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O ser humano está acostumado a sobreviver em altitudes abaixo de 10000 pés, pois acima dessa altitude, devido à diminuição de pressão, falta-lhe oxigênio para respiração. Quando a seleção brasileira de futebol vai jogar em La Paz na Bolívia, que é acima dessa altitude, os jogadores cansam-se rapidamente e falta-lhes ar para continuar jogando. É um eterno sacrifício, o empate já é considerado uma vitória para os atletas.

Na setor aeronáutico a FAA – FEDERAL AERONAUTIC ADMINISTRATION, órgão internacional que regulamenta a fabricação de aeronaves, limita a altitude das cabines de vôo para 2500 metros, independente da altitude de vôo do avião, neste caso um circuito eletropneumático mantém o ambiente refrigerado e pressurizado para conforto e segurança dos tripulantes e passageiros.

Entretanto, um avião voando, por exemplo, a 6000 metros de altitude (P= 0,481 Kgf/cm2), com a cabine pressurizada com a pressão interna igual à do nível do mar (P= 1,033 Kgf/cm2), terá em toda sua estrutura uma PRESSÃO DIFERENCIAL de 0,552 Kgf/cm2. Esta pressão atuando na porta da aeronave, estará empurrando-a para abrir com uma FORÇA = PRESSÃO (0,552 Kgf/cm2) X ÁREA (200 cm altura X 100 cm largura) = 12,38 toneladas. Se a pressão romper a porta haverá forte explosão, alijando tudo na sua proximidade ao espaço, obrigando o avião baixar rapidamente para uma altitude de segurança, próxima ao nível do mar, caso contrário todos morrerão por falta de oxigênio e haverá ainda a perda do avião.

Figura 3 - Coluna de pressão atmosférica

7 - COMPRESSIBILIDADE

Um volume de ar , quando submetido por uma força exterior, como por exemplo um pistão pneumático (cilindro), seu volume inicial será reduzido, o ar fica preso no seu interior com maior pressão, retraindo o pistão, revelando uma de suas propriedades básicas: a compressibilidade, mostrado na figura a seguir :

Figura 4 - Pistão comprimido

8 - ELASTICIDADE

A propriedade da elasticidade faz com que uma vez desfeita a força da compressibilidade, a pressão do ar faz com que ele se expanda novamente e o pistão volta ao seu ponto inicial distendido, agora sem pressão nenhuma ou zero de pressão.

Figura 5 - Pistão distendido

9 - EXPANSIBILIDADE

O ar ocupa o lugar onde ele é colocado. Por sua qualidade expansiva, seu volume é variável e ele facilmente se adapta a qualquer recipiente onde é colocado. Sua forma é adaptada de acordo com a pressão que nele é aplicada.

Figura 6 - Expansibilidade do gás

10 – LEI GERAL DOS GASES PERFEITOS

É possível, como vimos anteriormente, reduzir o volume de um gás, aplicando-lhe uma certa pressão. O estado de um gás é determinado através das três grandezas: pressão, volume e temperatura. A relação para os gases ideais é descrita através das leis de Gay-Lussac, Charles e Boyle-Mariotte. A pressão contida em um gás é inversamente proporcional ao seu volume, sob temperatura constante. Temos: P1.V1 = P2 V2.

Problema: Um recipiente contem 420 litros de ar à pressão de 1,5 kgf/cm2. Em seguida comprime-se o ar reduzindo seu volume para 70 litros. Calcular a pressão de compressão do ar ?

Resolução: P1V1=P2V2 então 420 l . 1,5 kgf/cm2 = 70 l . X temos X= 9 kgf/cm2

Resposta: A pressão de compressão do ar é de 9 kgf/cm2.

Sabe-se entretanto que ao se comprimir um gás, eleva-se sua temperatura. Comprovamos isso ao encher o pneu da bicicleta, notando o aquecimento da bomba a medida que o pneu vai enchendo e, quanto maior é a pressão colocada no pneu, mais quente a bomba fica. Nos sistemas pneumáticos de aeronaves que necessitam de grande quantidade de ar comprimido, a temperatura do mesmo chega a atingir 200º centígrados.

NOTA: quando o ar comprimido se expande, ao aliviarmos sua pressão, ocorre um forte resfriamento e é por este princípio que são construídos os sistemas de refrigeração da cabine dos aviões, que baixam a temperatura de 200 para 20º C. A equação geral do estado dos gases, levando em conta a variação de temperatura, deve ser aplicado com a seguinte fórmula P1.V1 = P2.V2 devido ao aumento ou diminuição da temperatura com a compressão/descompressão. T1 T2

Problema: Uma certa quantidade de vapor d água é introduzido numa seringa à uma temperatura de 500º K e ocupa um volume de 5 cm3. Fechada a entrada, o vapor d água exerce uma pressão de 4 atm nas paredes da seringa. Quando o êmbolo é solto, é empurrado pelo vapor fazendo seu volume chegar a 16 cm3 e a temperatura a 400º K. Determine a nova pressão no interior da seringa ?

Resolução: P1.V1 = P2.V2 então 4 atm . 5 cm3 = P2 . 16 cm3 temos P2 = 1,0 atm

T1 T2 500º K 400º K

Resposta: A nova pressão no interior da seringa é de 1,0 atmosfera.

11 - DISPOSITIVO DE MEDIÇÃO DE PRESSÃO

Ovalor da pressão é normalmente indicado com um manômetro, do qual existem diferentes dispositivos internos de comando, sendo mais usado o tipo “tubo de bourdon” que consiste de um tubo oco de forma elíptica que tende a se esticar quando lhe é aplicado pressão e, quando cessa esta pressão o tubo volta a sua posição inicial de repouso. Neste tubo é preso um ponteiro que ao se movimentar passa por uma escala graduada de indicação de pressão.

Para evitar que os manômetros não sejam danificados por oscilações e choques abruptos de pressão, a pressão até ele é conduzida através de um estrangulamento na sua conexão de entrada. Também um amortecimento através de um fluido (glicerina) , é muito usado.

Figura 7 - Manômetro (símbolo)

12 - ATUADORES PNEUMÁTICOS

São dispositivos que convertem a energia (pressão) contida no ar comprimido, em trabalho. Nos circuitos pneumáticos, os atuadores são ligados mecanicamente à carga a ser movimentada e assim, ao ser influenciado pelo ar comprimido, sua energia é convertida em força ou torque, que é transmitida à carga.

São os cilindros, os motores pneumáticos. A energia pneumática será transformada, por cilindros pneumáticos, em movimentos retilíneos e pelos motores pneumáticos em movimentos rotativos.

Na atuação linear encontramos na pneumática os seguintes tipos de cilindros : cilindro de ação simples (retorno por mola), cilindro de ação dupla com haste simples , cilindro de ação dupla com haste dupla e eventualmente algum outro tipo de cilindro semelhante à um destes citados, porém com alguma variação interna, como veremos mais adiante.

12.1 – CLASSIFICAÇÃO DOS ATUADORES PNEUMÁTICOS

Estão divididos em três grupos:

-Os que produzem movimentos lineares: são constituídos de componentes que convertem a energia pneumática em movimento linear ou angular. São representados pelos Cilindros Pneumáticos. Dependendo da natureza dos movimentos, velocidade, força ou tipo, haverá um tipo adequado para cada função

-Os que produzem movimentos rotativos: convertem a energia pneumática em energia mecânica, através de momento torsor (torque) contínuo. São representados pelos Motores Pneumáticos e as Turbinas Pneumáticas.

-Os que produzem movimentos oscilantes: convertem energia pneumática em energia mecânica, através do movimento torsor (torque) limitado por um número de graus ou movimentos. São representados pelos Osciladores Pneumáticos ou Atuadores Giratórios.

12.2 - CRITÉRIOS PARA SELEÇÃO DE ATUADOR PNEUMÁTICO

  • Tipo de movimento a executar: rotativo ou linear

  • Sentido de rotação e inversão

  • Número de rotações e velocidade

  • Torque e Força a executar

  • Potência a desnvolver

  • Uniformidade da força e velocidade

  • Características em relação às influências ambientais internas e externas

  • Aspectos ergonométricos

12.3 - APARELHOS DA TÉCNICA PNEUMÁTICA

ACIONAMENTOS

FERRAMENTAS MANUAIS

UNIDADE CONSTRUTIVA

Movimento rotativo

Motor Pneumático Unidirecional

Motor Pneumático Bidirecional

Oscilador Pneumático ou

Atuador Giratório

Movimento linear

Cilindro de simples ação recuo

Cilindro de simples ação avanço

Cilindro de simples ação sem mola

Cilindro de membrana

Cilindro tipo fole

Cilindro de dupla ação

Cilindro de dupla ação com haste passante

Cilindro de dupla ação sem haste

Cilindro de pressão diferencial

Cilindro com trava

Movimento rotativo

Furadeira

Rosqueadeira

Lixadeira

Aparafusadeira

Serra

Tesoura para chapa

Movimento de percussão

Martelo

Britadeira

Rebitadeira

Estampo para gravação

pregador

Movimento Linear

Macaco Pneumático

Morsa Pneumática

Prensa Pneumática

Tesoura de Corte

Unidade de avanço

Unidade de fixação

Esteira transportadora

Mesa giratória posicionadora

Unidade furadora

Unidade rosqueadora

Aparafusadeira múltipla

Figura 8 - Tabela aparelhos da Técnica Pneumática

12.4 - EXERCÍCIOS SOBRE CILINDRO

a- Um cilindro de dupla ação possui o diâmetro de êmbolo de 80 mm e o diâmetro de haste de 25 mm. A pressão de trabalho do cilindro é de 6 bar (60 N/cm2). Quais são as forças teóricas que ele desenvolve no curso de avanço e retorno ?

Solução: calcular as áreas maior e menor do cilindro

A > = 3,14 x 80 x 80 = 50,3 cm2

4

A < = 3,14 x 25 x 25 = 45,4 cm2

4

Calcular a força exercida

Força avanço = Pressão x área = 60 N/cm2 x 50,3 cm2 = 3018 N

Força recuo = Pressão x área = 60 N/cm2 x 45,4 cm2 = 2724 N

b - O atuador pneumático abaixo recebe, ao mesmo tempo, uma pressão de 142,2 PSI nos pontos a e b. Calcular a força de distensão, em kgf, do seu pistão, sabendo-se que os diâmetros de sua haste é de 2 cm e de seu êmbolo é de 20 cm.

Figura 9 – Atuador pneumático com pressão nas duas áreas

c- Uma bomba de encher pneu de bicicleta, figura abaixo, recebe uma força de 20 kgf na sua haste, cujo cilindro tem 3 cm de diâmetro, volume inicial de 10 cm3, isso numa temperatura ambiente de 30º C. Calcular a pressão final aplicada no pneu, em PSI, quando o pistão é comprimido até o volume de 2 cm3 e sua temperatura aumenta para 50º C.

Figura 10 – Bomba pneumática

13 – VÁLVULAS DIRECIONAIS PNEUMÁTICAS

As válvulas pneumáticas são aparelhos de comando ou de regulagem de partida, parada e direção. Elas comandam também a pressão ou a vazão do meio de pressão armazenada em um reservatório ou movimentada por um compressor. A denominação "válvula"é válida, correspondendo à linguagem internacionalmente usada, para todos tipos de construção: registros, válvulas de esfera, válvulas de assento, válvulas direcionais, etc. . Esta validade é definida pela norma DIN 24 300, conforme recomendação da CETOP (Comissão Européia de Transmissões Óleo - Hidráulica e Pneumática).

Esquemas pneumáticos usam símbolos para a descrição de válvulas , símbolos estes que não caracterizam o tipo de construção, mas somente a função das válvulas. As válvulas simbolizam-se com quadrados e o número de quadrados unidos indica o número de posições que uma válvula pode assumir. A função e o número de vias são desenhados nos quadrados. As linhas indicam as vias de passagem, as setas a direção do fluxo. Fechamentos são indicados dentro dos quadrados com tracinhos transversais

A denominação de uma válvula depende do número de vias (conexões) e do número das posições de comando. O primeiro número indica a quantidade de vias e o segundo número indica a quantidade das posições de comando da válvula. As conexões de pilotagem (comando da válvula por pressão) não são consideradas como vias.

As válvulas direcionais pneumáticas são portanto os componentes dos circuitos pneumáticos que recebem nossos comandos, comandos do computador ou comandos do CLP, para acionar com isso os elementos de trabalho (atuadores). É através delas que damos partida nos atuadores e são elas que determinam o tempo que os atuadores permanecerão pressurizados ou acionados.

Veremos a seguir a simbologia utilizada para identificação das válvulas direcionais nos circuitos:

13.1 – NÚMERO DE POSIÇÕES DAS VÁLVULAS DIRECIONAIS

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