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1 Pneumática Industrial Disciplina: CHP 2 Atualmente existem várias aplicações da pneumática no meio industrial e mesmo na nossa vida diária. Entre alguns exemplos de aplicações atuais de pneumática podemos citar: • Prensas pneumáticas; • Dispositivos de fixação de peças em máquinas ferramenta e esteiras; • Acionamento de portas de um ônibus urbano ou dos trens do metrô; • Sistemas automatizados para alimentação de peças; • Robôs industriais para aplicações que não exijam posicionamento preciso; • Freios de caminhão; • Rosqueadeiras e lixadeiras; • Broca de dentista; • Pistola de pintura. Pneumática é o ramo da engenharia que estuda a aplicação do ar comprimido para a tecnologia de acionamento e comando. Introdução 3 Comparado à hidráulica, a pneumática é mais simples, com maior rendimento e de menor custo, podendo ser utilizada como solução de inúmeros problemas na automação. Vantagens 4 • Incremento da produção com pequeno investimento; • Facilidade de implantação: Com pressões de trabalho relativamente baixas e os elementos de comando e ação menos robustos e mais leves; • O ar comprimido é transportado por meio de tubulação, não havendo necessidade de linhas de retorno; • Permite alta velocidade de deslocamento, em condições normais 1 a 2 m/s, podendo atingir 10 m/s no caso de cilindros especiais; • Não existe risco de poluição ambiental, mesmo ocorrendo eventuais vazamentos nos elementos mal vedados. Vantagens 5 Desvantagens • Preparação: O ar comprimido necessita de uma boa preparação para a realização do trabalho, como: remoção das impurezas, eliminação de umidade para evitar corrosão nos dispositivos pneumáticos; • Compressibilidade: Uma característica de todos os gases, que impossibilita a utilização da pneumática com velocidades uniformes e constantes; • Velocidades baixas: São difíceis de se obter com o ar comprimido, devido as suas propriedades físicas; • Força: Como a pressão é baixa, as forças envolvidas são pequenas se comparadas aos outros sistemas; • Escape de ar: O escape do ar é ruidoso. Com o desenvolvimento de silenciadores, este problema está atualmente solucionado. 6 • Compressibilidade: Capacidade de reduzir o espaço de uma certa quantidade de ar. Vi F Vf • Expansibilidade: Capacidade de retornar ao seu volume inicial. • Difusibilidade: Capacidade de misturar-se homogeneamente com quaisquer outros gases. Oxygen 20,70% Nitrogen 77,00% Water 1,30% Carbondioxid 0,03% Argon 0,90% Various 0,07% Propriedades físicas do ar 7 Tecnologia de acionamento pneumático 8 Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Qualidade do ar comprimido Os equipamentos pneumáticos (principalmente as válvulas) são constituídos de mecanismos muito delicados e sensíveis e para que possam funcionar de modo confiável, com bom rendimento, é necessário assegurar determinadas exigências de qualidade do ar comprimido, entre elas: • Pressão • Vazão • Teor de água • Teor de partículas sólidas • Teor de óleo 9 Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Qualidade do ar comprimido As grandezas de pressão e vazão estão relacionadas diretamente com a força e velocidade, respectivamente, do atuador pneumático. Cada componente pneumático tem sua especificação própria de pressão e vazão de operação. Para atender a essas especificações é necessário suficiente vazão no compressor, correta pressão na rede e tubulação de distribuição corretamente dimensionada em função da vazão. Já água, óleo e impurezas tem grande influência sobre a durabilidade e confiabilidade de componentes pneumáticos. O óleo em particular é usado para lubrificar os mecanismos dos sistemas pneumáticos. Dependendo da aplicação as exigências do ar com relação à água, óleo e impurezas são diferentes. 10 Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Qualidade do ar comprimido Classificação do ar comprimido Especificação em função da aplicaçõo 11 Simbologia Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Compressores – Pistão ou êmbolo 12 • Suporta pressões acima de 10 bar • Contamina o ar com óleo • Compressão pulsante • Baixo custo Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Compressores – Duplo pistão Simbologia 13 • Isento de contaminação • Não atinge altas pressões • Compressão pulsante • Baixa vazão • Pequenas aplicações Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Compressores – Pistão com membrana Simbologia 14 • Isento de lubrificação • Não atinge altas pressões • Compressão contínua • Pode ser utilizado como bomba de vácuo Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Compressores – Palhetas Simbologia 15 • Isento de lubrificação • Alta vazão • Baixa manutenção • Custo elevado • Grande aplicação na indústria • Compressão contínua Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Compressores – Duplo parafuso Simbologia 16 Um sistema de ar comprimido é dotado, geralmente, de um ou mais reservatórios, desempenhando grandes funções junto a todo o processo de produção. Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Reservatório de ar comprimido Funções: • Armazenar o ar comprimido; • Resfriar o ar auxiliando a eliminação do condensado; • Compensar as flutuações de pressão em todo o sistema de distribuição; • Estabilizar o fluxo de ar; • Controlar as marchas dos compressores, etc. Os reservatórios devem ser testados com pressão hidrostática de acordo com a norma NR -13. 17 Um sistema de distribuição perfeitamente executado deve apresentar os seguintes requisitos: • Pequena queda de pressão entre o compressor e as partes de consumo, a fim de manter a pressão dentro de limites toleráveis em conformidade com as exigências das aplicações; • Não apresentar escape de ar, do contrário haveria perda de potência; • Apresentar grande capacidade de realizar separação de condensado. Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Distribuição de ar comprimido A rede de distribuição possui duas funções básicas: 1. Comunicar a fonte produtora com os equipamentos consumidores. 2. Funcionar como um reservatório para atender às exigências locais. 18 Circuito aberto. Aplicado para abastecimento de pontos isolados e distantes. Formato das redes de ar comprimido Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Distribuição de ar comprimido 19 Formato das redes de ar comprimido Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Distribuição de ar comprimido Independente do sistema de rede adotado, é aconselhável que em cada ponto de tomada seja instalada uma válvula registro, de forma a facilitar a manutenção, permitindo assim que a tomada em manutenção seja isolada da rede, evitando seu desligamento geral. Circuito fechado. Auxilia na manutenção de uma pressão constante, além de proporcionar uma distribuição mais uniforme do ar comprimido para os consumos intermitentes. 20 Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Distribuição de ar comprimido Elementos de composição da rede • A linha principal (tronco), tubulação secundária e linha de alimentação, podem ser confeccionadas em aço galvanizado ou preto; • A tubulação secundária deve possuir uma determinada inclinação no sentido do fluxo. Essa inclinação facilita o recolhimento de eventuais condensações e impurezas ao longo da tubulação. A inclinação recomendada deve ficar entre 0,5 a 2% do comprimento reto do tubo; • A linha de alimentação de cada equipamento deve sair pela parte superior da linha secundária e ser munida de um registro para que possibilitea manutenção da unidade de conservação pneumática, sem a necessidade do desligamento de toda a linha secundária e afetar os outros equipamentos a ela conectados; • Em conformidade com o boletim NB-54/80 da ABNT, toda a rede pneumática deve ser pintada em azul, sendo em tonalidade de acordo com a classificação 2.5PB 4/10 do sistema Munsell. 21 Tomada de ar/drenos β Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Distribuição de ar comprimido 22 1. Compressor 2. Resfriador posterior ar/ar 3. Separador de condensados 4. Reservatório 5. Purgador automático 6. Pré-filtro coalescente 7. Secador 8. Purgador automático eletrônico 9. Pré-filtro coalescente 10. Pré-filtro coalescente 11. Pré-filtro coalescente 12. Separador de água e óleo Rede de ar Comprimido Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Distribuição de ar comprimido 23 Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Distribuição de ar comprimido Dimensionamento da linha principal No dimensionamento da linha tronco, devem ser considerados os seguintes itens: • Volume de ar corrente (vazão) (Q em m3/h); • Comprimento total da linha tronco (Lt = L1 + L2 em m). É a soma do comprimento linear da linha tronco com o comprimento equivalente originado dos pontos de estrangulamento; • Queda de pressão admissível (ΔP em kgf/cm2), ref. O,3 kgf/cm2 max. ; • Números de pontos de estrangulamento (conexões). A quantidade deve ser transformada em comprimento equivalente L2; • Pressão de regime (P em kgf/cm2), ref. 6 kgf/cm2 . 24 Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Distribuição de ar comprimido 25 Dimensionamento da linha principal A determinação do diâmetro mínimo necessário para atender à demanda, inclusive já prevendo expansão futura, pode ser obtida então pelo seguinte equacionamento das variáveis citadas: Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Distribuição de ar comprimido O diâmetro obtido corresponderá ao diâmetro interno em mm. O estabelecimento do tubo comercial pode ser feito pela Tabela seguinte. 26 Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Distribuição de ar comprimido 27 Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Distribuição de ar comprimido Exercício Prático Determinar o diâmetro necessário à tubulação da linha tronco de uma rede com as seguintes características: • Comprimento de tubulação linear 300 m • Perda de carga admitida 0,3 kgf/cm2 • Pressão de regime 6 kgf/cm2 • Volume de ar corrente 300 m3/h • Aumento de capacidade prevista nos próximos dez anos 60 % 28 Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Distribuição de ar comprimido Singularidades • 5 tês roscados com fluxo em ramal • 29 tês roscados com fluxo em linha • 7 válvulas tipo gaveta, roscadas • 5 curvas 90° raio longo Solução: Calculo do diâmetro com L1, dimensionar L2, recalcular o diâmetro com Lt e selecionar o tubo padronizado. 29 Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Distribuição de ar comprimido Vazamentos em redes de ar comprimido x potência 30 Simbologia da geração, tratamento e distribuição do ar comprimido Produção, preparação e distribuição do ar comprimido Distribuição de ar comprimido 31 Unidade de condicionamento Lubrefil • Após passar por todo o processo de produção, tratamento e distribuição, o ar comprimido deve sofrer um último condicionamento, antes de ser colocado para trabalhar, a fim de produzir melhores desempenhos. • O LUBRIFIL tem a função de filtrar e lubrificar o ar, além de possibilitar a regulagem da pressão de alimentação necessária ao acionamento do automatismo. 32 Simbologia detalhada • A vazão total em m3/hora é determinante para o tamanho da unidade. • Uma demanda (consumo) de ar grande demais provoca uma queda de pressão nos aparelhos. • Devem-se observar rigorosamente os dados indicados pelos fabricantes. • A pressão de trabalho nunca deve ser superior à indicada no aparelho. Simbologia simplificada Preparação final – Unidade de conservação Unidade de condicionamento Lubrefil 33 Os sistemas pneumáticos evoluem para não comprometer o meio ambiente. = Filtro-regulador com lubrificador Lubrificador Filtro-Regulador Já existem vários produtos que trabalham sem lubrificação. Simbologia detalhada Preparação final – Filtro/regulador Unidade de condicionamento Lubrefil 34 Simbologia • A função do filtro é reter as partículas de impurezas, bem como a água condensada. Copo do filtro Saída do ar Placa defletora Condensado Parafuso purgador Filtro sinterizado Elemento filtrante Unidade de condicionamento Lubrefil Preparação final – Filtro de ar 35 Simbologia Preparação final – Regulador de pressão Unidade de condicionamento Lubrefil 36 Simbologia Câmara de gotejamento Válvula de retenção Tubo ascendente Óleo Parafuso de regulagem Parafuso de abastecimento Canal de alimentação Preparação final – Lubrificador Unidade de condicionamento Lubrefil 37 Simbologia Preparação final – Manômetro Unidade de condicionamento Lubrefil 38 Atuadores Lineares Giro Limitado Rotativos Motores Simples Ação Dupla Ação Outros Garras Músculo Antigiro Elementos de trabalho Atuadores Pneumáticos 39 Diâmetro: 6 a 320 mm Curso: 1 mm a 2000 mm Força: 2 a 50.000 Newtons Vel. de avanço: 0,02 a 1m/s Aplicações: Fixação Expulsão Extração Prensagem de peças entre outras Simbologia Atuadores Pneumáticos Atuador de simples ação 40 Atuadores Pneumáticos Atuador de simples ação Simbologia 41 Simbologia Atuadores Pneumáticos Atuador de simples ação Com membrana 42 Simbologia Atuadores Pneumáticos Atuador de dupla ação 43 Simbologia Atuadores Pneumáticos Atuador de dupla ação Amortecimento por buchas 44 Simbologia Amortecimento pneumático regulável Atuadores Pneumáticos Atuador de dupla ação 45 Parafuso de regulagem Êmbolo de amortecimento Simbologia Amortecimento pneumático regulável Atuadores Pneumáticos Atuador de dupla ação 46 Simbologia Haste passante Atuadores Pneumáticos Atuador de dupla ação 47 Simbologia Múltiplas posições Atuadores Pneumáticos Atuador de dupla ação 48 Simbologia Tandem Atuadores Pneumáticos Atuador de dupla ação 49 Paralela Angular 3 Pontos Radial Atuadores Pneumáticos Garras pneumáticas 50 Simbologia •Alta velocidade (até 2000 mm/s) •Diâmetro de 10, 20 e 40 mm •Comprimento de 40 até 9000 mm •Possibilita contração (curso) de 15% até 25% do comprimento •Frequência de até 90 Hz Atuadores Pneumáticos Músculo pneumático 51 Simbologia Atuadores Pneumáticos Atuador rotativo Giro limitado 52 Atuadores Pneumáticos Atuador rotativo Giro limitado Simbologia 53 Atuadores Pneumáticos Atuador rotativo Pinhão/cremalheira Simbologia 54 Os motores de palhetas podem atingir rotações entre 3000 e 8500 RPM com potências que vão de 0,1 à 24 cv, à pressão normal. Simbologia Atuadores Pneumáticos Atuador rotativo Motor de palhetas 55 Cálculos Simples ação Dupla ação Atuadores Pneumáticos Dimensionamento 56 Fa Fa Fa Fa Fm p D p = pressão de trabalho (bar) Fm = força da mola (kgf) Fa = força de atrito (kgf) D = diâmetro do êmbolo (cm) d = diâmetro da haste (cm)A = área do êmbolo (cm2) a = área da haste (cm2) Fav = força de avanço teórica (kgf) Frt = força de retorno teórica (kgf) )%203:( . 4 . 2 ava maavav av FF FFFF ApF D A real Atuadores Pneumáticos Dimensionamento Cálculo de força nos cilindros de simples ação 57 Fa Fa Fa Fa p p D d a = área da haste )%203:( . 4 . 2 ava aavav av FF FFF ApF D A real artrt rt FFF aApF d a real ).( 4 . 2 Atuadores Pneumáticos Dimensionamento Cálculo de força nos cilindros de dupla ação 58 Válvulas Direcionais Pressão Bloqueio Fluxo Combinadas Elementos de comando Válvulas 59 Quadrado representa posição Setas indicam a direção e sentido do fluxo do ar T’s representam bloqueios das vias Número de posições da válvula As conexões de entrada e saída são representadas por traços externos. Estes, indicam o número de vias. Elementos de comando Válvulas direcionais Construção do símbolo de válvulas (norma DIN/ISO 1219) 60 Musculares Mecânicos Pneumáticos Geral Botão Alavanca Pedal Came Rolete Gatilho Mola Piloto Positivo Decréscimo de pressão Acionamentos e seus símbolos Elementos de comando Válvulas direcionais 61 (1) (1) (2) (2) Simbologia 2 1 (A) (P) Elementos de comando Válvulas direcionais Válvulas direcionais - 2/2 vias NF acionamento por came retorno por mola 62 Simbologia 2 1 3 (A) (P) (R) Elementos de comando Válvulas direcionais Válvulas direcionais - 3/2 vias NA acionamento por came retorno por mola 63 Simbologia (A) (P) (R) 2 1 3 Elementos de comando Válvulas direcionais Válvulas direcionais - 3/2 vias NF acionamento por came retorno por mola 64 Elementos de comando Válvulas direcionais Válvulas direcionais - 3/2 vias NF acionamento por came retorno por mola Simbologia (A) (P) (R) 2 1 3 65 Simbologia 2 1 3 (A) (P) (R) Elementos de comando Válvulas direcionais Válvulas direcionais - 3/2 vias NF acionamento por simples piloto 66 Simbologia 2 1 3 Elementos de comando Válvulas direcionais Válvulas direcionais - 3/2 vias NF acionamento botão retorno por mola 67 Simbologia 4 2 1 3 Elementos de comando Válvulas direcionais Válvulas direcionais - 4/2 vias acionamento por duplo piloto 68 Simbologia 4 2 5 1 3 (A) (P) (R) (S) (B) 1 12(Y) 14(Z) Elementos de comando Válvulas direcionais Válvulas direcionais - 5/2 vias acionamento por duplo piloto 69 Elementos de comando Válvulas direcionais Válvula simples solenoide 70 Elementos de comando Válvulas direcionais Válvula duplo solenoide 71 Simbologia Elementos de comando Válvulas de bloqueio Válvula de retenção simples 72 Simbologia 1 2 21 Elementos de comando Válvulas de bloqueio Válvula de retenção pilotada 73 Simbologia 12 14 2 Elementos de comando Válvulas de bloqueio Válvula alternadora (ou) 74 Simbologia 12 14 2 Elementos de comando Válvulas de bloqueio Válvula de simultaneidade (E) 75 Simbologia Elementos de comando Válvulas de de fluxo Válvula reguladora de fluxo bidirecional 76 Simbologia Elementos de comando Válvulas de de fluxo Válvula reguladora de fluxo unidirecional 77 Simbologia 100% 2 1 12 3 Elementos de comando Válvulas Especiais Temporizadora NF 78 Comandos Pneumáticos Representação dos Movimentos Neste caso se representa a sequência de movimentos de um elemento de trabalho; levando-se ao diagrama os movimentos e as condições operacionais dos elementos de trabalho. Isto é feito através de duas coordenadas, uma representa o trajeto dos elementos de trabalho, e a outra o passo (diagrama trajeto-passo). Diagrama trajeto-passo 79 Comandos Pneumáticos Representação dos Movimentos Se existem diversos elementos de trabalho para um comando, estes serão representados da mesma forma e desenhados uns sob os outros. A ocorrência através de passos. Do primeiro passo até o passo 2 a haste de cilindro avança da posição final traseira para a posição final dianteira, sendo que esta é alcançada no passo 2. A partir do passo 4, a haste do cilindro retorna e alcança a posição final traseira no passo 5. Diagrama trajeto-passo 80 Comandos Pneumáticos Representação dos Movimentos Neste diagrama, o trajeto de uma unidade construtiva é desenhado em função do tempo, contrariamente ao diagrama trajeto-passo. Neste caso o tempo é desenhado e representa a união cronológica na sequência, entre as distintas unidades. Diagrama trajeto-Tempo 81 Comandos Pneumáticos Designação dos elementos Divisão de grupos Grupo 0: todos os elementos do abastecimento de energia. Grupo 1, 2, 3.... Designação das diversas cadeias de comando (normalmente um número de grupo por cilindro) Sistema para numeração corrente .0: elementos de trabalho .1: elementos de comando .2, .4,: todos os elementos que influenciam o avanço do elemento de trabalho considerado (números pares). .3, .5,: todos os elementos que influenciam o retorno (números impares). .01, .02...: elementos entre o elemento de comando e o elemento de trabalho (ex. válvulas de fluxo) 82 Comandos Pneumáticos Designação dos elementos 83 Comandos Pneumáticos Circuitos Fundamentais A figura abaixo representa um dispositivo de alimentação de peças. O funcionamento deste dispositivo baseia-se no avanço de um atuador de simples ação que desloca as peças para dentro de um sistema, retornando em seguida à sua posição inicial para uma nova alimentação. O avanço do atuador ocorre através do acionamento de um botão e o retorno pelo desacionamento do mesmo. Elaborar o circuito pneumático para este dispositivo. 1A 84 Comandos Pneumáticos Circuitos Fundamentais Comando direto Comando indireto 1.0 1.1 0.1 1.0 1.1 1.2 0.1 85 Comandos Pneumáticos Circuitos Fundamentais O funcionamento do dobrador de chapas baseia-se no avanço de um atuador de dupla ação que dobra as peças para baixo, retornando em seguida à sua posição inicial para realizar uma nova dobra. O avanço do atuador ocorre através do acionamento de um botão e o retorno pelo acionamento de outro botão. Elaborar o circuito pneumático para este dispositivo. 1A 86 Comandos Pneumáticos Circuitos Fundamentais 2 1 3 4 2 5 1 3 2 1 3 1.0 1.1 1.2 1.3 0.1 87 Comandos Pneumáticos Circuitos Fundamentais Num processo de fabricação de peças, o controle de qualidade é realizado visualmente, por um operador. As peças aprovadas são destinadas à esteira 1 e as peças reprovadas serão retrabalhadas e para isso serão destinadas à esteira 2. Ao detectar uma peça para retrabalho, o operador irá acionar um botão para que o atuador de dupla ação avance e desloque a peça à esteira 2. O retorno do atuador ocorre automaticamente. Elaborar o circuito pneumático para este dispositivo. 88 Comandos Pneumáticos Circuitos Fundamentais 2 1 3 2 1 3 A1 4 2 5 1 3 A1 1.2 1.3 1.3 1.1 0.1 89 Comandos Pneumáticos Circuitos Fundamentais A figura abaixo representa um dispositivo para cortar chapas. O avanço do atuador de dupla ação pode ser feito de dois pontos diferentes, e após o deslocamento da chapa ela será cortada. Ao acionar um terceiro botão, o atuador irá retornar rapidamente, mas somente se houver a confirmação de que ele está totalmente avançado. Elaborar o circuito pneumático. 1A 90 Comandos Pneumáticos Circuitos Fundamentais2 1 3 4 2 5 1 3 A1 2 1 3 1 1 2 1 1 2 2 1 3 A1 2 1 3 1.0 1.1 1.4 1.2 1.6 1.3 1.5 1.7 1.3 0.1 91 Comandos Pneumáticos Circuitos Fundamentais Um atuador de dupla ação é utilizado para abrir o silo. Após acionar um botão, o atuador deverá retornar. O avanço deverá ocorrer somente depois de um tempo pré-ajustado. O avanço e retorno do atuador deverá ocorrer lentamente. Elaborar o circuito pneumático. 92 Comandos Pneumáticos Circuitos Fundamentais 4 2 5 1 3 5 0 % 5 0 % 50% 2 1 12 3 A0 2 1 3 A0 2 1 3 1.0 1.1 1.3 1.2 1.2 1.4 1.01 1.02 0.1
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