Automação e pneumática, Resumos de Pneumática

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ESCOLA TÉCNICA SÃO JOSÉ - ETEC

CURSO TÉCNICO MECATRÔNICA

AUTOMAÇÃO PNEUMÁTICA

Características de uso do ar comprimido

Entende-se como ar comprimido o ar atmosférico compactado (comprimido) por meios mecânicos, confinado em um reservatório, a uma determinada pressão.

A Pneumática (estudo do movimento dos gases) é um dos conhecimentos mais antigos do homem, porém, somente após 1950, foi aproveitada na produção industrial.

Nos dias de hoje, o ar comprimido é indispensável, e para a sua utilização nos mais diferentes ra- mos industriais instalam-se aparelhos pneumáticos.

Por suas qualidades próprias, o ar comprimido se destaca como elemento principal ou como recur- so auxiliar que pode ser empregado de uma forma simples e rentável para solucionar muitos problemas de automatização.

Vantagens e desvantagens no uso do ar comprimido

O ar a ser comprimido faz parte de nosso ambiente e se encontra em grande quantidade, pratica- mente em todos os lugares. Como o ar comprimido é condicionado em reservatórios (botijões), seu trans- porte ou distribuição é muito fácil, (mesmo para distâncias consideravelmente grandes), o que permite que o ar possa ser utilizado a qualquer momento que se queira.

Quanto à segurança, o trabalho realizado com ar comprimido, que não é sensível às mudanças de temperatura ambiental, garante um funcionamento perfeito, mesmo em situações térmicas extremas. Consequentemente, não exige que se instalem custosas proteções contra explosão.

O sistema de filtragem torna o ar comprimido limpo e se eventualmente ocorrer vazamento nas tu- bulações, ou em outros elementos mal vedados, o ambiente não ficará poluído.

Entre as inúmeras vantagens em seu uso, o ar comprimido permite alcançar altas velocidades de trabalho. Outra vantagem é que os elementos e ferramentas podem ser carregados até o momento da parada final, sendo, portanto, seguros contra sobrecarga.

Embora vantajoso, o ar comprimido é um elemento energético relativamente caro, pois a produção, a armazenagem, bem como a distribuição das máquinas e dispositivos, têm um alto custo.

Outras condições tornam o ar comprimido menos vantajoso, por exemplo:

• Não é possível manter uniforme e constante a velocidade dos pistões.
• O escape de ar é ruidoso, o que obriga ao uso de silenciadores.

Escape de ar

Os custos do ar comprimido podem crescer consideravelmente quando ocorrer vazamento na rede distribuidora.

Para sabermos qual o volume de ar perdido com um vazamento, é preciso consultar o diagrama de escape de ar (fig. Abaixo). No diagrama está registrado o volume de ar que pode escapar por uma abertu- ra, a uma determinada pressão. Basta, então, que você tenha o diâmetro do furo e a pressão do ar.

Transformações para unidades de pressão:

Compressores

Instalação de produção

Para a produção de ar comprimido são necessários compressores. Esses comprimem o ar até a pressão de trabalho desejada. A maioria dos acionamentos e comando pneumáticos funciona através de uma es- tação central de distribuição de ar comprimido.

Não é necessário calcular e nem planejar a transformação e transmissão da energia do ar comprimido para cada equipamento (consumidor) individual. Uma estação compressora fornece o ar comprimido, já calcu- lado, para os equipamentos, através de uma tubulação.

1atm = 1bar = 1Kgf/cm^2 = 14,22psi = 1.10^5 N/m^2 = 100kPa

Vamos considerar um peso de 10N suspenso por um gancho.

O peso exerce, sobre o gancho uma força de 10N, em um ponto bem determinado.

O mesmo peso, apoiado sobre a mesa, exerce uma for- ça de 10N. Só que essa força é subdividida em outras forças menores, que são distribuídas sobre toda a área de contato entre o peso e a mesa.

Ao projetar a produção ou consumo do ar, devem ser consideradas ampliações e futuras aquisições de no- vos equipamentos pneumáticos. Uma ampliação posterior da instalação torna-se, geralmente, muito cara.

Nas indústrias de mineração, ou para máquinas que mudam freqüentemente de lugar, são usadas instala- ções móveis de produção de ar comprimido.

Muito importante é o grau de pureza do ar. Ar limpo garante uma longa vida útil à instalação. O emprego correto dos diversos tipos de compressores também deve ser considerado.

Tipos de compressores

Os vários tipos de compressores estão relacionados diretamente com a pressão de trabalho e a capacidade de volume de cada compressor exigidas para atender as necessidades da industria. Três tipos de com- pressores serão abordados:

• Compressor de êmbolo com movimento linear
• Compressor de êmbolo rotativo
• Turbocompressor

Desses, estudaremos em maior profundidade o compressor de êmbolo com movimento linear e o turbo- compressor.

ð A construção do compressor de êmbolo com movimento linear está baseada no princípio da redução de volume. Isso significa que o ar da atmosfera é sugado para um ambiente fechado (câmara de com- pressão) onde um pistão (êmbolo) comprime o ar sob pressão.

ð A construção do turbocompressor baseia-se no princípio de fluxo. Isso significa que o ar é sugado da atmosfera, através de um dos lados do turbocompressor, e comprimido de outro, por aceleração de massa (turbina).

Tipos de Compressores

Compressor de Êmbolo com Movimento Linear

Compressor de Êmbbolo

Compressor de Membrana

Turbocompressor

Compressor Radial

Compressor Axial

Compressor de Êmbolo com Movimento Linear

Compressor Rotativo Multicelular (Palhetas)

Compressor Helicoidal de Fuso Rosqueado

Compressor Root

Compressor de dois estágios com refrigeração intermediária

Na compressão a altas pressões é necessária uma refrigeração intermediária, a água ou a ar, em razão da alta concentração de calor.

Os compressores de êmbolo com movimento linear apresentam grande vantagem, se forem observadas as seguintes condições:

ð até 4bar - um estágio ð até 15bar - dois estágios ð acima de 15bar - três ou mais estágios

Outras condições possíveis de uso, mas nem sempre econômicas:

ð até 12bar - um estágio ð até 30bar - dois estágios ð até 220bar - três estágios

Compressor de Membrana

Esse tipo pertence ao grupo dos compressores de êmbolo. O êmbolo fica separado, por uma membrana, da câmara de sucção e compressão, isto é, o ar não entra em contato com as partes deslizantes. Assim, o ar fica livre de resí- duos de óleo, e, por essa razão, os compressores de mem- brana são preferidos nas industrias alimentícias, farmacêu- ticas e químicas.

Compressor de Êmbolo Rotativo

Nesse tipo de compressor, os compartimentos se estreitam (diminuem), comprimindo o ar nos mesmos.

Compressor Rotativo Multicelular (Palhetas)

No compressor rotativo multicelular existe um compartimento cilíndrico, com aberturas de entrada e saída, onde gira um rotor alojado fora do centro.

O rotor tem, nos rasgos, palhetas que, em conjunto com a parede, formam pequenos compartimentos (cé- lulas). Quando em rotação, as palhetas são projetadas contra a parede, pela força centrífuga. Devido à excentricidade de localização do rotor, há uma diminuição e um aumento das células.

As vantagens desses compressores estão em sua construção econômica em espaço, em seu funcionamen- to contínuo equilibrado e no uniforme fornecimento de ar, livre de qualquer pulsação. Veja o volume de ar fornecido no diagrama de volume e pressão.

Compressor de fuso rosqueado

Dois parafusos helicoidais, de perfis côncavo e convexo, comprimem o ar, que é conduzido axialmente.

Veja pressão e volume de ar fornecidos no diagrama de volume e pressão.

Compressão Radial

Diagrama de Volume e Pressão

A compressão, nesse tipo de compressão, processa-se pela aceleração do ar aspirado de câmara para câma- ra, em direção à saída. O ar é impelido axialmente para as paredes da câmara e, posteriormente, em di- reção ao eixo. Daí, no sentido radial, para outra câ- mara, e assim sucessivamente.

Neste diagrama estão indicadas as capaci- dades, em quantida- des aspiradas e pres- são alcançada, para cada tipo de compres- sor.

Local de Montagem

A estação de compressor deve ser montada dentro de um ambiente fechado, com proteção acústi- ca para fora. O ambiente deve ter boa aeração e o ar deve ser fresco, seco e livre de poeira.

Reservatório de ar Comprimido

O reservatório serve para estabilizar a distribuição de ar comprimido. Elimina as oscilações de pressão da rede distribuidora e, quando há um momentâneo alto consumo de ar, é uma garantia de reser- va.

A grande superfície do reservatório refrigera o ar suplementar. Assim, parte da umidade é con- densada e separa-se do ar no reservatório, saindo pelo dreno.

O tamanho do reservatório de ar comprimido depende:

• do volume fornecido pelo compressor;
• do consumo de ar;
• da rede distribuidora (volume suplementar);
• do tipo de regulagem;
• da diferença de pressão desejada na rede.

Quando a regulagem é intermitente, o volume do reservatório pode ser determinado mediante o diagrama de volume de ar.

Diagrama de Volume de Ar

O referido diagrama se encontra na pagina seguinte, e é utilizado para a resolução do seguinte e- xemplo:

Consumo:...............................................................................Q = 20 m^3 /min Interrupções/h.........................................................................Z = 20 Diferença de pressão..............................................................∆p = 1,0 bar Volume do reservatório(consulte o diagrama).........................Vβ =?

Resultado; Volume do reservatório Vβ = _____________

Exercícios:

Consumo:...............................................................................Q = 30 m^3 /min Interrupções/h.........................................................................Z = 15 Diferença de pressão..............................................................∆p = 0,63 bar Volume do reservatório(consulte o diagrama).........................Vβ =?

Resultado; Volume do reservatório Vβ = _____________

Consumo:...............................................................................Q = 80 m^3 /min Interrupções/h.........................................................................Z = 10 Diferença de pressão..............................................................∆p = 0,25 bar Volume do reservatório(consulte o diagrama).........................Vβ =?

Resultado; Volume do reservatório Vβ = _____________

Anotações:

Preparação do ar Comprimido

Impurezas

Uma preparação adequada do ar comprimido prolonga a vida útil dos elementos pneumáticos. Portanto, a qualidade do ar comprimido é um fator muito importante a ser observado. Quando a rede de condutores de ar comprimido não é drenada (pelo escoamento da água condensada no interior da tubula- ção) a água pode causar a corrosão na rede metálica, nos elementos pneumáticos e nas máquinas.

O óleo residual provenientes dos compressores pode produzir, junto com o ar comprimido, uma mistura de ar óleo (mistura gasosa), a qual apresenta perigo de explosão, principalmente quando há tempe- raturas elevadas (mais de333K).

Com a colocação de resfriadores eliminam-se, de uma maneira geral, as partículas estranhas, água e óleo.

Resfriador

Secagem por absorção

Filtros de ar comprimido

A função de um filtro de ar comprimido é de reter as partículas de impurezas, bem como a água condensada, presentes no ar que se passa por ele.

Se houver acentuada decomposição de condensado, convém substituir a válvula de des- carga manual por uma automática.

Dreno Automático

Pelo furo do, o condensado atinge a câ- mara entre as vedações. Com o aumento do nível, abre-se a passagem. O ar comprimido existente no copo passa por ela e desloca o em- bolo para a direita. Pelo escape, o ar só passa lentamente, mantendo-se, com isso, a saída do condensado, aberta por um tempo ligeiramente maior.

Regulador de Pressão

O regulador de pressão tem por finalidade manter constante a pressão de trabalho (segcundária) independentemente da pressão da rede (primária) e consumo de ar. A pressão primária tem que ser mai- or que a rede secundária.

Regulador de Pressão com Exaustão (escape) Regulador de Pressão sem abertura de escape

Lubrificador de Ar Comprimido

Nos elementos pneumáticos encontram-se peças móveis que devem ser submetidas a lubrificação. O materiais lubrificantes são necessários para garantir desgaste mínimo nos elementos móveis, manter tão mínimas quanto possível as forças de atrito e proteger os aparelhos contra a corrosão. Mediante o lubrifi- cador, espalha-se no ar comprimido uma névoa adequada de óleo.

Lubrificadores de óleo trabalham, geralmente, segundo o Princípio de Venturi.

A diferença de pressão ∆ p (queda de pressão entre a pressão e- xistente antes do bocal nebulizador e a pressão no ponto de estrangulamento do bocal será aproveitada para sugar óleo de um reservatório e misturá-lo com ar em forma de neblina. O lubrifi- cador de ar somente começa a funcio- nar quando existe um fluxo suficiente- mente grande. Quando houver pe- quena demanda de ar, a velocidade no bocal é insuficiente para gerar uma de- pressão (baixa pressão) que possa su- gar o óleo o reservatório.

Deve-se, portanto, prestar atenção aos valores de vazão (fluo) indicados pelo fabricante.

Simbologia

Anotações:

Elementos Pneumáticos de Trabalho

Cilindros Pneumáticos

O cilindro pneumático é um elemento de trabalho de máquina útil, já que permite a aplicação do movimento linear exatamente onde é necessário, sem qualquer complicação mecânica, por exemplo, em transmissões, eixos, ressaltos, etc.

Através de cilindros pneumáticos pode-se transformar a energia pneumática em movimentos retilíneos e, através de motores pneumáticos, movimentos rotativos.

Cilindro de Ação Simples

q São acionados só de um lado, por- tanto trabalho em uma só direção. q O retrocesso efetua-se mediante uma força externa ou por mola. q Curso do embolo é limitado a 100mm q Empregam-se esses elementos de trabalho principalmente para fixar, expulsar, prensar, levar, alimentar, etc.

Cilindro de Membrana Plana

q Membra que pode ser de borra- cha, material sintético ou também metálico. q Assume a tarefa de êmbolo, fixa- do no centro da membrana. q É empregado na fabricação de ferramentas e dispositivos, bem como em prensas de cunhar, rebi- tar e fixar peças em lugares estrei- tos.

Cilindro de Membrana de Posição

q Similar ao de membrana, é cilindro de membrana de projeção. q Quando acionado pelo ar comprimido, a membrana se projeta no interior do ci- lindro, movimentando a haste para fren- te. q Curso de 50 a 80mm. q Menor atrito que cilindros de êmbolo.