Aula 14 - Elementos de Sinais e Comando Pneumático

4 - Válvulas pneumáticas
Válvulas são elementos de sinais e comandos que permitem a passagem ou não de fluxo de ar do compressor ao atuador.
4.1 - Válvula de Controle de Fluxo

A válvula é um componente do circuito pneumático que se destina a controlar a direção, pressão e/ou vazão do ar comprimido. Elas podem ser de controle direcional de 2, 3, 4 ou 5 vias, reguladores de vazão ou pressão e de bloqueio, com diversos tipos de atuadores. Válvulas Direcionais: comandam a partida, parada e sentido de movimento do atuador. Válvulas de Bloqueio: bloqueiam o fluxo de ar preferencialmente num sentido e o liberam no sentido oposto. Válvulas de Fluxo: influenciam a vazão de ar comprimido. Válvulas de Pressão: influenciam a pressão do ar comprimido ou são comandadas pela pressão.
As válvulas são representadas por símbolos gráficos. A figura lustra como o símbolo é usado para representar a comutação de uma válvula direcional.

O símbolo é formado por dois “quadrados”, cada um representando uma posição da válvula. Assim na posição de “retorno” a câmara do pistão está ligada na atmosfera enquanto que na posição de avanço a rede está alimentando o pistão.
O acionamento do piloto dessas válvulas nada mais é que a movimentação de seus cilindros internos.
Essa movimentação pode ser executada por ação muscular (provocada pelo homem), por ação mecânica (provocada por um dispositivo mecânico ou outro atuador pneumático) ou por ação eletromecânica (por meio de solenoides que movimentam um núcleo magnético e provocam o deslocamento).
Os tipos de acionamento podem ser: Muscular (botão, alavanca, pedal); Ação Mecânica (Pino, Mola, Rolete; Elétrico (solenóide) e Pneumático (Piloto).
Vamos analisar um modelo de válvula comum encontrado na automação industrial: duas vias e duas posições. Na válvula de duas vias e duas posições, o ar que entra pela via 1 é interrompido pela posição 1 do cilindro da válvula, porém, tem possibilidade de escoamento pela via 2, uma vez que o piloto esteja acionado para movimentar o cilindro da válvula para a posição 2.
Já as Válvulas de bloqueio são os elementos que bloqueiam a passagem preferencialmente num só sentido, permitindo assim a passagem livre na direção contrária. A pressão do lado da entrada, actua sobre o elemento vedante e permite com isso uma vedação perfeita da válvula.
4.2 - Válvulas de retenção

Válvula de Retenção

Estas válvulas impedem completamente a passagem de ar numa direção. Na direção contrária o ar passa com uma queda de pressão mínima.
A válvula de retenção com fecho por atuação de contra-pressão, por exemplo por mola. Fecha quando a saída é maior ou igual à entrada.
O fecho da válvula, de um ponto de vista construtivo, pode ser conseguido através de um cone, esfera, placa ou membrana.
4.3 - Válvulas Alternadora

Válvula Alternadora

A Válvula Alternadora 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 seleciona sinais emitidos por válvulas de sinais provenientes de diversos pontos e impede o escape de ar por uma segunda válvula.

Válvula de Simultaneidade

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 comando duplo ou dupla retenção” ou "Elemento OU".
4.4 - Válvulas de Simultaneidade
A Válvula de Simultaneidade 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. Esta é utilizada em comandos de bloqueio, funções de controle e operações lógicas.
4.5 - Válvulas de Fluxo
Estas válvulas influenciam a quantidade de ar que passa ao atuador pneumático, que tem por objetivo o controle da velocidade de atuação dos cilindros ou a rotação dos motores.

Válvulas Reguladoras de Fluxo Bidirecional

Elas podem ser do tipo: Válvulas Reguladoras de Fluxo Bidirecional ou Válvulas Reguladoras de Fluxo Unidirecional.
Esta válvula pode ser utilizada para regulagem na entrada de ar: nesse caso as válvulas são montadas de modo que o estrangulamento seja feito na entrada do ar para o cilindro. O ar de retorno flui livremente para atmosfera.
Ligeiras variações de carga na haste do pistão, provocadas, por exemplo, ao passar pela chave fim de curso, resultam em grandes diferenças na velocidade de avanço. Por esta razão, a regulagem na entrada é utilizada para cilindros de simples ação ou de pequeno volume.
A regulagem de pressão pode ser na saída de ar.

Válvulas Reguladoras de Fluxo Unidirecional

Nesse caso o ar de alimentação entra livremente no cilindro, sendo estrangulado o ar na saída. Com isso o êmbolo fica submetido a duas pressões de ar. Esta montagem da válvula reguladora de fluxo melhora muito a conduta do avanço, razão pela qual a regulagem em cilindros de dupla ação deve ser feita na saída do ar da câmara do cilindro.

4.6 - Válvulas Temporizadas
Válvulas temporizadas são utilizadas para promover um retardo na emissão de um sinal.
Normalmente, as válvulas temporizadas são compostas de uma válvula direcional 3/2 vias e
acionada por piloto, uma válvula reguladora de fluxo unidirecional e um reservatório de ar.
Elas podem ser do tipo: Válvula temporizadora normal fechada ou Válvula temporizadora normal Aberta.

Válvulas temporizadas

Em ambos os temporizadores, o tempo de retardo normal e de 0 a 30 segundos. Este tempo pode ser prolongado com um depósito adicional. Se o ar é limpo e a pressão constante, pode-se obter temporizações exatas.


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Aula 13 - Elementos de Energia em Instalações Pneumáticas

1 - Produção e Preparação de Ar Comprimido.
A fonte de ar comprimido para os circuitos pneumáticos inclui uma unidade de produção, distribuição e condicionamento de ar comprimido.
A qualidade do ar comprimido industrial é de grande importância para obter menores índices de manutenção e maior durabilidade do sistema pneumático todo. Isto pode ser obtido desde sua produção, armazenamento e condicionamento (Figura seguinte).

Figura 1 - Produção armazenamento e
condicionamento de ar comprimido.

O ar da atmosfera é obtido por meio de um filtro de admissão para eliminar as primeiras impurezas. Logo chega ao compressor para elevar a pressão de um volume de ar, até a pressão requerida para o trabalho pneumático. O resfriamento intermediário é o sistema de resfriamento do compressor para manter baixa a temperatura das válvulas, do óleo lubrificante e do ar em compressão. Para poder retirar o 75% ou 90% da umidade do ar é utilizado o resfriador posterior (trocador de calor cilíndrico de tubos). Ao final do resfriador posterior se encontra o separador de condensado. Depois fica o reservatório de ar comprimido para armazenar e resfriar o ar, auxiliando a eliminação de condensado. Também o reservatório permite compensar as flutuações de pressão no sistema, estabilizar o fluxo e controlar a marcha do compressor. O secador ou desumidificador do ar completa o sistema de produção entregando um ar comprimido com a qualidade que se precisa.
Os compressores podem ser classificados segundo seu principio de trabalho em deslocamento positivo (incrementa pressão por redução de volume) e deslocamento dinâmico (incrementa pressão por conversão de energia cinética em energia de pressão utilizando impulsores e difusores).
Os compressores de deslocamento positivo podem ser de êmbolo com movimento linear (um ou dos estágios) ou de membrana.
A maior diversidade construtiva pode ser encontrada nos compressores de deslocamento dinâmico, os quais podem ser do tipo ejetor, de fluxo radial ou de fluxo axial (conhecidos como turbocompressores), ou também podem ser rotativos (roots, anel líquido, paletas, parafuso) ou alternativos (pistão, labirinto, tronco (simples efeito), cruzeta (duplo efeito)).
A seleção do tipo de compressor é desenvolvida conforme as necessidades fabris, em relação à pressão de trabalho e ao volume.
O resfriamento intermediário pode ser de ar o de água, porém os segundos são melhores porque também incluem condensação da umidade do ar comprimido.
O secador final pode ter um custo elevado, mas os resultados o amortizam. Podem ser por refrigeração, por absorção ou adsorção.
1.2 Compressor de Deslocamento Positivo

O compressor é um equipamento industrial concebido para aumentar a pressão de um fluido em estado gasoso. O Compressor é uma fonte de alimentação pneumática que é usada para fornecer  o ar comprimido para os elementos de trabalho e é composto pelos seguintes componentes básicos.
1 - Filtro de ar
2 - Compressor
3 - Motor elétrico
4 - Tanque de armazenamento
5 - Interruptor de pressão
6 - Válvula de segurança
7 - Válvula de serviço.

Nos compressores de deslocamento positivo alternativos a compressão do gás é feita em uma câmara de volume variável por um pistão (2), ligado a um mecanismo biela-manivela similar ao de um motor alternativo.
Quando o pistão no movimento ascendente comprime o gás a um valor determinado, uma válvula se abre deixando o gás escapar, praticamente com pressão constante. Ao final do movimento de ascensão, a válvula de exaustão se fecha, e a de admissão se abre, preenchendo a câmara a medida que o pistão se move.
A Tomadas de Ar devem ser sempre feitas pela parte superior da tubulação principal, para evitar os problemas de condensado já expostos. Recomenda-se ainda que não se realize a utilização direta do ar no ponto terminal do tubo de tomada. No terminal, deve-se colocar uma pequena válvula de drenagem e a utilização deve ser feita um pouco mais acima, onde o ar, antes de ir para a máquina, passa através da unidade de condicionamento.
1.3 - Regulagem de Compressores
Na estrutura básica das instalações pneumáticas devemos fazer a regulagem do reservatório de pressão. O ar comprimido gerado pelo compressor se acumula em um reservatório de pressão, que serve para compensar flutuações da pressão. Desta forma estão cobertos os picos de consumo breves, sem que a pressão de serviço flutue excessivamente ou se reduza na tubulação.

A demanda de ar durante os picos de consumo não deve ultrapassar durante muito tempo as quantidades fornecidas pelo compressor. A pressão se regula no reservatório pelo sistema no qual o compressor desliga ao alcançar uma pressão máxima (por exemplo, 12 bar), ligando quando a pressão cai a um valor mínimo (por exemplo, 8 bar). Neste intervalo, o reservatório de pressão e as tubulações de alimentação atuam como acumuladores para as ferramentas.

A regulagem de marcha sem carga deve ser feita no caso de compressores de êmbolo ou pistão, geralmente por abertura e fechamento de válvulas. Desta forma, evita-se que o eletromotor ligue e desligue constantemente, o que exige uma elevada intensidade de corrente de partida.

No caso de compressores pequenos até médios, a regulagem de ligar/desligar ocorre através de um pressostato que liga e desliga o eletromotor conforme a pressão do reservatório. 

Sendo V = volume do reservatório (m3) Q = fluxo de fornecimento do compressor (m3/min), como regra geral vale: V ≈ 0,9-1 Q em caso de regulagem liga/desliga; V ≈ 0,4 Q em caso de regulagem de marcha sem carga. 

Frequentemente são instalados reservatórios de pressão adicionais no final do sistema de tubulações ou antes de grandes consumidores de ar para compensar cargas bruscas.
1.4 - Rede de Distribuição de Ar
Onde existem vários pontos de aplicação de ar comprimido o processo mais conveniente e racional é efetuar a distribuição do ar situando as tomadas nas proximidades dos utilizadores.
A rede de distribuição de A.C. 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: Comunicar a fonte produtora com os equipamentos consumidores e 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 e 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.
Para que a drenagem eventual seja feita, devem ser instalados drenos (purgadores), que podem ser manuais ou automáticos, com preferência para o último tipo. Os pontos de drenagem devem se situar em todos os locais baixos da tubulação, fim de linha, onde houver elevação de linha, etc.
A Tomadas de Ar devem ser sempre feitas pela parte superior da tubulação principal, para evitar os problemas de condensado já expostos. Recomenda-se ainda que não se realize a utilização direta do ar no ponto terminal do tubo de tomada. No terminal, deve-se colocar uma pequena válvula de drenagem e a utilização deve ser feita um pouco mais acima, onde o ar, antes de ir para a máquina, passa através da unidade de condicionamento.
1.5 - Unidade de Conservação
Apesar das diversas medidas tomadas (sistemas de drenagem de água depois do compressor), é inevitável que o ar comprimido se esfrie ao percorrer o comprimento das tubulações, com a consequente condensação de água. A ferrugem também pode se apresentar, principalmente em tubulações antigas.

Entretanto, essas substâncias são eliminadas se for instalado um filtro de ar comprimido um pouco antes do atuador ou da ferramenta. O filtro deve ter, em pós-conexão, imprescindivelmente um lubrificador para adicionar uma névoa de óleo ao ar comprimido circulante. Este óleo é necessário para lubrificar o motor pneumático, principalmente durante o funcionamento contínuo.
As unidades de conservação devem ser conectadas o mais perto possível da ferramenta. Seu tamanho tem que ser compatível com o fluxo de ar no ponto de captação. Se é desejada uma determinada pressão de serviço ou se devem ser compensadas flutuações da pressão causadas pela tubulação, pode ser instalado um regulador de pressão com um manômetro na unidade de manutenção, entre o filtro e o lubrificador.
Para que o atuador ou a ferramenta tenha a maior durabilidade possível, a preparação do ar comprimido tem que ocorrer em uma unidade de manutenção. O Óleo para a unidade de manutenção ou lubrificação direta geralmente é Óleo de motor SAE 20 ou SAE 10.
A Unidade de Conservação (Lubrifil) é composta de: Filtro, Regulador de Pressão, Manômetro e   Lubrificador. É muito importante manter o ar limpo, sem umidade e impurezas, com a pressão correta e as palhetas lubrificadas para obter um desempenho máximo da ferramenta. A distância ideal entre a unidade de Conservação e a ferramenta é de 4 metros, evitando assim quedas de pressão.
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Aula 12 - Introdução á Pneumática

O termo pneumática é definido como a parte da Física que se ocupa da dinâmica e dos fenômenos físicos relacionados com os gases ou vácuos. É também o estudo da conservação da energia pneumática em energia mecânica, através dos respectivos elementos de trabalho.

Embora a base da pneumática seja um dos mais velhos conhecimentos da humanidade, foi preciso aguardar o século XIX para que o estudo do seu comportamento e propriedades se tornasse sistemático. Porém, pode-se dizer que somente após o ano de 1950 é que ela foi realmente introduzida no meio industrial.

Hoje, o ar comprimido tornou-se indispensável, e nos mais diferentes ramos industriais instalam-se equipamentos pneumáticos.

As principais vantagens do uso da energia pneumática são: O incremento da produção com investimento relativamente pequeno; a redução dos custos operacionais, a robustez dos componentes pneumáticos, a facilidade de implantação, a segurança, a resistência a ambientes hostis, a simplicidade de manipulação e a redução do número de acidentes.

A rapidez nos movimentos pneumáticos e a libertação do operário (homem) de operações repetitivas possibilitam o aumento do ritmo de trabalho, aumento de produtividade e, portanto, um menor custo operacional. A robustez inerente aos controles pneumáticos torna-os relativamente insensíveis a vibrações e golpes, permitindo que ações mecânicas do próprio processo sirvam de sinal para as diversas sequências de operação. São de fácil manutenção. Pequenas modificações nas máquinas convencionais, aliadas à disponibilidade de ar comprimido, são os requisitos necessários para implantação dos controles pneumáticos. Poeira, atmosfera corrosiva, oscilações de temperatura, umidade, submersão em líquidos, raramente prejudicam os componentes pneumáticos, quando projetados para essa finalidade.

Os controles pneumáticos não necessitam de operários super especializados para sua manipulação.

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. A fadiga é um dos principais fatores que favorecem acidentes; a implantação de controles pneumáticos reduz sua incidência (liberação de operações repetitivas).

As formas de energia mais usadas em máquinas são Elétrica e Mecânica geralmente utilizadas juntas e é denominada como Eletromecânica.

A partir de energia eletromecânica proveniente de Compressores (usa um gás, normalmente ar, para transmitir energia) e de Bombas Hidráulicas (usa um líquido, geralmente óleo, para transmitir energia) podemos gerar movimentos nos Atuadores, tais como cilindros (pistões) que fornece movimento linear e movimentos de rotação. Ambos têm uma ampla aplicação industrial para elevar, estampar, dobrar, bloquear, transportar, girar.

As máquinas e processos são projetados e construídos para cumprir objetivos variados como produção de peças, embalagem de produtos, preparação de substâncias e transporte entre estações de trabalho. Essencialmente, estes objetivos são alcançados principalmente por meio de ações mecânicas que produzem movimentos lineares ou rotativos, conforme ilustrado nos exemplos a seguir.

Equipamento pneumático para alimentação de máquina ferramenta composto de: 1) Ventosas; 2) Esteira transportadora; 3) Máquina ferramenta; 4) Braço giratório; 5) Atuador rotativo; 6) Atuador de elevação; 7) Atuador eletromecânico de elevação; 8) Painéis; 9) Guia linear; 10) Plataforma de elevação.

2.1 - Cadeia de Comando Pneumático

O diagrama de blocos de uma cadeia de comando pneumático deve ser representado na disposição do fluxo de sinais que é de baixo para cima. A alimentação é um fator importante e deve ser representada. É recomendável representar elementos necessários à alimentação na parte inferior e distribuir a energia.

Elementos de energia – Os compressores são máquinas destinadas a comprimir o ar até uma pressão de trabalho desejada.

Elementos de distribuição - A rede de distribuição juntamente com a unidade de conservação que é uma combinação de: Filtro de ar comprimido; Regulador de ar comprimido; Lubrificador de ar comprimido irão disponibilizar o ar com qualidade ao local de uso.

Elementos de Sinais - As botoeiras e sensores serão responsáveis por receber os comandos do operador.

Elementos de processamento - Válvulas especiais compostas de componentes  de memória, de lógica e temporizados.

Elementos de comando - Válvulas pneumáticas - As válvulas servem para orientar os fluxos de ar, impor bloqueios, controlar suas intensidades de vazão ou pressão.

Elementos de trabalho - Atuadores pneumáticos - A função dos atuadores é transformar a energia pneumática em movimento e força. Esses movimentos podem ser lineares, rotativos ou oscilantes.

No esquema acima se pode observar que o elemento fim de curso “V1” é, na realidade, instalado no final do curso do cilindro. Entretanto, por se tratar de um “elemento de sinal”, a mesmo está representado na parte inferior do esquema.
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