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Escola Politécnica da USP Departamento de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos

PMR 2480 - SISTEMAS FLUIDOMECÂNICOS

Apostila de Pneumática

Prof. Dr. Emílio Carlos Nelli Silva :

Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Depto. de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos

Pneumática

1. Introdução6
2. Comportamento do Ar Comprimido9
2.1 Pressão9
2.2 Gás Ideal1
2.3 Ar e Ar Comprimido12
3. Tecnologia de Acionamento Pneumático18
4. Características dos Sistemas Pneumáticos20
5. Produção, Preparação e Distribuição de Ar Comprimido23
5.1 Qualidade do Ar Comprimido23
5.2 Sistema de Produção e Preparação do Ar Comprimido24
5.3 Compressores26
5.3.1 Compressor de Êmbolo27
5.3.2 Compressores Rotativos29
5.3.3 Turbo-Compressores31
5.4 Secagem do Ar Comprimido32
5.4.1 Resfriamento3
5.4.2 Adsorção3
5.4.3 Absorção34
5.4.4 Sobrepressão35
5.5 Distribuição de Ar Comprimido35
5.6 Tratamento do ar Comprimido38
5.6.1 Filtro39
5.6.2 Válvula Reguladora de Pressão40
5.6.3 Lubrificador41
6. Atuadores Pneumáticos42

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Pneumática

6.1.1 Cilindro de Simples Ação43
6.1.2 Cilindro de Dupla Ação4
6.1.3 Cilindros de Membrana4
6.1.4 Cilindro de Dupla Ação com Haste Passante45
6.1.5 Cilindro Sem Haste46
6.1.6 Cilindro de Múltiplas Posições47
6.1.7 Cilindro Tandem48
6.1.8 Cilindro de Percussão49
6.1.9 Cilindro Telescópico49
6.2 Atuadores Rotativos50
6.3 Unidades Hidropneumáticas51
6.4 Execução Prática de um Cilindro Pneumático52
6.5 Amortecimento de Fim de Curso54
Pneumático54
6.6.1 Exercícios5
6.6.2 Flambagem nos cilindros57
7. Outros Dispositivos Pneumáticos59
7.1 Mesa Pneumática59
7.2 Pinça Pneumática59
8. Motores Pneumáticos60
8.1 Motores Rotativos62
8.1.1 Motor de Palhetas62
8.1.2 Motor de Engrenagens e Motor Roots62
8.2 Motores de Pistões63
8.3 Motores de Turbina64
9. Válvulas Pneumáticas65
9.1 Válvulas Direcionais67

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Pneumática

9.1.2 Acionamento das Válvulas Direcionais67
9.1.3 Execução Construtiva das Válvulas68
9.1.4 Exaustão Cruzada70
9.1.5 Tipos de Válvulas Direcionais70
9.1.6 Especificação das Válvulas Direcionais74
9.2 Válvulas de Bloqueio75
9.2.1 Válvula de Retenção75
9.2.2 Válvula Alternadora (“OU”)75
9.2.3 Válvula de Duas Pressões (“E”)76
9.2.4 Válvula de Escape Rápido76
9.3 Válvulas de Fluxo7
9.3.1 Válvula Reguladora Unidirecional78
9.3.2 Válvulas de Fechamento79
9.4 Válvulas de Pressão80
9.4.1 Válvula Regulador de Pressão80
9.4.2 Válvula Limitadora de Pressão80
9.4.3 Conversores pneumático-elétrico ou pressostatos80
9.5 Regulagem dos compressores81
9.5.1 Regulagem de marcha vazio81
9.5.2 Regulagem de carga parcial83
9.5.3 Regulagem intermitente83
10. Temporizadores Pneumáticos85
1. Amplificadores Pneumáticos87
1.1 Amplificador de Pressão Monoestágio87
1.2 Amplificador de Pressão de Duplo Estágio8
12. Circuitos Pneumáticos89
12.1 Seqüência de Movimento dos Pistões92
12.2 Métodos de Projeto de Circuitos Pneumáticos94

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Pneumática

12.2.2 Método Passo-a-Passo9
13. Exemplos de Aplicação de Pneumática104
14. Eletropneumática108
15. Sensores Pneumáticos114
15.1 Sensor de Reflexão114
15.2 Barreira de ar117
15.3 Sensores e interruptores pressostáticos119
Bico pressostático119
Interruptor pressostático120

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Pneumática

1. Introdução

Como já comentado na apostila sobre motores elétricos, um sistema de automação industrial é constituído de três tipos de elementos:

• Sensores

• Controladores (comando e regulação)

• Ataudores (acionamento) Cada um desses elementos pode ser implementado usando-se três tipos de energia:

• Pneumática

• Hidráulica

• Elétrica A utilização de sensores e motores elétricos (já apresentado) abrange uma grande gama de aplicações, no entanto existem situações em que somente a energia hidráulica e pneumática oferecem uma solução mais eficiente e de baixo custo. Além disso, em algumas aplicações não é permitido a ocorrência de faíscas elétricas (pintura de automóvel, mina de carvão, fábrica de armamentos, etc..), não sendo interessante nesse caso utilizar motores elétricos, por exemplo.

Assim, atuadores hidráulicos são utilizados quando cargas da ordem de até centenas de toneladas estão envolvidas, como por exemplo em tratores, guindastes, ou quando se deseja uma alta precisão de posicionamento, como em máquinas de usinagem de precisão, micromanipuladores, etc..., que em geral não podem ser obtidos com motores e sistemas elétricos.

pneumáticas, broca de dentista, etc

Atuadores pneumáticos são utilizados quando estão envolvidas cargas da ordem de até uma tonelada) onde se deseja movimentos de duas posições (início e fim) limitadas por batentes mecânicos, como em máquinas de fixação ou transporte de peças, ou quando se deseja altas rotações (milhares de r.p.m.), como no caso de fresadoras

Eventualmente encontraremos equipamentos em que ocorre uma combinação do uso das energias acima. Por exemplo, em sistemas eletropneumáticos temos atuadores

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Pneumática pneumáticos acionados por controladores elétricos ou eletrônicos, bem como, sensores elétricos ou pneumáticos. O mesmo ocorre em sistemas eletrohidráulicos.

Em equipamentos de automação industrial, em particular, nas máquinas SMD que inserem componentes eletrônicos em placas de circuito impresso, encontramos principalmente sistemas elétricos e pneumáticos. Nessa apostila será abordado o tópico sobre sistemas pneumáticos.

Pneumática é o ramo da engenharia que estuda a aplicação do ar comprimido para a tecnologia de acionamento e comando. Na verdade o uso do ar comprimido como fonte de energia pelo homem data de 2550 AC. Nessa época eram fabricados foles e órgãos que essencialmente geram sons baseado no escoamento do ar sob pressão em tubos com furos. O ar comprimido era produzido por uma bomba acionada manualmente. No século XIX, surgiram as primeiras máquinas pneumáticas complexas, as locomotivas e perfuratrizes (nas minas de carvão). Na verdade, essas máquinas utilizavam vapor superaquecido e não ar comprimido propriamentre dito, no entanto os princípios envolvidos no funcionamento são idênticos. No entanto, foi no século X, que a pneumática passou a ser aplicada na automação industrial e se desenvolveu ao ponto que é conhecida hoje.

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 fixaçao de peças em máquinas ferramenta e esteiras;

• acionamento de portas de um ônibus urbano ou dos trens do metrô;

• sistemas automatizados para alimentação de peças;

• robôs industriais para aplicações que não exijam posicionamento preciso;

• freios de caminhão;

• parafusadeiras e lixadeiras;

• broca de dentista;

• pistola de pintura;

• correio pneumático.

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Pneumática

A seguir são apresentados os conceitos de geração, preparação e distribuição de ar comprimido, atuadores e válvulas que compõem os sistemas pneumáticos, além de outros dispositivos.

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Pneumática

2. Comportamento do Ar Comprimido

Para entender as características dos sistemas pneumáticos é necessário estudar o comportamento do ar. Para isso é apresentado inicialmente o conceito de gás ideal. No estudo do comportamento dos gases é de grande importância o conceito de pressão que será dado a seguir.

2.1 Pressão

Os gases são formados por moléculas em agitação (movimento) que produzem forças de pressão no recipiente em que o gás está contido. Indicações de pressão podem ter como referência o ponto zero absoluto (vácuo) ou a pressão atmosférica. Por isso fala-se em pressão absoluta e pressão relativa. A pressão atmosférica é produzida pela camada de ar que envolve a terra e depende da densidade e da altitude, portanto esta não tem um valor constante. A pressão atmosférica ao nível do mar vale 1,013 bar (=1,013

A figura 2.1.1 indica o conceito de pressão relativa e absoluta.

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