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EELLEETTRROOHHIIDDRRÁÁUULLIICCAA EE EELLEETTRROOPPNNEEUUMMÁÁTTIICCAA Centro de Treinamento Ouro Preto Ouro Preto 2009 Presidente da FIEMG Robson Braga de Andrade Gestor do SENAI Petrônio Machado Zica Diretor Regional do SENAI e Superintendente de Conhecimento e Tecnologia Alexandre Magno Leão dos Santos Gerente de Educação e Tecnologia Edmar Fernando de Alcântara Elaboração Luiz Tadeu Gabriel - Centro de Treinamento Ouro Preto Unidade Operacional Centro de Treinamento Ouro Preto Ouro Preto – MG Sumário APRESENTAÇÃO ................................................................................................. 5 1. ELETROPNEUMÁTICA ..................................................................................... 6 1.1. INTRODUÇÃO À ELETROPNEUMATICA.............................................6 2. UM POUCO DA HISTORIA DO AR COMPRIMIDO .......................................... 6 3. IMPLANTAÇÃO/PRINCÍPIOS BÁSICOS ......................................................... 7 4. PRODUÇÃO E DISTRIBUIÇÃO ..................................................................... 26 5. ESQUEMATIZAÇÃO DA PRODUÇÃO, ARMAZENAMENTO E CONDICIONAMENTO DO AR COMPRIMIDO .................................................... 24 6. UNIDADE DE CONDICIONAMENTO OU LUBREFIL UNIDADE DE CONDICIONAMENTO OU LUBREFIL ................................................................ 36 7. VÁLVULAS PNEUMATICAS ........................................................................... 41 7.1. VALVULAS DE CONTROLE DIRECIONAL........................................41 7.2. VAULVULAS DE BLOQUEIO..............................................................54 7.3 VALVULAS DE CONTROLE DE FLUXO.............................................58 7.4 VALVULAS DE CONTROLE DE PRESSÃO........................................59 EXERCICIOS...............................................................................................60 8. TEMPORIZADOR PENUMATICO .................................................................. 61 9. CAPTADOR DE QUEDA DE PRESSÃO (SENSOR DE QUEDA DE PRESSÃO) ............................................................................................................................. 62 10. GERADORES DE VÁCUA, VENTOSAS ....................................................... 63 11. ATUADORES PENUMATICOS ..................................................................... 67 12. MÉTODO DE MOVIMENTO (INTUITIVO)........................................................72 1. ELETROHIDRÁUILA.........................................................................................78 1.1. INTRODUÇÃO À ELETROHIDRÁULICA........................................... 78 1.2. CONHECIMENTOS FUNDAMENTAIS................................................78 2. TRANSMISSÃO HIDRÁULICA DE FORÇA E ENERGIA.................................88 3. FLUIDOS, RESERVATÓRIOS E ACESSÓRIOS..............................................94 4. MANGUEIRAS E CONEXÕES........................................................................106 5. BOMBAS HIDRÁULICAS................................................................................112 6. VÁLVULA DE CONTROLE DE PRESSÃO.....................................................124 7. VÁLVULAS DE CONTROLE DIRECIONAL....................................................129 8. VÁLVULAS DE RETENÇÃO...........................................................................132 9. VÁLVULAS CONTROLADORAS DE FLUXO (VAZÃO).................................133 10. ELEMENTO LÓGICO (VÁLVULA DE CARTUCHO).....................................134 11. ATUADORES HIDRÁULICOS.......................................................................136 12. ACUMULADORES HIDRÁULICOS...............................................................143 13. CIRCUITOSHIDRÁULICOS............................................................................147 14. SÍMBOLOS GRÁFICOS E DIAGRAMAS DE CIRCUITOS............................149 15. INTRODUÇÃO À ELETRICIDADE BÁSICA..................................................180 16. ACESSÓRIOS PARA ELETROHIDRAULICA E ELETROPNEUMATICA....184 17. CIRCUITOS ELETROPNEUMÁTICOS..........................................................192 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................201 ____________________________________________________________ 5 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Apresentação “Muda a forma de trabalhar, agir, sentir, pensar na chamada sociedade do conhecimento.” Peter Drucker O ingresso na sociedade da informação exige mudanças profundas em todos os perfis profissionais, especialmente naqueles diretamente envolvidos na produção, coleta, disseminação e uso da informação. O SENAI, maior rede privada de educação profissional do país,sabe disso , e ,consciente do seu papel formativo , educa o trabalhador sob a égide do conceito da competência: “formar o profissional com responsabilidade no processo produtivo, com iniciativa na resolução de problemas, com conhecimentos técnicos aprofundados, flexibilidade e criatividade, empreendedorismo e consciência da necessidade de educação continuada.” Vivemos numa sociedade da informação. O conhecimento , na sua área tecnológica, amplia-se e se multiplica a cada dia. Uma constante atualização se faz necessária. Para o SENAI, cuidar do seu acervo bibliográfico, da sua infovia, da conexão de suas escolas à rede mundial de informações – Internet - é tão importante quanto zelar pela produção de material didático. Isto porque, nos embates diários,instrutores e alunos , nas diversas oficinas e laboratórios do SENAI, fazem com que as informações, contidas nos materiais didáticos, tomem sentido e se concretizem em múltiplos conhecimentos. O SENAI deseja , por meio dos diversos materiais didáticos, aguçar a sua curiosidade, responder às suas demandas de informações e construir links entre os diversos conhecimentos, tão importantes para sua formação continuada ! Gerência de Educação e Tecnologia ____________________________________________________________ 6 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial 1. ELETROPNEUMÁTICA 1.1- INTRODUÇÃO À ELETROPNEUMÁTICA Conforme estabelecido na ISO 5598 – Sistemas e Componentes Hidráulicos e Pneumáticos – Terminologia, a pneumática refere-se a ciência e tecnologia que trata do uso do ar ou gases neutros como meio de transmissão de potência, Etimologia, do antigo grego provém o termo pneuma, que expressa vento, fôlego. No universo da mecânica, muitas máquinas e equipamentos apresentam, além dos sistemas mecânicos (polias e correias, engrenagens, alavancas etc.), sistemas hidráulicos (funcionam à base de óleo) e sistemas pneumáticos (funcionam à base de ar comprimido). A utilização das máquinas pelo homem sempre teve dois objetivos: reduzir, ao máximo, o emprego da força muscular e obter bens em grandes quantidades. A pneumática contribui para que esses dois objetivos venham a ser alcançados. Ela permite substituir o trabalho humano repetitivo e cansativo nos processos industriais. De fato, com atuadores pneumáticos, certas máquinas e equipamentos tornam-se mais velozes e mais seguros. Outra vantagem da pneumática é que ela pode atuar em locais onde a pura energia mecânica, hidráulica e elétrica seriam desvantajosas. O ar atmosférico é constituído por uma mistura de gases, tais como: oxigênio, nitrogênio, neônio, argônio, gás carbônico etc. Junto com esses gases, encontramos no ar atmosférico outras impurezas devidas à poluição (poeira, partículasde carbono provenientes de combustões incompletas, dióxido de enxofre etc.) e também vapor d’água. Sendo abundante na natureza e gratuito, o ar atmosférico comprimido é a alma dos equipamentos pneumáticos. A pneumática industrial, por definição, é a soma de aplicações industriais onde a energia da compressão do ar é utilizada, notadamente em atuadores (cilindros e motores). O controle do trabalho executado pela energia da compressão do ar é efetuado por meio de válvulas. O ar comprimido recomendado para o trabalho na pneumática tem de ser isento de impurezas e de água e apresentar pressão e vazão constantes. 2. UM POUCO DA HISTÓRIA DO AR COMPRIDO O ar comprimido adquiriu importância em aplicações industriais, somente na segunda metade do século XIX. No entanto, sua utilização é anterior á Da Vinci que em seus inúmeros inventos, utilizou a energia do ar comprimido. ____________________________________________________________ 7 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Na fundição da prata, do ferro, do chumbo e do estranho, são encontradas referenciais do ar comprimido datadas no velho testamento. A historia conta que, há mais de 2.000 anos, técnicos da época construíram maquinas pneumáticas, utilizando para tal fim, um, Cilindro de madeira dotado de um êmbolo. Já o vento era aproveitado pelos antigos, utilizando sua força gerada pela dilatação do ar esquecido. Em Alexandria, centro cultural do mundo em helênico, foram construídas as primeiras maquinas, no III século A C. Neste período, Ctesibios fundou a ESCOLA MECÂNICOS em Alexandria, tornando– se o precursor da técnica para imprimir o ar. Na mesma época, um grego chamado Hero, escreveu um artigo de dois volumes sobre as aplicações do ar comprimido e do vácuo. Tais inventos por falta de recursos e de materiais adequados, não foram amplamente utilizados. Suas técnicas eram depreciadas, a não ser que estivesse a serviço dos reis e dos exércitos, para aprimoramento de armas da guerra. Durante o longo período, a energia pneumática sofreu uma paralisação, renascendo somente no século XVI e XVII, com as descobertas de Galileu, Otto, Von Guericke, Robert Boyle, Bacon e outros, que passaram as leis naturais sobre compressão e expansão dos gases. Leibiniz, Huyghnes, Papin e Newcomen são considerados os pais da Física Experimental, sendo que os dois últimos consideravam a pressão atmosférica como uma força enorme contra o vácuo efetivo, que era o objeto das Ciências Naturais, Filosóficas e da especulação teológica dede Aristóteles até o final da época Escolástica. No final deste período o evangelista Torricelli, inventa o barômetro, um tubo de mercúrio para medir a pressão atmosférica. Com a invenção da maquina de vapor, por Watts, tem inicio a área da “maquina” e, no decorre dos séculos, surgiram varias maneiras de utilização do ar, proporcionando, desta forma maiores conhecimentos físicos e alguns instrumentos de meditação. Neste longo caminho, das maquinas impulsionadas por um ar comprimido, na Alexandria, ate nos dia de hoje, com o desenvolvimento da eletrônica, o homem sempre tentou “aprisionar esta energia”, colocando-a aos seus serviços, controlando e transformando-a em trabalho. O termo pneumático é derivado do grego pneumos ou pneuma, que quer dizer, respiração, sopro, e é definido como o segmento da física que se ocupa da dinâmica e dos fenômenos físicos relacionados com os gases e com o vácuo, bem como com os estudos da conversão da energia pneumática em energia mecânica, através de seus elementos de trabalho. 3. IMPLANTAÇÃO/ PRINCÍPIOS BÁSICOS Vantagens: 1) - Incremento da produção com investimento relativamente pequeno. ____________________________________________________________ 8 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial 2) - Redução dos custos operacionais. A rapidez nos movimentos pneumáticos e a libertação do operário (homem) de operações repetitiva possibilitam o aumento do ritmo de trabalho, aumento de produtividade e, portanto, um menor custo operacional. 3) - 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 seqüências de operação; são de fácil manutenção. 4) - Facilidade de implantação. Pequenas modificações nas máquinas convencionais, aliadas à disponibilidade de ar comprimido, são os requisitos necessários para implantação dos controles pneumáticos. 5) - Resistência a ambientes hostis. Poeira, atmosfera corrosiva, oscilações de temperatura, umidade, submersão em líquidos raramente prejudicam os componentes pneumáticos, quando projetados para essa finalidade. 6) - Simplicidade de manipulação. Os controles pneumáticos não necessitam de operários especializados para sua manipulação. 7) - 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. 8) - Redução do número de acidentes. A fadiga é um dos principais fatores que favorecem acidentes; a implantação de controles pneumáticos reduz sua incidência (liberação de operações repetitivas). Limitações: 1) - O ar comprimido necessita de uma boa preparação para realizar o trabalho proposto: remoção de impurezas, eliminação de umidade para evitar corrosão nos equipamentos, engates ou travamentos e maiores desgastes nas partes móveis do sistema. 2) - Os componentes pneumáticos são normalmente projetados e utilizados a uma pressão máxima de 1723,6 kPa. Portanto, as forças envolvidas são pequenas se comparadas a outros sistemas. Assim, não é conveniente o uso de controles pneumáticos em operação de extrusão de metais. Provavelmente, o seu uso é vantajoso para recolher ou transportar as barras extrudadas. 3) - Velocidades muito baixas são difíceis de ser obtidas com o ar comprimido devido às suas propriedades físicas. Neste caso, recorre-se a sistemas mistos (hidráulicos e pneumáticos). 4) - O ar é um fluido altamente compressível, portanto, é impossível se obterem paradas intermediárias e velocidades uniformes. O ar comprimido é um poluidor sonoro quando são efetuadas exaustões para a atmosfera. Esta poluição pode ser evitada com o uso de silenciadores nos orifícios de escape. ____________________________________________________________ 9 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial 3.1 - Propriedade física do ar Sem a existência do ar, não haveria vida em nosso planeta. Apesar de não possuir uma forma física, podemos notar sua presença em todos os lugares. Por ser elástico e compressível ocupa todo o espaço onde estiver contido. Sua composição principal é constituída por Nitrogênio (78,09%) e Oxigênio (20,95%). Os resíduos de Dióxido de Carbono, Argônio, Hidrogênio, Neônio, Hélio, Criptônio e Xenônio formam os demais componentes desta mistura gasosa que respiramos. Compressibilidade Um volume de ar, quando submetido por uma força exterior, como por um exemplo, em um atuador pneumático (cilindro), seu volume inicial será reduzido, revelando uma de suas propriedades: a compressibilidade que é mostrada na figura abaixo. Elasticidade Como já mencionado, o ar possui a propriedade de elasticidade, que faz com que, uma vez desfeita a função da compressibilidade, este volte ao seu volume inicial (figura abaixo). ____________________________________________________________ 10 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Difusibilidade Em processos industriais, é comum a aplicação da “difusibilidade do ar”, que faz com que haja uma mistura homogênea com qualquermeio gasoso não saturado (figura abaixo). Expansibilidade Como mencionado anteriormente, o ar ocupa o volume total de um recipiente. Sendo assim, é importante ter em mente esta propriedade de expansibilidade quando formos projetar qualquer reservatório de ar comprimido, tubulações contendo tangues, ou mesmo quando se for estalar uma rede de ar comprimido. (figura abaixo). ____________________________________________________________ 11 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Peso do ar Será que o ar tem peso? È possível verificar isso através de uma experiência. Se colocarmos, numa balança de precisão, dois recipientes do mesmo formato e de peso, hermeticamente fechados, iremos notar, obviamente, que a balança ira registrar o mesmo peso, conforme é mostrado na figura abaixo. Apenas como notação, um filtro de ar, a uma temperatura de 0ºC e ao nível do mar, pesa 1,293 X 10-3 KG. Podemos afirmar que o ar quente é mais leve que o ar frio? Quando utilizado em processos de automação industrial, notamos esta propriedade de ar comprimido. O ar atmosférico é aspirado pelas válvulas de admissão dos compressores de ar e neste processo, o ar comprimido atinge uma temperatura de, aproximadamente, 200ºC, tornando-se mais leve. Além disso, arrasta consigo, partículas de valores de água para a rede de ar comprimido. Voltaremos a nossa questão: no texto acima, mencionamos que o ar quente torna-se mais leve quando submetido ao processo de compressão. Para comprovar isso, pode-se fazer uma experiência, semelhante á descrita anteriormente, com a diferença que agora, ao invés de retirarmos o ar de um dos recipientes vamos elevar a sua temperatura. Ao fazer isso, e retornarmos o recipiente de volta na balança, notaremos que aquele com o ar mais quente estarão mais leves. Como descrito graficamente adiante. 3.2- O barômetro de Torricelli Torricelli provou que é possível medir a pressão atmosférica, presente em todos os lugares, inclusive sobre o nosso corpo, através de seu invento, que se tornou muito famoso, o barômetro de mercúrio. ____________________________________________________________ 12 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial A idéia principal contida na experiência realizada por Torricelli é que ao colocar um tubo de vidro, sem ar dentro dele e, portanto sem a atuação da pressão atmosférica, na posição vertical em um recipiente contendo água, é possível notar que o nível deste líquido irá subir e se manter em uma determinada altura, porque a pressão atmosférica ira exercer uma força, que se equilibrará ao peso desta coluna de água. No caso deste liquido, especificamente, o equilíbrio se dá, quando a coluna estiver com 10,33 metros (desde que se esteja no nível do mar e numa temperatura de 0º). Por conta do tamanho do tubo que é necessário utilizar, a experiência torna-se muito cômoda, pois onde conseguir um tubo de vidro de, pelo menos, 10,33 metros de altura, sem deixar que caia e se quebre? Esta foi a mesma conclusão que Torricelli chegou. Dai, este físico teve a idéia de usar um liquido mais denso que a água. No caso foi utilizado o mercúrio, pois uma mesma massa deste liquido, ocupa um menor volume, em comparação com a água. Dessa forma, Torricelli provou que a pressão atmosférica é capaz de equilibrar uma coluna de apenas 0,76m em uma área de 1cm². Para visualizar está experiência em relação ao tamanho do tubo, obteve a figura abaixo, onde é possível notar a relação entre as colunas de mercúrio e água. Se compararmos as duas, iremos notar que a coluna de mercúrio é 13,6 vezes menor que a coluna de água. Com tudo isso, pode-se deduzir que aquela coluna (que ficou incomoda para se conseguir) de 10,33 metros de coluna de água, será igual, em peso, á uma coluna de mercúrio de 0,76 metros. Efetuando nossas contas, iremos concluir que 10,33 dividido por 13,6 será igual a 0,759, ou seja,praticamente os 0,76 m. ____________________________________________________________ 13 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Outro exemplo do experimento de Torriceli: O que Torricelli nos comprovou, portanto, é que a pressão atmosférica atua em todos os sentidos e direções com, praticamente, a mesma intensidade e é equivalente a 760 mm de uma coluna de mercúrio de qualquer seção transversal a 0ºC ao nível do mar. ____________________________________________________________ 14 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Variação da Pressão Atmosférica com Relação à Altitude Os sistemas de medidas usados na pneumática são o internacional (SI) e o técnico, onde: - Pressão absoluta = pressão atmosférica + sobrepressão; - Pressão relativa = Sobrepressão (Pressão fornecida pelo compressor); - O ar é compressível e expansível, como descrito acima; - O estado normal do ar – é o estado do ar sob temperatura e pressão normal; - O conceito técnico define: - Temperatura normal: 293 K ( 20°C) - Pressão normal: 0,980 bar O conceito físico define: - Temperatura normal: 273 K ( 0° C) - Pressão normal: 1,013 bar Lei de Boyle-Mariotte A Lei de Boyle-Mariotte (enunciada por Robert Boyle e Edme Mariotte) diz que: "Sob temperatura constante (condições isotermas - Condições isotermas são aquelas nas quais o gás não sofre mudança na variável tempertura ), o produto da pressão e do volume de uma massa gasosa é constante, sendo, portanto, inversamente proporcionais. Qualquer aumento de pressão produz uma diminuição de volume e qualquer aumento de volume produz uma diminuição de pressão." Em um gráfico pressão x volume, sob uma temperatura constante, o produto entre pressão e volume deveria ser constante, se o gás fosse perfeito. Existe uma temperatura onde o gás real aparentemente obedece à lei de Boyle-Mariotte. Esta temperatura é chamada de temperatura de Mariotte. http://pt.wikipedia.org/wiki/Edme_Mariotte http://pt.wikipedia.org/wiki/Temperatura http://pt.wikipedia.org/wiki/Volume http://pt.wikipedia.org/wiki/Massa http://pt.wikipedia.org/wiki/G%C3%A1s ____________________________________________________________ 15 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial P1 . V1 = P2 . V2 a uma temperatura constante Lei de Guy-Lussac Dentro do âmbito da Química e da Física a Lei de Guy-Lussac é uma lei dos gases perfeitos: sob volume constante, a pressão de uma quantidade constante de gás aumenta proporcionalmente com a temperatura: a uma pressão constante. 4. PRODUÇÃO E DISTRIBUIÇÃO Compressores Compressores são máquinas que captam o ar, na pressão atmosférica local, comprimindo-o até atingir a pressão adequada de trabalho. Ao nível do mar, a pressão atmosférica normal vale uma atmosfera ou 1 atm. Equivalência entre atm e outras unidades de pressão: 1 atm = 1 bar = 14,5 psi (libra-força por polegada quadrada) = 100 000 Pa = 100 Kpa Em equipamentos pneumáticos, a pressão mais utilizada é aquela que se situa na faixa de 6 bar, ou seja, 600 Kpa. A ilustração abaixo mostra um modelo de compressor. Em diagramas pneumáticos, os compressores, segundo a ISO 1219, são representados pelo símbolo: ____________________________________________________________ 16 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Relação entre algumas unidades de pressão Utilização de compressores Compressores para serviços ordinários São fabricados em série, visando ao baixo custo inicial. Exemplos: serviços de jateamento, limpeza, pintura, acionamento de pequenas máquinas pneumáticas etc. Compressores para sistemas industriais Destinam-se às centrais encarregadas do suprimentode utilidades, como, por exemplo, de ar, de serviço e de instrumentos. Embora possam chegar a ser máquinas de grande porte e custo aquisitivo e operacional elevados, são oferecidas em padrões básicos pelos fabricantes. Isso é possível por- que as condições de operação dessas máquinas costumam variar pouco de um sistema para outro, com exceção da vazão. Compressores de gás ou de processo São requeridos para diferentes gases e para as mais variadas condições de operação, de modo que sua especificação, operação e manutenção dependem fundamentalmente da aplicação. Inclui-se nessa categoria, entre outros, sopradores de ar para regeneradores, compressores de gases de fracionadoras para envio a unidades de recuperação de gases, compressores de gás de reciclo de reforma catalítica etc. Tratam-se normalmente de máquinas de grande vazão e potência. ____________________________________________________________ 17 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Compressores de refrigeração São desenvolvidos especificamente para essa aplicação. Operam com fluidos bastante específicos e em condições de sucção e descarga pouco variáveis, possibilitando a produção em série e até mesmo o fornecimento, incluindo todos os demais equipamentos do sistema de refrigeração. Entretanto, nos sistemas de grande porte, compressores de refrigeração são tratados como um compressor de processo, em que cada um dos componentes é individualmente projetado. É o caso, por exemplo, dos sistemas de refrigeração a propano, comuns em refinarias. Compressores para serviços de vácuo (bombas de vácuo) São máquinas que trabalham em condições bem peculiares. A pressão de sucção é subatmosférica, a pressão de descarga é quase sempre atmosférica e o fluido de trabalho normalmente é o ar. Na indústria do petróleo estes compressores são usados principalmente com as seguintes finalidades: - Estabelecimento de pressões necessárias a certas reações químicas - Transporte de gases em pressões elevadas - Armazenamento sob pressão - Controle do ponto de vaporização (processos de separação, refrigeração etc.) - Conversão de energia mecânica em energia de escoamento (sistemas pneumáticos, fluidização, elevação artificial de óleo em campos de exploração etc.) Tipos gerais de compressores Na indústria, usam-se dois tipos principais de compressores de ar. Dependendo da ação do fluido, são classificados: - tipo de deslocamento positivo, ou de pressão; - tipo de velocidade, ou dinâmico. Compressores de deslocamento positivo Nesses compressores, sucessivos volumes de ar são confinados em câmaras fechadas e elevados a pressões maiores. Dentro dessa categoria, os mais utilizados são os compressores de pistão (alternativo) e os compressores de parafuso, etc (rotativos). Alternativos O impelidor é um pistão que se desloca dentro de um cilindro com movimento alternativo. Este movimento é conseguido pela conversão do movimento rotativo do acionador em alternativo por sistema biela-manivela. ____________________________________________________________ 18 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Compressores de pistão Podem ser de simples efeito (SE) e duplo efeito (DE), ou de um ou mais estágios de compressão, como mostra a figura ao lado. Manutenção dos compressores de pistão Para uma eficaz manutenção desses compressores devem-se tomar os seguintes cuidados: - Manter limpo o filtro de sucção e trocá-lo quando for necessário; - O calor na compressão de um estágio para o outro gera a formação de condensado, por causa da entrada de ar úmido, por isso é preciso eliminar a água; - verificar o nível de óleo; - verificar se as válvulas de sucção e descarga não estão travando; - verificar se as ligações de saídas de ar não apresentam vazamento; - verificar o aquecimento do compressor; - verificar a água de refrigeração; - verificar a tensão nas correias; - verificar o funcionamento da válvula de segurança. Ar úmido Ar sujo Ar seco Ar limpo ____________________________________________________________ 19 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Principais componentes: Garrafa ou vaso de sucção Corpo Comporta o sistema de acionamento (biela-manivela), os mancais do eixo, carter, bombas para os sistemas de lubrificação, mancais da haste e vedação Haste Liga o sistema de acionamento ao êmbolo com movimento retilíneo alternativo Cilindro Recipiente onde o gás é confinado e comprimido pelo êmbolo. Possui camisas para refrigeração Êmbolo ou pistão Conectado à haste, percorre o cilindro em contato pelos anéis de segmento, admitindo e comprimindo o gás. Cabeçote Fecha o cilindro, comportando as válvulas de admissão e descarga e seus Bocais. Válvulas Normalmente atuam de forma automática pela pressão no cilindro como válvulas de retenção. Garrafa ou vaso de descarga Recebe o gás comprimido à pressão de descarga, amortece pulsações e recolhe condensado. ____________________________________________________________ 20 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Rotativo As partes móveis do compressor possuem movimento rotativo. A vazão destes compressores é praticamente contínua e sem pulsação. Têm pouca aplicação em refinarias. Lóbulos Consistem em dois lóbulos montados em uma carcaça com pouquíssima folga, que giram em sentidos opostos. Indicados para baixas pressões e vazões moderadas. São simples, de baixo custo inicial, não necessitam de lubrificação por não haver contato entre as partes móveis e a carcaça, porém têm baixa eficiência devido à recirculação nas folgas. Parafusos Consistem em dois parafusos de acionamento sincronizados, montados em uma carcaça com pouquíssima folga. A conexão do compressor com o sistema é feita através das aberturas de sucção e descarga, diametralmente opostas. O gás é admitido na sucção e ocupa os intervalos entre os filetes dos rotores. A partir do momento em que há o engrenamento, o gás nele contido fica confinado entre o rotor e as paredes da carcaça. A rotação faz com que o ponto de engrenamento se desloque para frente, reduzindo o volume disponível para o gás e provocando a sua compressão, até ser alcançada a descarga. A relação de compressão depende da geometria da máquina e da natureza do gás, podendo ser diferente da relação entre as pressões do sistema. Não necessitam de lubrificação por não haver contato entre as partes móveis e a carcaça, porém perdem eficiência devido à recirculação nas folgas. Funcionamento O motor elétrico ou diesel impulsiona um par de parafusos que giram, um contra o outro, transportando o ar desde a seção de admissão até a descarga, comprimindo-o ao mesmo tempo. ____________________________________________________________ 21 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Manutenção de compressores de parafuso Os compressores de parafuso, por apresentarem poucas peças móveis e não apresentarem válvulas de entrada e saída e operarem com temperaturas internas relativamente baixas, não exigem muita manutenção. Praticamente isentos de vibrações, esses equipamentos têm uma longa vida útil. Para instalá-los, recomenda- se assentá-los em locais distantes de paredes e teto e em pisos de concreto nivelados . Palhetas deslizantes Consistem em um cilindro montado excêntrico na carcaça, com cavidades radiais, onde são montadas palhetas retráteis. O gás é admitido no lado de maior folga, sendo levado pelas palhetas e comprimido à medida que a folga diminui, até a descarga. Contam com a vantagem de não necessitar de tolerâncias de montagem refinadas como outros tipos com partes em contato, tendo assim vida útil maior. São indicados para baixas vazões e pressões, tendo baixo rendimento e necessidade de injeção de óleolubrificante na sucção para lubrificação das palhetas. ____________________________________________________________ 22 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Compressores de velocidade ou dinâmicos Esses compressores aceleram o ar com a utilização de um elemento rotativo, transformando velocidade em pressão no próprio elemento rotativo que empurra o ar em difusores e lâminas. São usados para grandes massas de ar e apresentam um ou mais estágios. Dentro dessa categoria de compressores, os mais utilizados são o compressor centrífugo radial e o compressor axial. Compressor centrífugo radial Este compressor é constituído por um rotor com pás inclinadas como uma turbina. O ar é empurrado pelo rotor por causa de sua alta rotação e lançado através de um difusor radial. Os compressores centrífugos radiais podem ter um ou mais estágios. O uso do compressor centrífugo radial é indicado quando se necessita de uma grande quantidade de ar constante. Compressor de fluxo axial São constituídos por um rotor com pás inclinadas como uma turbina. Um estágio do compressor de fluxo axial consiste em duas fileiras de lâminas, uma rotativa e outra estacionária. As lâminas rotativas do impelidor transmitem energia cinética (velocidade) ao gás, e a velocidade é transformada em pressão nas lâminas estacionárias. São indicados para capacidades constantes elevadas, com pressões variáveis, trabalhando com velocidades superiores aos centrífugos de mesma capacidade. ____________________________________________________________ 23 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Manutenção dos compressores centrífugos radiais e axiais Por trabalharem em alta rotação, esses compressores devem ter uma programação que contemple os seguintes itens: - paradas para limpeza; - troca de rolamentos; - troca de filtros; - soldagem de lâminas danificadas; - realinhamento. Recomenda-se a parada imediata desses compressores se eles apresentarem barulhos e/ou ruídos anormais. Características do compressor centrífugo Uma característica peculiar ao compressor centrífugo é a existência de um limite mínimo de capacidade, abaixo do qual o compressor entra em pulsação e começa a vibrar, apresentando ruído. Devido à compressibilidade do gás, com capacidades abaixo do limite mínimo, o compressor não satisfaz à pressão do sistema no qual está descarregando. Isto causa uma série de escoamentos alternados. O compressor fornece gás ao sistema e depois recebe o mesmo gás de volta. Quanto mais pesado o gás e quanto mais estágios possui o compressor, mais elevado é o limite mínimo de capacidade. Deste modo, quanto mais pesado o gás e maior o número de estágios, mais estreita é a faixa de capacidade para operação estável. ____________________________________________________________ 24 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Sistemas de vedação A vedação é de importância crítica para um compressor. Os vários tipos de vedação já mencionados para turbinas a vapor e bombas são empregados. Gaxetas e selos mecânicos Para vedação de eixos e hastes Anéis de carvão Consiste em um ou mais anéis de carvão em seções, mantidos junto ao eixo com pequena folga, por meio de molas. Usados em compressores de menor capacidade ou em conjunto com outros dispositivos de selagem Labirintos O gás é obrigado a passar por diminutas folgas anulares entre as partes móveis e estacionárias, acarretando uma grande perda de carga que inibe o escoamento. Instalado entre estágios de compressores dinâmicos e na saída dos eixos destes. ____________________________________________________________ 25 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Selagem por injeção de gás Injeta-se um gás, por exemplo, hidrogênio, entre dois elementos de vedação. O gás é injetado a uma pressão superior à manipulada pelo compressor, de forma que penetra no interior do compressor e não vaza para o meio. Outro tipo de selagem também utilizado nos compressores centrífugos é um equivalente ao selo mecânico, chamado de selagem por contato, que acarreta uma vedação severa. Em alguns casos, estes tipos de vedação são empregados em conjunto. Lubrificação A lubrificação nos compressores dinâmicos é necessária para os mancais e em alguns casos para os elementos de vedação. Quando o compressor utiliza a lubrificação apenas para os mancais, o sistema de lubrificação é relativamente simples. Os compressores de palhetas deslizantes necessitam de pulverização de lubrificante na sucção para o contato entre as palhetas e a carcaça, além dos mancais. Os compressores alternativos necessitam de lubrificação para o sistema biela-manivela e seus mancais, para os mancais da haste e para o contato entre os anéis de segmento do pistão e o cilindro. Refrigeração De modo geral, é realizada por água de resfriamento, passando pelo encamisamento nas carcaças (em grandes compressores), ou refrigeração a ar (para pequenos compressores). Em compressores de múltiplos estágios pode-se refrigerar o gás com resfriadores instalados entre a descarga de um estágio e a sucção do estágio seguinte. A refrigeração dos compressores elimina calor gerado pela operação da máquina e pela própria compressão do fluido. Resulta em melhores condições de operação do equipamento, aumentando sua vida útil. Com a redução da temperatura dos gases comprimidos e conseqüente aumento da densidade, melhora-se o rendimento da compressão, resultando em economia de energia e baixa temperatura de descarga. ____________________________________________________________ 26 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial 5. ESQUEMATIZAÇÃO DA PRODUÇÃO, ARMAZENAMENTO E CONDICIONAMENTO DE AR COMPRIMIDO Os circuitos pneumáticos presentes em máquinas industriais, veículos, consultórios ondotológicos etc. necessitam de uma fonte de ar comprimido com pressão constante e com capacidade de fornecer a vazão consumida pelos componentes do circuito. Esta fonte inclui unidade de produção , distribuição e condicionamento de ar comprimido: 1 - Filtro de Admissão 2 - Motor Elétrico 3 - Separador de Condensado 4 - Compressor 5 - Reservatório 6 - Resfriador Intermediário 7 - Secador 8 - Resfriador Posterior Rede de ar comprimido Depois de comprimido e de ter passado pelo reservatório principal e secadores, o ar segue pela rede. A rede é um circuito fechado que mantém a pressão igual à pressão reinante no interior do reservatório principal. A rede possui duas funções básicas: 1. Comunicar a fonte produtora com os equipamentos consumidores. 2. Funcionar como um reservatório para atender às exigências locais. ____________________________________________________________ 27 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Um sistema de distribuição perfeitamente executado deve apresentar os seguintes requisitos: Pequena queda de pressão entre o compressor e as partes de consumo, a fim de manter a pressão dentro de limites toleráveis em conformidade com as exigências das aplicações. Não apresentar escape de ar; do contrário haveria perda de potência. Apresentar grande capacidade de realizar separação de condensado. Ao serem efetuados o projeto e a instalação de uma planta qualquer de distribuição, é necessário levar em consideração certos preceitos. O não- cumprimento de certas bases é contraproducente e aumenta sensivelmente a necessidade de manutenção. Layout Visando melhor performance na distribuição do ar, a definição do layout é importante. Este deve ser construído em desenho isométrico ou escala, permitindo a obtenção do comprimento das tubulações nos diversos trechos. O layout apresenta a rede principal de distribuição, suas ramificações, todos os pontos de consumo,incluindo futuras aplicações; qual a pressão destes pontos, e a posição de válvulas de fechamento, moduladoras, conexões, curvaturas, separadores de condensado, etc. Através do layout, pode-se então definir o menor percurso da tubulação, acarretando menores perdas de carga e proporcionando economia. Curvatura As curvas devem ser feitas no maior raio possível, para evitar perdas excessivas por turbulência. Evitar sempre a colocação de cotovelos 90°. A curva mínima deve possuir na curvatura interior um raio mínimo de duas vezes o diâmetro externo do tubo. ____________________________________________________________ 28 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Rede de distribuição Uma unidade de distribuição compõe-se de uma tubulação preferencialmente aérea composta de uma rede principal de onde derivam redes secundárias que alimentam os pontos de ligação dos circuitos pneumáticos. Nas extremidades das tubulações de alimentação da rede secundária são instaladas unidades de condicionamento específicas para cada equipamento incluindo válvula reguladora de pressão, purgador (para extração de água condensada na rede) e filtro. Os compressores, como qualquer outra bomba, são fontes de vazão e não de pressão. Ou seja, os compressores fornecem uma determinada vazão de ar para o reservatório e a rede de distribuição que, em função da alta compressibilidade do ar, acumula-se nestes provocando o aumento de pressão. Assim, nas tomadas de consumo há ar comprimido a uma pressão constante normalmente da ordem de ± 7 a 10 bar com flutuações na ordem de 1 bar. A pressão na rede é assegurada de diferentes formas, sendo mais comum para compressores de pequeno porte a partida e parada automática do motor de acionamento do compressor. Outras soluções como a descarga para a atmosfera, readmissão do ar comprimido, variação da velocidade do motor de acionamento , variação do rendimento volumétrico e alívio nas válvulas de admissão são aplicáveis para compressores industriais. Todos estes métodos de controle objetivam a redução ou interrupção da vazão fornecida para o reservatório e rede para compatibilizá-la com a vazão que está sendo consumida pelos circuitos pneumáticos e, consequentemente, manter a pressão o mais estável possível. ____________________________________________________________ 29 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Para se construir uma rede de ar comprimido, os seguintes parâmetros deverão ser levados em consideração: - as conexões das tubulações deverão ter raios arredondados para evitar a presença de fluxos turbulentos; - a linha principal, em regra, deverá ter uma inclinação de aproximadamente 1% em relação ao seu comprimento; - nos pontos mais baixos deverão ser montados drenos automáticos para drenagem do condensado água-óleo; - expansões futura da rede deverão ser previstas em projeto; - as tomadas de ar deverão estar situadas sempre por cima da rede; - as tubulações de ar comprimido deverão ser pintadas na cor azul; - prever, em projeto, a construção de reservatórios auxiliares; - as tubulações da rede deverão ser aéreas e nunca embutidas em paredes. Sendo aéreas, serão mais seguras e de fácil manutenção; - construir a rede de forma combinada, de modo que se algum ramo tiver de ser interrompido, os demais continuem funcionando para garantir a produção. Daí a importância de válvulas ao longo do circuito. ____________________________________________________________ 30 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Inclinação 0,5 a 2% do Comprimento Dimensionamento da Rede Condutora Provocada pela sempre crescente racionalização e automatização das instalações industriais, a necessidade de ar nas fábricas está crescendo. Cada máquina e cada dispositivo requer sua quantidade de ar, que está sendo fornecida pelo compressor através da rede distribuidora. O diâmetro da tubulação, portanto, deve ser escolhido de maneira que, mesmo com um consumo de ar crescente, a queda de pressão – do reservatório até o consumidor – não ultrapasse 0,1 bar. Uma queda maior de pressão prejudica a rentabilidade do sistema e diminui consideravelmente sua capacidade. Já no projeto da instalação de compressores deve ser prevista uma possível ampliação posterior e, conseqüentemente, maior demanda de ar, determinando dimensões maiores dos tubos da rede distribuidora. A montagem posterior de uma rede distribuidora com dimensões maiores (ampliação) acarreta despesas elevadas. Escolha do Diâmetro da Tubulação A escolha do diâmetro da tubulação não é realizada por quaisquer fórmulas empíricas ou para aproveitar tubos por acaso existentes no depósito, mas sim considerando-se: - o volume da corrente (vazão); - o comprimento da rede; - a queda de pressão admissível; - a pressão de trabalho; - o número de pontos de estrangulamento na rede. Unidade de condicionament o (utilização) Comprimento ____________________________________________________________ 31 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Na prática, o monograma (figura abaixo) facilita a averiguação da queda de pressão ou do diâmetro do tubo na rede. Um aumento necessário, no futuro, deve ser previsto e considerado. Cálculo da Tubulação O consumo de ar em um estabelecimento fabril é de 4 m3 /min (240 m3 /hora) e o aumento em três anos será de 300%. Isto resultará em 12 m3 /min (720 m3 /hora). Considerando-se que o consumo total é limitado em 16 m3 /min (960 m3 /hora), a tubulação será de 280 metros de comprimento. Dentro dela encontram-se seis peças em T, cinco cotovelos normais e uma válvula de passagem. A queda de pressão admissível é de Dp = 0,1 bar e a pressão de trabalho é igual a 8 bars. Para se determinar o diâmetro provisório do tubo, basta seguir as indicações apresentadas no monograma, ou seja: liga-se a linha A (comprimento datubulação) à B, prolongando-se até C (eixo 1). A pressão de trabalho (linha E) será ligada com G (queda de pressão) obtendo, assim, em F (eixo 2), um ponto de interseção. Os pontos de interseção serão ligados entre si. Na linha D (diâmetro interno) obter- se-á um ponto de interseção, o qual fornece o diâmetro do tubo. O resultado desse cálculo é aproximadamente 90 mm de diâmetro. ____________________________________________________________ 32 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Segundo o monograma relativo ao comprimento equivalente, tem-se: 6 peças T (90 mm) = 6 . 10,5 m = 63 m 1 válvula de passagem (90 mm) = 32 m 5 cotovelos normais (90 mm) = 5 . 1 m = 5 m 100 m Comprimento da tubulação 280 m Comprimento equivalente 100 m Comprimento total 380 m Com esse comprimento total da tubulação (380 m), o consumo de ar, a queda de pressão e a pressão de trabalho, pode-se determinar o diâmetro real necessário. Para esse exemplo, o diâmetro do tubo é de 95 mm. ____________________________________________________________ 33 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Para os elementos redutores do fluxo (válvulas de gaveta, de passagem, de assento, peças em T, cotovelos), as resistências são transformadas em comprimento equivalente. Como comprimento equivalente compreende-se o comprimento linear do tubo reto, cuja resistência à passagem do ar seja igual à resistência oferecida pelo elemento em questão. A seção transversaldo tubo de “comprimento equivalente” é a mesma do tubo utilizado na rede. Por meio de um segundo nomograma, pode-se determinar rapidamente os "comprimentos equivalentes”. ____________________________________________________________ 34 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Vazamento e Perda de Potência em Furos É impossível eliminar por completo todos os vazamentos, porém estes devem ser reduzidos ao máximo com uma manutenção preventiva do sistema, de 3 a 5 vezes por ano, sendo verificados, por exemplo: substituição de juntas de vedação defeituosa, engates, mangueiras, tubos, válvulas, aperto das conexões, restauração das vedações nas uniões roscadas, eliminação dos ramais de distribuição fora de uso e outras que podem aparecer, dependendo da rede construída. Manutenção da rede de ar comprimido A manutenção da rede de ar comprimido requer os seguintes passos: - verificar as conexões para localizar vazamentos; - drenar a água diariamente ou de hora em hora; - analisar se está tudo em ordem com a F.R.L (filtro, regulador e lubrificador), de instalação obrigatória na entrada de todas as máquinas pneumáticas. Cores técnicas de um circuito Apresentamos abaixo as 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. Violeta Indica que a pressão do sistema de transformação de energia foi intensificada; ex.: multiplicador de pressão. ____________________________________________________________ 35 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial 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. Desumidificação do ar A presença de umidade no ar é sempre prejudicial para as automatizações pneumáticas, pois causa sérias conseqüências. Conseqüência da água nas linhas de ar comprimido - Oxidação das tubulações e componentes pneumáticos; - Destruição da película lubrificante (acarretando desgaste prematuro e reduzindo a vida útil das peças, válvulas, cilindros, etc.); - Arrasta partícula sólida que prejudicam o processo; - Aumenta o índice de manutenção; - Não aplicável à instrumentação (acarreta inutilização dos instrumentos) - Não permite a aplicação em equipamentos de pulverização. Reservatório Este reservatório, além de servir para manter a estabilização na distribuição do ar comprimido, elimina as oscilações de pressão na rede distribuidora e, quando há, momentaneamente, elevado consumo de ar, é uma garantia de reserva. A grande superfície do reservatório refrigera o ar suplementar, separando, diretamente no reservatório, uma parte da umidade do ar como água. O tamanho do reservatório de ar comprimido depende: - do volume fornecido pelo compressor; - do consumo de ar; - da rede distribuidora (volume suplementar); - do tipo de regulagem; - da diferença de pressão desejada na rede. ____________________________________________________________ 36 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial 6. UNIDADE DE CONDICIONAMENTO OU LUBREFIL UNIDADE DE CONDICIONAMENTO OU LUBREFIL Consiste de um filtro ar, um regulador de pressão com manômetro e lubrificador. Filtro de ar Tem por função reter as impurezas suspensas no fluxo de ar e em suprimir ainda mais a umidade presente. ____________________________________________________________ 37 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Secção de Um Filtro de Ar Comprimido Secção de Um Filtro de Ar Comprimido com regulador de pressão A - Manopla B - Orifício de Sangria C - Válvula de Assento D - Defletor Superior E - Defletor Inferior A - Defletor Superior B - Anteparo C - Copo D - Elemento Filtrante E - Defletor Inferior F - Dreno Manual G - Manopla ____________________________________________________________ 38 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Elementos filtrantes Bronze sinterizado Malha de nylon Tipos de drenos de filtros Dreno manual Para eliminação do condensado retido é necessária a interferência do homem (Fig. 9). Dreno automático A eliminação do condensado faz-se possível sem a necessidade da interferência humana (Fig. 10). Fig.9 Fig.10 Regulador de pressão Manter constante a pressão de trabalho (pressão secundária), independente das flutuações da pressão de na entrada (pressão primária) quando acima do valor regulado. A pressão primária deve ser sempre superior a pressão secundária, independentemente dos picos. Funciona como válvula de segurança Compensar automaticamente o volume de ar requerido pelos equipamentos pneumáticos. ____________________________________________________________ 39 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Secção de um Regulador de Pressão com Escarpe A - Mola B - Diafragma C - Válvula de Assento D - Manopla E - Orifício de Exaustão F - Orifício de Sangria G - Orifício de Equilíbrio H - Passagem do Fluxo de Ar I - Amortecimento J - Comunicação com Manômetro Manômetro Instrumento utilizado para medir e indicar a intensidade de pressão do ar comprimido, óleo etc. Manômetro Tipo Tubo Bourdon Lubrificador Utilizado para lubrificar as partes internas móveis dos componentes pneumáticos, facilitando seus movimentos e diminuindo os efeitos desgastastes provocados pelas forças de atrito. ____________________________________________________________ 40 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Os sistemas pneumáticos e seus componentes são constituídos de partes possuidoras de movimentos relativos, estando, portanto, sujeitos a desgastes mútuos e conseqüente inutilização. Para diminuir os efeitos desgastantes e as forças de atrito, a fim de facilitar os movimentos, os equipamentos devem ser lubrificados convenientemente, por meio do ar comprimido. Lubrificacão do ar comprimido é a mescla deste com uma quantidade de óleo lubrificante, utilizada para a lubrificação de partes mecânicas internas móveis que estão em contato direto com o ar. Esta lubrificação deve ser efetuada de uma forma controlada e adequada, a fim de não causar obstáculos na passagem de ar, problemas nas guarnições, etc. Além disso, este lubrificante deve chegar a todos os componentes, mesmo que as linhas tenham circuitos sinuosos. Isto é conseguido desde que as partículas de óleo permaneçam em suspensão no fluxo, ou seja, não se depositem ao longo das paredes da linha. O meio mais prático de efetuar este tipo de lubrificação é através do lubrificador. Oleos recomendados - Shell - Shell Tellus C - 10 - Esso - Turbine Oil - 32 - Esso - Spinesso - 22 - Mobil Oil - Mobil Oil DTE - 24 - Valvoline - Valvoline R - 60 - Castrol - Castrol Hyspin AWS - 32 - Lubrax - HR 68 EP - Lubrax _ IND CL 45 Of - Texaco - Kock TEX – 100 Operação O ar comprimido flui através do lubrificador por dois caminhos. Em baixas vazões, a maior parte do ar flui através do orifício Venturi (B) e a outra parte flui defletindo a membrana de restrição (A) e ao mesmo tempo pressuriza o copo através do assento da esfera da placainferior. A velocidade do ar que flui através do orifício do Venturi (B) provoca uma depressão no orifício superior (F), que, somada à pressão positiva do copo através do tubo de sucção (E), faz com que o óleo escoe através do conjunto gotejador. Esse fluxo é controlado através da válvula de regulagem (G) e o óleo goteja através da passagem (I), encontrando o fluxo de ar que passa através do Venturi (B), provocando assim sua pulverização. Quando o fluxo de ar aumenta, a membrana de restrição (A) dificulta a passagem do ar, fazendo com que a maior parte passe pelo orifício do Venturi (B), assegurando assim que a distribuição de óleo aumente linearmente com o aumento da vazão de ar. O copo pode ser preenchido com óleo sem precisar despressurizar a linha de ar, devido à ação da esfera (C). ____________________________________________________________ 41 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Quando o bujão de enchimento (H) é retirado, o ar contido no copo escapa para a atmosfera e a esfera (C) veda a passagem de ar para o copo, evitando assim sua pressurização. Ao recolocar o bujão, uma pequena porção de ar entra no copo e quando este estiver totalmente pressurizado a lubrificação volta ao normal. Secção de um lubrificador A - Membrana de Restrição B - Orifício Venturi C - Esfera D - Válvula de Assento E - Tubo de Sucção F - Orifício Superior G - Válvula de Regulagem H - Bujão de Reposição de Óleo I - Canal de Comunicação J - Válvula de Retenção 7. VÁLVULAS PNEUMÁTICAS Dispositivos que servem para orientar o fluxo de ar, impor bloqueios, controlar suas intensidade de vazão e pressão. Classificação (em grupo) • De controle direcional • De bloqueio • De controle de fluxo • De controle de pressão 7.1- VÁLVULAS DE CONTROLE DIRECIONAL Tem por função orientar a direção que o fluxo de ar deve seguir, a fim de realizar um trabalho proposto. ____________________________________________________________ 42 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Características • Posição inicial • Número de posições • Número de vias • Tipo de acionamento • Tipo de retorno • Vazão Número de posições As válvulas são representadas por retângulos divididos em quadrados, sendo cada quadrado a quantidade de manobras distintas que uma válvula direcional pode executar ou permanecer sob ação de seu acionamento. Número de vias É o número de conexões de trabalho que a válvula possui. As vias podem ser de entrada de pressão, conexões de utilização e de escape. ____________________________________________________________ 43 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial As válvulas são sempre indicadas em via/posição. Ex: 3/2 (3 vias e 2 posições), 5/2 (5 vias e 2 posições) Direção de fluxo As setas indicam a interligação interna das conexões, mas não necessariamente o sentido do fluxo. Passagem bloqueada Escape O escape de ar é representado por triângulos no lado externo ser não provido para conexão (não canalizado ou livre) e provido para conexão (canalizado). ____________________________________________________________ 44 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Escape não provido para conexão (não canalizado ou livre) Escape provido para conexão (canalizado) Procura - se normatizar a identificação dos orifícios da válvula da seguinte maneira: ____________________________________________________________ 45 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Válvulas direcionais 3/2 com acionamento mecânico e retorno por mola; a) Tipo carretel deslizante (normalmente fechada); b) Tipo assento (normalmente fechada); c) Tipo carretel deslizante (normalmente aberta). Válvulas direcionais 3/2 com retorno por mola; a) Pilotada ; b) Acionamento por solenóide As válvulas com retorno por mola têm como vantagem não necessitar de um novo sinal para mudar de posição, bastando eliminar o sinal de acionamento existente. Este fato é bastante apropriado quando estas válvulas são utilizadas como dispositivos para envio de sinais pneumáticos, conforme será visto posteriormente, ou em circuitos simples em que o operador avança e retorna o cilindro diretamente. No caso de válvulas acionadas por solenóide, normalmente este possui um tempo de comutação menor do que ocorre com a ação da mola. Como o tempo de comutação de uma válvula provoca atrasos na operação de uma máquina, este fato deve ser ponderado quando da construção de equipamentos com um grande número de sistemas de atuação. Identificação dos orifícios Nº 1 - alimentação: orifício de suprimento principal. Nº 2 - utilização, saída: orifício de aplicação em válvulas de 2/2, 3/2 e 3/3. Nºs 2 e 4 - utilização, saída: orifícios de aplicação em válvulas 4/2, 4/3, 5/2 e 5/3. Nº 3 - escape ou exaustão: orifícios de liberação do ar utilizado em válvulas 3/2, 3/3, 4/2 e 4/3. Nºs 3 e 5 - escape ou exaustão: orifício de liberação do ar utilizado em válvulas 5/2 e 5/3. Orifício número 1 corresponde ao suprimento principal; 2 e 4 são aplicações; 3 e 5 escapes. Orifícios de pilotagem são identificados da seguinte forma: 10, 12 e 14. Estas referências baseiam-se na identificação do orifício de alimentação 1. ____________________________________________________________ 46 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Nº 10 - indica um orifício de pilotagem que, ao ser influenciado, isola, bloqueia, o orifício de alimentação. Nº 12 - liga a alimentação 1 com o orifício de utilização 2, quando ocorrer o comando. Nº 14 - comunica a alimentação 1 com o orifício de utilização 4, quando ocorrer a pilotagem. Quando a válvula assume sua posição inicial automaticamente (retorno por mola, pressão interna) não há identificação no símbolo. Em muitas válvulas, a função dos orifícios é identificada literalmente. Isso se deve principalmente às normas DIN (DEUTSCHE NORMEN), que desde março de 1996 vigoram na Bélgica, Alemanha, França, Suécia, Dinamarca, Noruega e outros países. Segundo a Norma DIN 24.300, Blatt 3, Seite 2, Nr. 0.4. de março de 1966, a identificação dos orifícios é a seguinte: Linha de trabalho (utilização): A, B, C Conexão de pressão (alimentação): P Escape ao exterior do ar comprimido utilizado pelos equipamentos pneumáticos (escape, exaustão): R,S,T Drenagem de líquido: L Linha para transmissão da energia de comando (linhas de pilotagem): X,Y, Z Os escapes são representados também pela letra E, seguida da respectiva letra que identifica a utilização (normas N.F.P.A.) Exemplo : EA - significa que os orifícios em questão são a exaustão do ponto de utilização A. EB - escape do ar utilizado pelo orifício B. A letra D, quando utilizada, representa orifício de escape do ar de comando interno. Resumidamente, temos na tabela a identificação dos orifícios de uma válvula direcional. ____________________________________________________________ 47 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Acionamentos ou Comandos As válvulas exigem um agente externo ou interno que desloque suas partes internas de uma posição para outra, ou seja, que altere as direções do fluxo, efetue os bloqueios e liberação de escapes. Os elementos responsáveis por tais alterações são os acionamentos, que podem ser classificados em: - Comando Direto - Comando Indireto Comando Direto É assim definido quando a força de acionamento atua diretamente sobre qualquer mecanismo que cause a inversão da válvula. Comando Indireto É assim definido quando a força de acionamento atua sobre qualquer dispositivo intermediário,o qual libera o comando principal que, por sua vez, é responsável pela inversão da válvula. Estes acionamentos são também chamados de combinados, servo etc. ____________________________________________________________ 48 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Tipos de Acionamentos e Comandos Os tipos de acionamentos são diversificados e podem ser: - Musculares, Mecânicos, Pneumáticos, Elétricos e combinados Estes elementos são representados por símbolos normalizados e são escolhidos conforme a necessidade da aplicação da válvula direcional. Acionamentos musculares Acionadas pelo homem: • Botão • Alavanca • Pedal Acionamentos mecânicos Acionados por dispositivos mecânicos: Pino Rolete Gatilho ou rolete escamotável ____________________________________________________________ 49 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Acionamentos Pneumáticos As válvulas equipadas com este tipo de acionamento são comutadas pela ação do ar comprimido, proveniente de um sinal preparado pelo circuito e emitido por outra válvula. Piloto positivo Um impulso de pressão, proveniente de um comando externo, é aplicado diretamente sobre um pistão, acionando a válvula. Acionamentos Elétricos A operação das válvulas é efetuada por meio de sinais elétricos, provenientes de chaves fim de curso, pressostatos, temporizadores, etc. 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 entre o local emissor e o receptor. ____________________________________________________________ 50 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Acionamentos combinados A energia do próprio ar comprimido é utilizada para auxiliar o acionamento da válvula. Tipos: • Solenóide e piloto interno • Solenóide e piloto externo • Solenóide e piloto ou botão Solenóide e piloto interno Solenóide e piloto externo ____________________________________________________________ 51 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Solenóide e piloto ou botão Válvula Poppet Pode ser do tipo: - Assento com disco - Assento com cone 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. ____________________________________________________________ 52 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Válvula de Controle Direcional 3/2 Acionada por Pino Retorno por Mola, N.F., Tipo Assento Cônico Válvula de Controle Direcional 2/2 Acionada por Rolete, Retorno por Mola, N.F, Tipo Assento com Disco. Exemplos de denominação de válvulas Uma válvula de 3 vias e 2 posições em que o fluxo se encontra bloqueado na posição normal é denominada por: Válvula 3/2 vias normalmente fechada: Válvula comum: 2/2 vias normalmente fechada acionada por rolete - 3/2 vias normalmente fechada acionada por pino ____________________________________________________________ 53 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Exemplo de aplicação: Comando básico direto 3/2 vias normalmente fechada acionada por piloto - 3/2 vias normalmente fechada acionada por piloto Exemplo de aplicação ____________________________________________________________ 54 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Bloco Manifold Modular O sistema de manifold modular da Série B permite a montagem de diversas válvulas em um único conjunto. Cada conjunto possui um orifício de alimentação comum para todas as válvulas, dois orifícios de escapes comuns e orifícios de utilização disponíveis individualmente (orifícios 2 e 4). 7.2- VÁLVULAS DE BLOQUEIO Impedem o fluxo de ar comprimido em um sentido determinado, possibilitando livre fluxo no sentido oposto. ____________________________________________________________ 55 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Tipos de Válvulas de Bloqueio Válvula de Retenção com Mola Um cone é mantido inicialmente contra seu assento pela força de uma mola. Orientando-se o fluxo no sentido favorável de passagem, o cone é deslocado do assento, causando a compressão da mola e possibilitando a passagem do ar. A existência da mola no interior da válvula requer um maior esforço na abertura para vencer a contra-pressão imposta. Nas válvulas, de modo geral, esta contra-pressão é pequena, para evitar o máximo de perda, razão pela qual não devem ser substituídas aleatoriamente. As válvulas de retenção geralmente são empregadas em automatização de levantamento de peso, em lugares onde um componente não deve influir sobre o outro, etc. Válvula de Retenção sem Mola É outra versão da válvula de retenção citada anteriormente. O bloqueio, no sentido contrário ao favorável, não conta com o auxílio de mola. Ele é feito pela própria pressão de ar comprimido. Válvula de Escape Rápido Quando se necessita obter velocidade superior áquela normalmente desenvolvida por um pistão de cilindro, é utilizada a válvula de escape rápido. Para um movimento rápido do pistão, o fator determinante é a velocidade de escape do ar contido no interior do cilindro, já que a pressão numa das câmaras deve ter caído apreciavelmente, antes que a pressão no lado oposto aumente o suficiente para ultrapassa-la, além de impulsionar o ar residual através da tubulação secundária e válvulas. ____________________________________________________________ 56 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Utilizando-se a válvula de escape rápido, a pressão no interior da câmara cai bruscamente; a resistência oferecida pelo ar residual (que é empurrado) é reduzidíssima e o ar flui diretamente para a atmosfera, percorrendo somente um niple que liga a válvula ao cilindro. Ele não percorre a tubulação que faz a sua alimentação. Válvula de Isolamento (Elemento OU) Dotada de três orifícios no corpo: duas entradas de pressão e um ponto de utilização. Enviando-se um sinal por uma das entradas, a entrada oposta é automaticamente vedada e o sinal emitido flui até a saída de utilização. O ar que foi utilizado retorna pelo mesmo caminho. Uma vez cortado o fornecimento, o elemento seletor interno permanece na posição, em função do último sinal emitido. ____________________________________________________________ 57 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Havendo coincidência de sinais em ambas as entradas, prevalecerá o sinal que primeiro atingir a válvula, no caso de pressões iguais. Com pressões diferentes, a maior pressão dentro de certa relação passará ao ponto de utilização, impondo bloqueio na pressão de menor intensidade. Muito utilizada quando há necessidade de enviar sinais a um ponto comum, proveniente de locais diferentes no circuito. Válvula de Simultaneidade (Elemento E) Assim como na válvula de isolamento, esta também possui três orifícios no corpo. A diferença se dá em função de que o ponto de utilização será atingido pelo ar, quando duas pressões, simultaneamente ou não, chegarem nas entradas. A que primeiro chegar, ou ainda a de menor pressão, se autobloqueará, dando passagem para o outro sinal. São utilizadas em funções lógicas “E”, bimanuais simples ou garantias de que um determinado sinal só ocorra após, necessariamente, dois pontos estarem pressurizados. O primeirosinal se autobloqueará ... ... para que somente quando houver o segundo sinal haja alimentação na saida ____________________________________________________________ 58 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial 7.3- VÁLVULAS DE CONTROLE DE FLUXO Em alguns casos, é necessária a diminuição da quantidade de ar que passa através de uma tubulação, o que é muito utilizado quando se necessita regular a velocidade de um cilindro ou formar condições de temporização pneumática. Quando se necessita influenciar o fluxo de ar comprimido, este tipo de válvula é a solução ideal, podendo ser fixa ou variável, unidirecional ou bidirecional. Válvula de Controle de Fluxo Variável Bidirecional Muitas vezes, o ar que passa através de uma válvula controladora de fluxo tem que ser variável conforme as necessidades. Observe a figura: a quantidade de ar que entra por 1 ou 2 é controlada através do parafuso cônico, em relação à sua proximidade ou afastamento do assento. Conseqüentemente, é permitido um maior ou menor fluxo de passagem. Válvula de Controle de Fluxo Unidirecional Algumas normas classificam esta válvula no grupo de válvulas de bloqueio por ser híbrida, ou seja, num único corpo une-se uma válvula de retenção com ou sem mola e em paralelo um dispositivo de controle de fluxo, compondo uma válvula de controle unidirecional. Possui duas condições distintas em relação ao fluxo de ar: • Fluxo Controlado - em um sentido pré-fixado, o ar comprimido é bloqueado pela válvula de retenção, sendo obrigado a passar restringido pelo ajuste fixado no dispositivo de controle. ____________________________________________________________ 59 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial • Fluxo Livre - no sentido oposto ao mencionado anteriormente, o ar possui livre vazão pela válvula de retenção, embora uma pequena quantidade passe através do dispositivo, favorecendo o fluxo. Estando o dispositivo de ajuste totalmente cerrado, esta válvula passa a funcionar como uma válvula de retenção. Quando se desejam ajustes finos, o elemento de controle de fluxo é dotado de uma rosca micrométrica que permite este ajuste. 7.4- VÁLVULAS DE CONTROLE DE PRESSÃO Têm por função influenciar ou serem influenciadas pela intensidade de pressão de um sistema. Tipos de Válvulas de Controle de Pressão 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 pré-determinada é ajustada através de uma mola calibrada que é comprimida por um parafuso, transmitindo sua força sobre um êmbolo e mantendoo contra uma sede. Ocorrendo um aumento de pressão no sistema, o êmbolo é deslocado de sua sede, comprimindo a mola e permitindo contato da parte pressurizada com a atmosfera através de uma série de orifícios por onde é expulsa a pressão excedente. Alcançando o valor de regulagem, a mola recoloca automaticamente o êmbolo na posição inicial, vedando os orifícios de escape. ____________________________________________________________ 60 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial Exercício 1 Associe a coluna A com a coluna B: Coluna A Coluna B 1. Pressão e vazão constantes, a) ( ) Unidades de pressão. além de limpo. b) ( ) Atuador linear. 2. Compressor de deslocamento c) ( ) Compressor centrífugo positivo. radial. 3. Atmosfera e bar. d) ( ) Ar comprimido. 4. Compressor dinâmico. e) ( ) Compressor de pistão. 5. Convertem energia pneumática f) ( ) Válvula alternadora. em movimento linear. Exercício 2 Responda. a) Do que é constituído o ar atmosférico? b) Como deve se apresentar o ar comprimido antes de entrar num circuito pneumático? c) Qual é a faixa de pressão mais utilizada na pneumática industrial? d) Por que as conexões e tubos de uma rede de ar comprimido devem se arredondados? e) Qual deve ser a cor das tubulações de uma rede de ar comprimido? f) Quais são as principais avarias que ocorrem nos atuadores pneumáticos? g) Entre as válvulas direcionais, as mais comuns apresentam quantas vias quantas posições? h) Quais são as válvulas de bloqueio mais utilizadas? Exercício 3 O sistema da figura 1 abaixo representa: ____________________________________________________________ 61 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial a) Cilindro dupla ação, com válvula de controle do cilindro 5/2 vias e comando por condição lógica E. b) Cilindro simples ação, com válvula de controle do cilindro 3/2 vias e comando por condição lógica E. c) Cilindro dupla ação, com válvula de controle do cilindro 3/2 vias e comando por condição lógica OU. d) Cilindro dupla ação, com válvula de controle do cilindro 5/2 vias e comando por condição lógica OU. e) Cilindro simples ação, com válvula de controle do cilindro 3/2 vias e comando por condição lógica OU. 8. TEMPORIZADOR PNEUMÁTICO Este temporizador permite o retardo de um sinal pneumático; um período de tempo ajustável que passa entre o aparecimento do sinal de controle pneumático e o sinal de saída. O ajuste é através da rotação do botão graduado, a faixa de ajuste é completada por uma revolução completa do botão. Faixas de ajuste de Temporização: 0 a 3 s 0 a 30 s 0 a 180 s Funcionamento O funcionamento é totalmente pneumático. O ar usado para a função de retardo é atmosférico e não ar de suprimento. Desta maneira, o retardo não é variado de acordo com a pressão, temperatura, umidade ou por impurezas no ar comprimido. Há Temporizador NF (Normal Fechado) e NA (Normal Aberto). ____________________________________________________________ 62 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial 9. CAPTADOR DE QUEDA DE PRESSÃO (SENSOR DE QUEDA DE PRESSÃO) Instalado diretamente nos pórticos dos cilindros, estes sensores enviam um sinal pneumático quando o cilindro está estendido em seu fim de curso. São muito simples de ser usar, não necessitam de um came mecânico para a sua atuação e liberam um sinal que pode ser usado diretamente. Observação: O sensor enviará um sinal de saída só quando o cilindro estiver totalmente avançado. Funcionamento A velocidade do cilindro depende do fluxo de exaustão que é controlado por um regulador de velocidade. Existe a presença de uma pressão de retorno na exaustão, que cai quando o êmbolo alcança seu fim de curso. Por intermédio de um diafragma, o contato do captador de queda de pressão comuta e transmite a pressão P do sinal de entrada para o sinal de saída S. Este sensor é também usado para detectar fins de movimento de cilindros. Exemplo: cilindro de fixação. Composição São Modulares: o mesmo banjo se adapta e pode ser usado com outros módulos de detecção, como os de saída de sinal pneumático, elétrico e eletrônico, o qual possibilita o uso destes sensores em sistemas totalmente automatizados pneumático ou eletropneumático. ____________________________________________________________ 63 Curso Técnico em Mecânica de Manutenção Industrial 10. GERADORES DE VÁCUO, VENTOSAS Vácuo A palavra vácuo, originária do latim "Vacuus", significa vazio. Entretanto, podemos definir tecnicamente que um sistema encontra-se em vácuo quando o mesmo está submetido a uma pressão inferior à pressão atmosférica. Utilizando o mesmo raciocínio aplicado anteriormente para ilustrar como é gerada a pressão dentro de um recipiente cilíndrico, cheio de ar, se aplicarmos uma força contrária
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