas, máquinas de lavar roupas e brinquedos de uma 
maneira geral. 
O esquema a seguir mostra os principais componentes de um típico 
sistema mecatrônico. 
 
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 SISTEMA MECÂNICO 
 
 Modelo do 
sistema 
 Resposta 
dinâmica 
 
 
 ATUADORES 
Solenoides – 
bobinas móveis 
Motores CC 
Motores de 
passo 
Servomotores 
Hidráulicos e 
pneumáticos 
 SENSORES 
Chaves 
Potenciômetro 
Fotoelétrico 
Acelerômetro 
termopar 
 CONDICIONAMENTO 
E 
INTERFACEAMENTO 
DE SINAIS DE 
ENTRADA 
Circuitos discretos 
Amplificadores 
Filtros 
 
 
 
DISPLAYS 
GRÁFICOS 
LED 
Display digital 
LCD 
CRT 
 CONDICIONAMENTO E 
INTERFACEAMENTO DE 
SINAIS DE SAÍDA 
DVA 
DVD 
Amplificadores 
PWM 
Transistor de potência 
 ARQUITETURAS DE 
CONTROLE DIGITAL 
Circuitos lógicos 
SBC 
CLP 
Microcontrolador 
Sequenciamento e 
temporização 
Lógica e aritmética 
 
Fonte: ALCIATORE; HISTAND (2014, p. 3). 
Os atuadores produzem movimento ou causam algum tipo de ação; já os 
sensores detectam o estado dos parâmetros de um sistema, como as entradas e 
as saídas; os controladores são dispositivos que controlam o sistema; os 
condicionamentos e as interfaces de um circuito fornecem as conexões entre os 
mecanismos de controle e as entradas e saídas de um sistema; os dispositivos 
gráficos fornecem uma interface gráfica de retorno para os usuários do sistema. 
Vejamos um exemplo de sistema mecatrônico – copiadora de 
documentos: 
Uma copiadora de documentos é um bom exemplo de um sistema 
mecatrônico contemporâneo. O processo para copiar um documento funciona da 
seguinte forma: o usuário seleciona um documento original que deseja copiar e o 
coloca em um compartimento de carregamento, uma paleta de vidro. Em seguida, 
o usuário pressiona o botão para iniciar o processo de cópia. Por meio de uma 
 
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intensidade luminosa, gerada pela máquina, o documento original é digitalizado e, 
logo em seguida, transferido através de sua imagem digital correspondente. 
Depois disso, uma folha de papel em branco é carregada do compartimento de 
folhas e a imagem é transferida para o papel através de uma deposição 
eletrostática da tinta que está no toner. A imagem então é incorporada ao papel 
por meio do aquecimento do pó do toner. Por fim, um mecanismo de seleção 
entrega a cópia realizada em uma bandeja apropriada. 
Os circuitos analógicos controlam as lâmpadas, o aquecedor e os 
circuitos de energia na máquina. Os circuitos digitais controlam os displays 
digitais, as luzes de indicação e as chaves de interface com os usuários. Outros 
circuitos digitais, incluindo os circuitos lógicos e os microprocessadores, 
coordenam todas as funções da máquina. Os sensores ópticos e as microchaves 
detectam a presença ou a falta de papel, se a posição está adequada e se as 
portas e as travas estão em suas posições correspondentes. Outros sensores 
possuem codificadores que são usados para controlar a rotação do motor. Os 
atuadores possuem servomotores e motores de passo para carregar e transportar 
o papel, girar o tambor e organizar o classificador (ALCIATORE; HISTAND, 2014). 
Citamos o motor de passo como um exemplo de atuador. Pois bem, o 
motor de passo foi inventado pelo Engenheiro Francês Marius Lavet, em 1936. Os 
motores de passo são dispositivos mecânicos eletromagnéticos que podem ser 
controlados digitalmente através de um hardware específico ou através de 
softwares. 
Motores de passo são encontrados em aparelhos onde a precisão é um 
fator muito importante. São usados em larga escala em impressoras, plotters, 
drivers de disquete, e muitos outros aparelhos. Existem vários modelos de 
motores de passo disponíveis no mercado que são utilizados para diversos 
propósitos (ARAÚJO, 2011). 
São características importantes dos motores de passo: 
� os motores de passo são construídos com 12, 24, 74, 144 e 200 passos 
por revolução isso resulta em incrementos de 30, 15, 5,2. 5,2, e 1.8° graus; 
 
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� desligado – não há alimentação suprindo o motor, nesse caso não existe 
consumo de energia, e todas as bobinas estão desligadas. Na maioria dos 
circuitos este ocorre quando a fonte de alimentação é desligada; 
� parado – pelo menos uma das bobinas fica energizada e o motor 
permanece estático num determinado sentido, nesse caso há consumo de 
energia, mas em compensação, o motor mantém alinhado numa posição 
fixa; 
� rodando – as bobinas são energizadas em intervalos de tempos 
determinados, impulsionando o motor a girar numa direção; 
� passo completo1 (full-step) – somente uma bobina é energizada a cada 
passo; menor torque; pouco consumo de energia; maior velocidade; 
� passo completo 2 (full-step) – duas bobinas são energizadas a cada passo; 
maior torque; consomem mais energia que o passo completo 1; maior 
velocidade; 
� meio passo (Half-step) –a combinação do passo completo 1 e do passo 
completo 2 gera um efeito de meio passo; consome mais energia que os 
passos anteriores; é muito mais preciso que os passos anteriores; o torque 
é próximo ao do passo completo 2; a velocidade é menor que as dos 
passos anteriores. 
A característica maior que distingue de uma iluminação automatizada de 
uma convencional é a capacidade de receber pulsos digitais e traduzir em 
movimento mecânico através do motor de passo (ARAÚJO, 2011). 
 
2.3 Sistemas de medidas 
 
Uma das partes fundamentais dos sistemas mecatrônicos são os sistemas de 
medidas, compostos por três elementos básicos, conforme mostrado abaixo: 
 
Transdutor Processador de sinais Registrador 
 Transdutor é um dispositivo de sensoriamento que converte uma entrada 
física em uma saída, geralmente uma tensão. O processador de sinais efetua a 
filtragem do sinal, a amplificação, ou outro tipo de condicionamento do sinal na 
 
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de direitos autorais. Nenhuma parte deste material pode ser reproduzida ou utilizada, seja por 
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16
 
saída do transdutor. O termo sensor geralmente é utilizado quando se refere a um 
transdutor, ou uma combinação de transdutores, e também ao processador de 
sinal. Por fim, o registrador é um instrumento, um computador, uma impressora, 
ou simplesmente um display que permite o monitoramento em tempo real da 
informação de um sensor ou de algum processo subsequente (ALCIATORE; 
HISTAND, 2014). 
Bolton (2008) traduz assim as três partes componentes de um sistema de 
medição em mecatrônica: 
1 Um sensor que responde à grandeza sob medição produzindo em sua 
saída um sinal relacionado à grandeza. Por exemplo, um termopar é um sensor 
de temperatura. A entrada deste sensor é a temperatura e a saída e uma FEM 
(força eletromotriz) que está relacionada ao valor da temperatura. 
2 Um condicionador de Sinal que recebe o sinal do sensor e o transforma 
para um formato que seja apropriado para apresentação ou, no caso de um 
sistema de controle, para uso na Operação de controle. Assim, por exemplo, a 
saída de um termopar é uma FEM muito pequena e pode ser amplificada através 
de um amplificador. Este circuito é um condicionador de sinal. 
3 Um sistema de display é onde a saída do condicionador de sinal é 
mostrada. Esta parte pode, por exemplo, ser um ponteiro que se move sobre uma 
escala, ou então um mostrador digital. 
Estes três módulos de um sistema de medidas possuem uma grande 
variação de tipos, sendo classificados por fatores de desempenho e de custo. Isto 
é importante para projetistas e usuários de sistemas de medidas, pois para que os 
sistemas sejam desenvolvidos com confiança e precisão, é necessário saber 
quais são suas características e limitações, bem como ter o conhecimento de 
como selecionar os melhores elementos de um sistema de medidas, que 
possivelmente serão utilizados em seus projetos. Além disso, como parte 
integrante da maioria dos sistemas mecatrônicos, um sistema de medidas é 
geralmente utilizado como um dispositivo autônomo de aquisição de dados, 
podendo ser utilizado em laboratório ou em algum campo de aplicação 
(ALCIATORE; HISTAND, 2014). 
 
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Um termômetro digital é um bom exemplo para sistema de medidas. 
Vejamos: 
O termopar é um transdutor que converte a temperatura para uma tensão 
pequena, e o amplificador aumenta a magnitude da tensão. O conversor A/D 
(analógico-digital) é um dispositivo que converte o sinal analógico para um sinal 
digital codificado, assim como display LED (diodo emissor de luz) informa o valor 
da temperatura. 
Embora pareça óbvio, não custa lembrar que praticamente todos os 
sistemas mecatrônicos e de medição contém circuitos e componentes elétricos, 
daí a importância de conhecimentos sólidos dos fundamentos dos componentes 
elétricos básicos e das técnicas de análise de circuitos. 
Os três elementos passivos básicos são: o resistor (R), o capacitor (C) e o 
indutor (L). Elementos passivos não exigem fontes de alimentação adicionais, ao 
contrário de dispositivos ativos, tais como os circuitos integrados. Os elementos 
passivos são definidos por sua relação tensão-corrente. 
Um resistor é um elemento dissipativo que converte energia elétrica em 
calor. A lei de Ohm define a característica tensão-corrente de um resistor ideal. 
A unidade de resistência é o ohm. A resistência é uma propriedade do 
material cujo valor é a inclinação da curva tensão-corrente do resistor. Para um 
resistor ideal, a relação tensão-corrente é linear, e a resistência é constante. 
Contudo, resistores reais são tipicamente não lineares devido ao efeito da 
temperatura. Com o aumento da corrente, a temperatura também aumenta, 
resultando em uma resistência maior. Além disso, um resistor real tem uma 
capacidade de dissipação de potência limitada designada em watts, e ele pode 
falhar quando este limite é excedido. 
Um capacitor é um elemento passivo que armazena energia na forma de 
campo elétrico. Este campo é o resultado da separação das cargas elétricas. O 
capacitor mais simples consiste em um par de placas condutoras paralelas 
separadas por um material dielétrico. O material dielétrico é um isolador que 
aumenta a capacitância como o resultado de dipolos elétricos permanentes ou 
induzidos no material. 
 
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18
 
A rigor, a corrente contínua (CC) não circula pelo capacitor. Em vez disso, 
cargas são deslocadas de um lado ao outro do capacitor pelo circuito condutor, 
estabelecendo o campo elétrico. O deslocamento de cargas é denominado 
corrente de deslocamento, porque a corrente parece circular através do capacitor 
sempre que este é carregado ou descarregado. 
Por sua vez, um indutor é um elemento passivo que armazena energia na 
forma de um campo magnético. A forma mais simples de um indutor é uma 
bobina de fio. Indutores tendem a manter o campo magnético estabelecido em 
seu interior. As características de um indutor são o resultado direto da lei de 
indução de Faraday. 
 
2.4 Sistema de controle 
Um sistema de controle pode ser considerado como aquele que pode ser 
usado para: 
1. Controle de algumas variáveis em determinados valores. Por exemplo, 
um sistema central de aquecimento em que a temperatura é controlada em um 
determinado valor. 
2. Controle de uma sequência de eventos. Por exemplo, uma máquina de 
lavar ajustada para, digamos, “roupas brancas” que passa a ser controlada dentro 
de um determinado ciclo de lavagem, ou seja, uma sequência de eventos 
apropriados ao tipo de roupa. 
3. Controle de ocorrência de eventos. Por exemplo, uma tranca de 
segurança em uma máquina em que ela não pode ser operada antes que uma 
trava esteja posicionada. 
O sistema pode funcionar por realimentação, em malha fechada e aberta. 
No sistema por realimentação, há uma comparação e os sinais são 
realimentados por uma saída, ajustados de acordo com o desejável, assim se 
alimenta o sistema. 
Sistemas de Malha Fechada são sistemasonde há ligação de pelo menos 
uma saída de algum bloco funcional para uma de suas próprias entradas, ou para 
 
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alguma entrada de outro bloco que lhe seja anterior. Entende-se por bloco 
anterior a um dado bloco funcional, qualquer um que contribua para a formação 
das entradas do bloco em questão. Este tipo de interligação é denominado de 
realimentação. 
Nos sistemas de malha aberta não há realimentação. Um exemplo de um 
sistema de controle em malha aberta comum é uma sanduicheira doméstica. O 
controle é feito ajustando-se um temporizador que determina o tempo para tostar 
o pão. Não há realimentação para controlar o nível desejado em que o pão seja 
tostado. 
Analisemos um motor: 
Num sistema em malha aberta, a velocidade de rotação do eixo pode ser 
determinada unicamente pelo ajuste inicial no botão que afeta a tensão aplicada 
ao motor. Qualquer variação na tensão de alimentação, nas características do 
motor em função de variações na temperatura, ou ainda na carga no eixo faz 
variar a velocidade do eixo, mas sem compensação. Não há malha de 
realimentação. Entretanto, num sistema em malha fechada, o valor inicialmente 
ajustado no botão de controle para uma determinada velocidade do eixo é 
mantido pela realimentação, independente de qualquer variação na tensão de 
alimentação, nas características do motor ou na carga. Num sistema de controle 
de malha aberta, a saída do sistema não tem efeito sobre o sinal de entrada. Já 
num sistema de controle em malha fechada, a saída tem efeito sobre o sinal de 
entrada modificando-o para manter o sinal de saída no valor desejado. 
Os sistemas em malha aberta tem a vantagem de ser relativamente 
simples e consequentemente de baixo custo e, geralmente, com boa 
confiabilidade. Entretanto, eles normalmente não são precisos, visto que não há 
correção de erro. Os sistemas em malha fechada tem a vantagem de ser 
relativamente precisos em relação à igualdade entre os valores real e desejado. 
Entretanto, eles são mais complexos, um pouco mais caros e possuem uma 
probabilidade maior de ficar inoperante em função do maior número de 
componentes (BOLTON, 2008). 
 
 
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2.5 Sistemas de controle analógico e digital 
O sistema digital resulta da combinação de dispositivos desenvolvidos 
para manipular quantidades físicas ou informações que são representadas na 
forma digital; isto é, tal sistema só pode manipular valores discretos. Na sua 
grande maioria, estes dispositivos são eletrônicos, mas também podem ser 
mecânicos, magnéticos ou pneumáticos. As calculadoras e computadores digitais, 
os relógios digitais, os controladores de sinais de tráfego e as máquinas de 
escrever são exemplos familiares de sistemas digitais. 
Já o sistema analógico é formado por dispositivos que manipulam 
quantidades físicas representadas sob forma analógica. Nestes sistemas, as 
quantidades variam continuamente dentro de uma faixa de valores. Por exemplo, 
a amplitude do sinal de saída no alto-falante de um rádio pode assumir qualquer 
valor entre zero e o seu limite máximo. Os equipamentos de reprodução e 
gravação de fitas magnéticas são outros exemplos comuns de sistemas 
analógicos. 
De maneira bem simplificada: 
Os sistemas analógicos são aqueles em que todos os sinais são funções 
contínuas do tempo e a amplitude do sinal é a medida da variável. Os sinais 
digitais podem ser considerados uma sequência de sinais on/off (BOLTON, 2008). 
Evidentemente que as técnicas digitais oferecem vantagens e 
desvantagens. Vamos primeiro às vantagens. 
A utilização das técnicas digitais proporcionou novas aplicações da 
eletrônica, bem como de outras tecnologias, substituindo grande parte dos 
métodos analógicos existentes. As principais razões que viabilizam a mudança 
para a tecnologia digital são: 
� os sistemas digitais são mais fáceis de projetar. Isto é devido ao fato de os 
circuitos empregados nos sistemas digitais serem circuitos de 
chaveamento, em que os valores exatos da tensão ou da corrente dos 
sinais manipulados não são tão importantes, bastando resguardar a faixa 
de operação (ALTO ou BAIXO) destes sinais; 
 
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� o armazenamento da informação é fácil. Circuitos especiais de 
chaveamento podem reter a informação pelo tempo que for necessário; 
� precisão e exatidão são maiores. Os sistemas digitais podem trabalhar com 
tantos dígitos de precisão quantos forem necessários, com a simples 
adição de mais circuitos de chaveamento. Nos sistemas analógicos, a 
precisão geralmente é limitada a três ou quatro dígitos, porque os valores 
de tensão e corrente dependem diretamente dos componentes 
empregados; 
� as operações podem ser programadas. É relativamente fácil e conveniente 
desenvolver sistemas digitais cuja operação possa ser controlada por um 
conjunto de instruções previamente armazenadas (programa). Os sistemas 
analógicos também podem ser programados, mas a variedade e a 
complexidade das operações envolvidas são bastante limitadas; 
� circuitos digitais são menos afetados por ruído. Ruídos provocados por 
flutuações na tensão de alimentação ou de entrada, ou mesmo induzidos 
externamente, não são tão críticos em sistemas digitais porque o valor 
exato da tensão não é tão importante, desde que o nível do ruído não 
atrapalhe a distinção entre os níveis ALTO e BAIXO; 
� os circuitos digitais são mais adequados à integração. É verdade que o 
desenvolvimento da tecnologia de integração (CIs) também beneficiou os 
circuitos analógicos, mas a sua relativa complexidade e o uso de 
dispositivos que não podem ser economicamente integrados (capacitores 
de grande capacitância, resistores de precisão, indutores, transformadores) 
não permitiriam que os circuitos analógicos atingissem o mesmo grau de 
integração dos circuitos digitais. 
Quanto às desvantagens ou limitações, sabemos que a grande maioria 
das variáveis (quantidades) físicas são, em sua natureza, analógicas, e 
geralmente elas são as entradas e saídas que devem ser monitoradas, operadas 
e controladas por um sistema. Como exemplo, temos a temperatura, a pressão, a 
posição, a velocidade, o nível de um líquido, a vazão e outros mais. Via de regra, 
expressamos estas variáveis digitalmente como quando dizemos que a 
 
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temperatura é de 64º (63,8º para ser mais preciso); na realidade, porém, estamos 
fazendo uma aproximação digital de uma quantidade analógica. 
Para se tirar proveito das técnicas digitais quando lidamos com entradas e 
saídasanalógicas, três etapas devem ser executadas: 
� converter o “mundo real” das entradas analógicas para a forma digital; 
� processar (ou operar) a informação digital; 
� converter as saídas digitais de volta para o mundo real, em sua forma 
analógica (UFPB, 2014). 
 
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UNIDADE 3 – AUTOMAÇÃO PNEUMÁTICA 
 
Pelas razões mencionadas e à vista, posso chegar à 
conclusão de que o homem dominará e poderá elevar-se 
sobre o ar mediante grandes asas construídas por si, contra 
a resistência da gravidade. 
 
Essa frase de Leonardo Da Vinci nos mostra que séculos atrás, o homem 
já vislumbrava possibilidades de aproveitamento do ar na técnica, o que hoje é 
possível e como meio de racionalização do trabalho, o ar comprimido vem 
encontrando cada vez mais, aplicação na indústria e em outros segmentos. 
Assim caminha a humanidade, na busca de diminuir tempos de produção 
para obtenção de maiores lucros no mercado, é intensa a necessidade de 
desenvolver novas técnicas de trabalho que possibilitem ao homem o 
aprimoramento nos processos que visam a produção e a busca da qualidade 
total. 
Para permitir a otimização de sistemas nos processos industrial foram 
unindo vários meios de transmissão de energia como, por exemplo, a mecânica, a 
eletrônica, a hidráulica e a pneumática, tema desta unidade. 
Justifica-se a introdução da pneumática de forma mais sistemática devido 
às seguintes necessidades: 
� racionalização da mão de obra do “chão de fábrica”; 
� redução dos custos; 
� a velocidade de produção que trouxe por consequência um aumento na 
produção. 
Segundo Saraiva et al. (2007), hoje em dia o ar comprimido é 
indispensável dentro de praticamente todos os sistemas industriais e por que não 
dizer, cotidianamente, quando alguém vai calibrar o pneu em um posto de 
gasolina ou mesmo quando alguém embarca num ônibus, no qual o sistema de 
abre a sua porta é acionado através do ar comprimido. 
 
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3.1 Evolução do uso do ar comprimido 
Embora tenhamos algumas referências do uso de ar comprimido no Velho 
Testamento, na fundição de prata, ferro, chumbo e estanho e que a história 
demonstra que há mais de 2000 anos os técnicos da época construíram 
máquinas pneumáticas, produzindo energia pneumática por meio de um pistão e 
tendo como instrumento de trabalho um cilindro de madeira dotado de êmbolo, foi 
somente na segunda metade do século XIX que o ar comprimido adquiriu 
importância industrial. 
Os antigos aproveitavam ainda a força gerada pela dilatação do ar 
aquecido e a força produzida pelo vento. Em Alexandria (centro cultural vigoroso 
no mundo helênico), foram construídas as primeiras máquinas reais, no século III 
a.C. 
Neste mesmo período, Ctesibios fundou a Escola de Mecânicos, também 
em Alexandria, tornando-se, portanto, o precursor da técnica para comprimir o ar. 
A Escola de Mecânicos era especializada em Alta Mecânica, e eram construídas 
máquinas impulsionadas por ar comprimido. 
No século III d.C., um grego, Hero, escreveu um trabalho em dois 
volumes sobre as aplicações do ar comprimido e do vácuo. Contudo, a falta de 
recursos materiais adequados, e mesmo incentivos, contribuiu para que a maior 
parte destas primeiras aplicações não fosse prática ou não pudesse ser 
convenientemente desenvolvida. A técnica era extremamente depreciada, a não 
ser que estivesse a serviço de reis e exércitos, para aprimoramento das máquinas 
de guerra. Como consequência, a maioria das informações perdeu-se por 
séculos. 
Durante um longo período, o desenvolvimento da energia pneumática 
sofreu paralisação, renascendo apenas nos séculos XVI e XVII, com as 
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. Leibinz, Huyghens, Papin e 
Newcomem são considerados os pais da Física Experimental, sendo que os dois 
últimos consideravam a pressão atmosférica como uma força enorme contra o 
 
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vácuo efetivo, o que era objeto das Ciências Naturais, Filosóficas e da 
Especulação Teológica desde Aristóteles até o final da época Escolástica. 
Encerrando esse período, encontra-se 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. No decorrer dos séculos, 
desenvolveram-se várias maneiras de aplicação do ar, com o aprimoramento da 
técnica e novas descobertas. Assim, foram surgindo os mais extraordinários 
conhecimentos físicos, bem como alguns instrumentos. 
Um longo caminho foi percorrido, das máquinas impulsionadas por ar 
comprimido na Alexandria aos engenhos pneumoeletrônicos de nossos dias. 
Portanto, o homem sempre tentou aprisionar esta força para colocá-la a seu 
serviço, com um único objetivo: controlá-la e fazê-la trabalhar quando necessário. 
Atualmente, o controle do ar suplanta os melhores graus da eficiência, 
executando operações sem fadiga, economizando tempo, ferramentas e 
materiais, além de fornecer segurança ao trabalho (PARKER, 2000; GARCIA, 
2008). 
Como exemplo de aplicação da pneumática na atualidade temos: 
� 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; 
� correio pneumático (SILVA, 2002). 
 
 
 
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3.2 Conceitos básicos 
a) Pneumática: 
Provém da raiz grega pneuma, que significa fôlego, vento, sopro. Logo, 
pneumática é conceituada como a matéria, parte da física que trata dos 
movimentos e fenômenos dos gases, ou seja, se ocupa da dinâmica e dos 
fenômenos físicos relacionados com os gases ou vácuos. É também o estudo da 
conservação da energia pneumática em energia mecânica, através dos 
respectivos elementos de trabalho. 
b) Fluido: 
É qualquer substância capaz de escoar e assumir a forma do recipiente 
que a contém (nesse caso, o fluido em questão é o ar). 
c) Eletropneumática: 
Ramo da pneumática que passa a utilizar a energia elétrica CC ou CA 
como fonte de energia para o acionamento de válvulas direcionais, compondo as 
chamadas eletroválvulas e válvulas proporcionais, energizando ainda sensores 
magnéticos de posicionamento,pressostatos, micro-switches, etc. 
d) Pneutrônica: 
Vocábulo utilizado para indicar uma evolução da eletropneumática, em 
que a eletrônica passa a ter uma aplicação muito maior, com controladores 
lógicos programáveis, sensores digitais, sistemas robotizados. Circuitos 
eletrônicos complexos acionando e monitorando os componentes pneumáticos. 
e) Pressão: 
Em termos de pneumática, define-se pressão como a força exercida em 
função da compressão do ar em um recipiente por unidade de área interna dele, 
conforme ilustrado a seguir: 
 
 
 
 
 
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RECIPIENTE COM AR COMPRIMIDO 
 
Fonte: Fialho (2011, p. 19). 
Sua unidade no SI é dada em N/m2 ou Pa (pascal), embora seja comum 
ainda a utilização de unidades como atm, bar, kgf/mm2, Psi, etc. 
f) Pressão em um Atuador Pneumático: 
É a relação entre a força que se opõe ao movimento de extensão de um 
atuador e a seção transversal interna dele (área do pistão Ap), como se segue: 
 
Fonte: Fialho (2011, p. 20). 
 
3.3 Propriedades do ar, os gases e o ar comprimido 
O ar é insípido, inodoro e incolor e nós o percebemos pelo vento, nos 
aviões e pássaros e flutuam por ele e também quando impacta no nosso corpo. 
Ele é real e concreto e ocupa lugar no espaço. 
 Para entender as características dos sistemas pneumáticos é necessário 
estudar o comportamento do ar, o que nos leva a priori a conhecer algumas 
propriedades básicas como a expansibilidade, compressibilidade, elasticidade, 
difusibilidade. 
 
 
 
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a) Expansibilidade 
O ar, como todos os gases, não tem forma definida, o que lhe permite 
adquirir a forma do recipiente que o contém, mudando-a ao menor esforço, daí a 
propriedade de expansibilidade, que lhe possibilita ocupar totalmente o volume de 
qualquer recipiente, adquirindo o seu formato. 
A figura abaixo ilustra as diversas formas pelas quais o ar circula. 
 
b) Compressibilidade 
Como o ar pode expandir-se ocupando totalmente o ambiente pelo qual 
circula, ou seja, é possível encerrá-lo num recipiente com volume determinado e 
posteriormente provocar-lhe uma redução de volume. 
Podemos concluir que o ar permite reduzir o seu volume quando sujeito à 
ação de uma força exterior. 
c) Elasticidade 
Propriedade que possibilita ao ar voltar ao seu volume inicial uma vez 
extinto o efeito (força) responsável pela redução do volume. 
 
d) Difusibilidade 
Propriedade do ar que lhe permite misturar-se homogeneamente com 
qualquer meio gasoso que não esteja saturado. 
 
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O comportamento dos gases é outro ponto que precisamos lembrar! Os 
gases são formados por moléculas em agitação (movimento) que produzem 
forças de pressão no recipiente em que o gás está contido. Indicações de pressão 
podem ter como referência o ponto zero absoluto (vácuo) ou a pressão 
atmosférica. Por isso, fala-se em pressão absoluta e pressão relativa. A pressão 
atmosférica é produzida pela camada de ar que envolve a terra e depende da 
densidade e da altitude, portanto esta não tem um valor constante. A pressão 
atmosférica ao nível do mar vale 1,013 bar (=1,013 103 N/m2 = 103 Pa). 
Os gases ocupam a totalidade do volume disponível e produzem forças 
de compressão devido ao movimento das moléculas que é produzido pelo efeito 
do calor. 
Numa mistura de gases, cada gás se comporta como se os outros não 
existissem. A pressão total da mistura é igual a soma das pressões individuais 
(pressão parcial) de cada gás. 
O vapor é produzido pela evaporação de líquidos. Dependendo da 
temperatura pode haver evaporação até a pressão máxima de vapor, tratando-se 
nesse caso de vapor saturado. Os gases podem ser entendidos como vapores 
superaquecidos e obedecem aproximadamente às leis físicas dos gases. Já 
vapores saturados, não obedecem às leis físicas dos gases. No estudo dos gases 
são comuns os termos gases ideais e gases reais. 
O gás real é como definido acima, um vapor superaquecido que 
apresenta uma certa temperatura de condensação (se torna líquido). Já o gás 
ideal não condensa no resfriamento até o ponto zero absoluto, consistindo num 
estado ideal (modelo) que facilita o equacionamento teórico do seu 
comportamento, mas não ocorre na prática. No entanto, visto que o ponto de 
condensação dos gases reais ocorre em baixas temperaturas e altas pressões, 
pode-se na pneumática a princípio, tratar o gás real com suficiente exatidão como 
gás ideal. 
O estado de um gás é determinado por três grandezas físicas: pressão 
(P), volume (V) e temperatura (T). Essas três grandezas estão relacionadas pela 
equação geral de estado, descrita a seguir: 
 
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30
 
PV / T = cte 
Onde: a unidade da temperatura é Kelvin (K). Outra forma dessa 
equação, considerando uma massa de ar m, é: 
PV = mRT 
Onde: R é a constante do gás que é igual à 287 J/Kg.K para o ar. Assim, 
a densidade (r) do gás é dada por: 
ρ = M/V = ρ/RT 
Da primeira equação, observa-se que se a temperatura for mantida 
constante (processo isotérmico), o produto pressão pelo volume é constante. Se a 
pressão for mantida constante, a razão entre volume e temperatura é mantida 
constante. Se o volume for mantido constante, a razão entre pressão e 
temperatura é mantida constante. 
E o ar? 
O ar da atmosfera é uma mistura de gases composto de 78% de 
Nitrogênio, 21% de oxigênio e 1% de outros gases. 
O ar contém adicionalmente água em forma de vapor. A capacidade de 
absorção de vapor d’água no ar depende da temperatura, porém não da pressão. 
Se a capacidade máxima de absorção for ultrapassada, o vapor d’água condensa 
e precipita na forma de água condensada (neblina, pingos, etc.). A umidade 
máxima do ar (fmax) é o volume máximo de vapor d’água possível numa 
temperatura t. A umidade absoluta do ar (f) é a quantidade de vapor d’água 
expressa em gramas efetivamente contida numa unidade de volume. A umidade 
relativa do ar (φ) é também chamada de grau de saturação. 
O ar comprimido é o ar atmosférico condensado, que possui energia de 
pressão armazenada e, portanto, está em condição de realizar trabalho. Durante 
a compressão se produz calor. Quando o ar comprimido se expande, ocorre um 
resfriamento (FIALHO, 2011). 
 
 
 
 
 
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3.4 Características da pneumática 
Comparativamente à hidráulica, a pneumática é, sem dúvida, o elemento 
mais simples, de maior rendimento e de menor custo que pode ser utilizado na 
solução de muitos problemas de automatização, fato devido a uma série de 
características próprias de seu fluido de utilização, que no caso é o ar. 
Vamos às características do ar: 
a) Quantidade: 
O ar, para ser comprimido, existe em quantidades ilimitadas. 
b)Transporte: 
O ar comprimido é transportado por meio de tubulações, não existindo 
para esse caso a necessidade de linhas de retorno, como é feito nos sistemas 
hidráulicos. 
c) Armazenagem: 
Ao contrário da hidráulica, em que durante o funcionamento do circuito 
faz-se necessário o contínuo trabalho da bomba (na maioria dos casos) para a 
circulação do fluido que se encontra armazenado em um tanque anexo ao 
equipamento, em pneumática o ar é comprimido por um compressor e 
armazenado em um reservatório, não sendo necessário que o compressor 
trabalhe continuamente, mas somente quando a pressão cair a um determinado 
valor mínimo ajustado em um pressostato. 
d) Temperatura: 
Diferentemente do óleo que tem sua viscosidade afetada pela variação da 
temperatura, o ar comprimido é insensível às oscilações desta, permitindo um 
funcionamento seguro, mesmo em condições extremas. 
e) Segurança: 
O ar comprimido não apresenta perigos de explosão ou incêndio, e 
mesmo que houvesse explosão por falha estrutural de um componente, 
tubulação, mangueira, ou mesmo do reservatório de ar comprimido, a pressão do 
 
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ar utilizado em pneumática é relativamente baixa (6 a 12bar), enquanto em 
hidráulica se trabalha com pressões que chegam à ordem de 350bar. 
f) Limpeza: 
Uma vez que o fluido de utilização é o ar comprimido, não há risco de 
poluição ambiental, mesmo ocorrendo eventuais vazamentos nos elementos mal 
vedados. Este fato torna a pneumática um sistema excelente e eficiente para 
aplicação nas indústrias alimentícia e farmacêutica. 
g) Construção: 
Como as pressões de trabalho são relativamente baixas quando 
comparadas à hidráulica, seus elementos de comando e ação são menos 
robustos e mais leves, podendo ser construídos em liga de alumínio, tornando o 
custo relativamente menor, portanto mais vantajoso. 
h) Velocidade: 
É um meio de trabalho que permite alta velocidade de descolamento, em 
condições normais entre 1 e 2m/s, podendo atingir 10m/s no caso de cilindros 
especiais e 500.000rpm no caso de turbinas pneumáticas. 
i) Regulagem: 
Não possuem escala de regulagem, isto é, os elementos são regulados 
em velocidade e força, conforme a necessidade da aplicação, sendo da escala de 
zero ao máximo do elemento. 
j) Segurança contra Sobrecarga: 
Diferentemente dos sistemas puramente mecânicos ou eletroeletrônicos, 
os elementos pneumáticos podem ser solicitados, em carga, até parar, sem sofrer 
nenhum dano, voltando a funcionar normalmente, tão logo cesse a resistência 
(FIALHO, 2011). 
De acordo com essas características do ar, vamos a algumas vantagens 
dos sistemas pneumáticos: 
a) Incremento da produção: com investimento relativamente pequeno. 
 
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b) Redução dos custos operacionais: a rapidez nos movimentos pneumáticos 
e a libertação do operário (homem) de operações repetitivas possibilitam o 
aumento do ritmo de trabalho, aumento de produtividade e, portanto, um 
menor custo operacional. 
c) Robustez dos componentes pneumáticos: a robustez inerente aos 
controles pneumáticos torna-os relativamente insensíveis a vibrações e 
golpes, permitindo que ações mecânicas do próprio processo sirvam de 
sinal para as diversas sequências de operação. São de fácil manutenção. 
d) Facilidade de introdução: pequenas modificações nas máquinas 
convencionais, aliadas à disponibilidade de ar comprimido, são os 
requisitos necessários para introdução dos controles pneumáticos. 
e) Resistência a ambientes hostis: poeira, atmosfera corrosiva, oscilações de 
temperatura, umidade, submersão em líquidos, raramente prejudicam os 
componentes pneumáticos, quando projetados para esta finalidade. 
f) Simplicidade de manipulação: os controles pneumáticos não necessitam de 
operários superespecializados para sua manipulação. 
g) Segurança: como os equipamentos pneumáticos envolvem sempre 
pressões moderadas, tornam-se seguros contra possíveis acidentes, quer 
no pessoal, quer no próprio equipamento, além de evitarem problemas de 
explosão. 
h) Redução do número de acidentes: a fadiga é um dos principais fatores que 
favorecem acidentes; a introdução de controles pneumáticos reduz sua 
incidência (liberação de operações repetitivas) (PARKER TRAINING, 
2000). 
Evidentemente que a pneumática também apresenta algumas 
desvantagens, a saber: 
a) Preparação: a fim de que o sistema tenha um excelente rendimento, bem 
como uma prolongada vida útil de seus componentes, o ar comprimido 
requer boa preparação da qualidade do ar, isto é, isento de impurezas e 
umidade, o que é possível com a utilização de filtros e purgadores. Essa 
 
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remoção de impurezas e a eliminação de umidade evita corrosão nos 
equipamentos, engates ou travamentos e maiores desgastes nas partes 
móveis do sistema. 
b) Compressibilidade: a compressibilidade é uma característica não apenas 
do ar, mas também de todos os gases, que impossibilita a utilização da 
pneumática com velocidades uniformes e constantes. Isso que dizer que, 
diferentemente da hidráulica, ou mesmo da eletrônica, em controle de 
servomotores para movimentos de precisão, a pneumática não possibilita 
controle de velocidade preciso e constante durante vários ciclos seguidos. 
Muitas vezes recorre-se a sistemas mistos. 
c) Força: considerando a pressão normal de trabalho nas redes pneumáticas 
industriais, ou seja, uso econômico (6bar), é possível, com o uso direto de 
cilindros, chegar a forças de 48250N (capacidade para erguer uma massa 
de 494kg) com atuador linear ISO de Dp = 320mm. 
d) Escape de Ar: sempre que o ar é expulso de um atuador, após seu 
movimento de expansão ou retração, ao passar pela válvula comutadora, 
espalhando-se na atmosfera ambiente, provoca um ruído relativamente 
alto, apesar de que, nos dias de hoje, esse problema foi quase totalmente 
eliminado com o desenvolvimento e aplicação de silenciadores. 
e) Custos: quando levados em consideração os custos de implantação dentro 
de uma indústria (produção, preparação, distribuição e manutenção), eles 
podem ser considerados significativos. Entretanto, o custo da energia é em 
parte compensado pelos elementos de preços vantajosos e rentabilidade 
do equipamento. 
 
3.5 Produção de ar comprimido 
A figura abaixo mostra as etapas que o ar comprimido passa desde a sua 
geração e tratamento até ser distribuído nas máquinas. Em geral,o ar comprimido 
é produzido de forma centralizada e distribuído na fábrica. Para atender às 
exigências de qualidade, o ar após ser comprimido sofre um tratamento que 
envolve: 
 
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� filtração; 
� resfriamento; 
� secagem; 
� separação de impurezas sólida e líquidas inclusive vapor d'água. 
Geração, tratamento e distribuição do ar comprimido 
 
Fonte: UERJ (2013, p. 13). 
Nessa figura, cada equipamento por onde o ar passa é representado por 
um símbolo. Em pneumática existe uma simbologia para representar todos os 
equipamentos pneumáticos. Assim estão representados na figura, por exemplo, 
os símbolos do filtro, compressor, motor (elétrico ou de combustão), resfriador, 
secador e reservatório. Vemos que o ar é aspirado pelo compressor, que é a 
máquina responsável por comprimir o ar. Na entrada do compressor existe um 
filtro para reter partículas sólidas do ar do meio ambiente. Ao ser comprimido, o ar 
aquece aumentando a temperatura em sete vezes. Assim é necessário resfriá-lo, 
pois a alta temperatura pode danificar a tubulação. Após o resfriamento, o ar 
passa por um processo de secagem na tentativa de remover a água do ar que 
está sob a forma de vapor, além disso, sofre uma filtração para eliminar partículas 
sólidas introduzidas pelo compressor, por exemplo. 
O ar então é armazenado num reservatório que tem duas funções: 
a) Garantir uma reserva de ar de maneira que a pressão da linha se 
mantenha constante, evitando que o compressor tenha que ser ligado e 
desligado várias vezes. 
 
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b) Alguns compressores, como o compressor de êmbolo geram pulsos 
depressão na compressão do ar. O reservatório evita que esses pulsos de 
pressão sejam transmitidos para linha pneumática da fábrica. 
Do reservatório, o ar é distribuído na fábrica e em cada máquina existe 
uma unidade de tratamento de ar que irá ajustar as características do ar 
comprimido de acordo com as necessidades específicas da máquina. O ar 
comprimido é então convertido em trabalho mecânico pelos atuadores 
pneumáticos (UERJ, 2012). 
A pneumática utiliza o ar como fonte de energia para o acionamento de 
seus automatismos. Esse ar, entretanto, necessita ser colocado em determinadas 
condições apropriadas para sua utilização. São elas: pressão adequada e 
qualidade (isenção de impurezas e umidade). A condição de pressão adequada é 
conseguida com compressores, já a de qualidade precisa de recursos como 
purgadores, secadores e filtros, abordados mais adiante. 
 
Um compressor é uma máquina responsável por comprimir o ar 
atmosférico até a pressão desejada necessária para realização do trabalho. 
 
Dois são os princípios conceptivos em que se fundamentam todas as 
espécies de compressores de uso industrial: volumétrico e dinâmico. 
Nos compressores volumétricos ou de deslocamento positivo, a elevação 
de pressão é conseguida com a redução do volume ocupado pelo gás. Na 
operação dessas máquinas podem ser identificadas diversas fases, que 
constituem o ciclo de funcionamento: inicialmente, uma certa quantidade de gás é 
admitida no interior de uma câmara de compressão, que então é cerrada e sofre 
redução de volume. Finalmente, a câmara é aberta e o gás liberado para 
consumo. 
Trata-se, pois, de um processo intermitente, no qual a compressão 
propriamente dita é efetuada em sistema fechado, isto é, sem nenhum contato 
com a sucção e a descarga. Ressalte-se que pode haver algumas diferenças 
 
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entre os ciclos de funcionamento das máquinas dessa espécie, em função das 
características específicas de cada uma (FIALHO, 2011). 
Os compressores dinâmicos ou turbocompressores possuem dois órgãos 
principais: impelidor e difusor. O impelidor é um órgão rotativo munido de pás que 
transfere ao gás a energia recebida de um acionador. Essa transferência de 
energia se faz em parte na forma cinética e em outra parte na forma de entalpia. 
Posteriormente, o escoamento estabelecido no impelidor é recebido por 
um órgão fixo denominado difusor, cuja função é promover a transformação da 
energia cinética do gás em entalpia, com consequente ganho de pressão. 
Os compressores dinâmicos efetuam o processo de compressão de 
maneira contínua, portanto corresponde exatamente ao que se denomina, em 
termodinâmica, um volume de controle. Os compressores de maior uso na 
indústria são os alternativos, de palhetas, de parafusos, de lóbulos, centrífugos e 
axiais. 
Nas aplicações industriais, normalmente são previstos compressores com 
grandes reservatórios, a fim de atender à grande demanda de automatismos em 
diversos pontos, que são interligados por meio de uma rede tubular, possibilitando 
sua distribuição de forma igualitária e sem perdas significativas. 
No projeto de uma central de compressão, é sempre importante, quando 
do dimensionamento, considerar a possibilidade e a necessidade de uma futura 
ampliação e aquisição de novos equipamentos pneumáticos, pois um aumento na 
central de compressão a posteriori torna-se muito caro. 
A título de ilustração, temos no quadro abaixo as espécies de 
compressores classificadas de acordo com o princípio de concepção. 
Quadro geral de compressores industriais 
 
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Fonte: Fialho (2011, p. 42). 
 
Numa comparação grosseira, pode-se dizer que os compressores de 
deslocamento positivo são adequados para maiores pressões e menores vazões 
e os dinâmicos, para menores pressões e maiores vazões (UERJ, 2012). 
Vejamos alguns tipos: 
a) Compressor dinâmico de fluxo radial: 
O ar é acelerado a partir do centro de rotação, em direção à periferia, ou 
seja, é admitido pela primeira hélice (rotor dotado de lâminas dispostas 
radialmente), axialmente, é acelerado e expulso radialmente. Quando vários 
estágios estão reunidos em uma carcaça única, o ar é obrigado a passar por um 
difusor antes de ser conduzido ao centro de rotação do estágio seguinte, 
causando a conversão de energia cinética em energia de pressão. A relação de 
compressão entre os estágios é determinada pelo desenho da hélice, sua 
velocidade tangencial e a densidade do gás. 
O resfriamento entre os estágios, a princípio, era realizado através de 
camisas d’água nas paredes internas do compressor. 
Atualmente, existem resfriadores intermediários separados, de grande 
porte, devido à sensibilidade à pressão, por onde o ar é dirigido após dois ou três 
estágios, antes de ser injetado no grupo seguinte. Em compressores de baixa 
pressão não existe resfriamento intermediário.