Atuadores e Válvulas - Telecurso 2000 - VISITE: WWW.ICANDO.COM

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5AULA5 A U L A

VocŒ jÆ viu nas aulas anteriores que Ø possível transformar energia elØtrica em energia mecânica por meio de uma mÆquina: o motor elØtrico.

Na indœstria atual, o motor elØtrico Ø o principal responsÆvel pelo fornecimento da energia mecânica necessÆria ao movimento de outras mÆquinas. E sua importância aumenta ainda mais quando se trata de automatizar equipamentos e processos de fabricaçªo.

MasserÆ que só os motores elØtricos sªo capazes de fornecer energia

mecânica? É o que veremos nesta aula.

Introduçªo

AlØm dos motores elØtricos, existem outras formas de obter energia mecânica.

Pense, por exemplo, naquela roda d’Ægua que vocŒ viu um dia no sítio do seu avô. Lembra-se? A Ægua chegava por uma calha e caía sobre uma roda cheia de pÆs espalhadas em todo seu contorno, fazendo-a girar. O eixo dessa roda era ligado a alguma outra mÆquina, como um moedor de milho, por exemplo, que usava a energia mecânica para realizar seu trabalho.

Se seu avô nªo tem sítio e muito menos roda d’Ægua, que tal este outro exemplo: um catavento. Aquele com que vocŒ brincava quando era criança: uma folha de papel dobrada, formando trŒs ou quatro aletas, e presa a uma vareta com um alfinete. VocŒ assopra e o catavento gira. Olha aí a energia mecânica novamente.

Observe que nestes dois exemplos nªo chegamos nem perto de eletricidade.

PorØm, em ambos utilizamos o que chamamos de fluido: Ægua, na roda d’Ægua do sítio do seu avô, e ar, no catavento da sua infância. E observe outra coisa: tanto o ar como a Ægua atingiram as pÆs da roda d’Ægua ou do catavento com uma certa pressªo. Foi essa pressªo, ou seja, essa força distribuída sobre a Ærea das pÆs que fez com que tanto a roda quanto o catavento girassem.

Dessa forma, podemos usar fluidos (líquidos e gases) sob pressªo para produzir energia mecânica. Em outras palavras, podemos transformar a energia de pressªo dos fluidos em energia mecânica.

Atuadores e vÆlvulas Um problema

AULAA evoluçªo tecnológica acabou por escolher dois fluidos para participar dessa transformaçªo: óleo e ar.

Dicas tecnológicasDicas tecnológicasDicas tecnológicasDicas tecnológicasDicas tecnológicas

O ramo da tecnologia dedicado ao estudo das mÆquinas que utilizam óleo sob pressªo passou a chamar-se HidrÆulicaHidrÆulicaHidrÆulicaHidrÆulicaHidrÆulica.

Quando o fluido utilizado Ø ar sob pressªo ou ar comprimido, como Ø mais comumente chamado, estamos no campo da PneumÆticaPneumÆticaPneumÆticaPneumÆticaPneumÆtica.

Mas nªo ficamos totalmente livres da eletricidade. Se vocŒ pensou que poderia esquecŒ-la, enganou-se. É que na indœstria, para pressurizar o ar ou o óleo, sªo necessÆrias outras mÆquinas: compressores, no caso de ar, e bombas hidrÆulicas, para o óleo. E adivinhe o que movimenta essas mÆquinas? Isso mesmo, motores elØtricos.

Como vocŒ pode ver, embora em hidrÆulica e pneumÆtica nªo se transforme energia elØtrica diretamente em energia mecânica, a utilizaçªo de energia elØtrica ocorre numa etapa anterior, quando a transformamos em energia de pressªo do fluido.

Atuadores

Mas a essa altura vocŒ deve estar perguntando: serÆ que vamos utilizar rodas d’Ægua e cataventos para automatizar mÆquinas?

Com o passar do tempo, o homem criou e aperfeiçoou mecanismos cuja funçªo Ø transformar energia de pressªo de fluidos em energia mecânica.

Esses mecanismos sªo denominados atuadoresatuadoresatuadoresatuadoresatuadores, pois sua funçªo Ø aplicar ou fazer atuar energia mecânica sobre uma mÆquina, levando-a a realizar um determinado trabalho. AliÆs, o motor elØtrico tambØm Ø um tipo de atuador. A œnica diferença, como jÆ observamos, Ø que ele emprega energia elØtrica e nªo energia de pressªo de fluidos.

Os atuadores que utilizam fluido sob pressªo podem ser classificados segundo dois critØrios diferentes:

•Quanto ao tipo de fluido empregado, podem ser: -pneumÆticos: quando utilizam ar comprimido;

-hidrÆulicos: quando utilizam óleo sob pressªo.

•Quanto ao movimento que realizam, podem ser: -lineares: quando o movimento realizado Ø linear (ou de translaçªo);

-rotativos: quando o movimento realizado Ø giratório (ou de rotaçªo).

JÆ os atuadores rotativos podem ser classificados em: •angulares: quando giram apenas num ângulo limitado, que pode em alguns casos ser maior que 360°. •contínuos: quando tŒm possibilidade de realizar um nœmero indeterminado de rotaçıes. Nesse caso, seriam semelhantes à roda d’Ægua e ao catavento mencionados anteriormente. Sªo os motores pneumÆticos ou hidrÆulicos.

AULAAtuadores linearesAtuadores linearesAtuadores linearesAtuadores linearesAtuadores lineares Os atuadores lineares sªo conhecidos como cilindroscilindroscilindroscilindroscilindros ou pistıespistıespistıespistıespistıes.

Um exemplo de pistªo Ø uma seringa de injeçªo, daquelas comuns, à venda em farmÆcias. Só que ela funciona de maneira inversa à dos atuadores lineares. Numa seringa, vocŒ aplica uma força mecânica na haste do Œmbolo. O Œmbolo, por sua vez, desloca-se segundo um movimento linear (de translaçªo), guiado pelas paredes do tubo da seringa, e faz com que o fluido (no caso, o medicamento) saia sob pressªo pela agulha. Ou seja, estÆ ocorrendo uma transformaçªo de energia mecânica em energia de pressªo do fluido.

Agora vamos inverter o funcionamento da seringa. Se injetarmos um fluido

(Ægua, por exemplo) pelo ponto onde a agulha Ø acoplada ao corpo da seringa, o Œmbolo irÆ se deslocar segundo um movimento linear. Estaremos, entªo, transformando energia de pressªo do fluido em energia mecânica. Aí sim, teremos um atuador linear.

Cilindros hidrÆulicos e pneumÆticos tŒm construçªo muito mais complexa do que simples seringas de injeçªo, pois as pressıes dos fluidos e os esforços mecânicos sªo muito maiores. Como esses cilindros realizam operaçıes repetitivas, deslocando-se ora num sentido ora em outro, devem ser projetados e construídos de forma cuidadosa, para minimizar o desgaste de componentes e evitar vazamento de fluidos, aumentando, assim, sua vida œtil.

Os cilindros compıem-se normalmente de um tubo cuja superfície interna

Ø polida, um pistªo (ou Œmbolo) fixado a uma haste e duas tampas montadas nas extremidades do tubo. Em cada uma das tampas hÆ um orifício por onde o fluido sob pressªo entra no cilindro e faz com que o pistªo seja empurrado para um lado ou para outro dentro do tubo.

Entre as vÆrias peças (fixas ou móveis) que compıem o conjunto, existem vedaçıes de borracha ou outro material sintØtico para evitar vazamentos de fluido e entrada de impurezas e sujeira no cilindro. Essas vedaçıes recebem nomes diferentes de acordo com seu formato, localizaçªo e funçªo no conjunto. Assim, temos retentores, anØis raspadores e anØis “O”, entre outros.

vista em corte de um cilindro hidráulico

AULAEm alguns casos, como se pode ver no lado direito do cilindro da figura anterior, utilizam-se amortecedores de fim de curso. Durante o movimento do

Œmbolo para a direita, e antes que o pistªo atinja a tampa, um Œmbolo menor penetra num orifício e reduz a passagem que o fluido atravessa. A velocidade do pistªo diminui e, conseqüentemente, o choque entre o pistªo e a tampa do cilindro Ø menos violento.

Os cilindros pneumÆticos e hidrÆulicos encontram grande campo de aplicaçªo em mÆquinas industriais, automÆticas ou nªo, e outros tipos de equipamentos, como os utilizados em construçªo civil e transportes (guindastes, escavadeiras, caminhıes basculantes).

Atuadores rotativosAtuadores rotativosAtuadores rotativosAtuadores rotativosAtuadores rotativos

Os atuadores rotativos, conforme classificaçªo anterior, podem ser angulares ou contínuos.

Os atuadores rotativos angularesatuadores rotativos angularesatuadores rotativos angularesatuadores rotativos angularesatuadores rotativos angulares sªo mais conhecidos como cilindros rotativos.

AULANos atuadores lineares, como vocŒ viu, o movimento do pistªo Ø de translaçªo. Muitas vezes, no entanto, o movimento a ser feito pela mÆquina acionada requer do atuador um movimento de rotaçªo.

Basicamente, esses atuadores podem ser de dois tipos: de cremalheira e de aleta rotativa. O primeiro tipo constitui-se da uniªo de um cilindro pneumÆtico com um sistema mecânico. Na haste do pistªo de um atuador linear Ø usinada uma cremalheira. A cremalheira aciona uma engrenagem, fazendo girar o eixo acoplado a ela. No cilindro de aleta rotativa, apresentado na figura, uma pÆ ou aleta pode girar de um determinado ângulo ao redor do centro da câmara do cilindro. A aleta, impulsionada pelo fluido sob pressªo, faz girar o eixo preso a ela num ângulo que raramente ultrapassa 300°.

Os atuadores rotativos contínuosatuadores rotativos contínuosatuadores rotativos contínuosatuadores rotativos contínuosatuadores rotativos contínuos sªo mais conhecidos como motores pneumÆticos ou hidrÆulicos, conforme o fluido que os acione seja ar comprimido ou óleo.

Um motor hidrÆulico ou pneumÆtico consta de um rotor ao qual Ø fixado um eixo. Ao longo da periferia do rotor existem ranhuras radiais, onde deslizam pequenas placas de metal denominadas palhetas. As palhetas sªo mantidas em contato com a parte interna do corpo do motor por meio de molas denominadas balancins ou pela açªo da força centrífuga que age sobre elas quando o rotor gira.

vista de um cilindro rotativo vista em corte de um motor hidráulico

AULANa carcaça do motor existem dois orifícios, respectivamente para entrada e saída do fluido sob pressªo. Ao entrar na câmara em que se encontra o rotor, o

fluido sob pressªo empurra as palhetas do rotor. O rotor gira e, conseqüentemente, o eixo preso a ele tambØm. Esse movimento de rotaçªo Ø entªo utilizado para acionar uma outra mÆquina.

VÆlvulas

Vimos que para os atuadores funcionarem Ø necessÆrio que o fluido (óleo ou ar comprimido) chegue atØ eles. Ainda nªo explicamos como isso ocorre, porØm nªo Ø difícil imaginar uma tubulaçªo de aço, borracha ou outro material ligando o compressor ou a bomba hidrÆulica ao atuador. Se o ar ou óleo contiverem impurezas que possam danificar os atuadores, serÆ preciso acrescentar um filtro no caminho. Se o ar contØm muito vapor d’Ægua, entªo acrescenta-se à tubulaçªo o que denominamos purgadorpurgadorpurgadorpurgadorpurgador, para separar a Ægua do ar.

Agora pense na instalaçªo elØtrica de sua casa. Imagine-a sem chave geral, disjuntores e interruptores de luz. Toda vez que vocŒ quisesse acender a luz da sala, teria que subir no poste e ligar os fios de sua casa aos da rua. E para apagar... olha vocŒ lÆ no poste de novo. Trabalhoso, nªo?

No caso dos atuadores, se desejamos que o pistªo que foi acionado para a direita volte agora para a esquerda, temos que desligar o compressor ou a bomba, inverter as mangueiras dos dois lados do cilindro e religar o compressor ou a bomba.

Mas existe um jeito mais fÆcil. Podemos direcionar o fluido dentro de um circuito hidrÆulico ou pneumÆtico por meio de vÆlvulas. As vÆlvulas sªo mecanismos que permitem controlar a direçªo do fluxo de fluido, sua pressªo e vazªo (quantidade de fluido que passa por um ponto do circuito num certo tempo). Para cada uma destas funçıes existe um tipo específico de vÆlvula.

Nos circuitos hidrÆulicos e pneumÆticos, as vÆlvulas desempenham um papel semelhante ao das chaves, disjuntores e interruptores no circuito elØtrico de sua casa. As vÆlvulas permitem controlar o atuador a ser acionado e o momento do acionamento – da mesma forma que ao acionarmos os interruptores de luz indicamos qual lâmpada deve ou nªo ficar acesa.

Ao contrÆrio dos interruptores de nossa casa, que normalmente sªo acionados manualmente, as vÆlvulas hidrÆulicas e pneumÆticas podem ser acionadas manualmente, eletricamente ou por meio do próprio fluido sob pressªo.

O caso do operador de retroescavadeira da figura a seguir Ø um exemplo.

Sua mÆquina tem vÆrios pistıes hidrÆulicos, cada um deles responsÆvel por um determinado movimento.

A cada um dos pistıes estÆ associada uma vÆlvula, acionada manualmente por meio de alavancas. O operador, ao acionar uma determinada alavanca, determina nªo apenas o pistªo que serÆ acionado mas tambØm o sentido de seu movimento (extensªo ou retraçªo).

5 AULA

VÆlvulas acionadas eletricamenteVÆlvulas acionadas eletricamenteVÆlvulas acionadas eletricamenteVÆlvulas acionadas eletricamenteVÆlvulas acionadas eletricamente

As mÆquinas automÆticas que utilizam energia hidrÆulica ou pneumÆtica nªo precisam necessariamente de eletricidade para acionar suas vÆlvulas. Podese usar um conjunto de vÆlvulas manuais, acionadas pelo próprio fluido sob pressªo, para que a mÆquina execute seus movimentos e realize seu trabalho.

No entanto, utilizando-se vÆlvulas acionadas eletricamente, os circuitos hidrÆulicos e pneumÆticos tendem a ficar mais simples. AlØm disso, com o emprego crescente de computadores para controlar mÆquinas, o uso de vÆlvulas acionadas eletricamente tornou-se quase obrigatório, uma vez que as “ordens” enviadas pelo computador à mÆquina sªo sinais elØtricos.

As vÆlvulas acionadas eletricamente sªo normalmente chamadas solenóidessolenóidessolenóidessolenóidessolenóides .

Solenóide Ø um fio elØtrico enrolado num carretel. É uma bobina. Quando ligamos os terminais deste fio à rede elØtrica, digamos, 110 volts, acontecem alguns fenômenos físicos chamados eletromagnØticos.

válvula solenóide pneumática

AULADevido a esses fenômenos, a peça denominada nœcleo da bobina, localizada na parte interna do carretel, sofre a açªo de uma força magnØtica e desloca-se dentro do carretel.

O carretel Ø uma peça cilíndrica com vÆrias ranhuras radiais. Quando se aciona a vÆlvula, o carretel desloca-se em movimento linear, abrindo algumas passagens para o fluido e fechando outras. Assim, dependendo da posiçªo do carretel no interior da vÆlvula, o fluido percorre um caminho ou outro. O carretel apresenta movimento nos dois sentidos: para a direita ou para a esquerda. AlØm do acionamento eletromagnØtico, utilizado nas vÆlvulas solenóides, os acionamentos que comandam os movimentos do carretel podem ser:

•manual: por meio de botıes, alavancas ou pedais; •mecânico: por meio de batentes, roletes e molas;

•pneumÆtico ou hidrÆulico: por meio do próprio fluido.

As vÆlvulas e os pistıes sozinhos tŒm pouca utilidade na automaçªo. Para poderem realizar algum trabalho significativo, vÆrios componentes de tipos variados devem ser montados juntos, formando um conjunto.

Teste sua aprendizagem. Faça os exercícios e confira suas respostas com as do gabarito.

Marque com X a resposta correta.

Exercício 1Exercício 1Exercício 1Exercício 1Exercício 1

Para produzir energia mecânica, a hidrÆulica e a pneumÆtica usam, respectivamente, os seguintes fluidos: a)a)a)a)a)()querosene e ar; b)b)b)b)b)()gÆs carbônico e hidrogŒnio; c)c)c)c)c)()mercœrio e óleo; d)d)d)d)d)()óleo e ar.

Exercícios componentes hidráulicos utilizados num centro de usinagem computadorizado

AULAExercício 2Exercício 2Exercício 2Exercício 2Exercício 2 Na indœstria, obtemos ar comprimido por meio de:

a)a)a)a)a) ( ) bombas pneumÆticas; b)b)b)b)b) ( ) bombas hidrÆulicas; c)c)c)c)c)()compressores de ar; d)d)d)d)d)()compressores de hidrogŒnio.

Exercício 3Exercício 3Exercício 3Exercício 3Exercício 3 Comprime-se o óleo com:

a)a)a)a)a) ( ) compressores pneumÆticos; b)b)b)b)b) ( ) rolos eletrônicos; c)c)c)c)c) ( ) prensas mecânicas; d)d)d)d)d) ( ) bombas hidrÆulicas.

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