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.
© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 20/05/2015

Evangelista Torricelli: 1608-1647

A atmosfera terrestre é composta por uma mistura de gases que exercem pressão sobre a superfície da Terra. Esta pressão, conhecida como pressão atmosférica, varia conforme a altitude. À medida que nos afastamos da superfície do planeta, o ar se torna progressivamente mais rarefeito, resultando em uma diminuição da pressão atmosférica.
O físico italiano Evangelista Torricelli (1608-1647) foi um discípulo de Galileu e é famoso por realizar a primeira medição da pressão atmosférica ao nível do mar. Sua experiência fundamental contribuiu significativamente para a compreensão da física atmosférica.
Torricelli utilizou um tubo de aproximadamente 1 metro de comprimento, completamente cheio de mercúrio (Hg) e com uma extremidade tampada. Em seguida, ele colocou o tubo de ponta-cabeça, com a extremidade aberta submersa em um recipiente também contendo mercúrio. Após destampar o tubo, o nível do mercúrio no tubo desceu até estabilizar-se em 76 centímetros, deixando um espaço vazio acima do mercúrio, conhecido como vácuo de Torricelli.
Essa experiência demonstrou que a pressão atmosférica ao nível do mar é capaz de sustentar uma coluna de mercúrio de 76 cm de altura. Esse valor se tornou uma referência para medições de pressão e contribuiu para o desenvolvimento do barômetro de mercúrio.

Torricelli observou que a pressão atmosférica equilibra o peso da coluna de mercúrio, concluindo que o peso do ar na atmosfera é o responsável por essa pressão.
Esse experimento não apenas comprovou a existência da pressão atmosférica, mas também abriu caminho para uma nova compreensão das forças atuantes na atmosfera terrestre. O trabalho de Torricelli é um marco na história da física e continua sendo uma base fundamental para estudos meteorológicos e de ciências atmosféricas.

Fig. 02 - Barômetro de mercúrio
Experimento realizado por
Torricelli em 1643.

Barômetro de mercúrio
Na figura, as pressões nos pontos A e B são iguais (pontos na mesma horizontal e no mesmo líquido). A pressão no ponto A corresponde à pressão da coluna de mercúrio dentro do tubo, e a pressão no ponto B corresponde à pressão atmosférica ao nível do mar: Pb = Pa logo Patm = Pcoluna (Hg);

• A pressão é calculada multiplicando a densidade do líquido pela aceleração da gravidade e pela altura da coluna: P = d . g . h . 

Como a coluna de mercúrio que equilibra a pressão atmosférica é de 76 cm, dizemos que a pressão atmosférica ao nível do mar equivale à pressão de uma coluna de mercúrio de 76 cm. Lembrando que a pressão de uma coluna de líquido é dada por: p = d . g . h , então, temos no SI : Patm=1 atm=760 mmHg=10,3 mca = 1,013 . 105  Pa.

• A água é 13,6 vezes menos densa que o mercúrio. Assim, para que uma coluna de água exerça em sua base a mesma pressão exercida pela atmosfera, como acontece com a coluna de mercúrio, a relação entre a altura das colunas deve ser: altura da coluna de água=13,6 .0,76=10,3 m .

Assim, podemos dizer que 760 mmHg = 10,3 mca (mca: metros de coluna de água). Outra unidade usada para medir a pressão é a atmosfera (atm). 

Fig. 03 - Manômetro de tubo aberto.

A maior pressão atmosférica é obtida ao nível do mar (altitude nula). Para qualquer outro ponto acima do nível do mar, a pressão atmosférica é menor. 

Os manômetros (medidores de pressão) utilizam a pressão atmosférica como referência, medindo a diferença entre a pressão do sistema e a pressão atmosférica. Tais pressões chamam-se pressões manométricas. A pressão manométrica de um sistema pode ser positiva ou negativa, dependendo de estar acima ou abaixo da pressão atmosférica. Quando o manômetro mede uma pressão manométrica negativa, ele é chamado de manômetro de vácuo. Manômetro utilizado em postos de gasolina (os médicos usam um sistema semelhante) para calibração de pneus..
A figura representa um manômetro de tubo aberto.
Pela diferença de níveis do líquido nos dois ramos do tubo em U, mede-se a pressão manométrica do sistema contido no reservatório. Escolhendo os dois pontos A e B mostrados na figura, temos: 

• PA = PB <=> P sistema = P Atm + P Líquido <=> P sistema = P Atm + d . g . h <=> P manométrica = d . g . h .

© Direitos de autor. 2026: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 02/01/2026

Aula 11 - Histórico da Pneumática

Durante um longo período, o desenvolvimento da energia pneumática sofreu paralisação, renascendo apenas nos séculos XVI e XVII, com as descobertas dos grandes pensadores e cientistas como Galileu, Otto Von Guericke, Robert Boyle, Bacon e outros, que passaram a observar as leis naturais sobre compressão e expansão dos gases.

Leibinz, Huyghens, Papin e Newcomem são considerados os pais da Física Experimental, sendo que os dois últimos consideravam a pressão atmosférica como uma força enorme contra o vácuo efetivo, o que era objeto das Ciências Naturais, Filosóficas e da Especulação Teológica desde Aristóteles até o final da época Escolástica.

Encerrando esse período, encontra-se Evangelista Torricelli, o inventor do barômetro, um tubo de mercúrio para medir a pressão atmosférica. Com a invenção da máquina a vapor de Watts, tem início a era da máquina. No decorrer dos séculos, desenvolveram-se várias maneiras de aplicação do ar, com o aprimoramento da técnica e novas descobertas. Assim, foram surgindo os mais extraordinários conhecimentos físicos, bem como alguns instrumentos.

Um longo caminho foi percorrido, das máquinas impulsionadas por ar comprimido na Alexandria aos engenhos pneumo-eletrônicos de nossos dias. Portanto, o homem sempre tentou aprisionar esta força para colocá-la a seu serviço, com um único objetivo: controlá-la e fazê-la trabalhar quando necessário.

Figura 01 - Evangelista Torricelli (1608-1647), inventor do barômetro.

Atualmente, o controle do ar suplanta os melhores graus da eficiência, executando operações sem fadiga, economizando tempo, ferramentas e materiais, além de fornecer segurança ao trabalho.

O termo pneumática é derivado do grego Pneumos ou Pneuma (respiração, sopro) e 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.

1.1 - Propriedades Físicas do Ar

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.
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.
• Expansibilidade - Propriedade do ar que lhe possibilita ocupar totalmente o volume de qualquer recipiente, adquirindo o seu formato.

© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 20/02/2015