SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

TÉCNICO EM AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

© Copyright 2018 – Diogo Pedriali É PERMITIDA A REPRODUÇÃO DO PRESENTE MATERIAL, DESDE QUE TENHA FINS EDUCACIONAIS OU DE PESQUISA, DEVENDO, NO ENTANTO, SER MENCIONADOS EXPRESSAMENTE OS DIREITOS AUTORAIS RESERVADOS AO AUTOR. É VEDADA A REPRODUÇÃO PARA QUAISQUER OUTROS FINS, A MENOS QUE CONCEDIDA EXPRESSA AUTORIZAÇÃO PELO AUTOR.

Eng. Diogo Pedriali

Rev. 02 Mogi Guaçu – São Paulo – Brasil Agosto de 2018

Sumário

1

Introdução aos sistemas hidráulicos e pneumáticos ...................................... 3 1.1 Vantagens dos circuitos de potência hidráulico/pneumático ........................... 4 1.2 Aplicações da Hidráulica e Pneumática .......................................................... 5 1.3 Vantagens do ar comprimido ........................................................................... 8 1.4 Limitações do ar comprimido ........................................................................... 8 1.5 Produção do ar comprimido............................................................................. 8

2

Introdução à Hidráulica....................................................................................... 9 2.1 Princípios Físicos da Hidráulica....................................................................... 9 2.1.1 Definição de Pressão ................................................................................ 9 2.1.2 Pressão hidrostática ................................................................................ 10 2.1.3 Medidor de pressão - Manômetro............................................................10 2.1.4 Lei de Pascal ...........................................................................................11 2.1.5 Conservação de Energia ......................................................................... 14 2.1.6 Transmissão de Força ............................................................................. 15

3

Tipos de compressores Pneumáticos ............................................................. 16 3.1 Compressores de Êmbolo ............................................................................. 16 3.2 Compressores Rotativos ............................................................................... 17 3.3 Turbo- compressores .................................................................................... 19

4

Distribuição do ar comprimido......................................................................... 20 4.1 Composição da rede ..................................................................................... 21 4.2 Tubulação Pneumática .................................................................................. 21

5

Preparação do ar comprimido .......................................................................... 23 5.1 Tratamento do ar ........................................................................................... 23

6

Elementos pneumáticos de trabalho ............................................................... 27 6.1 Movimentos Lineares: ................................................................................... 27 6.2 Movimentos Rotativos: .................................................................................. 28 6.3 Motores pneumáticos .................................................................................... 30

7

Cadeia de Comandos para sistemas Pneumáticos ........................................ 30

8

Válvulas Direcionais.......................................................................................... 31 8.1 Simbologia ..................................................................................................... 31 8.2 Acionadores de Válvulas ............................................................................... 37 8.3 Válvulas Combinadas .................................................................................... 37 8.4 Válvulas de bloqueio ..................................................................................... 38 8.5 Válvulas de Fluxo .......................................................................................... 41 8.6 Válvulas de pressão ...................................................................................... 43

9

Designação dos Elementos Pneumáticos....................................................... 44

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

10 Métodos de Representação de Movimentos ................................................... 45 10.1 Representação Vetorial ................................................................................. 45 10.2 Representação algébrica............................................................................... 46 10.3 Representação Trajeto-Passo ....................................................................... 46 10.4 Representação Trajeto-Tempo ...................................................................... 46 11 Sequência de Criação de Um Sistema Pneumático ....................................... 47 12 Eletropneumática .............................................................................................. 48 12.1 Introdução aos circuitos eletropneumáticos................................................... 48 12.2 Vantagens dos circuitos eletropneumáticos .................................................. 48 12.3 Fonte de Alimentação .................................................................................... 49 12.4 Elementos de sinais ...................................................................................... 49 12.5 Identificação numérica de contatos em eletropneumática ............................. 50 12.6 Sensores ....................................................................................................... 51 12.7 Elementos processadores de sinais .............................................................. 52 12.8 Conversores de sinais eletropneumáticos ..................................................... 53 12.9 Estudo de Caso ............................................................................................. 53 13 Controladores lógicos programáveis .............................................................. 54 Bibliografia............................................................................................................... 58

Eng. Diogo Pedriali

2

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

1

INTRODUÇÃO

AOS

SISTEMAS

HIDRÁULICOS

E

PNEUMÁTICOS

A tecnologia da hidráulica e pneumática engloba a geração, controle e transmissão de energia empregando um fluido pressurizado.

Inúmeras máquinas e processos industriais utilizam um fluido para desenvolver uma força para mover um objeto ou controlar uma ação, principalmente devido ao fato de que as máquinas e os processos estão tornando-se cada vez mais automatizados para fazer frente à competição e reduzir o erro humano.

Figura 1 – Esquema de um Sistema Hidráulico típico

Eng. Diogo Pedriali

3

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Figura 2 – Esquema de um Sistema Pneumático típico

1.1 Vantagens dos circuitos de potência hidráulico/pneumático 

Facilidade e precisão no controle



Multiplicação de forças



Forças ou torques constantes, independente da velocidade



Simplicidade



Segurança



Economia

Eng. Diogo Pedriali

4

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

1.2 Aplicações da Hidráulica e Pneumática Agricultura: Máquinas e implementos agrícolas utilizam

cilindros

hidráulicos

para

mover

arados,

debulhadores, semeadores, colhedores, escavadoras, etc.

Indústria automobilística: Operação de prensas, sistemas de montagem de peças, ferramentas pneumáticas, manipuladores hidráulicos, etc.

Aviação: Trem de aterrissagem, controle de lemes, elevadores e compensadores de potência.

Construção

civil:

Máquinas

para

movimentação de terra, abertura de estradas, túneis,

barragens,

canais,

etc.

Alguns

equipamentos que utilizam potência de um fluido

são:

escavadeiras,

niveladores,

britadeiras, perfuratrizes, carregadeira, etc.

Indústria química: Atuação e controle pneumático de válvulas,

alimentadores,

atuadores,

operação

de

misturadores, câmaras de tratamento e transportadores.

Militar: Mecanismos de movimentação elevação, direcionamento, posicionamento de equipamentos de defesa em tanques, navios, porta-aviões, aeronaves, etc.

Eng. Diogo Pedriali

5

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Alimentos:

Sistemas

sequenciais

de

processamento,

enchimento, embalagem, rotulação e distribuição de alimentos.

Madeira: Elementos hidráulicos e pneumáticos são utilizados

em

equipamentos

descascadores,

transportadores, deslizadores, aparadores, movimento de serras, laminação, lixação, colagem e polimento.

Manuseio e transporte de materiais: Empilhadeiras e transportadores que utilizam hastes telescópias, garras pneumáticas, guindastes, guinchos, elevadores, carretas basculantes, rampas de inclinação, etc.

Marinha: Manuseio de carga em portos, operação de dragas em hidrovias, eclusas em rios e canais, abertura de válvulas borboletas, operações em docas e estaleiros.

Máquinas-ferramentas: Controle de movimento da mesa de uma fresadora, avanço das ferramentas de corte em tornos, avanço e alimentação de brocas helicoidais, impulsão de prensas, etc.

Mineração:

Equipamentos

para

escavação,

classificação, manuseio, transporte, esmagadores, pás mecânicas,

guindastes,

ferramentas

portáteis,

britadeiras, martelos, etc.

Eng. Diogo Pedriali

6

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Papel: Válvulas proporcionais hidráulicas são usadas para o ajuste de pressão nos rolos de calandra.

Potência

hidráulica

é

utilizada

em

prensas,

alimentadores, bobinadores, desfibradores, unidades de laminação etc.

Petróleo:

A

instrumentação

pneumática

é

muito

importante na indústria de petróleo pelo fato de não gerar faíscas em áreas classificadas para riscos de explosão. O controle pneumático de válvulas de controle para vazão e nível de tanques também é extensamente utilizado em refinarias.

Plásticos:

As

pressões

de

injeção,

pré-

moldagem e moldagem são exercidas e controladas por sistemas hidráulicos. Na máquina injetora, o material plástico é forçado nas cavidades da matriz através de potência hidráulica.

Impressão: podem

ser

Válvulas

utilizadas

proporcionais

para

o

hidráulicas

avanço

gradativo,

aceleração, desaceleração, frenagem, pressão do rolo e tracionamento das folhas em prensas de impressão.

Ferrovias: Potência hidráulica é utilizada em freios, sistema de suspensão, portas, ajuste de dormentes em ferrovias, etc.

Aços:

Prensas

hidráulicas

são

utilizadas

para

conformação de lingotes, extrusão de peças em matrizes, operação de abertura e fechamento de porta de fornalhas, manipulação de cadinhos de metal fundido, etc.

Eng. Diogo Pedriali

7

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

1.3 Vantagens do ar comprimido 

Disponibilidade



Transporte do ar (sem preocupação com o retorno)



Armazenamento: reservatório



Insensível as variações de temperatura



Segurança: (risco de explosão nula)



Limpeza



Velocidade dos atuadores



Regulagem das velocidades e forças de trabalho

1.4 Limitações do ar comprimido 

Necessita preparação (impurezas e umidade)



Compressibilidade (ocasiona velocidades não uniformes)



Forças (baixas pressões)



Escape do ar: ruidoso, porém contornável

1.5 Produção do ar comprimido 

Compressores



Estação central de distribuição – rede tubular TIPOS DE COMPRESSORES

COMPRESSOR DE ÊMBOLO – CURSO LINEAR

COMPRESSOR DE ÊMBOLO

COMPRESSOR ROTATIVO

COMPRESSOR DE MEMBRANA

COMPRESSOR MULTICELULAR DE PALHETAS

TURBOCOMPRESSOR

TURBOCOMPRESSOR RADIAL

COMPRESSOR DE PARAFUSOS HELICOIDAS

TURBOCOMPRESSOSOR AXIAL

COMPRESSOR DE LÓBULOS

Figura 3 – Classificação dos compressores

Eng. Diogo Pedriali

8

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

2 INTRODUÇÃO À HIDRÁULICA

Experiências têm mostrado que a hidráulica vem se destacando e ganhando espaço como um meio de transmissão de energia nos mais variados segmentos do mercado, sendo a Hidráulica Industrial e Móbil as que apresentam um maior crescimento. Porém, pode-se notar que a hidráulica está presente em todos os setores industriais. Amplas áreas de automatização foram possíveis com a introdução de sistemas hidráulicos para controle de movimentos.

O termo Hidráulica derivou-se da raiz grega Hidro, que tem o significado de água, por essa razão entendem-se por Hidráulica todas as leis e comportamentos relativos à água ou outro fluido, ou seja, Hidráulica é o estudo das características e uso dos fluidos sob pressão.

2.1 Princípios Físicos da Hidráulica 2.1.1 Definição de Pressão Pressão é a força exercida por unidade de superfície. Em hidráulica, a pressão é expressa em Pa, kgf/cm2, atm ou bar. A pressão também poderá ser expressa em psi (Pound per square inch) que significa libra força por polegada quadrada, abreviase lbf/pol2.

Eng. Diogo Pedriali

9

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

2.1.2 Pressão hidrostática É a pressão exercida por uma coluna de líquido, e é dada pela seguinte expressão:

Exemplos:

2.1.3 Medidor de pressão - Manômetro O manômetro é um aparelho que mede um diferencial de pressão. Dois tipos de manômetros são utilizados nos sistemas hidráulicos: o de Bourdon e o de núcleo móvel.

Principal tipo de manômetro: Manômetro de Bourdon O tubo de Bourdon consiste de uma escala calibrada em unidades de pressão e de um ponteiro ligado, através de um mecanismo, a um tubo oval, em forma de "C". Esse tubo é ligado à pressão a ser medida.

Eng. Diogo Pedriali

10

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Funcionamento Conforme a pressão aumenta no sistema, o tubo de Bourdon tende a endireitar-se devido às diferenças nas áreas entre os diâmetros interno e externo do tubo. Esta ação de endireitamento provoca o movimento do ponteiro, proporcional ao movimento do tubo, que registra o valor da pressão no mostrador.

Os manômetros de Bourdon são instrumentos de boa precisão com valores variando entre 0,1 e 3% da escala total. São usados geralmente para trabalhos de laboratórios ou em sistemas onde a determinação da pressão é de muita importância.

2.1.4 Lei de Pascal A pressão exercida em um ponto qualquer de um líquido estático é a mesma em todas as direções e exerce forças iguais em áreas iguais.

Quando aplicamos uma força de 10 kgf em uma área de 1cm2, obtemos como resultado uma pressão interna de 10 kgf/cm2 agindo em toda a parede do recipiente com a mesma intensidade.

Este princípio, descoberto e enunciado por Pascal, levou à construção da primeira prensa hidráulica no princípio da Revolução Industrial.

Princípio da Prensa Hidráulica (multiplicação de força)

Eng. Diogo Pedriali

11

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Sabemos que:

Portanto:

Temos que a pressão, agindo em todos os sentidos internamente na câmara da prensa, é de 10 Kgf/cm2.

Esta pressão suportará um peso de 1000 Kgf se tivermos uma área A2 de 100 cm2, sendo:

Temos:

Podemos considerar que as forças são proporcionais às áreas dos pistões.

Eng. Diogo Pedriali

12

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Fatores de Conversão de Unidades de Pressão

Equivalência entre Unidades de Pressão

Na prática, podemos considerar:

Eng. Diogo Pedriali

13

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

2.1.5 Conservação de Energia Relembrando um princípio enunciado por Lavoisier, onde ele menciona: "Na natureza nada se cria e nada se perde tudo se transforma."

Realmente não podemos criar uma nova energia e nem tão pouco destruí-la e sim transformá-la em novas formas de energia. Quando desejamos realizar uma multiplicação de forças significa que teremos o pistão maior, movido pelo fluido deslocado pelo pistão menor, sendo que a distância de cada pistão seja inversamente proporcional às suas áreas.

O que se ganha em relação à força tem que ser sacrificado em distância ou velocidade.

Quando o pistão de área = 1 cm2 se move 10cm desloca um volume de 10cm3 para o pistão de área = 10 cm2. Consequentemente, o mesmo movimentará apenas 1cm de curso, já que o volume de fluido deslocado é o mesmo.

Eng. Diogo Pedriali

14

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

2.1.6 Transmissão de Força Os quatro métodos de transmissão de energia: mecânica, elétrica, hidráulica e pneumática, são capazes de transmitir forças estáticas (energia potencial) tanto quanto a energia cinética.

Quando uma força estática é transmitida em um líquido, essa transmissão ocorre de modo especial. Para ilustrar, vamos comparar como a transmissão ocorre através de um sólido e através de um líquido em um recipiente fechado.

Força Transmitida através de um Sólido A força através de um sólido é transmitida em uma direção. Se empurrarmos o sólido em uma direção, a força é transmitida ao lado oposto, diretamente.

Força Transmitida através de um Líquido Se empurrarmos o tampão de um recipiente cheio de líquido, o líquido do recipiente transmitirá pressão sempre da mesma maneira, independentemente de como ela é gerada e da forma do mesmo.

Eng. Diogo Pedriali

15

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

3 TIPOS DE COMPRESSORES PNEUMÁTICOS

3.1 Compressores de Êmbolo De pistão simples.

Figura 4 – Compressor de pistão

De pistão de 2 ou mais estágios.

Figura 5 – Compressor de pistão de 2 estágios

Eng. Diogo Pedriali

16

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

De membrana.

Figura 6 – Compressor de membrana

3.2 Compressores Rotativos Multicelular.

Figura 7 – Compressor de palhetas

Eng. Diogo Pedriali

17

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Duplo parafuso.

Figura 8 – Compressor de duplo parafuso

Lóbulos (roots).

Figura 9 – Compressor de lóbulos

Eng. Diogo Pedriali

18

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

3.3 Turbo- compressores Axial.

Figura 10 – Turbo-compressor axial

Radial.

Figura 11 – Turbo-compressor radial

Eng. Diogo Pedriali

19

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

4 DISTRIBUIÇÃO DO AR COMPRIMIDO

Implantação da rede de distribuição para determinação dos setores e pontos de alimentação.

Figura 12 – Rede de circuito fechado Distribui-se sobre todo o setor de produção, facilitando a instalação

Figura 13 – Rede de circuito aberto Indicada quando se deseja abastecer pontos isolados ou distantes

Eng. Diogo Pedriali

20

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

4.1 Composição da rede

4.2 Tubulação Pneumática



Pode ser de cobre, tubo de aço galvanizado (em geral SCH 40), latão, aço liga, borracha para proporcionar flexibilidade.



Deve-se utilizar inclinação de 1% a 2%, para recolher condensação e impurezas.



A montagem externa auxilia na detecção e correção de vazamentos



Devem-se instalar derivações com drenos na parte inferior para retirada da umidade.



Devem-se utilizar tubulações secundárias com válvula de fechamento

Eng. Diogo Pedriali

21

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Figura 14 – Esquema de instalação pneumática

Figura 15 – Instalação típica do compressor e de tratamento do ar comprimido

1. Compressor de Parafuso 2. Reservatório de ar 3. Pré-filtro 4. Secador de ar por refrigeração 5. Filtros

Eng. Diogo Pedriali

22

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

5 PREPARAÇÃO DO AR COMPRIMIDO

5.1 Tratamento do ar

Retirada de impurezas: sujeira, ferrugem, óleo e umidade.

Secagem do ar: Retirada da umidade primária presente no reservatório do compressor Pode-se realizar a secagem do ar por absorção: método que utiliza processo químico que reage com a água e que não permite recuperação.

Figura 16 – Secagem por Absorção

Eng. Diogo Pedriali

23

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Pode-se realizar a secagem do ar por adsorção: método que utiliza processo físico que utiliza dióxido de silício (silica gel) e que permite recuperação por aquecimento.

Figura 17 – Secagem por Adsorção

Pode-se realizar a secagem do ar por resfriamento: método que utiliza processo de redução da temperatura até o ponto de orvalho (~17ºC).

Figura 18 – Secagem por Resfriamento

Eng. Diogo Pedriali

24

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Retirada da umidade secundária presente no local de consumo do ar comprimido.

Filtro de ar comprimido Para tratar a umidade secundário geralmente é utilizado filtro de ar comprimido para retirar principalmente as impurezas particuladas.

Figura 19 – Filtro de ar comprimido

Lubrificador de ar comprimido Também é necessário utilizar o lubrificador de ar comprimido para proteger as tubulações e componentes do sistema pneumático contro posível oxidação e evitar desgastes mecânicos.

O lubrificador de ar comprimido de faz valer do efeito Venturi para aspergir/pulverizar óleo no sistema pneumático.

O efeito Venturi consiste em que um fluido em movimento dentro de um duto fechado diminui sua pressão ao aumentar a velocidade depois de passar por uma zona de seção menor. Se neste ponto do duto se introduz o extremo de outro duto,

Eng. Diogo Pedriali

25

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

se produz uma aspiração do fluido contido neste segundo conduto. Este efeito, demonstrado em 1797, recebe seu nome do físico italiano Giovanni Battista Venturi (1746-1822).

Figura 20 – Esquema do efeito Venturi Unidade de conservação A unidade de conservação de ar comprimido é constituída por filtro de ar comprimido, regulador de pressão e lubrificador de ar comprimido. Também denominado comumente de FRL.

Figura 21 – Unidade de conservação

Eng. Diogo Pedriali

26

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

6 ELEMENTOS PNEUMÁTICOS DE TRABALHO

Elementos de transformação da energia pneumática em trabalho mecânico.

6.1 Movimentos Lineares: Cilindro de simples ação com retorno por mola.

Exerce força somente no avanço.

Figura 22 – Cilindro de simples ação com retorno por mola

Cilindro de dupla ação Exerce forças no avanço e retorno.

Figura 23 – Cilindro de dupla ação

Eng. Diogo Pedriali

27

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Cilindro de dupla ação com amortecimento regulável

Figura 24 – Cilindro de dupla ação com amortecedor

Cilindro com haste passante

Figura 25 – Cilindro com haste passante

6.2 Movimentos Rotativos: Cilindro rotativo (cremalheira)

Figura 26 – Cilindro rotativo

Eng. Diogo Pedriali

28

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Cilindro rotativo de aleta (DSR)

Figura 27 – Cilindro rotativo de aleta

Eng. Diogo Pedriali

29

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

6.3 Motores pneumáticos Os motores pneumáticos podem atingir altas rotações (até 10000 rpm) e potências que variam entre 0,1 CV a 24 CV. Motor de Palhetas

Figura 28 – Motor de palhetas

7 CADEIA DE COMANDOS PARA SISTEMAS PNEUMÁTICOS

Figura 29 – Cadeia de comandos

Eng. Diogo Pedriali

30

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

8 VÁLVULAS DIRECIONAIS

As válvulas direcionais são utilizadas para a realização do direcionamento do fluxo de ar no sistema pneumático.

8.1 Simbologia

Figura 30 – Desenvolvimento dos símbolos das válvulas direcionais

Figura 31 – Identificação das conexões para válvulas direcionais

Eng. Diogo Pedriali

31

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Figura 32 – Tipos de válvulas direcionais

Eng. Diogo Pedriali

32

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Figura 33 – Tipos de acionamentos para válvulas direcionais

Eng. Diogo Pedriali

33

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Eng. Diogo Pedriali

34

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Eng. Diogo Pedriali

35

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Eng. Diogo Pedriali

36

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

8.2 Acionadores de Válvulas

8.3 Válvulas Combinadas

Figura 35 – Válvulas ISO

Eng. Diogo Pedriali

Figura 34 – Válvulas Compactas

37

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

8.4 Válvulas de bloqueio As válvulas de bloqueio têm como principal função bloquear a passagem de ar em sentidos específicos.

Válvula de Retenção: impede a passagem do ar em um sentido e permite passagem do ar no sentido oposto.

Figura 36 – Válvula de retenção

Válvula Alternadora: simula o elemento eletrônico “OU” deixando o fluxo de ar passar por um sentido ou por outro sentido.

Figura 37 – Válvula alternadora

Eng. Diogo Pedriali

38

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Figura 38 – Exemplo de aplicação da válvula alternadora

Válvula de Simultaneidade: simula o elemento eletrônico “E” deixando o fluxo de ar passar apenas quando se pilota as duas fases da válvula.

Figura 39 – Válvula de simultaneidade

Eng. Diogo Pedriali

39

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Figura 40 – Exemplo de aplicação da válvula de simultaneidade

Válvula de Escape Rápido: utilizada para aumento da velocidade de avanço e de retorno dos cilíndros.

Figura 41 – Válvula de escape rápido

Eng. Diogo Pedriali

40

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Figura 42 – Exemplo de aplicação da válvula de escape rápido

8.5 Válvulas de Fluxo As válvulas de fluxo influenciam na vazão de ar nos atuadores. São utilizadas para o ajuste de velocidade em cilindros e rotação de motores.

Válvula reguladora de fluxo bidirecional: realiza o ajuste nos dois sentidos do fluxo de ar de forma igual.

Figura 43 – Válvula reguladora de fluxo bidirecional

Eng. Diogo Pedriali

41

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Válvula reguladora de fluxo unidirecional: realiza o ajuste em apenas um sentido do fluxo de ar.

Figura 44 – Válvula reguladora de fluxo unidirecional

Figura 45 – Válvula reguladora na saída de ar

Eng. Diogo Pedriali

Figura 46 – Válvula reguladora na entrada de ar

42

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

8.6 Válvulas de pressão As válvulas de pressão realizam a regulagem de pressão do sistema, ou seja, regulam o escape de ar para a atmosfera.

Válvula limitadora de pressão: atua como uma válvula de alívio (válvula de segurança), caso a pressão do sistema exceda o limite máximo, esta válvula realizará a disperção do ar excedente para fora do sistema.

Figura 47 – Válvula limitadora de pressão Válvula temporizadora: é utilizada para temporizar um sinal.

Figura 48 – Válvula temporizadora

Eng. Diogo Pedriali

43

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

9 DESIGNAÇÃO DOS ELEMENTOS PNEUMÁTICOS

Eng. Diogo Pedriali

44

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

10 MÉTODOS DE REPRESENTAÇÃO DE MOVIMENTOS Considere o sistema pneumático de uma transportadora de caixa, como exibido abaixo:

Sequência de trabalho: 1. A avança lentamente 2. B avança lentamente 3. A retorna 4. B retorna

10.1 Representação Vetorial Avanço da haste Retorno da haste A B A B

Eng. Diogo Pedriali

45

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

10.2 Representação algébrica A+B+A–B–

10.3 Representação Trajeto-Passo Não leva em consideração o tempo de avanço e retorno dos cilindros.

10.4 Representação Trajeto-Tempo Leva em consideração o tempo de avanço e retorno dos cilindros.

Eng. Diogo Pedriali

46

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

11 SEQUÊNCIA DE CRIAÇÃO DE UM SISTEMA PNEUMÁTICO 1º Passo - Definição dos componentes atuadores e acionadores

2º Passo - Interligação dos componentes

3º Passo - Definição dos métodos de acionamento das válvulas

Eng. Diogo Pedriali

47

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

12 ELETROPNEUMÁTICA

12.1 Introdução aos circuitos eletropneumáticos.

A utilização de sistemas eletropneumáticos em substituição aos sistemas pneumáticos mostra-se vantajosa em diversas situações que envolvam velocidade de transmissão, perdas, segurança, etc. No entanto, os elementos pneumáticos mostram-se imprescindíveis dentro da cadeia de comando em função de seu tipo de construção, da segurança que apresentam e da velocidade de trabalho. Abaixo apresentamos uma Cadeia de Comando e a comparação.

12.2 Vantagens dos circuitos eletropneumáticos Pneumática: 

Forças



Velocidades de deslocamento

Elétrica: 

Possibilidade de pilotar válvulas em longas distâncias



Grande velocidade dos sinais elétricos



Utilização de circuitos compactos

Eng. Diogo Pedriali

48

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

12.3 Fonte de Alimentação Tensão de trabalho: 24 V Tipo de gerador: contínuo

U = 24 V

Exemplo de alimentação de energia em circuito de comando para eletropneumática:

12.4 Elementos de sinais Elementos de sinais acionados por esforços manuais

Eng. Diogo Pedriali

49

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

12.5 Identificação numérica de contatos em eletropneumática

Eng. Diogo Pedriali

50

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Roletes acionados por esforços mecânicos

12.6 Sensores

Sensor Indutivo: reage somente na presença de metais tendo sensibilidade às alterações do campo magnético do sensor.

Figura 49 – Sensor indutivo Sensor Capacitivo: é acionado por qualquer material, pois tem sensibilidade às alterações do dielétrico do capacitor.

Figura 50 – Sensor capacitivo Sensor Óptico: é acionado por materiais reflexivos.

Figura 51 – Sensor óptico

Eng. Diogo Pedriali

51

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Alimentação dos sensores

A corrente máxima de operação dos sensores deve ser de 200 mA.

12.7 Elementos processadores de sinais Relés Os

relés

nada

mais

são

do

que

interruptores

acioanados

aletromagneticamente, que podem converter sinais de diferentes potências, auxiliam em acionamentos simultâneos e podem efetuar a inversão de sinais.

Considera-se que quando existe um contato energizado a chave/relé mantémse em posição acionada e quando existe um contato desenergizado a chave/relé retorna à posição inicial (devido mola do componente).

Exemplo de aplicação:

Eng. Diogo Pedriali

52

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

12.8 Conversores de sinais eletropneumáticos Os conversores de sinais transformam sinais elétricos em pneumáticos Eletroválvulas

12.9 Estudo de Caso Comando Eletropneumático direto Operação: A haste de um cilindro de dupla ação deve avançar ao comando direto de um botão pulsador (S1), e recuar ao comando de outro botão (S2).

Eng. Diogo Pedriali

53

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

13 CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMÁVEIS

Os Controladores Lógicos Programáveis (CLP´s) são equipamentos eletrônicos de última geração utilizados em sistemas de automação flexível. Permitem desenvolver e alterar facilmente a lógica para acionamento de saídas em função das entradas. Desta forma, pode-se utilizar inúmeros pontos de entrada do sinal para controlar os pontos de saída.

Segundo a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas), é um equipamento eletrônico digital com hardware e software compatíveis com aplicações industriais.

Segundo a NEMA (National Manufactures Association) é um aparelho eletrônico digital que utiliza uma memória programável que armazena internamente instruções e implementa funções específicas, tais como lógica, seqüência, temporização, contagem e aritmética, controlando por meio de módulos de entradas e saídas vários tipos de máquinas ou processos.

As vantagens dos controladores lógico programáveis em relação a outros sistemas convencionais são: 

Ocupam menos espaço;



Requerem menor potência elétrica;



São reutilizáveis;



São programáveis permitindo alterar parâmetros de controle;



Tem maior confiabilidade;



Facilidade de manutenção;



Oferece maior flexibilidade;



Permitem interface de comunicação com outros CLP`s e computadores;



Permitem maior rapidez na elaboração do projeto.

O CLP é composto de módulos de entradas digitais ou analógicas. As entradas digitais são agrupadas em conjuntos de 8 ou 16 (cada uma delas é um bit) de forma que a unidade central de processamento pode tratar as informações como bytes ou words.

Eng. Diogo Pedriali

54

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

As entradas analógicas têm seu valor convertido para binário para que a CPU possa considerá-las e tratá-las. A lógica a que são submetidas as entradas para gerar as saídas é programada pelo usuário do sistema.

As saídas também podem ser digitais ou analógicas. A exemplo das entradas, as saídas digitais são tratadas em conjunto de 8 ou 16, e as analógicas são resultados da conversão de um valor digital gerado pela CPU. A lógica desenvolvida pelo CLP com os sinais de entrada para acionar suas saídas é programável. É possível desenvolver lógicas combinatórias, lógicas seqüenciais e também uma composição das duas.

Como o CLP busca substituir elementos/componentes eletroeletrônicos de acionamento, a linguagem utilizada na sua programação é similar à linguagem de diagramas lógicos de acionamento desenvolvida por eletrotécnicos, técnicos, eletricistas ou profissionais da área de controle.

Uma das vantagens dos modernos CLP´s é a sua capacidade de expansão, podendo acoplar vários módulos, aumentando substancialmente a capacidade de entradas e saídas para controle.

Cada fabricante adota nomenclatura própria para as entradas e saídas e seus símbolos são similares. Para efeito de exemplo, o CLP MITSUBISHI deve-se utilizar alguns códigos específicos.

Os CLP´s MITSUBISHI são fabricados em varias séries, sendo a serie FX com modelos expansíveis e não expansíveis.

As entradas serão tratadas com a nomenclatura X e as saídas Y, os números de identificação são octais, não existem os números 8 e 9.

Eng. Diogo Pedriali

55

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

O CLP possui sistema de ligação PNP e NPN opcional, embora o mais utilizado no Brasil seja o PNP, também denominado positivo, onde o comum de ligação é 24 Vcc. Na programação através do computador é necessária a instalação de um conversor RS-422 para RS-322 acoplado a COM 1 ou COM 2. Pode-se ainda utilizar uma IHM (interface homem-máquina) para alterar a programação diretamente no sistema de controle.

O software utilizado é o GX Developer para CLP MITSUBISH trabalhando no ambiente Windows, e os modos de programação mais comuns são: - LADDER onde o método empregado é o de um diagrama de relés horizontal onde são inseridos os símbolos das entradas, saídas, contatos e as respectivas identificações linha a linha.

-

LISTA

DE

INSTRUCÕES

permite

ao

programador

atribuir

nomes

mnemônicos que são instruções de comando para que a CPU execute.

Após ter sido elaborado o programa este precisa ser transferido para o CLP, gravando na sua memória, sendo que a operação inversa também é possível de ser feita.

Os principais símbolos utilizados na programação de CLPs, buscam representar os contatos abertos e fechados, e os relés utilizados em circuitos de comandos elétricos.

Estes símbolos são apresentados na figura abaixo:

Figura 52 – Símbolos utilizados em programação de CLPs

Eng. Diogo Pedriali

56

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Exemplo de aplicação Elaborar o diagrama Ladder para o circuito eletropneumático abaixo, que cumpra o diagrama de tempo e obedeçam as seguintes condições: - Acionamento por botão com trava (X0) - Manter a haste avançada por 5 seg.

Eng. Diogo Pedriali

57

SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Bibliografia

NOLL, V; BONACORSO, N. G. Automação Eletropneumática. São Paulo: Érica.

FIALHO, Arivelto Bustamante. Automação pneumática: projetos, dimensionamento e análise de circuitos. 4. ed. São Paulo: Erica, 2006. 324 p.

FRANCHI, C. Moro; CAMARGO, Valter L. A. Programáveis: Sistemas Discretos. São Paulo: Érica.

Controladores

Lógicos

FESTO DIDACTIC. Introdução a pneumática. 1998. 93 p.

SCHRADER BELLOWS. Automação pneumática. 4. ed. Belo Horizonte. 1988.

125p.

FESTO DIDACTIC. Manutenção em sistemas hidráulicos. 1992. 66 p.

MEIXNER, H., SAUER, E. Introdução a sistemas eletropneumáticos. São Paulo: Festo Didactic, 1996. 166 p.

STEWART, Harry L. Pneumática e hidráulica. 3.ed. São Paulo: Hemus, 481 p.

Eng. Diogo Pedriali

58