Baixe Apostila de Pneumática Sumário INTRODUÇÃO PROPRIEDADES DO AR COMPRI e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! Apostila de Pneumática Sumário INTRODUÇÃO .....................................................................4 PROPRIEDADES DO AR COMPRIMIDO ......................................5 -VANTAGENS .....................................................................5 -LIMITAÇÕES .....................................................................6 FUNDAMENTOS FÍSICOS .......................................................6 PROPRIEDADES FISICAS DO AR .............................................7 - COMPRESSIBILIDADE ........................................................7 - ELASTICIDADE .................................................................7 - DIFUSIBILIDADE ................................................................8 - EXPANSIBILIDADE .............................................................8 INSTALAÇÃO DE PRODUÇÃO .................................................9 TIPOS DE COMPRESSORES .................................................10 -COMPRESSOR DINAMICO DE FLUXO RADIAL .........................11 -COMPRESSOR DE PARAFUSO ............................................12 -COMPRESSOR DE SIMPLES EFEITO .....................................14 -COMPRESSOR DE DUPLO EFEITO .......................................14 SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO DOS COMPRESSORES ................15 -RESFRIAMENTO À ÁGUA ....................................................15 -RESFRIAMENTO A AR ........................................................16 PREPARAÇÃO DO AR COMPRIMIDO .......................................17 -UMIDADE ........................................................................17 DISTRIBUIÇÃO DO AR COMPRIMIDO ......................................19 -REDE DE DISTRIBUIÇÃO DO AR COMPRIMIDO .........................19 UNIDADE DE CONSERVAÇÃO OU DE CONDICIONAMENTO ..........20 FILTRO DE AR COMPRIMIDO ................................................21 DRENOS DOS FILTROS .......................................................23 -DRENO MANUAL ...............................................................23 -DRENO AUTOMÁTICO ........................................................23 LUBRIFICADOR DE AR COMPRIMIDO ......................................24 REGULADOR DE PRESSÃO ..................................................25 MANUTENÇÃO DAS UNIDADES DE CONSERVAÇÃO ...................27 ELEMENTOS PNEUMÁTICOS DE TRABALHO ............................28 2 - Segurança. Como os equipamentos pneumáticos envolvem sempre pressões moderadas, tornam-se seguros contra possíveis acidentes, quer no pessoal, quer no próprio equipamento, além de evitarem problemas de explosão. - Redução do número de acidentes. A fadiga é um dos principais fatores que favorecem acidentes; a implantação de controles pneumáticos reduz sua incidência (liberação de operações repetitivas). -LIMITAÇÕES - O ar comprimido necessita de uma boa preparação para realizar o trabalho proposto: remoção de impurezas, eliminação de umidade para evitar corrosão nos equipamentos, engates ou travamentos e maiores desgastes nas partes móveis do sistema. - Os componentes pneumáticos são normalmente projetados e utilizados a uma pressão máxima de 1723,6 kPa. Portanto, as forças envolvidas são pequenas se comparadas a outros sistemas. Assim, não é conveniente o uso de controles pneumáticos em operação de extrusão de metais. Provavelmente, o seu uso é vantajoso para recolher ou transportar as barras extrudadas. - Velocidades muito baixas são difíceis de ser obtidas com o ar comprimido devido às suas propriedades físicas. Neste caso, recorre-se a sistemas mistos (hidráulicos e pneumáticos). - O ar é um fluido altamente compressível, portanto, é impossível se obterem paradas intermediárias e velocidades uniformes. O ar comprimido é um poluidor sonoro quando são efetuadas exaustões para a atmosfera. Esta poluição pode ser evitada com o uso de silenciadores nos orifícios de escape. FUNDAMENTOS FÍSICOS A superfície terrestre é totalmente cercada por uma camada de ar. Este ar, que é de interesse vital, é uma mistura gasosa da seguinte composição: Nitrogênio, aproximadamente 78% do volume; Oxigênio, aproximadamente 21 % do volume. Além disso, o ar contém resíduos de Dióxido de Carbono, Argônio, Hidrogênio, Neônio, Hélio, Criptônio e Xenônio. Apesar de insípido, inodoro e incolor, percebemos o ar através dos ventos, aviões e pássaros que nele flutuam e se movimentam; sentimos também o seu impacto sobre o nosso corpo. Concluímos facilmente que o ar tem existência real e concreta, ocupando lugar no espaço. 5 PROPRIEDADES FISICAS DO AR - COMPRESSIBILIDADE O ar, assim como todos os gases, tem a propriedade de ocupar todo o volume de qualquer recipiente, adquirindo seu formato, já que não tem forma própria. Assim, podemos encerrá-lo num recipiente com volume determinado e posteriormente provocar-lhe uma redução de volume usando uma de suas propriedades - a compressibilidade. Podemos concluir que o ar permite reduzir o seu volume quando sujeito à ação de uma força exterior. - ELASTICIDADE Propriedade que possibilita ao ar voltar ao seu volume inicial uma vez extinto o efeito (força) responsável pela redução do volume. - DIFUSIBILIDADE Propriedade do ar que lhe permite misturar-se homogeneamente com qualquer meio gasoso que não esteja saturado. 6 - EXPANSIBILIDADE Propriedade do ar que lhe possibilita ocupar totalmente o volume de qualquer recipiente, adquirindo o seu formato. INSTALAÇÃO DE PRODUÇÃO Para a produção de ar comprimido são necessários compressores, os quais comprimem o ar para a pressão de trabalho desejada. Na maioria dos acionamentos e comandos pneumáticos se encontra, geralmente, uma estação central de distribuição de ar comprimido. Não é necessário calcular e planejar a transformação e transmissão da energia para cada consumidor individual. A Instalação do compressão fornece o ar comprimido para os devidos lugares através de uma rede tubular. Instalações móveis de produção são usadas, principalmente, na indústria de mineração, ou para máquinas que freqüentemente mudam de local. Já ao projetar, devem se consideradas a ampliação e aquisição de outros novos aparelhos pneumáticos. Por isso é necessário sobredimensionar a 7 fêmea. Os rotores são sincronizados por meio de engrenagens; entretanto existem fabricantes que fazem com que um rotor acione o outro por contato direto. O processo mais comum é acionar o rotor macho, obtendo-se uma velocidade menor do rotor fêmea. Estes rotores revolvem-se numa carcaça cuja superfície interna consiste de dois cilindros ligados como um "oito". Nas extremidades da câmara existem aberturas para admissão e descarga do ar. O ciclo de compressão pode ser seguido pelas figuras a,b,c,d. O ar à pressão atmosférica ocupa espaço entre os rotores e, conforme eles giram, o volume compreendido entre os mesmos é isolado da admissão. Em seguida, começa a decrescer, dando início à compressão. Esta prossegue até uma posição tal que a descarga é descoberta e o ar é descarregado continuamente, livre de pulsações. No tubo de descarga existe uma válvula de retenção, para 10 evitar que a pressão faça o compressor trabalhar como motor durante os períodos em que estiver parado. -COMPRESSOR DE SIMPLES EFEITO Este tipo de compressor leva este nome por ter somente uma câmara de compressão, ou seja, apenas a face superior do pistão aspira o ar e comprime; a câmara formada pela face inferior está em conexão com o carter. O pistão está ligado diretamente ao virabrequim por uma biela (este sistema de ligação é denominado tronco), que proporciona um movimento alternativo de sobe e desce ao pistão, e o empuxo é totalmente transmitido ao cilindro de compressão. Iniciado o movimento descendente, o ar é aspirado por meio de válvulas de admissão, preenchendo a câmara de compressão. A compressão do ar tem início com o movimento da subida. Após obter-se uma pressão suficiente para abrir a válvula de descarga, o ar é expulso para o sistema. -COMPRESSOR DE DUPLO EFEITO Este compressor é assim chamado por ter duas câmaras, ou seja, as duas faces do êmbolo aspiram e comprimem. O virabrequim está ligado a uma cruzeta por uma biela; a cruzeta, por sua vez, está ligada ao êmbolo por uma haste. Desta maneira consegue transmitir movimento alternativo ao êmbolo, além do que, a força de empuxo não é mais transmitida ao cilindro de compressão e sim às paredes guias da cruzeta. O êmbolo efetua o movimento descendente e o ar é admitido na câmara superior, enquanto que o ar contido na câmara inferior é comprimido e expelido. Procedendo-se o movimento oposto, a câmara que havia efetuado a admissão do ar realiza a sua compressão e a que havia comprimido efetua a admissão. Os movimentos prosseguem desta maneira, durante a marcha do trabalho. 11 SISTEMA DE REFRIGERAÇÃO DOS COMPRESSORES Remove o calor gerado entre os estágios de compressão,visando: - Manter baixa a temperatura das válvulas, do óleo lubrificante e do ar que está sendo comprimido (coma queda de temperatura do ar a umidade é removida). - Aproximar a compressão da isotérmica, embora esta dificilmente possa ser atingida, devido à pequena superfície para troca de calor. - Evitar deformação do bloco e cabeçote, devido às temperaturas. - Aumentar a eficiência do compressor. O sistema de refrigeração compreende duas fases: Resfriamento dos cilindros de compressão e Resfriamento do Resfriador Intermediário. Um sistema de refrigeração ideal é aquele em que atemperatura do ar na saída do resfriador intermediário é igual à temperatura de admissão deste ar. O resfriamento pode ser realizado por meio de ar em circulação, ventilação forçada e água, sendo que o resfriamento à água é o ideal porque provoca condensação de umidade; os demais não provocam condensação. -RESFRIAMENTO À ÁGUA Os blocos dos cilindros são dotados de paredes duplas, entre as quais circula água. A superfície que exige um melhor resfriamento é a do cabeçote, pois permanece em contato com o gás ao fim da compressão. No resfriador intermediário empregam-se, em geral, tubos com aletas. O ar a ser resfriado passa em torno dos tubos, transferindo o calor para a água em circulação. Esta construção é preferida, pois permite maior vazão e maior troca de calor. A água utilizada para este fim deve ter baixa temperatura, pressão suficiente, estar livre de impurezas e ser mole, isto é, conter pouco teor de sais de cálcio ou outras substâncias. O processo de resfriamento se inicia, geralmente, pela circulação de água através da câmara de baixa pressão, entrando posteriormente em contato com o resfriador intermediário. Além de provocar o resfriamento do ar, uma considerável 12 - Oxida a tubulação e componentes pneumáticos. - Destrói a película lubrificante existente entre as duas superfícies que estão em contato, acarretando desgaste prematuro e reduzindo a vida útil das peças, válvulas, cilindros, etc. - Prejudica a produção de peças. - Arrasta partículas sólidas que prejudicarão o funcionamento dos componentes pneumáticos. - Aumenta o índice de manutenção - Impossibilita a aplicação em equipamentos de pulverização. - Provoca golpes de ariete nas superfícies adjacentes, etc. Portanto, é da maior importância que grande parte da água, bem como dos resíduos de óleo, seja removida do ar para evitar redução de todos os dispositivos e máquinas pneumáticas. DISTRIBUIÇÃO DO AR COMPRIMIDO Como resultado da racionalização e automatização dos dispositivos de fabricação, as indústrias necessitam continuamente de uma maior quantidade de ar. Cada máquina e equipamentos necessitam de uma determinada quantidade de ar, sendo abastecidos por um compressor, através da rede tubular de distribuição. O diâmetro da tubulação deve ser escolhido de maneira que, se o consumo aumentar, a queda de pressão entre o depósito e o consumidor não ultrapasse 10kpa (0,1 bar). Se a queda de pressão ultrapassar este valor, a rentabilidade do sistema é prejudicada diminuindo consideravelmente sua capacidade. No projeto de novas instalações deve-se prever uma futura ampliação para maior demanda de ar, cujo motivo deverá ser previsto um diâmetro maior dos tubos da rede de distribuição. A montagem posterior de uma rede distribuidora de maiores dimensões (ampliação), acarretará despesas elevadas. A escolha do diâmetro da tubulação não é realizada por quaisquer fórmulas empíricas para aproveitar tubos por acaso existentes no depósito, mas sim considerando-se: - o volume corrente (vazão) - o comprimento da tubulação - a queda de pressão - a pressão de trabalho - o número de pontos de estrangulamento na rede 15 -REDE DE DISTRIBUIÇÃO DO AR COMPRIMIDO Aplicar, para cada máquina ou dispositivo automatizado, um compressor próprio, é possível somente em casos esporádicos e isolados. Onde existem vários pontos de aplicação, o processo mais conveniente e racional é efetuar a distribuição do ar comprimido situando as tomadas nas proximidades dos utilizadores. A rede de distribuição de ar comprimido compreende todas as tubulações que saem do reservatório, passando pelo secador e que, unidas, orientam o ar comprimido até os pontos individuais de utilização. A rede possui duas funções básicas: 1. Comunicar a fonte produtora com os equipamentos consumidores. 2. Funcionar como um reservatório para atender às exigências locais. Um sistema de distribuição perfeitamente executado deve apresentar os seguintes requisitos: pequena queda de pressão entre o compressor e as partes de consumo, a fim de manter a pressão dentro de limites toleráveis em conformidade com as exigências das aplicações; não apresentar escape de ar; do contrário haveria perda de potência; apresentar grande capacidade de realizar separação de condensado. Ao serem efetuados o projeto e a instalação de uma planta qualquer de distribuição, é necessário levar em consideração certos preceitos. O não-cumprimento de certas bases é contraproducente e aumenta sensivelmente a necessidade de manutenção. UNIDADE DE CONSERVAÇÃO OU DE CONDICIONAMENTO 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. Neste caso, o beneficiamento do ar comprimido consiste no seguinte: filtragem, regulagem da pressão e introdução de uma certa quantidade de óleo para a lubrificação de todas as partes mecânicas dos componentes pneumáticos. A utilização desta unidade de serviço é indispensável em qualquer tipo de sistema pneumático, do mais simples ao mais complexo. Ao mesmo tempo em que permite aos componentes trabalharem em condições favoráveis, prolonga a sua vida útil. Uma duração prolongada e funcionamento regular de qualquer componente em um circuito dependem, antes de mais nada, do grau de filtragem, da isenção de umidade, da estabilidade da pressão de alimentação do equipamento e da lubrificação das partes móveis. 16 Isso tudo é literalmente superado quando se aplicam nas instalações dos dispositivos, máquinas, etc., os componentes de tratamento preliminar do ar comprimido após a tomada de ar: Filtro, Válvula Reguladora de Pressão (Regulador) e Lubrificador, que reunidos formam a Unidade de Condicionamento ou Lubrefil. FILTRO DE AR COMPRIMIDO O filtro de ar comprimido retém as impurezas que fluem através de si principalmente de água condensada. Ar comprimido limpo é essencial em indústrias de processamento de alimentos, eletrônica, equipamentos hospitalares e odontológicos, indústria fotográfica, fábricas de plásticos e na instrumentação. Ar limpo nessas e em outras aplicações significa mais do que apenas ar isento de contaminação por partículas sólidas. O ar utilizado nessas indústrias deve também estar isento de aerossóis de água e de óleo contaminantes, que fogem do raio de ação dos sistemas de filtragem convencionais. O ar comprimido é conduzido através de uma chapa guia para dentro da câmara do filtro e colocado em rápido movimento giratório. Assim as partículas de sujeira mais pesadas e gotas de água são impulsionadas para a parede da câmara pela força centrífuga, onde se fixam. O produto da condensação acumula-se na parte inferior da câmara e deve ser retirado através do parafuso de esgotamento, quando a marca superior for alcançada. Partículas menores são retiradas pelo elemento de filtro, pelo qual o ar é forçado a passar no caminho para o receptor. O elemento de filtro deve ser limpo ou substituído regularmente. 17 conseguido desde que as partículas de óleo permaneçam em suspensão no fluxo, ou seja, não se depositem ao longo das paredes da linha. O meio mais prático de efetuar este tipo de lubrificação é através do lubrificador. O ar comprimido flui através do lubrificador por dois caminhos. Em baixas vazões, a maior parte do ar flui através do orifício Venturi (B) e a outra parte flui defletindo a membrana de restrição (A) e ao mesmo tempo pressuriza o copo através do assento da esfera da placa inferior. A velocidade do ar que flui através do orifício do Venturi (B) provoca uma depressão no orifício superior (F), que, somada à pressão positiva do copo através do tubo de sucção (E), faz com que o óleo escoe através do conjunto gotejador. Esse fluxo é controlado através da válvula de regulagem (G) e o óleo goteja através da passagem (I), encontrando o fluxo de ar que passa através do Venturi (B), provocando assim sua pulverização. Quando o fluxo de ar aumenta, a membrana de restrição (A) dificulta a passagem do ar, fazendo com que a maior parte passe pelo orifício do Venturi (B), assegurando assim que a distribuição de óleo aumente linearmente com o aumento da vazão de ar. O copo pode ser preenchido com óleo sem precisar despressurizar a linha de ar, devido à ação da esfera (C). Quando o bujão de enchimento (H) é retirado, o ar contido no copo escapa para a atmosfera e a esfera (C) veda a passagem de ar para o copo, evitando assim sua pressurização. Ao recolocar o bujão, uma pequena porção de ar entra no copo e quando este estiver totalmente pressurizado a lubrificação volta ao normal. 20 REGULADOR DE PRESSÃO Os reguladores foram projetados para proporcionar uma resposta rápida e uma regulagem de pressão acurada para o maior número de aplicações industriais. O uso do diafragma especialmente projetado resulta em um aumento significativo da vida útil do regulador, proporcionando baixos custos de manutenção. Suas principais características são: - Resposta rápida e regulagem precisa, devido a uma aspiração secundária e a válvula de assento incorporado. - Grande capacidade de reversão de fluxo. - Diafragma projetado para proporcionar um aumento da vida útil do produto. - Dois orifícios destinados a manômetro que podem ser usados como orifícios de saída. - Fácil manutenção. O ar comprimido entra por (P) e pode sair por (P' apenas se a válvula de assento estiver aberta. A secção de passagem regulável está situada abaixo d válvula de assento (C). Girando totalmente a manopla (D) no sentido anti-horário (mola sem compressão), conjunto da válvula de assento (C) estará fechado. Girando a manopla no sentido horário, aplica-se um carga numa mola calibrada de regulagem (A) fazendo com que o diafragma (B) e a válvula de assento (C) s desloquem para baixo, permitindo a passagem do fluxo de ar comprimido para a utilização (H). A pressão sobre o diafragma (B) está balanceada através o orifício de equilíbrio (G) quando o regulador está em operação. A pressão secundária, ao exceder a pressão regulada, causará, por meio do orifício (G), ao diafragma (B), um movimento ascendente contra a mola de regulagem (A), abrindo o orifício de sangria (F) contido no diafragma. O excesso de ar é jogado para atmosfera através de um orifício (E) na tampa do regulador (somente para reguladores com sangria). Portanto, uma saída de pressão pré-regulada é um processo de abre-fecha da válvula de assento (C), que poderia causar certa vibração. Isso é evitado porque certos reguladores são equipados por um amortecimento (I) à mola ou a ar comprimido. O dispositivo autocompensador (C-J) permite montar o regulador em qualquer posição, e confere ao equipamento um pequeno tempo de resposta. A pressão de saída é alterada pela atuação sobre a manopla de regulagem, não importa se é para decréscimo - quando a pressão secundária regulada é maior, o ar excedente desta regulagem é automaticamente expulso para o exterior atráves do orifício (F) até a pressão desejada ser atingida - ou acréscimo - o aumento 21 processa-se normalmente atuando-se a manopla e comprimindo-se a mola (A) da forma já mencionada; atráves de um manômetro (J) registram-se as pressões secundárias reguladas. MANUTENÇÃO DAS UNIDADES DE CONSERVAÇÃO São necessários os seguintes serviços freqüentes de manutenção: - Filtro de ar comprimido: O nível de água condensada deve ser controlado regularmente, pois a altura marcada no copo coletor não deve ser ultrapassada. A água condensada acumulada pode ser arrastada para a tubulação de ar comprimido e para os equipamentos. Para drenar a água condensada deve-se abrir um parafuso de dreno no fundo do copo coletor. O cartucho filtrante, quando sujo, também deve ser limpo ou substituído. - Regulador de pressão: Na existência de um filtro de ar comprimido antes do regulador, este não necessita de manutenção. - Lubrificador de ar comprimido: Controlar o nível de óleo no copo do lubrificador. Se necessário, completar o óleo até a marcação. Filtros de material plásticos e o copo do lubrificador devem ser limpos somente com querosene. Para o lubrificador devem ser usados somente óleos minerais. ELEMENTOS PNEUMÁTICOS DE TRABALHO A energia pneumática é transformada em movimento e força através dos elementos de trabalho. Esses movimentos podem ser lineares ou rotativos. Os movimentos lineares são executados pelos cilindros (simples ação ou dupla ação) e os movimentos rotativos pelos motores pneumáticos de giro contínuo e cilindros rotativos de giro limitado. 22 - CILINDRO DE HASTE DUPLA Este tipo de cilindro (D.A.) de haste dupla vem encontrando grandes aplicações na indústria. Possui duas hastes unidas ao mesmo êmbolo. Enquanto uma das hastes realiza trabalho, a outra pode ser utilizada no comando de fins de curso ou dispositivos que não possam ser posicionados ao longo da oposta. Apresentam ainda a possibilidade de variação do curso de avanço, o que é bastante favorável, principalmente em operações de usinagem. As duas faces do êmbolo possuem geralmente a mesma área, o que possibilita transmitir forças iguais em ambos os sentidos de movimentação. Apresenta dois mancais de guia, um em cada cabeçote, oferecendo mais resistência a cargas laterais, que podem ser causadas pela aplicação, bem como melhor alinhamento. De acordo com o dispositivo em que for adaptado, este cilindro pode apresentar uma série de outras aplicações. Pode ser fixado pelas extremidades das hastes, deixando o corpo livre, ou fixado pelo corpo, permitindo que as hastes se desloquem. Como exemplo típico, considera-se o caso da automação de mesas de máquinas operatrizes e máquinas de injeção. - CILINDRO DUPLEX CONTÍNUO OU CILINDRO TANDEM Dotado de dois êmbolos unidos por uma haste comum, separados entre si por meio de um cabeçote intermediário, possui entradas de ar independentes. Devido à sua forma construtiva, dois cilindros (de Dupla Ação) em série numa mesma camisa, com entradas de ar independentes, ao ser injetado ar comprimido simultaneamente nas duas câmaras, no sentido de avanço ou retorno, ocorre atuação sobre as duas faces do êmbolo, de tal modo que a força produzida é a 25 somatória das forças individuais de cada êmbolo. Isto permite dispor de maior força, tanto no avanço como no retorno. Aplicado em casos onde se necessitam maiores forças, porém não dispondo de espaço para comportar um cilindro de diâmetro maior, e não pode elevar muito a pressão de trabalho - a sua aplicação podendo superar o problema. Em sistemas de sincronismo de movimentos é muito empregado; as câmaras intermediárias são preenchidas com óleo. Quando da sua utilização, deve-se levar em consideração o seu comprimento, que é maior. Há necessidade, portanto, de profundidades ou vãos diferentes para seu posicionamento, principalmente em função do curso desejado. - CILINDRO DE IMPACTO Recebe esta denominação devido à força a ser obtida pela transformação de energia cinética. É um cilindro de dupla ação especial com modificações. - Dispõe internamente de uma pré-câmara (reservatório). - O êmbolo, na parte traseira, é dotado de um prolongamento. - Na parede divisória da pré-câmara, existem duas válvulas de retenção. Estas modificações permitem que o cilindro desenvolva impacto, devido à alta energia cinética obtida pela utilização da pressão imposta ao ar. 26 Assim, um cilindro de impacto com diâmetro de 102 mm, acionado por uma pressão de 700 kPa, desenvolve uma força de impacto equivalente a 35304 N, enquanto que um cilindro normal, de mesmo diâmetro e de mesma pressão, atinge somente 5296 N. Ao ser comandado, o ar comprimido enviado ao cilindro é retido inicialmente e acumulado na pré-câmara interna, atuando sobre a pequena área da secção do prolongamento do êmbolo. Quando a pressão do pistão atinge um valor suficiente, inicia-se o deslocamento do pistão. Este avança lentamente até que, em determinado instante, o prolongamento do êmbolo se desaloja da parede divisória e permite que todo o ar armazenado escoe rapidamente, atuando sobre a área do êmbolo. No instante em que ocorre a expansão brusca do ar, o pistão adquire velocidade crescente até atingir a faixa onde deverá ser melhor empregado. O impacto é produzido através da transformação da energia cinética fornecida ao pistão, acrescida da ação do ar comprimido sobre o êmbolo. Quando se necessitam de grandes forças durante curtos espaços de tempo, como é o caso de rebitagens, gravações, cortes etc., este é o equipamento que melhor se adapta. No entanto, ele não se presta a trabalhos com grandes deformações. Sua velocidade tende a diminuir após certo curso, em razão da resistência oferecida pelo material ou pela existência de amortecimento no cabeçote dianteiro. As duas válvulas de retenção já mencionadas possuem funções distintas. Uma delas tem por função permitir que o cilindro retorne totalmente à posição inicial; o prolongamento do êmbolo veda a passagem principal do ar. A outra válvula permite que a pressão atmosférica atue sobre o êmbolo, evitando uma soldagem entre a parede divisória e o êmbolo, devido à eliminação quase que total do ar entre os dois, o que tenderia à formação de um vácuo parcial. 27 Têm por função orientar a direção que o fluxo de ar deve seguir, a fim de realizar um trabalho proposto. Para um conhecimento perfeito de uma válvula direcional, deve-se levar em conta os seguintes dados: - Posição Inicial - Número de Posições - Número de Vias - Tipo de Acionamento (Comando) - Tipo de Retorno - Vazão Para a representação das válvulas direcionais nos circuitos pneumáticos utilizamos simbologia normalizada conforme norma DIN ISSO 1219. Esta norma nos dá a função da válvula e não considera a construção da mesma. O desenvolvimento dos símbolos nos dá a noção exata de como compreender a simbologia completa das válvulas. DESENVOLVIMENTO DOS SÍMBOLOS As válvulas direcionais são sempre representadas por um retângulo. Este retângulo é dividido em quadrados. O número de quadrados representados na simbologia é igual ao número de posições da válvula, representando a quantidade de movimentos que executa através de acionamentos. Número de posições é a quantidade de manobras distintas que uma válvulas direcional pode executar ou permanecer sob a ação de seu acionamento. Nestas condições, a torneira, que é uma válvula, tem duas posições: ora permite passagem de água, ora não permite. O número de vias é o número de conexões de trabalho que a válvula possui. São consideradas como vias a conexão de entrada de pressão, conexões de utilização e as de escape. Para fácil compreensão do número de vias de uma válvula de controle direcional podemos também considerar que: 30 Uma regra prática para a determinação do número de vias consiste em separar um dos quadrados (posição) e verificar quantas vezes o(s) símbolo(s) interno(s) toca(m) os lados do quadro, obtendo-se, assim, o número de orifícios e em correspondência o número de vias. Preferencialmente, os pontos de conexão deverão ser contados no quadro da posição inicial. IDENTIFICAÇÃO DOS ORIFÍCIOS DAS VÁLVULAS As identificações dos orifícios de uma válvulla pneumática, reguladores, filtros etc., têm apresentado uma grande diversificação de indústria para indústria, sendo que cada produtor adota seu próprio método, não havendo a preocupação de utilizar uma padronização universal. Em 1976, o CETOP – Comitê Europeu de Transmissão Óleo-Hidráulica e Pneumática, propôs um método universal para a identificação dos orifícios aos fabricantes deste tipo de equipamento. O código, apresentado pelo CETOP, vem sendo estudado para que se torne uma norma universal através da Organização Internacional de Normalização - ISO. A finalidade do código é fazer com que o usuário tenha uma fácil instalação dos componentes, relacionando as marcas dos orifícios no circuito com as marcas contidas nas válvulas, identificando claramente a função de cada orifício. Essa proposta é numérica, conforme mostra. - IDENTIFICAÇÃO DOS ORIFÍCIOS Nº 1 - alimentação: orifício de suprimento principal. Nº 2 - utilização, saída: orifício de aplicação em válvulas de 2/2, 3/2 e 3/3. Nºs 2 e 4 - utilização, saída: orifícios de aplicação em válvulas 4/2, 4/3, 5/2 e 5/3. 31 Nº 3 - escape ou exaustão: orifícios de liberação do ar utilizado em válvulas 3/2, 3/3, 4/2 e 4/3. Nºs 3 e 5 - escape ou exaustão: orifício de liberação do ar utilizado em válvulas 5/2 e 5/3. Orifício número 1 corresponde ao suprimento principal; 2 e 4 são aplicações; 3 e 5 escapes. Orifícios de pilotagem são identificados da seguinte forma: 10, 12 e 14. Estas referências baseiam-se na identificação do orifício de alimentação 1. Nº 10 - indica um orifício de pilotagem que, ao ser influenciado, isola, bloqueia, o orifício de alimentação. Nº 12 - liga a alimentação 1 com o orifício de utilização 2, quando ocorrer o comando. Nº 14 - comunica a alimentação 1 com o orifício de utilização 4, quando ocorrer a pilotagem. Quando a válvula assume sua posição inicial automaticamente (retorno por mola, pressão interna) não há identificação no símbolo. Em muitas válvulas, a função dos orifícios é identificada literalmente. Isso se deve principalmente às normas DIN (DEUTSCHE NORMEN), que desde março de 1996 vigoram na Bélgica, Alemanha, França, Suécia, Dinamarca, Noruega e outros países. Segundo a Norma DIN 24.300, Blatt 3, Seite 2, Nr. 0.4. de março de 1966, a identificação dos orifícios é a seguinte: Linha de trabalho (utilização): A, B, C Conexão de pressão (alimentação): P Escape ao exterior do ar comprimido utilizado pelos equipamentos pneumáticos (escape, exaustão): R,S,T Drenagem de líquido: L Linha para transmissão da energia de comando (linhas de pilotagem): X,Y, Z Os escapes são representados também pela letra E, seguida da respectiva letra que identifica a utilização (normas N.F.P.A.) Exemplo : EA - significa que o orifícios em questão são a exaustão do ponto de utilização A. EB - escape do a utilizado pelo orifício B. A letra D, quando utilizada, representa orifício de escape do ar de comando interno. 32 TIPOS DE ACIONAMENTOS A comutação das válvulas direcionais dependem de acionamentos externos, esses acionamentos podem ser: mecânicos, manuais, elétricos, pneumáticos ou ainda combinados. O acionamento deve ser compatível com o momento do acionamento. Por exemplo: para um sinal de início de ciclo normalmente se usa um acionamento muscular (botão, pedal, alavanca). Quando o acionamento vai ser executado por um cilindro no meio do ciclo, um acionamento mecânico (rolete, gatilho ou came) é o mais indicado. 35 VÁLVULAS DE BLOQUEIO Válvulas de bloqueio são elementos que em geral bloqueiam a passagem de ar em um sentido, permitindo a passagem livre no sentido oposto. A pressão no lado do bloqueio atua sobre o elemento vedante, permitindo assim, a vedação perfeita da válvula. - VÁLVULA DE RETENÇÃO Válvulas de retenção impedem completamente a passagem do ar em uma direção, permitindo que o ar passe praticamente livre com a mínima queda de pressão na direção oposta. O fechamento pode ser efetuado através de cone, esfera, membrana ou placa. 36 -VÁLVULA ALTERNADORA Esta válvula possui duas entradas X e Y e uma saída A. Quando o ar comprimido entra em X, a esfera bloqueia a entrada Y e o ar circula de X para A. Em sentido contrario quando o ar circula de Y para A, a entrada X fica bloqueada. Quando um lado de um cilindro ou de uma válvula entra em exaustão, a esfera permanece na posição em que se encontrava antes do retorno do ar. Estas válvulas são chamadas também de elemento OU e seleciona sinais emitidos por válvulas de sinais provenientes de diversos pontos e impede o escape de ar por uma segunda válvula. Se um cilindro ou uma válvula de comando devem ser acionados de dois ou mais lugares, é necessária a utilização desta válvula alternadora, também chamada de válvula de isolamento. - VÁLVULA DE SIMULTANEIDADE Esta válvula possui duas entradas X e Y e uma saída A. O ar comprimido pode passar somente quando houver pressão em ambas as entradas. Um sinal de entrada em X ou Y impede o fluxo para A em virtude do desequilíbrio das forças que atuam sobre a peça móvel. Quando existe uma diferença de tempo das pressões, a última é a que chega na saída A. Se os sinais de entrada são de pressões diferentes, a maior bloqueia um lado da válvula e a pressão menor chega até a saída A. Esta válvula é também chamada de elemento E. 37 - REPRESENTAÇÃO EM FORMA ALGÉBRICA - Para avanço da haste: + - Para retorno da haste: - A+ B+ A- B- - DIAGRAMA TRAJETO-PASSO Neste caso, se representa a seqüência de operação em um elemento de trabalho, levando-se ao diagrama a indicação do movimento em dependência de cada passo considerado (passo: variação do estado de qualquer unidade construtiva). Se existirem diversos elementos de trabalho, estes estão representados da mesma maneira e desenhados uns sobre os outros. A correspondência é realizada 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. 40 MÉTODO INTUITIVO Exemplo: Pacotes que chegam por um transportador são elevados por um cilindro pneumático “A” e empurrados para outro transportador por um cilindro pneumático “B”. Existe uma condição de que o cilindro “B” somente retorne quando o “A” tiver alcançado sua posição inicial. Para a confecção do projeto recomenda-se o seguinte: 1 - Determinar a seqüência de trabalho; 2 - Elaborar o diagrama de trajeto-passo; 3 - Colocar no diagrama trajeto-passo os elementos fins de curso a serem utilizados; 4 - Desenhar os elementos de trabalho; 5 - Desenhar os elementos de comando correspondentes; 6 - Desenhar os elementos de sinais; 7 - Desenhar os elementos de abastecimento de energia; 8 - Traçar as linhas dos condutores de sinais de comando e de trabalho; 9 - Identificar os elementos; 10 - Colocar no esquema a posição correta dos fins de curso, conforme o diagrama de trajeto e passo; 41 11 - Verificar se é necessária alguma anulação de sinais permanentes (contrapressão) em função do diagrama de trajeto-passo; 12 - Introduzir as condições marginais. EXERCÍCIOS PRÁTICOS 1. Comandar um cilindro de simples ação com comando direto 42 6. Comando indireto de um cilindro de dupla ação, utilizando uma válvula duplo piloto e com controle de velocidade do cilindro. 7. Comandar um cilindro de dupla ação com avanço lento e retorno acelerado 45 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1. 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. 2. 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. 46 3. 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. 4. 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. 47