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AULA 10 - SISTEMAS PNEUMÁTICOS
Prof. Fabricia Neres
Pneumática
• Definição Dicionário: Ramo da Física que trata das propriedades físicas (peso, pressão, elasticidade etc.) do ar e dos outros gases; pneumodinâmica.
Pneumática
• É derivada da palavra grega “Pneuma”, que significa fôlego, vento ou sopro. Logo pneumática é conceituada como a matéria que trata dos movimentos e fenômenos dos gases.
Definições:
• Fluido: Pode ser definido como qualquer substância capaz de escoar e assumir a forma do recipiente que ela está;
• Pressão: pode ser definida como a força exercida em função da compressão do ar em um recipiente;
• Eletropneumática: parte da pneumática que utiliza energia elétrica (CC ou CA) como fonte de energia para o acionamento de válvulas direcionais. Essas são denominadas eletroválvulas;
Breve Histórico • Ato de respirar inspirou o funcionamento dos sistemas
pneumáticos, ou seja, o uso de ar comprimido como fonte de energia;
• A primeira utilização de ar comprimido registrada foi a cerca de 2000 anos por Ctesibios, fundador da Escola de Mecânicos em Alexandria;
• A nível industrial surge com a necessidade de fundir metais e na ventilação das minas;
• A primeira aplicação em grande escala de ar comprimido foi em 1861 na perfuração de um túnel sob os Alpes Suíços;
• Após a Segunda Guerra Mundial a pneumática passou a substituir na indústria de grande parte do esforço muscular.
Pneumática na Indústria
• A pneumática utiliza o ar comprimido como meio de transmissão de potência para atuadores lineares (cilindros pneumáticos lineares) e/ou atuadores rotativos (motores pneumáticos e cilindros de rotação).
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Aplicações da Pneumática
• Furar; • Abrir; • Prensar; • Empurrar; • Levantar; • Pintar.
Pneumática Atualmente
• Está ao lado da mecânica e da eletricidade como meio de transmissão e controle de energia;
• Essas tecnologias, em parte concorrentes, são
complementares e frequentemente são utilizadas em conjunto.
Vantagens da Pneumática • Incremento da produção com investimento relativamente
pequeno; • Redução dos custos operacionais: A rapidez nos movimentos
pneumáticos e a libertação do homem de operações repetitivas; • Robustez dos componentes pneumáticos: torna-os relativamente
insensíveis a vibrações e golpes;
• Fácil Manutenção;
• Facilidade de implantação: são necessários apenas pequenas modificações nas máquinas e disponibilidade de ar comprimido;
Vantagens da Pneumática
• Resistência a ambientes hostis; • Simplicidade de manipulação: não necessita de operários
com grandes conhecimentos em pneumática; • Segurança: Como os equipamentos pneumáticos envolvem
sempre pressões moderadas, tornam-se seguros contra possíveis acidentes, com pessoas ou até mesmo explosões;
• Redução do número de acidentes: a implantação de controles
pneumáticos reduz sua incidência de fadiga (operações repetitivas).
Desvantagens da Pneumática • É necessário remover as impurezas do ar;
• Não é um sistema para ser utilizado em aplicações que requerem força. Exemplo: extração de metais;
• Não muito simples obter baixas velocidades; • O ar é um fluido altamente compressível, portanto,
impossível se obterem paradas intermediárias e velocidades uniformes;
• O ar comprimido é um poluidor sonoro quando são
efetuadas exaustões para a atmosfera.
Propriedades do Ar Comprimido • Compressibilidade: o ar permite reduzir o seu volume quando sujeito à ação de uma força exterior
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Propriedades do Ar Comprimido • Elasticidade: Propriedade que possibilita ao ar voltar ao seu
volume inicial uma vez extinto a força responsável pela redução do volume.
Propriedades do Ar Comprimido • Difusibilidade: Propriedade do ar que lhe permite misturar-se
de forma homogênea com qualquer meio gasoso que não esteja saturado..
Propriedades do Ar Comprimido
• E x p a n s i b i l i d a d e : Propriedade do ar que lhe possibilita ocupar totalmente o volume de qualquer recipiente, a d q u i r i n d o o s e u formato
Peso do Ar • Temos dois balões idênticos, hermeticamente fechados, contendo ar com a mesma pressão e temperatura. Colocando-os numa balança de precisão, os pratos se equilibram.
• De um dos balões, retira-se o ar através de uma bomba de vácuo.
• Coloca-se outra vez o balão na balança (já sem o ar) e haverá o desequilíbrio causado pela falta do ar. Um litro de ar, a 0°C e ao nível do mar, pesa 1,293 x 10-3 kgf.
O Ar Quente é Mais Leve que o Ar Frio
• Expondo-se um dos balões em contato com uma chama, o ar do seu interior se aquece, escapa pela boca do balão, tornando-se ass im, menos denso . Conseqüentemente há um desequilíbrio na balança.
Princípio de Pascal
"A pressão exercida em um líquido confinado em forma estática atua em todos os sentidos e direções, com a m e s m a i n t e n s i d a d e , exercendo forças iguais em áreas iguais"
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Propriedades do ar Comprimido na Indústria
• Custos: Baixos custos, pois o ar comprimido encontra-se em quantidades praticamente ilimitadas;
• Transporte: Facilidade de transporte através de tubulações para distâncias quando dimensionado de forma correta;
• Armazenamento: Fácil armazenamento no local de utilização
em reservatórios de pressão móveis ou fixos. Facilidade de transporte;
• Variação de temperatura: não é sensível a pequenas variações de temperatura;
• Segurança: Não existe risco de explosões ou incêndios com o
uso de ar comprimido.
Propriedades do ar Comprimido na Indústria
• Limpeza: o ar utilizado quando escapa não polui o meio ambiente;
• Economia: sistemas de segurança simples pois não
existe a necessidade de sistemas contra explosões e risco de incêndio;
• Velocidade: o ar comprimido é um meio de trabalho
rápido permitindo velocidades entre 1 e 2 m/s; • Regulação: Velocidades e força de trabalho dos
elementos são reguláveis mas sem escala.
Fatores que Influenciam os Sistemas Pneumáticos
• Preparação: o uso de ar comprimido requer a eliminação de impurezas e de umidade, para evitar desgastes nos elementos pneumáticos;
• Fiabilidade: impossibilidade de manter uniforme e
constante a velocidade dos cilindros mediante ar comprimido;
• Forças: o valor limite varia entre 20000 e 30000 N; • Custos: fonte de energia cara, mas compensada pelos
vantajosos preços dos elementos e pela elevada rentabilidade do ciclo de trabalho.
Produção de Ar Comprimido
• Para produção de ar comprimido são necessários compressores;
• A função do compressor é aspirar ar atmosférico e comprimi-lo
até a pressão de trabalho desejada;
• O ar comprimido deverá ser armazenado em reservatórios possibilitando a sua posterior utilização;
• O compressor central fornece o ar comprimido para os lugares
necessários através de uma rede de tubulação.
Compressores • O ar possui água na forma de vapor; • Este vapor d'água é aspirado pelo compressor junto com
o ar; • A água acumulada pode ser eliminada através de filtros
separadores de água e drenos dispostos ao longo da linha;
• No entanto um filtro não pode eliminar vapor d'água e
para isso são necessários secadores.
Secagem do Ar Comprimido
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• Resfriamento: Consiste em se resfriar o ar o que reduz o seu ponto de orvalho
Secagem do Ar Comprimido • As tubulações pneumáticas exigem manutenção regular,
e não devem ser mantidas dentro de paredes ou cavidades estreitas, pois isto dificulta a detecção de fugas de ar;
• Linhas principais são feitas de tubos de Cobre, latão, aço liga, etc… Conectadas;
• Linhas secundárias em geral são de mangueiras de
borracha ou material sintético.
Distribuição de Ar Comprimido
• Rede em circuito aberto: é a mais simples e deve ser montada com um declive de 1% a 2% na direção do fluxo para garantir a eliminação da água que condensa no interior da linha
Distribuição de Ar Comprimido
• Rede em circuito fechado: permite que o ar flua nas duas direções e que fique circulando na linha reduzindo o problema de condensação
Distribuição de Ar Comprimido
Rede combinada: são instalações em circuito fechado. Mas as válvulas de fechamento permitem bloquear determinadas linhas de ar comprimido quando a elas não estiverem sendo usadas ou em manutenção.
Distribuição de Ar Comprimido • Para entrar em uma máquina pneumática o ar passa por
uma unidade de tratamento composta por um filtro, uma válvula reguladora de pressão e um lubrificador.
• O objetivo ajustar é as características do ar de forma específica para cada máquina
Tratamento do ar Comprimido
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• Filtro: serve para eliminar partículas sólidas e líquidas (impurezas, água, etc..). O filtro apresenta um dreno (manual ou automático) para a eliminação de água.
Tratamento do ar Comprimido
• Válvula Reguladora de Pressão: tem a função de manter constante a pressão no equipamento. Ela somente funciona quando a pressão a ser regulada (pressão secundária) for inferior que a pressão de alimentação da rede (pressão primária).
Tratamento do ar Comprimido
• Lubrificador : tem a função de lubrificar os aparelhos pneumáticos de trabalho e de comando.
Tratamento do ar Comprimido
As principais características dos atuadores pneumáticos são: • Apresentam baixa rigidez devido à compressibilidade
do ar; • Não há precisão na parada em posições
intermediárias; • Apresentam uma favorável relação peso/potência; • Dimensões reduzidas; • Segurança à sobrecarga; • Facilidade de inversão; • Proteção à explosão.
Atuadores Pneumáticos
• 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, curso, haverá um mais adequado para a função.
• Rotativos: Convertem energia pneumática em energia
mecânica, através de momento torsor contínuo.
• Oscilantes: Convertem energia pneumática em energia mecânica, através de momento torsor limitado por um determinado número de graus.
Atuadores Pneumáticos (classificação) Cilindros de simples ação • Consiste de um pistão com uma mola. Ao se reduzir a pressão a mola retorna o pistão. Entre as suas características temos:
q Consumo de ar em um sentido; q Forças de avanço reduzida (em 10%) devido à mola; q Maior comprimento e cursos limitados; q Baixa força de retorno (devido à mola)
• Aplicação: Freios de caminhão travando o mesmo quando ocorre falha no motor.
Atuadores Pneumáticos Lineares
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Cilindro de Dupla Ação • A atuação é feita por ar comprimido nos dois sentidos. Entre as suas
características temos: q Não permite cargas radiais na haste; q Atuação de força nos dois sentidos, porém com força de avanço maior do que a de retorno.
• Aplicação: prensas, fixadores. O curso não pode ser muito grande pois surgem problemas de flambagem.
Atuadores Pneumáticos Lineares • Transformam o movimento linear do cilindro de dupla ação num
movimento rotativo com ângulo limitado de rotação. • Sistema pinhão-cremalheira: a rotação tem ângulo limitado podendo
ser regulada de 45º até 720º. • Cilindro de alerta giratória: Seu ângulo é limitado em 300º e
apresentam problemas de vedação. • São aplicados para girar peças, curvar tubos, acionar válvulas.
Atuadores Pneumáticos Rotativos
Atuadores Pneumáticos Aplicações da Pneumática
• Alinhar objetos
Aplicações da Pneumática • Montar objetos
Aplicações da Pneumática
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