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Curso técnico integrado ao ensino médio
Pneumática e Eletropneumática
Prof. Luiz Oswaldo de Andrade.
Curitiba
2019
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Índice Pág. 1
PNEUMÁTICA BÁSICA
INTRODUÇÃO Pág. 2
CAPÍTULO 1 (Propriedades)
PROPRIEDADES FÍSICAS DO AR Pág. 7
CAPÍTULO 2 (Produção)
PRODUÇÃO DO AR COMPRIMIDO Pág. 11
CAPÍTULO 3 (Distribuição)
TUBULAÇÕES E CONEXÕES Pág. 24
CAPÍTULO 4 (Tratamento)
TRATAMENTO DO AR COMPRIMIDO Pág. 34
CAPÍTULO 5 (Atuadores)
ELEMENTOS DE TRABALHO Pág. 50
CAPÍTULO 6 (Válvulas)
ELEMENTOS DE COMANDO Pág. 62
CAPÍTULO 7 (Válvulas especiais) Pág. 69
CAPÍTULO 8
REPRESENTAÇÃO DE SEQUÊNCIA DE MOVIMENTOS Pág. 74
ATIVIDADES PRÁTICAS
ELETROPNEUMÁTICA BÁSICA
CAPÍTULO 9 (Dispositivos Elétricos) Pág. 103
ATIVIDADES PRÁTICAS Pág. 107
Simbologia Pág. 136
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PNEUMÁTICA BÁSICA
INTRODUÇÃO
Como meio de racionalização do trabalho, o ar comprimido encontra, cada vez mais, campo
de aplicação na indústria, assim como a água, a energia elétrica entre outras formas de energia
que possuem a capacidade de realizar trabalho mecânico.
Foi somente na segunda metade do século XIX que o ar comprimido adquiriu importância
industrial.
O controle do ar hoje suplanta os melhores graus da eficiência, executando operações sem
fadiga, economizando tempo, ferramentas e materiais, além de fornecer segurança ao trabalho.
A palavra pneumática deriva do termo grego “pneumos” ou “pneuma” (respiração, sopro) e é
definido como a parte da física que se ocupa da dinâmica e dos fenômenos físicos relacionados
com gases e vácuo. É também o estudo da conversão da energia pneumática em energia mecânica,
através dos respectivos elementos de trabalho.
Abaixo se observam algumas vantagens e limitações de se utilizar a tecnologia pneumática:
Vantagens:
Investimento relativamente pequeno
Redução dos custos operacionais
Robustez dos componentes pneumáticos
Facilidade de implantação
Resistência a ambientes hostis
Simplicidade de manipulação
Segurança
Redução do número de acidentes.
Limitações:
O ar comprimido necessita de uma boa preparação
Os componentes pneumáticos são normalmente projetados e utilizados para forças
pequenas
Velocidades muito baixas são difíceis de ser obtidas
Como o ar é altamente compressível, é impossível se obter paradas intermediárias e
velocidades uniformes.
Pressão, Fluxo e Vazão
A relação mais importante na pneumática é a que existe entre pressão e vazão.
Pressão é uma grandeza que mede a intensidade de uma interação de contato distribuída
por uma superfície. Ou seja, se uma força comprime uma superfície, estando distribuída sobre
uma área A, a pressão p, exercida pela força sobre essa superfície, é por definição:
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A
F
P
onde:
P – pressão (N/m2)
F – força (N)
A – área (m2)
Assim, se uma caixa de peso igual a 20N for colocada sobre uma mesa de área igual a 5 metros
quadrados, significa que cada metro quadrado da mesa está sendo comprimido com uma força de
4N.
Não havendo circulação de ar de um ponto a outro do sistema a pressão será a mesma em
todos os pontos, porém se houver circulação do ar de um ponto a outro a pressão no primeiro
ponto será maior que no segundo ponto.
À circulação será denominada de fluxo e à quantidade de fluxo será denominada de vazão.
À diferença de pressão entre diferentes pontos será denominada de pressão diferencial ou Δp
(delta p). Esta diferença depende de três fatores:
- A pressão inicial.
- A vazão de ar circulante.
- A resistência ao fluxo existente entre ambos os pontos.
A resistência ao fluxo de ar é um conceito que não tem unidades próprias (como o Ohm na
eletricidade) e na pneumática inclusive se usa um conceito oposto, isto é, procura-se destacar a
facilidade ou a aptidão que os componentes pneumáticos oferecem à passagem do ar comprimido.
Este conceito se define, de acordo com os diversos países, como orifício equivalente “S”, fator
“Cv” ou fator “Kv”.
(um número que figura em uma multiplicação).
Em relação à eletricidade, por analogia, pode ser comparada à condutância do circuito. A
condutância é a propriedade que um corpo apresenta em relação à passagem da corrente elétrica.
É o inverso da resistência elétrica (propriedade que um material apresenta para dificultar a
passagem de corrente elétrica).
Estas relações são de certa maneira similares às da eletricidade, onde uma diferença de
potencial é igual à Resistência multiplicado pela Intensidade da corrente.
V=R.I
Este conceito transferido de alguma forma para a pneumática seria como dizer:
Queda de pressão = vazão x área efetiva de passagem
Na eletricidade as unidades e grandezas são diretamente proporcionais. Esta relação para
o ar comprimido é bastante mais complexa e nunca será proporcional devido a propriedade física
da compressibilidade do ar.
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Na eletricidade a corrente de 1 Ampère (1A) provoca a queda de 1 Volt (1V) sobre uma
resistência de 1 Ohm (1Ω). Exemplo de 100 para 99 volts, ou ainda de 5 para 4 volts.
Em contra partida, uma queda de pressão através do mesmo objeto e com a mesma vazão,
pode oscilar com a variação da pressão inicial e com a alteração da temperatura por causa da
compressibilidade do ar.
Os orifícios de passagem das válvulas pneumáticas, assim como de outros componentes,
são bastante complexos e variam de acordo com o desenho e projeto dos mesmos. Por isso é muito
difícil medir ou mesmo definir a vazão a não ser por experimentação em laboratório aplicando
testes práticos, só depois é que se pode atribuir um valor equivalente em Kv, Cv ou em S.
Por simples aproximação pode-se definir que o 1Cv = 18 Smm². Isto é, um orifício
equivalente de 18 mm² equivale a uma vazão de 1Cv.
Considerando uma análise simplificada, pois trata se de matéria complexa, que foge ao escopo
principal deste trabalho, verifica se os principais métodos de cálculo nos diversos sistemas.
Coeficiente de vazão pelo fator Kv
O fator Kv define a vazão como sendo um volume de água, em m³/h ou em litros/minutos,
que passa por uma válvula, sendo a pressão de entrada de 6 bar e a de saída de 5 bar ( Δp =1bar )
a 20ºC.
A grosso modo: 1 Kv = 0,8547 Cv
Coeficiente de vazão pelo fator Cv
O fator Cv define a vazão em Galões Americanos (US-gallons = 3,7854 l) de água por
minuto com um Δp de 1 PSI e a uma temperatura de 68ºF ( 20°C ).
De maneira superficial: 1 Cv = 1,17 Kv.
Coeficiente de vazão pelo fator S
Outro método, mais simples, é do “orifício equivalente” ou área equivalente. Este método
consiste em comparar uma determinada secção de passagem ( placa de orifício, diafragma) com a
passagem nominal do componente ( válvulas, conexões, mangueiras entre outros dispositivos ) e é
dado em “Smm² ”.
De maneira superficial, compara-se um coeficiente de vazão 1Cv = 18Smm², isto é, um
orifício de 18 mm² equivale a uma vazão de 1Cv . Pelo diagrama abaixo, destaca-se a relação entre
a pressão e a vazão equivalente através de um orifício de Secção de 1mm² = 54,44 Nl/min.
O triângulo traçado no ângulo inferior direito demarca a zona de fluxo sônico, isto é, a
velocidade do ar está próximo da velocidade do som (334m/s), o que provoca uma queda de
pressão na saída do componente que impossibilita a utilização prática. Para haver fluxo é
necessário que haja um diferencial de pressão, porém existe um limite. Na prática estima-se em
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torno de 2bar. Caso a pressão de trabalho fosse de 6bar deve-se ter uma pressãoprimária de
8bar, que já é um limite da chamada pressão econômica.
Fig. 1 - O diagrama p/Q mostra a relação entre pressão e vazão para um orifício de área
equivalente a Secção 1mm²
Utilização do diagrama
A escala de pressão do lado esquerdo indica ambas as pressões, de entrada e de saída. A
primeira linha da esquerda representa fluxo zero, pois a pressão de entrada e de saída é a mesma.
As varias curvas, para pressões de entrada de 1 a 10bar, indicam como a pressão decresce
(diminui) a medida que o fluxo ( vazão ) aumenta.
Exemplo 1:
Pressão de entrada de 6bar, queda de pressão 1bar = pressão de saída 5bar. Acompanhe a
linha “6” até o cruzamento com a linha horizontal “5”. Deste ponto desça verticalmente até a linha
base que representa a escala de vazão onde se encontra um valor de aprox. 55 l/min. O valor
descrito de 54,44 l/min. foi obtido do cálculo relatado abaixo. Os valores definem uma vazão
nominal Qn e pode ser comparado rapidamente aos valores muitas vezes encontrados em
catálogos. Se 54,44 Nl/min é a vazão através de um orifício de 1mm² ( não confundir com 1mm de
diâmetro ) e uma válvula apresentar um orifício equivalente de 4,5 mm² a respectiva vazão será
de: 54,44 x4,5 = 245 Nl/min.
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Exemplo 2:
Um dado componente com um “S” de 12mm² trabalha a uma pressão de 7bar e o consumo
do sistema é de 600Nl/min. Qual é a pressão de saída resultante? – Uma vazão de 600 Nl/min
através de um “S” de 12mm² corresponde a uma vazão de 600/12 = 50Nl/min de um “S” de 1mm².
Convertendo usando o diagrama, segue-se a curva “7” até o cruzamento com a linha vertical
correspondente a 50 Nl/min e neste ponto encontra-se um valor de aproximadamente 6,3bar,
tem-se então um Δp de 0,7bar bastante compatível em uso prático.
O limiar da zona de fluxo sônico ou subsônico pode ser facilmente definido quando a
relação de pressão entre entrada e saída for maior ou menor que 1.896:
Fluxo sônico = p1 + 1.013 ≤ 1.896 x (p2 + 1.013)
Fluxo subsônico = p1 + 1.013 > 1.896 x (p2 + 1.013)
O volume Q para um fluxo subsônico equivale:
Q = 22,2 x S x sqr{( p2 + 1.013 ) x ( p1 – p2 ) (l/min )}
E para um fluxo sônico:
Q = 11,1 x S x (p1 + 1.013) (l/min)
Observar que em sistemas pneumáticos nunca se deve utilizar vazão sônica, pois para uma
pressão de alimentação de 6bar tem-se apenas 2,7bar na saída de utilização. Alguma concessão
pode ser feita quando da utilização de geradores de vácuo.
A tabela abaixo resume os valores comparativos das diversas unidades utilizadas para a
definição da vazão:
Tab. 1 - Nos catálogos de produtos podem ser encontradas fórmulas de cálculos para outras
variáveis.
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CAPÍTULO 1 (Propriedades)
PROPRIEDADES FÍSICAS DO AR
Algumas propriedades físicas do ar serão relembradas para melhor compreensão do uso da
pneumática:
Compressibilidade
O ar , assim como todos os gases , tem a propriedade de ocupar todo o volume de qualquer
recipiente, adquirindo seu formato. Assim, podemos encerra-lo em um recipiente com volume
determinado e depois provocar uma redução de volume usando a sua propriedade da
compressibilidade.
Elasticidade
Propriedade que possibilita ao ar voltar do seu volume inicial, uma vez extinto o efeito
responsável pela redução do seu volume.
Difusibilidade
Propriedade do ar que lhe permite misturar-se homogeneamente com qualquer meio gasoso
que não esteja saturado.
Expansibilidade
Propriedade do ar que lhe possibilita ocupar totalmente o volume de qualquer recipiente,
adquirindo seu formato.
LEIS FÍSICAS UTILIZADAS
Lei Geral dos gases perfeitos
As leis de Boyle – Mariotte, Charles e Gay Lussac referem-se a transformações de estado
onde uma das variáveis físicas permanece constante.
Esta transformação de um estado para o outro, criou uma relação expressa pela fórmula:
2
22
1
11
T
VP
T
VP
onde :
P – pressão (bar)
V – volume (m3)
T – temperatura (K)
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Lei de Boyle – Mariotte
Esta lei diz que para uma temperatura constante quando o volume diminui a pressão
aumenta, ou seja, a variação de pressão é inversamente proporcional à variação de volume.
Fig. 1.1 – Lei de Boyle Mariotte
Lei de Gay Lussac
A lei de Gay Lussac diz que, para uma mesma pressão, quando o volume aumenta, a
temperatura aumenta e vice-versa.
Fig 1.2 – Lei de Gay Lussac
Lei de Charles
Pela lei de Charles observa-se que para um mesmo volume a variação de pressão é
diretamente proporcional a variação da temperatura, ou seja, quando a temperatura aumenta a
pressão aumenta na mesma proporção.
Fig 1.3 – Lei de Charles
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Princípio de Pascal
Constata-se que o ar é muito compressível sob a ação de pequenas forças. Quando contido
em um recipiente fechado, ele exerce uma pressão igual sobre as paredes, em todos os sentidos.
“A pressão exercida em um líquido confinado em forma estática atua em todos os sentidos
e direções, com a mesma intensidade, exercendo forças iguais em áreas iguais.”
A
F
P
P – pressão (N/m2)
F – força (N)
A – área (m2)
Fig 1.4 – Lei de Pascal
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Perguntas e Respostas
O que é tecnologia pneumática?
Tecnologia pneumática é o uso do ar
comprimido como meio de energia para
máquinas e equipamentos.
O que é ar comprimido?
Ar comprimido é o ar atmosférico comprimido.
Quais são as vantagens do ar comprimido?
O ar está disponível em qualquer lugar em
qualquer quantidade. O ar comprimido como
meio de energia não precisa ser trocado. O ar
comprimido não emite nenhum poluente no caso
de defeito na tubulação.
Quais são as pressões predominantes nos
equipamentos pneumáticos?
Dependendo da aplicação, o ar comprimido é
necessário em diferentes níveis de pressão. É
feita uma distinção entre as seguintes faixas:
• Faixa de baixa pressão até 10 bar.
• Faixa de média pressão 10...15 bar.
• Faixa de alta pressão 15...40 bar.
• Faixa de ultra-alta pressão 40...400 bar.
Qual faixa de pressão é comumente usada
para ferramentas pneumáticas?
Para ferramentas pneumáticas de uso
profissional e industrial, a faixa de pressão até
10 bar é a mais usual.
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CAPÍTULO 2 (Produção)
PRODUÇÃO DO AR COMPRIMIDO
Compressores
Compressores são máquinas destinadas a elevar a pressão de um certo volume de ar ,
admitido nas condições atmosféricas , até uma determinada pressão exigida na execução dos
trabalhos realizados pelo ar comprimido.
Classificação dos princípios de Trabalho
São duas as classificações fundamentais para os princípios de trabalho:
Deslocamento Positivo
Baseia-se fundamentalmente na redução de volume. O ar é admitido em uma câmara
isolada do meio exterior, onde seu volume é gradualmente diminuído processando-se a compressão.
Deslocamento Dinâmico
A elevação da pressão é obtida por meio de conversão de energia cinética em energia de
pressão, durante a passagem do ar através do compressor.
Tipos de Compressores
Compressores de êmbolo com movimento linear:
Pistão de efeito simples; duplo efeito; um estágio; dois estágios.
Fig 2.1 – Compressor de êmbolo com movimento Linear
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Compressor de êmbolo rotativo
Multicelular (palhetas)
Helicoidal de fuso rosqueado
Tipo Roots
Parafuso
Estes compressores são dotados de uma carcaça onde giram dois rotores helicoidais em
sentidos opostos. Os rotores são sincronizados por meio de engrenagens, entretanto existem
fabricantes que fazemcom que um rotor acione o outro.
Fig 2.2 – compressor de êmbolo rotativo
Critérios na escolha do compressor
Volume fornecido: teórico e efetivo
Pressão: de regime ou de trabalho
Acionamento: motor elétrico ou de explosão
Regulagem
De marcha em vazio:
Regulagem por descarga – atingindo a regulagem máxima, o ar escapa livremente por uma válvula.
Regulagem por fechamento – atingindo a regulagem, fecha-se o lado de sucção
Regulagem por garras – usada em compressores de êmbolo – atingindo a regulagem máxima,
algumas garras mantém as válvulas de sucção abertas.
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De carga parcial
Regulagem na rotação
Regulagem por estrangulamento
Intermitente
Quando o compressor atinge a pressão máxima o motor é desligado e quando o motor
atinge a pressão mínima o motor é ligado.
Refrigeração
A refrigeração de um compressor poderá ser feita por: água, utilizando um trocador de
calor e por ar, dissipando o calor através de palhetas.
Reservatório de ar comprimido: não faz parte obrigatoriamente do compressor tendo as
seguintes funções:
Estabilizar a distribuição do ar comprimido
Eliminar oscilações de pressão na rede
Separar parte da umidade existente no ar
Garantir reserva de ar.
Fig 2.3 – Reservatório de ar comprimido
O tamanho do reservatório depende:
Do volume de ar fornecido pelo compressor
Do consumo de ar
Da rede de distribuição
Da regulagem do compressor
Da diferença de pressão na rede
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Manutenção do compressor
Deve-se seguir as orientações do fabricante mas, existem algumas verificações periódicas
a serem seguidas ,tais como, verificar o nível de óleo lubrificante, a limpeza do filtro de ar,
válvula de segurança, drenar o condensado , manômetro.
Considerações sobre irregularidades na Compressão
Como na compressão o ar é aquecido, é normal um aquecimento do compressor. Porém, às
vezes o aquecimento exagerado pode ser devido a uma das seguintes causas:
1. falta de óleo no carter
2. válvulas presas ou sujas
3. ventilação insuficiente
4. válvula de recalque quebrada
5. óleo viscoso demais
6. filtro de ar entupido
Em caso de “batidas” ou barulho anormal, observar os seguintes itens:
1. volante solto
2. válvulas mal assentadas
3. desgaste nos mancais principais
4. jogo nos mancais das buchas no eixo das manivelas
5. folga ou desgaste nos pinos que prendem as buchas ou pistões
6. sujeira no pistão
Qualidade do ar
Como já mencionado em capítulos anteriores a qualidade do ar comprimido deve merecer
sempre o máximo de atenção e cuidado e é necessário sempre insistir com o cliente que as
despesas com os componentes que proporcionam obter um ar comprimido limpo e seco serão
amplamente recompensadas com um menor desgaste dos equipamentos pneumáticos e
principalmente com a dramática diminuição das paradas do sistema. Estudos práticos demonstram
que 70% das paradas são provocadas pela má qualidade e o excesso de umidade do ar comprimido.
Filtros de entrada ou de admissão
A qualidade do ar começa na filtragem do ar de admissão do compressor. A atmosfera
típica dos grandes centros urbanos pode conter até 40 milhões de partículas sólidas por m³, como
poeira, poluição e sujeira em geral. Se este ar for comprimido para 7 bar a concentração pode
chegar a 320 milhões de partículas/m³. Por isto é muito importante uma filtragem anterior que
evita a entrada de partículas abrasivas que danificam as partes internas e móveis do compressor e
elementos posteriores. Estes filtros não devem ter uma malha muito pequena pois podem
prejudicar a aspiração do compressor, uma malha acima de 40 micra é suficiente e pode ser
colocado antes do silenciador, se tiver, evitando assim possíveis pulsações.
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Desidratação do ar comprimido
Resfriadores posteriores (aftercooler)
Ao final da compressão o ar está quente e ao esfriar, o vapor de água nele contido se
condensa em quantidade considerável e se deposita ao longo da tubulação, o que se deve evitar
pois ele atingirá todo o sistema. A maneira mais efetiva e eficaz de eliminar esta água é resfriar o
ar logo após o compressor. Os resfriadores posteriores são trocadores de calor cujo meio de
troca pode ser ar ventilado ou água gelada.
Refrigeração por ar
Consiste de uma serie de tubos, por onde o ar passa, com aletas externas através das
quais se faz passar ar frio e forçado por ventilador (também conhecido como radiador).
Fig. 2.4 – Princípio de um pós-resfriador por ar.
A temperatura de saída do ar deverá ser de aproximadamente 15ºC acima da temperatura
do ar de refrigeração.
Refrigeração por água
Consiste de um “tubulão” metálico que aloja em seu interior outra tubulação “aletada” que
conduz o ar comprimido ainda quente. O tubulão tem uma conexão de entrada e outra de saída por
onde é conduzida a água gelada. Os fluxos de ar e a água são inversos, isto é, o ar entra pelo lado
contrário de onde entra a água que ao passar por labirintos vai trocando calor com o ar quente. É
bom lembrar que o calor passa sempre do corpo quente para o frio, portanto será o ar que cederá
calor para a água. Este processo nos assegura que a temperatura do ar na saída será de
aproximadamente 10ºC acima da temperatura da água gelada.
Um dreno automático acoplado ou incorporado se encarrega de eliminar o condensado acumulado.
Os pos-resfriadores poderão ser equipados com uma válvula de segurança, um manômetro e se
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recomenda incluir um termômetro para o ar de saída e outro para a água de entrada, ou mesmo
termômetro diferencial.
Fig. 2.5 – Principio de um pós-resfriador por água gelada
Secadores de ar
Os pos-resfriadores ( aftercooler ) reduzem a temperatura do ar até uns 10 ou 15ºC
acima da temperatura do meio refrigerante. O controle e comando dos sistemas pneumáticos se
realizam na maioria das vezes em torno dos 20ºC de temperatura ambiente. Isto poderia sugerir
que não haveria mais problema com o condensado e que a umidade restante seria devolvida para a
atmosfera através da exaustão das válvulas, mas não é bem isto que acontece na prática. Não é
raro que durante a noite a temperatura de saída do ar dos trocadores de calor esteja mais alta do
que a temperatura ambiente, principalmente nos reservatórios e nas tubulações. Esta situação
provoca uma nova precipitação de água condensada. A medida a ser adotada é a redução do ponto
de orvalho, o qual se define como a temperatura da qual o ar está completamente saturado de
umidade, isto é, a 100% de umidade relativa. Quanto mais baixo for o ponto de orvalho menor será
a umidade restante no ar comprimido.
Existem três tipos principais de secadores que operam por processos de absorção, adsorção e
refrigeração.
Secagem por absorção (deliquescente ou coalescente)
Este é um processo químico no qual o ar é forçado através de materiais absorventes,
contidos num reservatório, que capturam as moléculas de vapor de água. Estes materiais
higroscópicos, como gesso desidratado, cloreto de cálcio, cloreto de lítio, cloreto de magnésio
etc... retém a água e se mistura com ela formando uma solução a qual deverá ser drenada
periodicamente pelo fundo do reservatório. Como este material se desgasta com o tempo é
necessária uma reposição frequente. O ponto de orvalho máx. que pode ser atingido por este
processo está em torno de 5ºC e a temperatura do ar de entrada não deve ultrapassar os 30ºC.
Por ser pouco eficiente e de manutenção trabalhosa, além de apresentar concentração de
partículas sólidas corrosivas na saída este tipo de secador caiu em desuso.
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Fig. 2.6 – Principio de um secador por absorção
Secagem por adsorção (dessecante)Trata-se de um processo físico que consiste em forçar a passagem do ar comprimido
úmido através de um produto adsorvente o qual permite que as moléculas de água se depositam
por aderência em sua superfície sem no entanto se misturar com elas.
Dentro de reservatórios cilíndricos dispostos verticalmente coloca-se material adsorvente como
sílica gel ou alumina ativada, materiais estes porosos e granulados, que quando saturados podem
ser regenerados fazendo-se circular ar quente em sentido contrario ao do processo de secagem.
Normalmente usa-se parte do próprio ar que acabou de ser tratado. Consiste de dois
cilindros interligados que trabalham alternadamente, isto é, em quanto um cilindro esta secando o
ar comprimido o outro esta em fase de regeneração. Uma válvula direcional de 4/2 ou 5/2 vias
direciona o ar úmido para um dos cilindros, a fim que seja secado, enquanto de 10 a 20% do ar
seco na saída é desviado por outra passagem restringida em sentido contrário a fim de regenerar
o produto dessecante. Um temporizador ou um sensor de umidade se encarregam de comandar a
válvula direcional para que esta alterne o ciclo de secagem/regeneração.
A eficiência deste processo é muito superior ao anteriormente descrito, o ponto de
orvalho pode chegar a –40ºC e em alguns casos a –50ºC. Um indicador de cor pode ser incorporado
para indicar o grau de saturação.
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Fig. 2.7 – Princípio de um secador por adsorção
Um micro filtro é essencial para evitar que partículas sólidas do produto secante, muito
abrasivo, alcancem o resto da instalação.
O custo inicial da instalação e operação é mais alto, mas a simplicidade da manutenção e sua
eficiência torna o custo final bem mais vantajoso.
Secagem por refrigeração
Consiste de uma unidade mecânica que incorpora um circuito de refrigeração com dois
trocadores de calor. O ar úmido e a uma temperatura mais elevada é pré-resfriado no primeiro
trocador transferindo parte do seu calor ao ar frio de saída. Então no segundo trocador o ar
entra em contato com as serpentinas do refrigerador, por onde circula o gás Freon (R12 ou R22)
em processo de expansão (refrigeração = extração de calor).
Nesta etapa acontece uma drástica queda de temperatura onde acontece uma
condensação da umidade e das partículas de óleo que são automaticamente drenadas. Em seguida,
o ar frio e seco se dirige para a saída passando pelo primeiro trocador de calor, onde ele recebe
calor do ar de entrada, desta forma, ao aquecer-se aumenta seu volume, e baixando a umidade
relativa evita a formação de orvalho na tubulação de saída para o resto da instalação.
Mediante métodos modernos é normal atingir temperaturas do ar de saída em torno de 2ºC
embora temperaturas de 5ºC é suficiente para a maioria das aplicações da Pneumática.
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A temperatura do ar de entrada pode ser de até 60ºC porem é mais econômico se houver um pré-
resfriamento do ar de entrada para algo em torno de 25~35ºC.
Fig. 2.8 – Princípio do secador de ar por refrigeração
Como regra geral o custo de secagem do ar comprimido representa de 10~20% do custo
total da geração de ar comprimido. Em compensação a não instalação de um bom sistema de
tratamento do ar comprimido compromete o bom funcionamento do sistema como um todo,
aumentando os custos de manutenção que somados às possíveis e freqüentes paradas da produção
de longe superam os custos iniciais de um bom sistema de tratamento do ar comprimido.
Filtro da linha principal
É aconselhável a colocação de um filtro de grande capacidade e baixa perda de carga (Δp
mínimo) logo após o reservatório a fim de retirar os resíduos de óleo proveniente do compressor e
uma parcela de umidade do ar para evitar uma possível emulsão destes dois elementos (água
leitosa que se forma na tubulação). Estes filtros não possuem defletor interno para a separação
da água. O ideal seria a instalação de dois filtros em paralelo com um by-pass que permita a troca
de cartucho de uma unidade enquanto a outra está em serviço e sem a interrupção do
fornecimento de ar comprimido. Estes filtros normalmente possuem um sistema de troca rápida
do cartucho filtrante.
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Fig. 2.9 – Representação de um típico filtro de linha
Perguntas e Respostas
Como é gerado o ar comprimido?
O ar comprimido é gerado mediante a
compressão do ar atmosférico. As máquinas
usadas para geração de ar comprimido são
chamadas de compressores.
Quais tipos de compressores de ar
comprimido são mais usados?
Na área de aplicação profissional e industrial,
são mais usados os compressores de pistão
e/ou compressores de parafuso.
O que é um compressor de pistão?
O compressor de pistão lembra um motor de
combustão interna com comando de válvulas. O
ar atmosférico é aspirado e comprimido num
cilindro pelo pistão de movimento alternativo
acionado pela biela e árvore de manivela. As
sequências de aspiração e compressão são
comandadas pelas válvulas.
Quais são as características de um
compressor de pistão?
As características típicas do compressor de
pistão são:
• Elevado grau de eficiência
• Pode atingir pressões de altas até muito altas
• Permite unidades com dimensões reduzidas
• Permite grande variedade de versões (com
múltiplos cilindros e vários estágios de
compressão)
• Baixo custo
• Fluxo de pressão pulsante (desfavorável)
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O que é um compressor de parafuso?
A carcaça do compressor de parafuso contém
dois fusos helicoidais que, girando em sentidos
opostos, comprimem continuamente o ar na
câmara de pressão.
No seu curso, através do compressor, o ar
aspirado é comprimido na câmara de volume
decrescente até a pressão final
preestabelecida no projeto.
Quais são as características de um
compressor de parafuso?
As características típicas do compressor de
parafuso são:
• Fluxo contínuo de ar
• Baixa temperatura de compressão final
• Permite compressão isenta de óleo
• Baixa geração de ruído
• Permite a construção de múltiplos estágios
• Adequado para grandes volumes de consumo
• Custo mais alto
Os compressores de parafuso têm prevalecido
nas aplicações que requerem grandes volumes
de ar de forma contínua.
Quais critérios são mais importantes para o
planejamento de uma instalação pneumática?
Os seguintes critérios devem ser considerados
no planejamento de uma instalação pneumática:
• As pressões no sistema
• A demanda de ar comprimido
• Potência do compressor
• O sistema de tubulações
Quais pressões podem ser encontradas num
sistema pneumático?
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As pressões mais importantes dentro de um
sistema pneumático são:
• A pressão máxima do compressor
• A pressão de trabalho
• A pressão de fluxo
O que significa pressão máxima do
compressor?
A pressão máxima do compressor é a pressão
mais alta que o compressor escolhido é capaz
de gerar.
A pressão no reservatório de ar, e com isso no
sistema, oscila de acordo com a variação da
demanda de ar dos equipamentos conectados
entre uma pressão máxima e mínima. Além
disso, há as perdas de pressão devido a
vazamentos no sistema. O compressor deve ser
capaz de compensar essas oscilações de
pressão. A pressão máxima do compressor
deve, portanto, ser maior do que a pressão de
trabalho prevista para o sistema.
O que significa pressão de trabalho?
Pressão de trabalho é a pressão mínima que
precisa estar disponível para os equipamentos
conectados.
Possíveis perdas por vazamentos e perdas de
fluxo devem ser levadas em consideração.
O que se entende por pressão de fluxo?
A pressão de fluxo é a pressão disponível no
“niple” (Peça cilíndrica com rosca na parte
externa das duas extremidades, usada para
unir dois tubos) de conexão enquanto oequipamento está ligado e operando em regime
de consumo máximo de ar. A ferramenta
pneumática somente pode fornecer a potência
prevista se a pressão de fluxo nesse modo
operacional atingir o valor mínimo especificado
pelo fabricante (geralmente 6 bar).
Por que a pressão de fluxo precisa ser
medida diretamente no equipamento?
Porque até esse ponto todas as perdas são
provocadas pela rede de tubulação, válvulas e
registros, até mesmo devido à tubulação
flexível (possivelmente subdimensionada), que
deveriam ser levadas em conta.
Como é composta a demanda de ar
comprimido de uma instalação pneumática?
Fatores determinantes do consumo de uma
instalação pneumática são:
• Demanda de ar comprimido dos equipamentos
• Média do tempo de ocupação dos
equipamentos
• O fator de simultaneidade
• Perdas no sistema
• Reservas
• Erros de estimativa
Onde a demanda de ar comprido dos
equipamentos deve ser corrigida pela média do
tempo de ocupação
e pelo fator de simultaneidade e adicionados os
fatores de reservas, de perdas e os erros de
estimativa.
Como se determina o consumo das
ferramentas pneumáticas?
P á g i n a | 23
Pela soma de todas as ferramentas individuais
de acordo com as especificações técnicas do
fabricante, levando em conta os fatores de
correção.
O que é tempo médio de ocupação?
A maioria das máquinas pneumáticas não fica
permanentemente em operação. Por causa das
interrupções entre as operações individuais de
trabalho, elas são ligadas e desligadas
conforme a necessidade. Isso varia de acordo
com o tipo de ferramenta. Usualmente,
ferramentas de lixar trabalham por períodos
mais longos, ferramentas de parafusar
trabalham com mais pausas. A média de tempo
em que a ferramenta permanece ligada,
geralmente convertida em relação à uma hora,
é denominada tempo médio de ocupação.
O que é fator de simultaneidade?
Sabe-se pela experiência que, quando um
grande número de equipamentos está
conectado numa instalação, nunca todos são
usados ao mesmo tempo, pois a maioria das
operações de trabalho ocorre com defasagem
de tempo e suas durações não são uniformes.
A parcela de tempo em que todos os
equipamentos são usados simultaneamente é
denominada fator de simultaneidade e entra no
cálculo junto com o tempo de ocupação como
coeficiente redutor da demanda.
28.
O que se entende por perdas?
As perdas em instalações pneumáticas ocorrem
por causa dos vazamentos e do atrito do fluxo
de ar comprimido na rede de tubulações. De
acordo com a experiência, as perdas em
instalações pneumáticas novas correspondem a
aproximadamente 5%. Já nas instalações
pneumáticas antigas, as perdas podem chegar a
aproximadamente 25%.
O que se entende por reservas?
Como a demanda de ar comprimido é calculada
inicialmente apenas para os equipamentos
atualmente conectados, é preciso considerar
reservas para futuras necessidades de
expansão do sistema a fim de minimizar os
custos de atualização. Dependendo das
perspectivas e do ramo, podem ser projetadas
reservas de até 100%.
30.
O que é erro de estimativa?
Apesar do apurado método de cálculo, a
demanda real de ar comprimido nunca pode ser
determinada com exatidão. Por isso, para
compensar possíveis erros de estimativa, são
adicionados, como valor empírico,
aproximadamente 15% da demanda calculada.
31.
Como é determinada a potência do
compressor?
Dentre outros fatores, a potência do
compressor é determinada pelos seguintes
critérios:
• Pressão máxima
• Volume fornecido
• Tipo de compressor
• Número de compressores
• Tamanho do reservatório de ar
32.
Por que é melhor vários compressores
pequenos do que um compressor grande?
Compressores grandes possuem uma alta
demanda de energia. Se, em vez de um
compressor grande, forem usados vários
compressores pequenos, eles podem ser ligados
ou desligados individualmente de acordo com a
demanda atual de ar comprimido. Isso, por um
lado, leva a uma considerável economia de
energia e, por outro, um compressor pode ser
retirado da rede para manutenção sem que
toda a instalação tenha que ser paralisada.
33.
Qual é a função do reservatório de ar?
O reservatório de ar armazena uma quantidade
de ar comprimido e iguala as oscilações de
pressão (p.ex., causadas pelo pistão do
compressor). Ele garante as fases de elevada
demanda de ar comprimido e permite a
operação intermitente do compressor (i.e.
ligando e desligando conforme a necessidade)
e, com isso, economiza energia.
CAPÍTULO 3 (Distribuição)
TUBULAÇÕES E CONEXÕES
Escolha do diâmetro de uma tubulação
O diâmetro de uma tubulação da rede de ar comprimido deve ser escolhido de maneira que
a queda de pressão não ultrapasse 0,1 bar, mesmo se houver um crescente consumo de ar. Quanto
maior for à queda de pressão, menor será a rentabilidade e a capacidade do sistema.
Considerações para o dimensionamento da tubulação
volume corrente ( vazão)
comprimento da rede
queda de pressão admissível
pressão de trabalho
número de partes de estrangulamento na rede.
Tipos de rede de distribuição: primária e secundária.
Tipos de redes primárias de distribuição de ar:
Fig. 3.1 – tipos de rede de distribuição
Critérios para montar uma rede de distribuição
As tubulações devem ter um declive entre 1 a 2 % do seu comprimento no sentido do
fluxo.
Sempre que possível, manter a rede em circuito fechado que permite uma distribuição
mais uniforme de pressão.
P á g i n a | 25
Retirar a rede secundária da parte superior da primária.
Fig 3.2 – Projeto de uma rede de distribuição.
Materiais utilizados na rede:
Rede primária
cobre
latão
aço-liga
tubo de aço preto (galvanizado)
tubos sintéticos (plástico)
Rede secundária
materiais à base de borracha ( menos usado)
materiais à base de polietileno (mais usado)
Conexões
Acessórios utilizados para unir tubulações e também demais componentes do circuito
como, por exemplo, válvulas, atuadores, etc.
Conexões de tubos metálicos
São encontradas as seguintes conexões no mercado:
com anel de corte
com anel de pressão
conexões rebordadas
de engate rápido.
P á g i n a | 26
Conexões de mangueira:
conexões com porcas
conexão espigão
conexões de engate rápido.
Distribuição do ar comprimido
Linha principal
A distribuição da energia pneumática é uma das mais simples e baratas, porém deve se
obedecer algumas regras básicas. A tubulação principal deve ser sempre superdimensionada a fim
de poder conduzir o ar comprimido com a menor perda de carga possível, armazenar uma maior
quantidade de ar servindo como um reservatório adicional, permitindo um trabalho mais efetivo do
compressor diminuindo o liga\desliga deste e principalmente poder atender a demanda futura de
uma imprevista ampliação do sistema e consequente aumento de consumo de ar comprimido.
Deve-se instalar no alto e afastado da parede para permitir uma possível intervenção do pessoal
da manutenção, obedecer a uma inclinação em declive no sentido do fluxo do ar, de ± 1%.
Em instalações de médio ou grande porte deve se providenciar registros de isolamento para poder
fazer manutenção parcial na tubulação sem a necessidade de interromper o fornecimento geral de
ar.
A instalação principal pode ser executada em malha aberta ou fechada (em anel fechado),
veja Fig. 3.3 e Fig. 3.4. Ambas apresentam vantagens e desvantagens não existindo empecilhos
importantes para a adoção de um modelo ou outro.
Se o modelo em anel fechado oferece a vantagem de um fornecimento de ar comprimido mais
imediato e uniforme, tem a desvantagem de não apresentar sentido regular para o escoamento do
condensado, que tende a fluir na direção damaior demanda de ar comprimido, exigindo assim um
maior cuidado no projeto do “layout” da tubulação. A malha aberta, se o tamanho da tubulação
estiver no limite, pode apresentar deficiência de fornecimento de ar nas extremidades, mas
facilitam a coleta de condensado.
Fig. 3.3 – Representação esquemática de uma instalação em malha aberta
Lembrar sempre que a tubulação da rede de ar comprimido é uma tremenda fonte de
contaminação do ar, partículas sólidas que se desprendem do interior dos tubos, oxidação
(ferrugem), cavacos das roscas e outras impurezas tem um efeito desastroso sobre os modernos
e precisos equipamentos pneumáticos atuais (guias lineares, garras, válvulas de selo metálico),
P á g i n a | 27
portanto nunca dispensar um bom filtro e conscientizar os clientes da importância destes
detalhes.
Fig. 3.4 – Representação esquemática de uma instalação em anel fechado
Linha secundária
A menos que tenha se instalado eficientes sistemas de secagem, ao entrar em contato com
a superfície mais fria da tubulação boa parte da água e do óleo vindo do compressor se separa por
condensação.
Por isso as tomadas (conexões) de ar para o consumo devem ser feitas pela parte superior
da tubulação principal impedindo que o eventual condensado existente possa atingir os dispositivos
nele conectado e, utilizando-se de curvas suaves para evitar perda de carga por turbulência.
A bitola do tubo de descida deve ser uma medida acima da inicialmente calculada. Assim,
se no cálculo inicial, um tubo de ½ polegada é suficiente, deve se colocar um tubo de ¾ de
polegada.
Um dreno manual ou automático no ponto mais baixo de cada tubo é aconselhável. Este
seria colocado na extremidade de uma conexão em “T”, sendo que a saída a 90ºC seria utilizada
para a conexão do conjunto de conservação (FRL).
Fig. 3.5 – Tomadas de ar (a) e água condensada (b)
Drenagem
Por mais cuidadosa que seja a preparação e a secagem anterior uma pequena quantidade de
água condensada sempre se formará ao longo da tubulação. Por intermédio de armadilhas (potes
de expansão) e tubulação apropriada é possível retirar a quase totalidade desta água. Nos pontos
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de maior concentração e em pontos onde esta água se deposita recomenda-se a instalação de
drenos.
Drenagem automática
Nas partes mais baixas da tubulação principal providenciar uma tomada para o dreno, esta
conectada pela parte inferior da tubulação principal facilitando assim o escoamento do
condensado através do tubo de descida de bitola semelhante à tubulação de consumo. Na
extremidade inferior deste tubo instalar preferencialmente um dreno automático, canalizando
através de uma mangueira, a saída do dreno até a galeria pluvial mais próxima.
Os drenos podem ser manuais, onde seu funcionamento depende da atuação manual. Ou
automáticos, pois possuem características construtivas diversas. Em geral se utilizam do nível
interno do condensado acumulado e de um flutuador (bóia) para atuarem, descarregando
automaticamente a água assim que esta atingir uma determinada quantidade (nível) dentro do
copo. Assim que a água se esgotar o dreno fecha-se automaticamente. Os drenos também são
conhecidos como purgadores. Veja Fig. 3.6
Fig. 3.6 – Dreno automático com flutuador (bóia)
Existem drenos automáticos motorizados que funcionam pelo princípio de um came no eixo
de um motor síncrono acionando o pino de uma válvula de assento que elimina o condensado. Muito
utilizado em unidades móveis (caminhões, ônibus, compressores portáteis) por serem resistentes
a vibrações e permitir montagem em qualquer posição. Veja Fig. 3.7
Fig. 3.7 – Dreno automático motorizado, com came de acionamento.
P á g i n a | 29
Dimensionamento da tubulação principal
O custo de instalação de uma tubulação de ar comprimido representa uma parcela
significativa na fase inicial de um projeto. Portanto o seu dimensionamento inicial deve levar em
conta dois fatores importantes. O primeiro refere-se a menor perda de carga possível entre a
estação produtora e os consumidores finais. A queda de pressão ideal estaria em 0,1 a 0,2 bar. A
segunda deve levar em conta a possibilidade de ampliações futuras e o aumento de consumo de ar
comprimido. Uma redução inicial na bitola da tubulação, embora possa baixar os custos, acarreta
uma queda de pressão que prejudica o rendimento dos equipamentos provocando perdas que
podem superar a economia feita inicialmente. Inútil mencionar os prejuízos causados se a
instalação precisar ser refeita a fim de aumentar o diâmetro dos tubos da rede principal. O custo
de uma tubulação com diâmetro interno de 25 mm não é muito diferente de um com diâmetro
interno de 50mm, sendo o custo da mão de obra o fator mais significativo, porém o aumento da
vazão é quatro vezes maior. Com uma tubulação superdimensionada aumenta a armazenagem de ar,
melhora sensivelmente a troca de calor (maior superfície radiante) que ajuda na separação do
condensado e melhorando a qualidade do ar.
O tamanho da tubulação principal e suas derivações calcula se, levando em conta as
limitações de velocidade do ar recomendadas de aproximadamente 6m/s. Embora, em sub
circuitos, a uma pressão de 6bar e de pouca extensão, o ar pode chegar a 20m/s.
Para uma queda de pressão de no máximo de 0,3 bar entre o compressor e os dispositivos
podemos calcular de forma simplificada utilizando o nomôgrama Fig. 3.8.
Curvas, cotovelos, derivações em “T” ou em “Y”, válvulas, registros e outras conexões
causam perdas de carga por obstrução e atrito que precisa ser levado em conta. Uma forma de
calcular é transformar estas perdas em “comprimento equivalente”, isto é, como se fossem
metros lineares de tubos retos. É comum que os valores sejam fornecidos em catálogo pelos
fabricantes. A tabela Fig. nos dá uma idéia simplificada destes valores de componentes mais
utilizados.
Exemplo (a): Para determinar o tamanho da tubulação para uma vazão de 16.800 Nl / min de ar e
uma queda de pressão máxima de 0,3bar (30 kPa) em um comprimento de 125m, sendo que o
compressor desliga ao alcançar uma pressão de 10bar e religa a uma pressão de 8bar, tendo então
uma pressão média de 9bar.
Uma queda de pressão de 30 kPa em 125 metros resulta em uma perda de carga equivalente de:
30 kPa : 125m = 0,24 kPa/m
Utilizando o nomôgrama Fig. 3.8 traçamos uma linha partindo de 9bar da linha vertical
referente à pressão passando pelo valor de 0,24 kPa / m na segunda linha vertical referente à
perda de carga equivalente até alcançar a linha central de referência ( ponto X ).
Traçar outra linha unindo o ponto X ao ponto de intersecção de 0,28 Nm³/s (16.800
Nl/min) e prolongar a linha até alcançar a última linha da direita referente ao diâmetro interno da
tubulação.
O valor encontrado neste caso é de aproximadamente de 61 mm e no mercado podemos
encontrar tubos metálicos com diâmetro interno de 65mm ( 2 ½ polegadas) que satisfazem com
certa margem nosso projeto.
P á g i n a | 30
Fig. 3.8 – Nomôgrama para o dimensionamento do diâmetro da tubulação
Exemplo (b): Se a mesma tubulação de 125m de comprimento tiver uma serie de acessórios como 2
cotovelos, 2 curvas longas de 90º, 6 conexões em “T” e 2 registros de gaveta seria necessário
aumentar o diâmetro do tubo?
Fig. 3.9 – Tabela simplificada para o cálculo do comprimento equivalente
P á g i n a | 31
Pela tabela Fig. 3.9 - na coluna referente à 65 mm nos encontramos os valores referentes
ao comprimento equivalente dos diversos componentes existentes na tubulação.
Portanto, obtidos os valores procede-se à soma e encontra-se o total de metros do comprimento
equivalente que somados ao comprimento da tubulação obtém-se o comprimento total.
Dois cotovelos: 2 x 1,4 m = 2,8 m
Duas curvas de 90º: 2 x 0,8 m = 1,6 mSeis “T” padrão: 6 x 0,7 m = 4,2 m
Dois registros de gaveta: 2 x 0,5 m = 1,0 m
Total 9,6 m
Os doze componentes geram uma “resistência” ao fluxo de ar equivalente a
aproximadamente 10 metros lineares de um tubo da mesma bitola.
Neste caso o “comprimento efetivo” da tubulação seria de 125m + 10m = 135m com um �p de
30kPa : 135 m = 0,22 kPa/m .
Utilizando novamente o nomôgrama Fig. 3.8 encontramos um diâmetro interno de 65 mm o
que ainda atende satisfatoriamente nosso projeto, uma vez que o diâmetro interno real desta
bitola é de 68 mm.
Para a maioria das instalações utilizam-se tubos galvanizados ou os chamados tubos pretos
de aço 1020~1030. Para bitolas até 75 mm ( 3” ) pode-se utilizar acessórios rosqueados. Acima
disto recomenda-se flanges e conexões soldadas.
Nota: ao determinar os tamanhos dos tubos da rede principal levar sempre em consideração
expansões futuras e aumentos de demanda de ar comprimido.
Perguntas e Respostas
Qual é a função do sistema de tubulação
(rede)?
A função primordial do sistema de tubulação é
transportar o ar comprimido até os
equipamentos individuais. Secundariamente, o
volume das tubulações complementa o volume
do reservatório de ar.
Existem diversos sistemas de tubulação
(rede)?
Sim. Os dois sistemas típicos são designados
como:
• Ramificado
• Anel fechado
Ambos os sistemas possuem suas vantagens e
desvantagens que precisam ser consideradas
em função da concepção do sistema. É por isso
que, na prática, são usadas com frequência
versões mistas de ambos.
O que é um sistema ramificado?
Tubulações ramificadas derivam de grandes
tubulações de distribuição ou da tubulação
principal e terminam no equipamento. Elas têm
a vantagem de exigir menor extensão de tubos
do que o sistema de anel fechado. Mas também
há a desvantagem de terem que ser maior em
tamanho do que o sistema de anel fechado e
provocarem, frequentemente, grandes perdas
de pressão.
P á g i n a | 32
O que é um sistema de anel fechado?
Um sistema de anel fechado forma um circuito
de distribuição fechado. Para fornecer ar
comprimido via anel fechado, o ar comprimido
percorre um caminho mais curto do que no
sistema ramificado. Isso reduz a queda de
pressão. O dimensionamento do sistema de
anel fechado pode ser calculado com metade
do comprimento fluidodinâmico do tubo e com
metade do volume de fluxo. A desvantagem é a
maior demanda de tubulações.
Qual é a influência do comprimento dos
tubos, derivações, cotovelos, válvulas e
engates?
Quanto mais longa a tubulação de ar
comprimido, maiores são as perdas por atrito
do fluxo de ar na parede da tubulação. Como as
perdas por atrito se convertem em perda de
pressão, as tubulações longas requerem um
diâmetro maior para reduzir a resistência.
Dependendo do modelo e fabricação, as
derivações, cotovelos, válvulas e engates
causam frequentemente perdas substanciais
por atrito no fluxo de ar. Portanto, seu número
deve ser mantido o menor possível e deve ser
dada preferência aos modelos mais favoráveis
ao fluxo. Existem fatores para os componentes
comuns que entram no cálculo do sistema de
tubulação em metros (adicionais) de
comprimento de tubo (veja tabela).
P á g i n a | 33
P á g i n a | 34
CAPÍTULO 4 (Tratamento)
TRATAMENTO DO AR COMPRIMIDO
Após passar por todo o processo de produção, tratamento e distribuição, o ar comprimido
deve sofrer último condicionamento próximo ao ponto de utilização, antes de ser colocado para
trabalhar, a fim de produzir melhores desempenhos. Neste caso, o beneficiamento do ar
comprimido consiste no seguinte: Uma filtragem final, a estabilização e regulação da pressão de
trabalho e uma eventual lubrificação de todas as partes mecânicas dos componentes pneumáticos.
Isto ocorre porque partículas de pó ou ferrugem e umidade que se condensam nas tubulações
podem ocasionar falhas ou avarias nas válvulas. Por isto perto do local de consumo é colocada uma
unidade de conservação que é composta de:
filtro de ar comprimido
regulador de pressão
lubrificador de ar comprimido.
Filtração
Filtro padrão (standard )
O filtro padrão consiste de uma combinação de um separador de água e de um filtro de impurezas.
Se o ar não foi desidratado anteriormente uma quantidade considerável de água será coletada e o
filtro reterá impurezas sólidas como partículas de pó, de óxido e de escaras.
A separação da água ocorre principalmente por uma rotação rápida do ar provocada pelo defletor
na entrada. As partículas mais pesadas de água, óleo e impurezas são expulsas pela força
centrífuga, por impacto aderem na parede do copo e deslizam para o fundo onde se acumulam,
podendo ser retirado por um dreno manual ou automático. Uma placa separadora cria uma zona de
calma abaixo dela evitando que o torvelinho ( vórtice ) de ar arraste o líquido para a saída.
O elemento filtrante retém as partículas mais finas de pó, de escaras, de óxido e de óleo
carbonizado quando o ar flui para a saída do filtro. O elemento filtrante padrão ( AF ) retém
todos os contaminantes de até 5 micra, ele pode ser facilmente retirado, lavado e reutilizado
varias vezes antes de ser substituído por estar provocando uma excessiva perda de carga. Se o
condensado apresentar uma cor turva e leitosa é sinal de excesso de óleo e contaminantes o que
encurta sensivelmente a vida útil do elemento filtrante. No caso de excesso de condensado
recomenda-se o uso de um dreno automático.
O copo normalmente é feito em policarbonato (PC), em ambiente onde o filtro está exposto ao
calor, faíscas ou quimicamente agressivos é recomendável o uso de materiais especiais. Como
proteção a choques mecânicos utilizar uma proteção metálica.
O policarbonato tolera derivados de petróleo para sua limpeza, entretanto evitar a gasolina
devido a presença de álcool anidro (24% do volume) que provoca rachaduras e possível explosão do
copo de policarbonato.
P á g i n a | 35
Fig. 4.1 – Filtro de ar padrão com separador de água com dreno automático opcional
Micro filtros
Quando o processo não admite contaminação por vapores de óleo deve-se usar filtros
micrônicos, (AFM ou AFD), estes por serem filtros puros não possuem o defletor interno.
O ar flui da entrada para o centro do cartucho e através deste para o lado externo e em
seguida para a conexão de saída.
As partículas sólidas ficam retidas na malha fina das diversas camadas dos elementos
filtrantes enquanto que os vapores de óleo e a névoa de água, ficam retidas nas outras camadas e
se aglutinam, por ação coalescente, dentro do material filtrante escorrendo por gravidade para a
parte inferior do copo.
Fig. 4.2 – Micro-filtro típico, coalescente multiestágio.
P á g i n a | 36
Filtros sub micrônicos
Estes filtros são capazes de reter e remover virtualmente toda presença de óleo e água
contida no fluxo de ar além de partículas de impurezas abaixo de 0,01mm, para proporcionar a
máxima proteção na utilização em dispositivos de medição fina, instrumentação pneumática,
pintura eletrostática, limpeza e secagem na montagem de componentes eletrônicos.
O princípio de funcionamento é igual ao micro-filtro descrito anteriormente, a diferença é
que estes possuem camadas adicionais no elemento filtrante de alta eficiência de retenção.
Escolha e seleção de filtros
O tamanho assim como o tipo de filtro a ser definido para uma aplicação específica
depende inicialmente de três fatores:
a) A vazão máxima requerida pelo equipamento pneumático a ser alimentado
b) A queda de pressão (Δp ) máx. aceitável na aplicação específica
c) A qualidade e o grau de limpeza requerida naespecificação
Os fabricantes fornecem gráficos e diagramas de pressão/vazão para permitir uma
especificação correta do tamanho e do tipo de filtro desejado. Quanto ao grau de limpeza do ar,
estão disponíveis cartuchos filtrantes de diversos tamanhos de malha.
Qualidade do ar
Níveis de filtração
Os níveis de filtração ou classes de qualidade são conhecidos também por grau de limpeza
ou classe de pureza. São ao todo sete. Ainda não existe uma normatização em escala mundial.
Em cada país existe um grau de exigência diferente. A seguir veremos de forma esquemática os
elementos envolvidos e uma tabela (Fig.5.3) com definições e critérios.
Descrição
O ar proveniente do compressor passa por pos-resfriador (aftercooler ) equipado com
dreno automático que se encarregam de eliminar uma boa parte do condensado e impurezas. O ar
posteriormente entra em um reservatório com dreno automático instalado na parte inferior,
devido a um novo resfriamento, derivado do contato do ar com as paredes internas do tanque,
ocorre uma nova condensação eliminada pelo dreno automático no fundo do reservatório. Drenos
adicionais podem ser instalados, opcionalmente ao longo da tubulação e sempre nas partes mais
baixas desta. O esquema demonstrativo se divide em três partes principais:
As derivações 1 e 2 fornecem o ar comprimido diretamente do reservatório. As derivações
3,4,5,6 fornecem ar comprimido tratado adicionalmente por um secador por refrigeração. A
derivação 7 inclui um secador por adsorção entre dois micro- filtros .
Os pontos 1 e 2 equipados com filtro padrão (standard) e drenos automáticos eliminam boa
parte do condensado sedo que o ponto 2 tem um grau de limpeza maior devido a utilização de
microfiltro.
P á g i n a | 37
As derivações 3,4 e 5 recebem um ar comprimido de melhor qualidade fornecido através
do secador por refrigeração. Portanto o ponto 3 não requer um dreno automático, o ponto 4 não
necessita de uma pré filtração e um micro filtro fornece ar de muito boa qualidade. Enquanto o
ponto 5 apresenta um incremento na qualidade e no grau de pureza por utilizar um micro filtro e
um filtro sub micrônico em série.
O ponto 6 inclui ainda um filtro eliminador de odores alem dos micro e sub-micro filtros.
Um secador por adsorção além dos filtros micrônico e sub-micrônico elimina todos os riscos da
presença de condensado mesmo a baixas temperaturas.
Fig. 4.3 – Definição esquemática dos sete graus de limpeza
P á g i n a | 38
Aplicações típicas estão listadas na tabela a seguir:
Fig. 4.4 – Tabela e definições de aplicações típicas das sete classes de limpeza (resumo)
Regulação da pressão
A regulação da pressão se faz necessária por vários motivos. Se uma pressão alta seria
desejável (10~15 bar) na prática ela se torna muito cara, além de provocar desgaste prematuro
nos componentes pneumáticos, não gerando nenhum benefício.
Uma pressão demasiadamente baixa, (3 a 4bar) fácil de produzir, torna-se antieconômica devido à
baixa eficiência. Outra razão para uma boa regulação está no fato de a pressão no sistema de
distribuição ser muito instável, oscilando constantemente devido ao consumo variável e à própria
regulagem do regime de trabalho dos compressores.
P á g i n a | 39
Portanto estabeleceu-se na prática que a pressão econômica estaria na faixa de 6 a
7bar (0,6 a 0,7MPa). A maioria dos fabricantes de equipamentos pneumáticos adotaram estes
valores.
Para quem adota o sistema anglo-americano esta pressão seria de 85 a 100 PSI.
Regulador padrão (standard)
Os reguladores de pressão operam pelo princípio da balança de forças. Este processo pode
ser feito por um êmbolo ou um diafragma em contraposição as forças ajustáveis de molas e da
pressão de saída. Os reguladores são conhecidos também como redutores de pressão, uma vez que
a pressão de entrada, dita primária, deve ser sempre superior à pressão desejada na saída, dita
secundária. É bom lembrar que quando a pressão secundária for igual à primária o regulador de
pressão perde sua função.
Princípio de funcionamento
A pressão de saída se regula ajustando a carga da mola principal através do parafuso de
ajuste com manopla. A mola apoiada sobre o núcleo da membrana central desloca para baixo um
pequeno êmbolo abrindo a válvula de passagem de ar, este ar (p1), numa determinada vazão e
pressão vai para a conexão de saída (p2) e através de um pequeno furo vai também agir sob a área
da membrana se contrapondo à força da mola principal.
Neste momento é que se estabelece o balanço de forças. Se chamamos a força da mola
principal de F1 e o produto da pressão secundária pela área (p2 × A ) da membrana de força F2 , a
pequena força exercida pela mola de retorno da válvula de passagem de força F3 teremos a
seguinte equação ao se estabelecer o equilíbrio de forças:
F1 = (F2 + F3) – R (R = atrito da junta de vedação do êmbolo).
Enquanto este equilíbrio de forças for constante a pressão secundária e a vazão através
da válvula serão constantes.
A ação reguladora se dá da seguinte forma: se o consumo de ar aumentar na saída a
pressão embaixo da membrana tende a diminuir, consequentemente a força F2 também diminui
alterando o balanço de forças a favor de F1 que empurrará o êmbolo para baixo aumentando a
passagem de ar restabelecendo a demanda e consequentemente a pressão secundária, mas com
uma vazão maior.
Ao contrário, se o consumo diminuir a pressão secundária tende a subir para se aproximar
da pressão primária maior. Novamente teremos a alteração do balanço de forças desta vez a
favor de F2 que empurrará a membrana para cima, a mola de retorno F3 se encarregará de fechar
a válvula diminuindo a vazão a fim de atender a diminuição do consumo.
Não havendo consumo a pressão secundária tende a aumentar empurrando a membrana até
fechar a válvula que permanecerá fechada enquanto não houver consumo.
P á g i n a | 40
Fig. 4.5 – Principio de um regulador de pressão
Outra forma de alterar o balanço de forças e a pressão secundária é através de uma ação
de comando que consiste em atuar no parafuso que pressiona a mola F1. A reação da reguladora se
dará como descrito acima.
Caso haja uma contra pressão na saída, provocada pelo processo, o equilíbrio não se altera,
mas haverá um átimo em que a membrana será empurrada para cima provocando um alivio da
pressão através do orifício existente no núcleo da membrana e do orifício na tampa superior da
reguladora.
Fig. 4.6 – Função de alivio em um regulador de pressão
Obs.: não confundir estes orifícios como vias de exaustão. Não obstruir o furo da tampa superior.
Os reguladores também são conhecidos como redutores de pressão
Com índices elevados de vazão ocorre um fenômeno que deve ser observado. Quando isto
ocorre a válvula de passagem do regulador fica totalmente aberta para atender a demanda e a
mola principal fica praticamente toda estendida deixando o equilíbrio de forças muito sensível.
P á g i n a | 41
Este fenômeno pode ser parcialmente atenuado criando-se uma terceira câmara p3, logo
abaixo da membrana principal e uma pequena passagem entre a câmara da pressão secundária p2,
nesta passagem pode se inserir um pequeno tubo com uma extremidade cortada em ângulo e com a
face voltada para a saída. Isto permite que a pressão estática na câmara p3 seja mais baixa
devido à velocidade mais elevada no pequeno tubo ( Bernoulli ) compensando assim o equilíbrio de
forças entre a mola estendida, mais fraca, e a pressão estática mais baixa, F2 mais fraca.
Fig. 4.7 – Princípio de um regulador com compensação de vazão
Em relação ao modelo esquematicamente representado na Fig. 4.7 ainda resta um pequeno
inconveniente. Se a pressão de entrada aumenta sensivelmentealtera-se o equilíbrio de forças
provocado pelo aumento de F2 o leva a uma redução da passagem na válvula provocando uma ligeira
redução da pressão secundária. Este problema pode ser compensado com a utilização de
reguladores de pressão que possuem áreas iguais nas câmaras de entrada e de saída como
demonstrado no modelo da Fig. 4.8.
As partes mais importantes são:
1. Parafuso de ajuste
2. Mola reguladora
3. Núcleo com orifício de alívio
4. Diafragma (membrana)
5. Câmara de compensação da vazão
6. Tubo de compensação da vazão
7. Válvula de passagem
8. O-Ring de compensação da pressão
9. Mola de retorno da válvula
10. O-Ring de compensação da vazão
P á g i n a | 42
Fig. 4.8 - Regulador de pressão completamente
compensado
Regulador de pressão pilotado pneumaticamente
Este regulador se constitui de um regulador de pressão que tem na parte superior outro
regulador que substitui a mola principal de regulagem. Estes modelos apresentam grande precisão
mesmo em altas vazões. O regulador piloto fornece ou alivía o ar de pilotagem apenas nas fases de
correção da pressão secundária. Em altas vazões não apresenta o problema de distensão da mola
principal.
P á g i n a | 43
Fig. 4.9 – Regulador com piloto pneumático de comando
Elementos combinados
Filtro-regulador de pressão
A combinação de filtro-regulador
apresenta como principal vantagem a economia
de espaço tão importante hoje em dia nas
montagens de máquinas e dispositivos.
Estas unidades compactas são conhecidas como
conjuntos de conservação e podem ter
acoplados um terceiro elemento: o lubrificador.
Características, escolha e seleção:
A escolha da unidade deve levar em
consideração a vazão desejada e a mínima
variação de pressão na maior parte da gama de
utilização que a unidade permite.
Os fabricantes fornecem catálogos
gráficos informativos que esclarecem estas
características.
O mais importante é o gráfico Q/p2
(vazão/pressão secundária) Fig.5.11. Ele
demonstra como a pressão p2 diminui com o
aumento da vazão.
A curva se divide em três fases distintas:
1 - Inicio do arranque, pouco consumo tendo
uma pequena passagem de ar na válvula de
passagem o que ainda não permite uma
regulagem real e efetiva.
2 - A faixa ideal de regulação e
P á g i n a | 44
3 - A faixa de saturação; a válvula está
totalmente aberta não permitindo mais
regulagem posterior.
Fig. 4.10 – Combinação de um Filtro - Regulador
típico
O dimensionamento destas unidades deve levar em conta como principal aspecto a
quantidade de fluxo requerido no projeto. Para o regulador a vazão média requerida deve ficar na
metade da faixa de vazão (parte II (a) do gráfico Q/p2 ). Para o filtro deve-se levar em conta a
perda de carga Δp. Para um filtro separador padrão (não um filtro de linha) uma queda de 0,2bar
será o ideal para assegurar um bom funcionamento. Com uma vazão máxima o (Δp) deverá ficar
sempre abaixo de 1bar. O tamanho do componente deve ser escolhido pela vazão requerida e não
pela rosca das conexões, mesmo que estas tenham que ser adaptadas à tubulação existente.
P á g i n a | 45
Fig. 4.11 – Características típicas do comportamento vazão/pressão
a: Regulador b: Filtro
Ar comprimido lubrificado
A lubrificação já não é uma necessidade para os equipamentos pneumáticos modernos, que já são
fornecidos pré-lubrificados para toda sua vida útil.
A duração e o rendimento destes equipamentos satisfazem plenamente as necessidades das
modernas máquinas e dispositivos de hoje graças ao alto número de ciclos que suportam.
As vantagens de sistemas não lubrificados são varias:
a) Economia no custo do equipamento de lubrificação, do estoque do óleo e da mão de obra de
manutenção do nível no lubrificador.
b) É mais limpo. Os sistemas são mais higiênicos e isto é importante nas fabricas modernas,
principalmente nas indústrias alimentícias, farmacêuticas e eletro-eletrônica.
P á g i n a | 46
c) A atmosfera fica mais limpa proporcionando um ambiente de trabalho mais saudável e
seguro.
Ainda existem componentes que necessitam de lubrificação. Para estes casos acrescenta-se
um lubrificador que fornece lubrificação em forma de uma névoa de óleo misturada ao fluxo de ar
e que atingem os equipamentos.
Caso o óleo atinja equipamentos que não necessitam de lubrificação ele dissolve a graxa
permanente anulando esta propriedade, passando então a necessitar definitivamente de
lubrificação.
Devemos lembrar que um excesso de lubrificação é mais prejudicial que a falta dela. Observar
este lembrete quando existirem no circuito cilindros pneumáticos com amortecimento regulável
nos fins de curso. O óleo ali se acumula e por ser quase incompressível anula o efeito do mesmo.
Este fenômeno é conhecido como “calço hidráulico”.
Lubrificador proporcional
Num lubrificador (proporcional) a queda de pressão entre a entrada e a saída é
diretamente proporcional à vazão de ar, este diferencial provoca a elevação do óleo, existente no
copo do lubrificador, até o visor que contem um gotejador.
Com uma restrição fixa, uma vazão elevada cria um diferencial de pressão elevado que
resultaria num gotejamento de óleo muito grande proporcionando uma mistura ar/óleo muito rica
inundando o sistema pneumático.
Em contra partida, uma pequena vazão gera um diferencial muito baixo produzindo uma
mistura muito pobre, correndo-se o risco de não realizar nenhuma lubrificação.
Para solucionar estes inconvenientes o lubrificador proporcional possui um sistema que auto-
regula a secção transversal de passagem (restritor) a fim de produzir uma mistura constante.
O ar que entra em “A” segue dois caminhos, uma parte segue em direção à saída passando
por uma palheta amortizadora (damper) e outra parte entra no copo de óleo através da válvula de
retenção.
Quando não tem vazão a pressão sobre a superfície de óleo, no tubo capilar e no gotejador
é a mesma, portanto não existe movimento de óleo.
Quando o ar flui da entrada para a saída do elemento a palheta amortecedora gera um
diferencial de pressão que aumenta proporcionalmente com a vazão.
Como o visualizador de gotejamento está ligado por um furo capilar com duto de baixa
pressão logo após a palheta, a pressão no visor é menor que a existente na superfície do óleo. Esta
diferença de pressão força o óleo a subir pelo tubo que passa por uma válvula de retenção e por
um parafuso dosador (regulador de fluxo).
Uma vez no visor o óleo infiltra-se pelo furo capilar até alcançar o fluxo de ar no ponto de
maior velocidade. Neste ponto a gota de óleo é pulverizada (atomizadas) formando uma mistura
homogênea com o ar devido ao vórtice provocado pela turbulência após a palheta amortecedora.
A palheta amortecedora é construída com material flexível que se dobra com a passagem
do fluxo de ar aumentando ou diminuindo a passagem de acordo com a variação da vazão. Desta
forma ela mantém uma relação proporcional com o Δp e consequentemente uma mistura uniforme
de óleo/ar.
P á g i n a | 47
A válvula reguladora de fluxo serve para dosar a quantidade de óleo desejada e a válvula
de retenção não permite o retorno de óleo para o copo quando não tem vazão.
A válvula de retenção do ar permite que a unidade seja reabastecida sem precisar fechar
o ar interrompendo o trabalho.
A quantidade de óleo a ser acrescentada ao ar depende das condições específicas, em
geral de uma a duas gotas de óleo a cada ciclo da máquina é suficiente.
Recomenda-se a utilização de óleo mineral sem aditivos com uma viscosidade de 32centi-
stokes(ISO standard VG32). Varias empresas possuem óleo especial para lubrificação do ar
comprimido com alta capacidade de mistura sem perder as propriedades de lubrificação.
Fig. 4.12 – Princípio esquemático de um Lubrificador proporcional
Unidades combinadas Filtro-Regulador - Lubrificador
As unidades individuais podem ser conectadas entre si por conexões roscadas ou através
de grampos especiais de união. Em configurações recentes é possível configurar conjuntos dos
mais diversos. A colocação de suportes assim como de válvulas de fechamento, pressostatos,
válvulas de partida suave, válvulas de emergência e derivações são bastante facilitados.
Vedações estáticas entre as faces (O-Ring) eliminam a necessidade de conexões roscadas
e de uniões. A conexão é estanque e o aspecto bastante compacto.
P á g i n a | 48
Fig. 4.13 – Unidade modular compacta de um Filtro- Regulador - Lubrificador (FRL)
O dimensionamento desta unidade deve priorizar a vazão máxima requerida pelo sistema,
levando em conta a Unidade de menor vazão. A colocação deve ser sempre na horizontal e de
preferência colocar um registro entre a Unidade e a tubulação.
Caso se opte por uma válvula de fechamento rápido esta deve ser colocada após a Unidade
para evitar, caso fosse colocado antes, um retorno de ar do sistema que poderia danificar o
colapso do elemento filtrante, da membrana do regulador de pressão além do retorno de óleo
encharcando o filtro.
Perguntas e Respostas
O que é condicionamento do ar comprimido?
O ar comprimido precisa ser preparado antes
do uso.
As principais providências são:
• Filtragem
• Resfriamento
• Secagem
13.
Por que o ar comprimido precisa ser
filtrado?
O ar aspirado contém sujeira e poeira.
Dependendo do tipo de compressor, o ar
comprimido pode conter partículas de óleo de
lubrificação do compressor. A filtragem
remove esses componentes do ar.
14.
Quais filtros são usados?
Geralmente são usados os seguintes filtros:
• Filtro ciclone serve para separação de sujeira
grosseira e partículas de poeira
• Pré-filtro serve para separação de partículas
finas de poeira
P á g i n a | 49
• Filtros de alta performance servem para
separar as partículas mais finas de pó e,
eventualmente, de óleo
15
Por que o ar comprimido precisa ser
resfriado?
A compressão do ar gera calor. O nível de
temperatura depende da pressão final de
compressão. Quanto mais alta a pressão, maior
o aquecimento. Por causa do risco de acidentes,
certas temperaturas máximas (usualmente
entre 160 e 200 °C) não podem ser
ultrapassadas. Por esse motivo, o ar
comprimido é conduzido através de um
resfriador. No caso de compressores de
múltiplos estágios, o ar também é resfriado
entre os estágios.
Por que o ar comprimido precisa ser secado?
O ar atmosférico sempre contém uma
quantidade de vapor de água. Como a água, ao
contrário do ar, não pode ser comprimida, esse
vapor de água, após a compressão e
resfriamento do ar comprimido, se deposita em
forma líquida (água). A água pode provocar
corrosão e mau funcionamento da rede de
tubulações e dos equipamentos e, por isso,
deve ser removida (“secada”). Por essa razão,
são instalados secadores nos sistemas
pneumáticos.
O que acontece com a água residual?
Na água residual se acumulam todos os
elementos sugados junto com o ar, como
sujeira, poeira e outros poluentes. Dependendo
do tipo do compressor, ela também pode
conter partículas de óleo. Como esses
poluentes se encontram na água de forma
concentrada, as mesmas restrições especiais
contra contaminação se aplicam à água residual.
Portanto, ela deve ser descartada de acordo
com as regulamentações pertinentes.
P á g i n a | 50
CAPÍTULO 5 (Atuadores)
ELEMENTOS DE TRABALHO
A função de um elemento de trabalho é a de converter energia hidráulica ou pneumática
em movimento. São classificados em:
Atuadores lineares
A função de um atuador linear é a de converter a energia pneumática em movimento linear
multiplicando forças.
São classificados em:
Atuador linear de simples ação:
Realiza trabalho em um só sentido.
Fig. 5.1 – Cilindro de simples ação
Atuador linear de dupla ação
Realiza trabalho nos dois sentidos, tanto no avanço quanto no retorno. Também conhecido
como atuador diferencial, pois a força de avanço é maior que a força de retorno.
P á g i n a | 51
Fig. 5.2 – Cilindros de dupla ação
Atuadores Rotativos
A função do atuador rotativo é a de converter a energia pneumática em movimento
rotativo, multiplicando força.
Fig. 5.3 – Cilindros rotativos
P á g i n a | 52
Perguntas e Respostas
O que são ferramentas pneumáticas?
Ferramentas pneumáticas são ferramentas e
máquinas que usam o ar comprimido como meio
de energia.
Dentro do objetivo desta publicação, são
descritas as ferramentas pneumáticas manuais.
40.
Quais são as vantagens das ferramentas
pneumáticas?
As vantagens das ferramentas pneumáticas em
comparação com as ferramentas elétricas
podem ser resumidas nos seguintes atributos:
• Simplicidade
• Confiabilidade operacional
• Segurança no trabalho
• Proteção contra sobrecarga
41.
O que se entende por simplicidade?
A construção e o funcionamento das
ferramentas pneumáticas são muito simples em
comparação com as ferramentas elétricas. Por
essa razão, elas são muito robustas e não
suscetíveis a falhas. Movimentos lineares
podem ser criados diretamente, sem
componentes mecânicos elaborados como
alavancas, excêntricos, discos de cames, fusos
helicoidais e similares.
O que se entende por confiabilidade
operacional?
Mesmo sobre variações de temperaturas
extremas, como também em ambientes
molhados, o ar comprimido condicionado
trabalha sem problemas. Ele também pode ser
empregado em temperaturas extremamente
altas. Vazamentos nas ferramentas
pneumáticas e nas tubulações não interferem
na segurança nem na operacionalidade da
instalação. Equipamentos e componentes
pneumáticos geralmente mostram pouco
desgaste. Por consequência possuem longa vida
útil e baixa taxa de falhas.
43.
O que se entende por segurança no
trabalho?
No que se refere a fogo, explosão e riscos
elétricos, as ferramentas pneumáticas são
muito seguras. Mesmo em áreas sujeitas a
incêndio, explosão ou gás metano, as
ferramentas pneumáticas podem ser operadas
com segurança. Em ambientes molhados ou ao
ar livre, as ferramentas pneumáticas também
podem ser usadas sem problemas. Equipadas
com vedações, elas podem ser usadas até
mesmo debaixo da água.
44.
O que se entende por proteção contra
sobrecarga?
Ferramentas pneumáticas e seus elementos
operacionais podem ser sobrecarregados até o
bloqueio sem serem danificados. Por isso eles
são tidos como à prova de sobrecarga. Ao
contrário da rede elétrica, a rede de ar
comprimido pode ser sobrecarregada sem
hesitação. Se a pressão cair demais, o trabalho
excedente não pode ser executado. Mas não há
nenhum dano para a rede nem para os
elementos operacionais.
Como o ar comprimido se resfria ao ser
liberado durante o consumo, as ferramentas
pneumáticas não aquecem.
Quais motores pneumáticos são usados em
ferramentas pneumáticas?
Os motores para ferramentas pneumáticas são
baseados em dois princípios:
• Motores de fluxo (dinâmico)
• Motores de deslocamento positivo
Dependendo do tipo e da aplicação da
ferramenta pneumática, são usados motores
baseados num dos dois princípios.
46.
O que se entende por motores de fluxo?
Nos motores de fluxo, o ar flui continuamente
através do motor. Nos motores de fluxo
também são conhecidos como turbinas.
P á g i n a| 53
Existem duas variações básicas:
• Turbinas axiais
• Turbinas radiais
Uma característica dos dois tipos de turbina é
que a energia do fluxo de ar comprimido é
transformada exclusivamente em movimento
rotativo.
47.
Quais são as características das turbinas?
Nas turbinas axiais, o fluxo escoa axialmente,
(paralelamente ao eixo), e a energia é
transferida pelo rotor de pás. Geralmente, as
turbinas axiais têm diâmetro menor, mas,
quando equipadas com vários estágios de rodas
de pás, seu comprimento é proporcionalmente
maior.
Nas turbinas radiais, o fluxo escoa
radialmente, (perpendicular ao eixo), e a
alimentação do ar comprimido é tangencial. A
característica típica das turbinas radiais é seu
diâmetro relativamente grande; em
compensação, seu comprimento é curto.
O que são motores de deslocamento
positivo?
Nos motores de deslocamento positivo, o ar
comprimido é introduzido em câmaras de
volume variável.
As câmaras, conhecidas como células ou
cilindros de pistão, são movidas pelo ar
comprimido ao longo de um perímetro numa
carcaça cilíndrica ou em movimento linear ao
longo de um cilindro. Motores de deslocamento
positivo podem ser construídos numa infinidade
de modelos. Peculiar nos motores de
deslocamento positivo é que a energia do fluxo
de ar comprimido pode ser convertida tanto em
movimento linear quanto em movimento
rotativo. Por isso, no caso dos motores de
deslocamento positivo, é feita uma distinção
entre:
P á g i n a | 54
• Motores lineares
• Motores rotativos
Dentro desses grupos, as ferramentas
pneumáticas usam, principalmente:
• Motores lineares oscilantes
• Motores de palhetas
50.
Quais são as características dos motores
lineares oscilantes?
Durante a operação, os motores lineares
oscilantes executam um movimento alternativo
automático, cuja frequência pode ser
determinada pelo modelo e pela vazão de ar. As
válvulas necessárias para o controle do
movimento são integradas no próprio motor.
Áreas típicas de aplicação: martelos de
percussão (“martelo de ar comprimido”),
“desencrustadores” de agulhas, “rebitadores” e
cinzéis pneumáticos.
Quais são as características dos motores de
palhetas?
Os motores de palhetas convertem a energia
do fluxo de ar comprimido em movimento
mecânico rotativo.
A rotação e o torque dependem do volume da
câmara e da vazão do ar comprimido. O design
simples e a construção compacta fazem do
motor de palhetas um despretensioso, mas
eficiente, meio de acionamento para
ferramentas pneumáticas.
Quais são as vantagens de um motor
pneumático com controle de rotação?
O controle da rotação de uma ferramenta traz
as seguintes vantagens:
• Economia de ar no regime sem carga
• Baixa rotação no regime sem carga
• Redução do desgaste das palhetas
• Baixa geração de ruído
• Maior progresso do trabalho
• Melhor qualidade do trabalho
P á g i n a | 55
Portanto, as ferramentas com controle de
rotação têm, em geral, preferência diante
daquelas sem controle.
Por que determinadas ferramentas
pneumáticas necessitam de uma caixa de
redução?
Apesar de os motores volumosos
desenvolverem um torque elevado, por causa do
seu tamanho eles não são adequados para
acionar as pequenas e ergonômicas
ferramentas pneumáticas. Consequentemente,
os pequenos motores pneumáticos precisam
operar em elevadas rotações para atingir uma
boa relação peso/ potência. A alta rotação do
motor é, então, reduzida para a rotação
requerida por meio de uma caixa de
engrenagens adicional que, ao mesmo tempo,
eleva o torque na proporção da redução da
rotação.
Qual é a demanda de ar comprimido das
ferramentas pneumáticas?
O consumo de ar das ferramentas pneumáticas
é variável e depende muito do tipo da
ferramenta e, dentro de um mesmo tipo, do
tamanho da ferramenta.
Para um cálculo exato, devem ser usados os
valores de consumo específico contidos nos
catálogos do fabricante.
55.
Quais tipos de ferramentas pneumáticas são
mais comuns?
No ramo profissional e industrial, são usadas,
sobretudo, as ferramentas pneumáticas
classificadas nos seguintes grupos principais:
• Ferramentas de bico
• Ferramentas de impacto
•Ferramentas rotativas. Estas incluem
furadeiras, parafusadeiras, esmerilhadeiras.
Além disso, existem as ferramentas especiais,
como tesouras pneumáticas, tesouras-punção e
serras.
56.
O que se entende por ferramentas de bico?
Pertencem ao grupo das ferramentas de bico:
• Os bicos de sopro
• As pistolas de pintura
• Os bicos de jatos (de areia)
As ferramentas de bico fazem parte das
ferramentas pneumáticas mais simples. O ar
comprimido carrega com seu jato o agente de
trabalho empregado. Seu consumo de ar é
determinado pelo formato e diâmetro do
orifício do bico.
O que se entende por ferramentas
pneumáticas de impacto?
Pertencem ao grupo das ferramentas
pneumáticas de impacto:
• Grampeador
• Pregador
• Martelo de demolição
• Martelo perfurador
• Martelo rebitador
• Desencrustador de agulhas
O acionamento é feito por meio de cilindro de
pressão (grampeador, pregador) ou por meio de
motores lineares oscilantes (martelo
demolidor, martelo perfurador, martelo
rebitador, desencrustador de agulhas).
58.
Quais as vantagens das ferramentas
pneumáticas de impacto?
Para altas potências, elas são relativamente
pequenas e de fácil manuseio. Ao contrário das
P á g i n a | 56
ferramentas elétricas, o movimento de impacto
linear pode ser produzido diretamente. Devido
à ausência de sistemas de inversão mecânicos,
como mecanismo de manivela, essas
ferramentas têm construção extremamente
simples e, por isso, são excepcionalmente
robustas. Mediante o resfriamento do ar
comprimido em expansão, é possível trabalhar
continuamente sem problemas.
59.
O que se entende por ferramentas
pneumáticas rotativas?
Essas são todas as ferramentas pneumáticas
com fuso de acionamento rotativo e/ou que são
acionadas por um motor rotativo. Elas compõem
o grupo principal das ferramentas pneumáticas.
Como as furadeiras e parafusadeiras com
acionamento pneumático se diferenciam
daquelas com acionamento elétrico?
As diferenças mais importantes em relação às
ferramentas elétricas são:
• Tamanho menor para modelos de mesma
potência
• À prova de sobrecarga, a ferramenta pode
ser “forçada” sem nenhuma consequência.
• Nenhum aquecimento durante a operação
• Nenhum risco elétrico em ambientes
molhados, construções metálicas e áreas
externas.
61.
Qual o nível de importância das
parafusadeiras no grupo das ferramentas
pneumáticas?
As parafusadeiras formam o maior grupo
dentro da categoria de ferramentas
pneumáticas rotativas.
62.
Onde as parafusadeiras pneumáticas são
mais usadas?
Elas são usadas com mais frequência para
montagens no setor de produção, na
construção de estruturas metálicas, como
também na assistência técnica automobilística.
63.
Quais são os tipos de parafusadeiras
pneumáticas existentes?
Conforme a finalidade do uso, existem vários
tipos de parafusadeiras pneumáticas. Os mais
importantes são:
• Parafusadeira de bloqueio
• Parafusadeira com interruptor automático
• Parafusadeira com limitador de torque
• Parafusadeira de impulso
• Chave de catraca
• Chave de impacto giratório
• Parafusadeira com batente de profundidade
Esses tipos possuem diversas apresentações e
combinações, tais como parafusadeira reta,
angular, cabo central.
P á g i n a | 57
Quais são as áreas de aplicação de cada
tipo de parafusadeira?
Os tipos de parafusadeiras são escolhidos de
acordo com sua área de aplicação específica.
As áreas de aplicação podem ser descritas
grosseiramente como:
• Parafusadeira de bloqueio: torquede muito
baixo a baixo. Setor de produção.
• Parafusadeira com interruptor automático:
torque de pequeno a médio. Setor de produção.
• Parafusadeira com limitação de torque:
torque de pequeno a médio. Setor de produção,
montagem.
• Parafusadeira de impulso: torque de médio a
alto com grande precisão. Setor de produção,
montagem.
• Chave de impacto giratório: torque de alto a
muito alto. Montagem, construção de
estruturas metálicas, indústria automobilística,
assistência técnica.
• Chave de catraca: torque de pequeno a médio
em espaços de trabalho restritos.
65.
Quais são os tipos de esmerilhadeiras
pneumáticas existentes?
Os tipos usuais de esmerilhadeira são:
• Esmerilhadeira reta
• Esmerilhadeira vertical
• Esmerilhadeira angular
Dentro do grupo de esmerilhadeiras
pneumáticas, predominam as esmerilhadeiras
retas, principalmente, as de pequenas e
pequeníssimas dimensões. As esmerilhadeiras
verticais são usadas, principalmente, nos
trabalhos pesados e grosseiros (fundição), na
faixa de potência mais alta, enquanto as
esmerilhadeiras angulares no segmento de
média potência podem ser usadas
universalmente.
P á g i n a | 58
ACESSÓRIOS
Quais são os acessórios para ferramentas
pneumáticas?
Os acessórios para ferramentas pneumáticas
são, principalmente:
• Unidade de manutenção
• Engates
• Balancins de mola
Para a aplicação prática, os acessórios são
imprescindíveis.
67.
O que é uma unidade de manutenção?
A unidade de manutenção é uma combinação
de:
• Registro de bloqueio
• Filtro com coletor de água de condensação
• Redutor de pressão
• Dosador de óleo (se necessário)
P á g i n a | 59
A unidade de manutenção é conectada à rede
no local de consumo e permite a conexão de um
ou mais equipamentos.
68.
Por que o ar comprimido precisa ser
“oleado”?
As peças deslizantes dos motores pneumáticos
precisam ser lubrificadas para evitar falhas
prematuras devido a desgaste. Por isso, o óleo
é adicionado ao ar comprimido em pequenas
doses (“névoa de óleo”).
Em quais casos o ar comprimido não precisa
ser “oleado”?
Na realidade, a presença de óleo no ar
comprimido é indesejável, porque ele polui o
ambiente depois de sair da ferramenta
pneumática. Por isso, o ar de exaustão precisa
ser frequentemente canalizado por uma linha
separada. Entretanto, novas combinações de
materiais com plásticos auto-lubrificantes no
interior dos motores pneumáticos permitem
cada vez mais o uso de ar comprimido isento de
óleo.
Para que servem os engates?
Os engates são usados como ligações
“desconectáveis” entre a mangueira e o
equipamento (a ferramenta pneumática). É
feita uma distinção entre:
• Engates com rosca
• Engates de encaixe
Os acoplamentos com rosca são usados,
geralmente, quando o equipamento é instalado
em local permanente.
Os engates de encaixe (engate rápido)
permitem desconectar a mangueira de forma
mais fácil e sem uso de ferramentas, p.ex., da
rede de tubulações ou da ferramenta
pneumática. Portanto, eles são empregados
onde se requer flexibilidade de uso.
Qual é a função do balancim de mola?
Os balancins de mola são usados para manter a
ferramenta pneumática ao alcance do usuário
e, ao mesmo tempo, compensar o peso da
ferramenta. Normalmente, as ferramentas
pneumáticas (na maioria, parafusadeiras) na
área de produção são penduradas no teto com
balancins de mola. A força de tração da mola
pode ser ajustada exatamente ao peso da
máquina, permitindo que ela seja movida na
P á g i n a | 60
direção vertical com o mínimo esforço. O cabo
de suspensão é enrolado e desenrolado
adequadamente dentro do balancim.
Consequentemente, o usuário quase não precisa
despender força vertical para operar a
ferramenta; isso reduz consideravelmente o
cansaço.
Para que servem os silenciadores?
Após passar através do motor, o ar
descomprimido emerge da ferramenta
pneumática, no que a velocidade do fluxo de ar
gera um ruído característico.
Por isso, são usados os silenciadores. Eles são
integrados à “empunhadeira” da máquina ou
instalados externamente. Para uma redução
ideal do ruído, o ar de escape é canalizado
adicionalmente por uma mangueira de exaustão
separada, alcançando um maior amortecimento
do ruído e conduzindo o ar de exaustão para
fora do local de trabalho.
SEGURANÇA
Quais as medidas de segurança requeridas
para as ferramentas pneumáticas?
O ar comprimido contém energia acumulada que
deve ser manuseada com cuidado, por exemplo,
como a carga de uma bateria carregada. A
abertura de vasos e tubulações de pressão
pode liberar energia de forma abrupta. Para a
ferramenta propriamente dita, valem
naturalmente as mesmas regras aplicadas para
as ferramentas acionadas por motor.
74.
Qual a regra mais importante para trabalhos
de manutenção no sistema pneumático?
Primordialmente, deve ser aliviada a pressão da
instalação ou da ferramenta em questão antes
do início do trabalho.
75.
O que deve ser observado ao desconectar os
denominados engates rápidos?
O ar comprimido na mangueira de conexão
escapa abruptamente e com alta força de
P á g i n a | 61
recuo, acompanhada de um ruído sibilante de
alta intensidade. O recuo repentino pode
arrancar a mangueira da mão e seu movimento
descontrolado pode causar acidentes.
A geração de ruído pode provocar danos
auditivos.
Antes de soltar o engate rápido, deve-se
fechar o registro da linha de suprimento e
aliviar a pressão da mangueira de conexão,
acionando brevemente a ferramenta
pneumática.
P á g i n a | 62
CAPÍTULO 6
ELEMENTOS DE COMANDO
Válvulas direcionais
A função de uma válvula direcional é a de direcionar o sentido do fluxo atendendo a necessidade
do circuito.
Fig. 6.1 – Válvulas direcionais
São caracterizadas por:
número de vias ;
número de posições ;
posição de repouso;
tipo de acionamento;
tipo de retorno ;
vazão.
P á g i n a | 63
Símbolos
Fig. 6.2 – Simbologia de válvulas direcionais
1. As posições das válvulas são representadas por quadrados;
2. O número de quadrados unidos representa o número de posições que a válvula pode
assumir;
3. As linhas indicam as vias de passagem; a seta indica o sentido do fluxo;
4. Os bloqueios são indicados dentro dos quadrados com traços transversais;
5. A união de vias dentro de uma válvula é representado por um ponto;
P á g i n a | 64
6. As conexões (entrada e saída) serão caracterizadas por traços externos que indicam a
posição de repouso da válvula. O número de traços indica o número de vias;
7. Outras posições são obtidas deslocando os quadrados, até que coincidam com as conexões;
8. As posições de comando podem ser indicadas por letras minúsculas;
9. Válvula com três posições de comando. Posição central = posição de repouso.
Tipos de centro de válvula
Fig. 6.3 – Tipos de centro de válvulas
P á g i n a | 65
Via de acesso
Forma de representação das válvulas direcionais
Fig. 6.4 - Forma de representação das válvulas direcionais
Tipos de acionamento
P á g i n a | 66
Fig. 6.5 a – Tipos de acionamento das válvulas.
P á g i n a | 67
Fig. 6.5b – Tipos de acionamento das válvulas.
Tipos de acionamento das válvulas direcionais
Acionamento por força muscular
Acionamentomecânico
P á g i n a | 68
Acionamento Elétrico
Acionamento pneumático
Acionamento indireto
Acionamento combinado
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CAPÍTULO 7 (Válvulas especiais)
Válvula de retenção
A válvula de retenção é usada para permitir a passagem do fluido num determinado
sentido e fazer seu bloqueio no sentido oposto.
Fig. 7.1 - Válvula de retenção
Válvula de escape rápido
Essa válvula é colocada diretamente no cilindro ou mais próximo dele, com a finalidade de
aumentar a velocidade do êmbolo.
Fig. 7.2 - Válvula de escape rápido
Válvula alternadora (função lógica “OU”)
Essa válvula é empregada quando há necessidade de enviar sinais de lugares diferentes
para um ponto comum de comando.
Fig. 7.3 - Válvula alternadora
P á g i n a | 70
Válvula de simultaneidade ( elemento lógico “E”)
Emprega-se essa válvula, principalmente, em comando de bloqueio, comandos de segurança
e funções de controle em combinações lógicas.
Fig. 7.4 - Válvula de simultaneidade
Elementos de regulagem
Válvula reguladora de fluxo
Emprega-se essa válvula para a regulagem da velocidade em atuadores.
Fig. 7.5 – Válvula reguladora de fluxo
P á g i n a | 71
Métodos de regulagem de fluxo
Fig. 7.6 – Formas de regulagem de fluxo
Válvula de retardo
A válvula de retardo é empregada quando há necessidade, num circuito pneumático de um
espaço de tempo entre uma e outra operação em um ciclo de operações.
Fig. 7.7 - Válvula de retardo
P á g i n a | 72
Válvula de sequência
Essa válvula é utilizada em comandos pneumáticos quando há a necessidade de uma pressão
determinada para o processo de comando (comando em dependência da pressão e comandos
seqüenciais).
Fig. 7.8 - Válvula de sequência.
Válvula limitadora de pressão.
A finalidade dessa válvula é limitar a pressão de trabalho a um determinado valor
ajustado.
Fig. 7.9 - Válvula limitadora de pressão
Válvula redutora de pressão
A válvula redutora de pressão tem a função de manter constante a pressão de saída
mesmo havendo variação da pressão de entrada, que deverá ser sempre maior.
P á g i n a | 73
Fig. 7.10 - Válvula redutora de pressão
P á g i n a | 74
CAPÍTULO 8
REPRESENTAÇÃO DE SEQUÊNCIA DE MOVIMENTOS
Quando a instalação pneumática realiza várias operações, possuindo vários cilindros e/ou
motores, é importante que o técnico de manutenção tenha ao seu dispor os seus esquemas de
comando e seqüência para montar ou reparar o equipamento.
Esses esquemas permitirão realizar um estudo para localizar o defeito e com isto ganhar
tempo na manutenção.
Existem várias formas de representar esta seqüência de trabalho, tais como:
- cilindro A avança e eleva os pacotes;
- o cilindro B empurra os pacotes na transportadora II;
- o cilindro A desce;
- o cilindro B retorna.
Tabela
Para representar a seqüência de trabalho de uma instalação em uma tabela, deve-se dispor
em colunas, os passos de trabalho e os movimentos dos cilindros. Por exemplo:
Fig. 8.1 – Tabela de seqüência de movimentos
Setas ou símbolos
As setas ou símbolos oferecem um tipo de representação bem simplificada. Por exemplo:
Avanço ou
Retorno ou
A ou
ouB
ouA
ouB
P á g i n a | 75
Diagrama de movimento
Esse diagrama representa o estado de comutação dos elementos de comando.
Fig. 8.2 – Diagrama de movimento
Esquemas de comando
P á g i n a | 76
Fig. 8.3 – Esquema de comando
P á g i n a | 77
Exercícios de Fixação
Questão 01 - (COPEL – 2010) Dados os
símbolos pneumáticos abaixo, a sua
representação em ordem respectivamente é:
Fonte: Apostila Parker trainning.
a) a - Válvula de retenção com mola; b -
compressor;
c - válvula OU.
b) a - Válvula de escape rápido; b -
compressor;
c - válvula E.
c) a - Válvula E; b - filtro; c - válvula de
controle de
fluxo.
d) a - Válvula de escape rápido; b –
manômetro;
c - válvula E.
e) a - Válvula de retenção com mola; b -
compressor;
c - válvula E.
Questão 02 - Identifique os tipos de
válvulas direcionais apresentadas na figura a
seguir de acordo com o número de Vias e de
Posições (V/P).
a) A = 2/2, B = 3/3, C = 5/3
b) A = 3/2, B = 7/2, C = 6/5
c) A = 2/3, B = 1/3, C = 2/3
d) A = 1/2, B = 2/2, C = 4/3
e) A = 2/1, B = 3/3, C = 5/3
Questão 03 - Identifique os dispositivos
apresentados na figura a seguir e considere
a resposta na seguinte ordem de
apresentação: A, B, C.
a) Cilindro rotativo, relé fotoelétrico e sensor
de temperatura.
b) Cilindro de ação simples, relé fotoelétrico e
cilindro de dupla ação.
c) Cilindro rotativo, válvula solenóide e cilindro
de dupla ação.
d) Cilindro de dupla ação, válvula solenóide e
cilindro rotativo.
e) Cilindro de ação simples, válvula solenóide e
cilindro de dupla ação.
Questão 04 - O posicionamento de uma
válvula direcional no esquema do circuito
pneumático de um sistema de automação
industrial indica se a válvula é NF
(normalmente fechada) ou NA (normalmente
aberta).
São exemplos de válvulas NA:
P á g i n a | 78
Questão 05 - A Figura acima ilustra uma
válvula de comando do tipo direcional com:
a) duas vias e duas posições; posição normal
aberta
b) três vias e duas posições; posição normal
aberta
c) três vias e duas posições; posição normal
fechada
d) três vias e três posições; posição normal
aberta
e) três vias e três posições; posição normal
fechada
Questão 06 - A Figura abaixo mostra duas
válvulas pneumáticas de duas posições e duas
vias, com retorno por mola. (Valor:
0,5 ponto)
Os acionamentos das válvulas I e II são,
respectivamente:
a) manual e hidráulico
b) manual e pneumático
c) mecânico e hidráulico
d) mecânico e elétrico
e) pneumático e elétrico
Questão 07 - Considere uma rede industrial
para fornecimento de ar comprimido que
possua diferentes níveis de pressão, fato
gerado principalmente por perdas de carga e
vazamentos nas tubulações e conexões, onde
foi instalado um circuito pneumático
contendo uma válvula com função lógica “OU"
em um determinado equipamento, conforme
ilustrado na figura abaixo.
Em relação a essa válvula instalada no
circuito, é correto afirmar que, no caso de
coincidência de sinais com pressões
diferentes nas conexões “X" e “Y" (conexões
de entrada da válvula),
a) somente a pressão de menor intensidade
passará para o ponto de utilização “A".
b) somente a pressão de maior intensidade
passará para o ponto de utilização “A".
c) ambos os sinais passarão para o ponto de
utilização “A".
d) nenhum dos sinais passará para o ponto de
utilização “A".
Questão 08 - A unidade de conservação do
ar comprimido de um circuito pneumático
possui três objetivos específicos.
Os componentes 1, 2 e 3 da Figura acima,
indicados na simbologia dessa unidade, são
respectivamente:
a) regulador de vazão, válvula de alívio e filtro
b) regulador de pressão, filtro e regulador de
vazão
P á g i n a | 79
c) lubrificador, válvula de alívio e filtro
d) válvula de alívio, regulador de pressão e
filtro
e) filtro, regulador de pressão e lubrificador
Questão 09 - Das válvulas representadas
acima, a que corresponde ao tipo 4 vias e 3
posições, com centro fechado e acionadamanualmente, é a:
a) I b) II c) III d) IV e) V
Questão 10 - PETROBRÁS - 2008
Descreva o funcionamento do circuito e
responda. O diagrama na figura acima mostra,
segundo as normas da ABNT, um sistema de
atuação pneumática. A unidade de
condicionamento apresenta um:
a) termostato.
b) termômetro.
c) manômetro.
d) medidor de vazão.
e) botão de empurrar.
Questão 11 - (COPEL – 2010) A figura abaixo
representa um sistema pneumático. Quanto à
simbologia é correto afirmar que:
a) As válvulas 1 e 2 são válvulas OU.
b) A válvula Y1 é 4/2 vias.
c) A válvula Y1 tem acionamento elétrico.
d) O cilindro representado é um cilindro de
simples ação.
e) O sistema não possui controle de
velocidade.
P á g i n a | 80
Questão 12 - Explique o funcionamento de
cada um dos circuitos a seguir representados:
Questão 13 - Considerando as propriedades
físicas do ar defina: Compressibilidade;
Elasticidade; Difusibilidade, e
Expansibilidade.
Questão 14 – Em uma rede de ar comprimido,
quais são os elementos que compõem uma
unidade condicionadora? Qual a função de cada
um deles?
Questão 15 – Desenhe um circuito pneumático
com uma válvula alternadora em que um
P á g i n a | 81
atuador de simples ação possa ser acionado por
uma botoeira com trava ou uma alavanca.
Questão 16 - Identifique os elementos,
interprete, e descreva detalhadamente o
comportamento para o circuito pneumático que
segue.
Questão 17 – Desenhe um comando
pneumático para o avanço com retorno
automático de um cilindro de dupla ação, com
controle de velocidade para avanço e retorno.
P á g i n a | 82
ATIVIDADES PRÁTICAS
Prática 1:
Comando pneumático básico direto com cilindro de simples ação
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Prática 2:
Comando pneumático em série
a) Com duas válvulas em série (Função E) e atuador de simples ação
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Prática 3:
Comando pneumático em série
b) Com válvula selecionadora (Função E) e atuador de simples ação
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Prática 4:
Comando pneumático paralelo
a) Com duas válvulas em paralelo (Função OU) e atuador de simples ação
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Prática 5:
Comando pneumático paralelo
b) Com válvula alternadora (Função OU) e atuador de simples ação
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Prática 6:
Comando pneumático básico indireto, simples piloto
a) Com atuador de simples ação
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Prática 7:
Comando pneumático básico indireto, simples piloto
b) Com atuador de dupla ação
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Prática 8:
Comando pneumático básico indireto com duplo piloto positivo e controle de
velocidade no avanço e no recuo do atuador
P á g i n a | 96
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P á g i n a | 98
Prática 9:
Comando pneumático com escape rápido no avanço do atuador
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P á g i n a | 100
Prática 10:
Comando pneumático com ciclo único e retorno automático do atuador
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P á g i n a | 103
ELETROPNEUMÁTICA BÁSICA
CAPÍTULO 9 (Dispositivos Elétricos)
CONVERSÃO PNEUMÁTICA DE SINAIS
Pressostato: também conhecido como sensor de pressão são, chaves elétricas acionadas por um
piloto pneumático. Os pressostatos são montados em linha de pressão pneumática e registram
tanto o acréscimo como a queda de pressão nessas linhas, invertendo seus contatos toda vez que a
pressão do ar comprimido ultrapassar seu valor ajustado na mola de reposição.
Fig. 9.1 - Pressostato
DISPOSITIVOS ELÉTRICOS
Dispositivos de entrada de sinais
Interrruptor:
Elemento de comutação acionado manualmente com pelo menos , duas posições de comutação , e
que permanece em cada uma das posições após o acionamento.
Botoeira
Elemento de comutação acionado manualmente,com reposição automática após a retirada da força
de acionamento.
P á g i n a | 104
Fig. 9.2 - Botoeira
Chave fim de curso
Elemento de comutação acionado mecanicamente, cuja finalidade é transmitir informações
da instalação ao comando.
Fig. 9.3 – Chave fim de curso
Dispositivos para processamento de sinais
Contator
Elemento de comutação, acionado eletromagneticamente, sendo, portanto, comandado
indiretamente. Trabalha com potência elevada, sendo utilizado para o comando de elementos de
trabalho, tais como: eletroímãs, motores elétricos, etc.
P á g i n a | 105
Fig. 9.4 - contator
Contator auxiliar
Elemento de comutação de circuitos de potência baixa, utilizado para comutação de
circuitos auxiliares.
P á g i n a | 106
Fig. 9.5 – contator auxiliar
Relé de tempo
Elemento de comutação temporizado, com retardo de fechamento ou abertura.
Fig. 9.6 – Relé de tempo
P á g i n a | 107
ATIVIDADES PRÁTICAS
Prática 1:
Comando eletropneumático com cilindro de simples ação
P á g i n a | 108
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P á g i n a | 109
Prática 2:
Comando eletropneumático com cilindro de dupla ação
P á g i n a | 110
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P á g i n a | 111
Prática 3:
Comando eletropneumático em série (Comando bi manual)
P á g i n a | 112
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P á g i n a | 113
Prática 4:
Comando eletropneumático em paralelo
P á g i n a | 114
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P á g i n a | 115
Prática 5:
Comando eletropneumático com retorno automático (duplo solenóide)
P á g i n a | 116
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P á g i n a | 117
Prática 6:
Comando eletropneumático com retenção
P á g i n a | 118
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P á g i n a | 119
Prática 7:
Comando eletropneumático com retorno automático (simples solenóide)
a) Primeira solução
P á g i n a | 120
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P á g i n a | 121
b) Segunda solução
P á g i n a | 122
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P á g i n a | 123
Prática 8:
Comando eletropneumático com retorno automático (duplo solenóide)
P á g i n a | 124
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P á g i n a | 125
Prática 9:
Comando de auto retenção, (opção para ciclo único e ciclo contínuo) e válvula
direcional com retorno por mola
P á g i n a | 126
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P á g i n a | 127
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P á g i n a | 128
Prática 10:
Comando de auto retenção, (opção para ciclo único e ciclo contínuo); válvula
direcional de dupla ação com dispositivo contador de eventos
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Prática 11:
Comando com relé de tempo
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Prática 12:
Circuito sequencial
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Prática 13:
Circuito sequencial com comando de auto retenção
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Prática 14:
Exemplo de um circuito contendo três cilindros
Quando um botão de partida for acionado, três cilindros pneumáticos de
ação dupla deverão avançar e retornar, respeitando a seguinte sequência de
movimentos:
A + C + B + ( B – C – ) A –
A novidade, nessa sequência é o movimento simultâneo de dois cilindros. Os
cilindros B e C deverão retornar ao mesmo tempo, conforme indicado pelos
parênteses utilizados na representação abreviada da sequência de movimentos.
1º Passo
Identificar se a sequência é direta ou indireta.
A + C + B + ( B – C – ) A – Sequência indireta
2º Passo
Como a sequência é indireta, dividi-la em setores secundários.
A + C + B + ( B – C – ) A –
I II
Observe que na divisão da sequência em setores secundários, os cilindros
A, C e B deverão avançar individualmente no setor I e retornar no setor II, sendo
que B e C retornam juntos e, em seguida, o cilindro A retorna. Construindo-se o
quadro para a sequência de comando dos movimentos e mudança da alimentação
elétrica entre os setores, tem-se:
P á g i n a | 133
3º Passo
Construir o circuito pneumático, utilizando válvulas direcionais de 5/2 vias com
acionamento por duplo servo comando, e o circuito elétrico, aplicando o método de
minimização de contatos.
P á g i n a | 134
Prática 15:
Desenhe o diagrama trajeto passo para o circuito abaixo e explique seu
funcionamento:
2
1
3
4
5
Y1
+
S4
S1
Y1
Y2
2
1
3
4
5
Y3 Y4
S2
Y2 Y3
S3
Y4
S4
+
-
S3 S2
P á g i n a | 135
Prática 16:
Monte um circuito de comando que execute a seguinte seqüência :
A + B + B - A - , de acordo com a figura abaixo :
* Lembre-se de que os cilindros atuam em tempos diferentes, e não ao mesmo
tempo.
P á g i n a | 136
Simbologia
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