Vasos Comunicantes Rev 2

APOSTILA DE CONTROLE DE SISTEMAS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS REV2 Professor : NILO CASTRO DOS SANTOS ‐JAN ‐2010 Página 1

ESCOLA TÉCNICA SÃO JOSÉ DOS CAMPOS

APOSTILA DE HIDRÁULICA E PNEUMÁTICA Etec São José dos Campos SP Prof Nilo Castro dos Santos

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Medidas de Comprimento

Unidade Símbolo Equivalência

metro (SI) m = 1 m

bohr a0, b ~ 5,29177 x 10-11 m

ångström Å = 10-10 m

mícron μm = μ m = 10-6 m

unidade x x ~ 1,002 x 10-13 m

polegada pol(") = 2,54 x 10-2 m

pé pé(') = 12 pol = 0,3048 m

jarda jd = 3 pés = 0,9144 m

milha mi = 1760 jd = 1609,344 m

milha náutica m.n. = 1852 m = 6076,1 pés

milha geográfica m.g. = 1855 m = 6087,15 pés

unidade astronómica UA = 1,49600 x 1011 m

parsec pc ~ 3,085 68 x 1016 m

ano-luz a.l. ~ 9,460 730 472 580 8 x 1015 m

segundo-luz s.l. = 2,997 924 58 x 108 m

Medidas de Área


metro quadrado m² um quadrado com 1 metro de lado

barn b 10-28 m²

acre acre aprox. 4046,856 m² (aprox. 0,4047 há)

are a 100 m²

hectare ha 104 m²

alqueire paulista 2,42 há

alqueire goiano 4,84 há

alqueire baiano 9,68 há

alqueire do norte 2,72 há

Medidas de Volume


metro cúbico m³ = 1 m³

litro l, L = dm³ = 10-3 m³

lambda λ = μl = 10-6 dm³

barril (US) US-bl ~ 158,987 dm³

galão (US) US-gal = 3,78541 dm³

galão (UK) B-gal = 4,546 09 dm³


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Medidas de Massa


quilograma kg = 1 kg

massa do eletron me ~ 9,109 39 x 10-31 kg

dalton (massa atômica) Da, u.m.a. ~ 1,660 540 x 10-27 kg

gamma γ = 1 dalton

tonelada (métrica) t = 10³ kg

libra (avoirdupois) lb = 0,453 592 37 kg

onça (avoirdupois) oz ~ 28,3495 g

onça (troy) oz (troy) ~ 31,1035 g

grão gr = 64,798 91 mg

Medidas de Tempo


segundo s 1 s

u. a. de tempo u.a.t. ~ 2,418 88 x 10-17 s

minuto min = 60 s

hora h = 3600 s

dia d = 86400 s (convencionado)

semana h = 7 dias

mês h = 30 dias (convencionado)

ano a ~ 31 556 952 s

svedberg Sv = ~ 10-13 s

Medidas de Força


newton N = kg.m.s-2

dina (unidade cgs) dina = 10-5N

u. a. de força u.a.f. ~ 8,238 73 x 10-8N

quilograma-força kgf = 9,80665 N

Medidas de Energia


joule J = 1 N.m = 1 kgf.m².s-2

erg (cgs) erg = 10-7 J

hartee (au) Eh ~ 4,359 75 x 10-18 J

rydberg Ry ~ 2,179 87 x 10-18 J

eletron-volt eV ~ 1,602 18 x 10-19 J

caloria termoquímica calth = 4,184 J

caloria internacional calIT = 4,1868 J


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caloria a 15 oC calIT ~ 4,1855 J

atmosfera-litro atm-l = 101,325 J

British Thermal Unit Btu = 1055,06 J

genebra=ge=1991

Medidas de Potência


watt W = 1 J.s-1 = N.m.s-1 = kgf.m².s-3

horse power hp = 745,7 W

cavalo vapor cv = 0,9863 hp = 735,5 W

Medidas de Pressão


pascal Pa = 1 N.m-2 = 1 kgf.m-1.s-2

atmosfera atm = 101325 Pa = 101325 N.m-2

bar bar = 105 Pa

torricelli Torr = (101325/760) Pa ~ 133,323 Pa

milímetro de mercúrio (convencional) mmHg = 1 torr

libra por polegada quadrada psi ~ 6,894 757 x 10³ Pa

milímetro de água mmH2O ~ 9,859 503 Pa

Legenda: bar (pressão atmosférica kgf/cm2) , Pa= pascal, mH20=metro de coluna d’água, mmHg = milímetro de Mercúrio, psi=pound square inch(libra por polegada quadrada, ftH2O=pés de coluna de água, inH2O=polegada de coluna de água, in HG=polegada de mercúrio

unidade bar mbar Pa kPa Mpa kgf/cm2 mH2O mmHg psi ft H2O inH2O inHg

1 bar 1 1000 100000 100 0,1 1,0197 10,197 750,062 14,504 33,455 401,463 29,53

1mbar 0,001 1 100 0,1 0,0001 0,001 0,0197 0,7501 0,014504 0,0335 0,4015 0,0295

1Pa 0,00001 0,01 1 0,001 1,00E-06 1,00E-05 1,00E-04 0,0075 1,45E-04 3,35E-04 4,01E-03 2,96E-03

1kPa 0,01 10 1000 1 0,001 0,0102 0,102 7,5 0,14504 3,3455 4,01463 0,2953

1MPa 10 10000 1000000 1000 1 10,197 101,97 7500,062 145,04 334,552 4014,63 295,3

1kgf/cm2 0,9807 980,662 98066 98,066 0,09807 1 10 735,56 14,223 32,808 393,7 28,959

1mH2O 0,98 98,066 9806,6 9,8066 0,0098 0,1 1 73,556 1,4223 3,2808 39,37 2,895

1mmHg 0,001 1,329 132,9 0,133 0,000001 0,0014 0,0136 1 0,019 0,0446 0,5352 0,03937

1psi 0,0689 68,948 6894,75 6,9847 0,0069 0,07 0,703 51,715 1 2,3067 27,68 2,0353

1ftH2O 0,03 29,89 29899,07 2,989 0,003 0,0298 0,3048 22,42 0,4335 1 12 0,8267

1inH2O 0,0025 2,49 249,09 0,249 0,0003 0,00254 0,0254 1,868 0,0361 0,08333 1 0,0735

1inHg 0,0338 33,863 3386,4 3,386 0,0034 0,0345 0,3453 25,4 0,491 1,1329 13,595 1Ex:para transformar 1Kpa em Kgf/cm2(coluna azul escuro)multiplique seu numero por 0,0102=resultado em kgf/cm2


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Medidas de Viscosidade Dinâmica


unidade do SIU Pa.s = N.m-2.s = kgf.m-1.s-1

poise P = 10-1Pa.s

centipoise cP = mPa.s

Medidas de Temperatura Termodinâmica


kelvin K = 1 K

grau Celsius °C = T (K) - 273,15

grau Fahrenheit °F = 1,8 T (oC) + 32

grau Rankine °R = (9/5) K

Outras medidas


mole[1] mol = 6,02214179(30) × 1023 mol-1

Hidrostática

Pressão: Em termos de hidrostática, define-se pressão como sendo a força exercida pelo fluido por unidade de área do recipiente que o contém. Sua unidade no SI é dada em N/m2 ou Pa (pascal) , embora seja comum ainda a utilização de unidades como: Bar ( 1kgf/cm2), libra por polegada quadrada (PSI), metro de coluna d água( 0,980bar=9,8 kpa) etc Pressão manométrica exercida por uma coluna de liquido é dada pelo produto da massa especifica pela aceleração da gravidade local pela altura de fluido que este ponto está da superfície. P=ρ.g.ΔH (g=9,8 m/s2) ρ(h2o)=1kg/dm3) Massa especifica de um fluido é o quociente entre a sua massa e seu volume. ρ da água no SI =1000kg/m3 ρ da água no sistema técnico =101,94UTM/m3 ρ do mercúrio no SI=13595,1kg/m3 ρ no HG sistema TM=101,94UTM


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Lei de Stevin

Consideremos um recipiente contendo um líquido homogêneo de densidade , em equilíbrio estático. As pressões que o líquido exerce nos pontos e são, respectivamente:

Figura 13.1: Cilindro de área de base e altura

A lei de Stevin ou princípio hidrostático afirma que a diferença de pressão entre os pontos e será:

Ou seja, a diferença entre dois níveis diferentes, no interior de um líquido, é igual ao produto da sua massa específica pela aceleração da gravidade local e pela diferença de nível entre os pontos considerados.

Na realidade, temos que dividir a pressão num determinado ponto do líquido em dois tipos: i) pressão hidrostática: aquela que só leva em consideração o líquido:

e ii) pressão absoluta: aquela que leva em consideração o líquido e o ar sobre o líquido:


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Conseqüências da Lei de Stevin

No interior de um líquido em equilíbrio estático:

1. pontos de um mesmo plano horizontal suportam a mesma pressão; 2. a superfície de separação entre líquidos não miscíveis é um plano horizontal; 3. em vasos comunicantes quando temos dois líquidos não miscíveis temos que a

altura de cada líquido é inversamente proporcional às suas massas específicas (densidades);

Figura 13.2: Vasos comunicantes, com dois líquidos não miscíveis em equilíbrio.

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a diferença de pressão entre dois pontos dentro do fluído, depende apenas do seu desnível vertical ( ), e não da profundidade dos pontos. Peso especifico γ de uma substancia é o quociente entre o peso e o seu volume No sistema internacional SI (γ) da agua = 9,806,65 N/m3 No sistema técnico γda água= 1000kgf/m3


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=A formula fica : PA-PB=γHg*h – γH2o*h= h (γHg – γH2o) PA-PB=γ 1 H- γ 2H Exercício de Manômetro diferencial. Calcular a diferença de pressão entre dois pontos da tubulação A coluna lida no mercúrio mede 20cm A pressão do ponto PA =6kgf/cm2 (pressão antes do manômetro) Δh=20 cm (diferença da altura) PA_PB=h (γHg – γH2o)= 0,2*(13595-1000)=12595*0,2=2519PA=0,02519kgf/cm2 PB=6-0,0252=5,974 kgf/cm2

Princípio de Pascal

Pascal fez estudos em fluídos e enunciou o seguinte princípio: A pressão aplicada a um fluído em equilíbrio transmite-se integral e instantaneamente à todos os pontos do fluído e às paredes do recipiente que o contém.


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A Prensa Hidráulica

Uma das aplicações deste princípio é a prensa hidráulica como mostramos a seguir:

Figura 13.3: A prensa hidráulica.

Observe que:

Isso mostra que uma força pequena é capaz de suportar, no outro êmbolo, um peso

muito grande ( ), isso é muito utilizado, como por exemplo, em posto de gasolina.

A prensa hidráulica é o equivalente hidráulico do princípio da alavanca, de Arquimedes, usado na Mecânica. É bom lembrar que estas ``engenhocas" multiplicam realmente a força, mas não a energia. O trabalho mínimo necessário para elevar um carro é o mesmo,

independente da máquina que se utilize ( ).

Na prensa mostrada na Fig. 13.3, uma força (para baixo) deverá sef feita no êmbolo da direita, para manter o equilíbrio do sistema. Em geral, usa-se o êmbolo maior para suspender uma carga externa, ou levantar um objeto do chão (macaco hidráulico).


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Princípio de Arquimedes

Arquimedes, há mais de 200 anos a.C., estabeleceu que a perda aparente do peso do corpo é devido ao surgimento do empuxo, quando estamos mergulhados num líquido, como a água, por exemplo.

Os corpos mergulhados totalmente ou parcialmente, num fluido, recebem do mesmo uma força vertical, de baixo para cima, de intensidade igual ao peso do fluido deslocado, denominada empuxo.

Ou seja, se um corpo está mergulhado num fluido de densidade e desloca volume

do fluido, num local onde a aceleração da gravidade é , temos:

e como

a massa do fluido deslocado será

e portanto

e, de acordo com o Princípio de Arquimedes

ou simplesmente

ficando a nosso cargo a interpretação correta dos termos envolvidos.

Flutuação: Segundo o Princípio de Arquimedes, quando temos um corpo na superfície de um fluído cujo peso (do corpo) é anulado (igual em módulo) pelo empuxo que ele sofre antes de estar completamente submerso, o corpo irá flutuar sobre ele, quando abandonado. Baseado nessa aplicação são construídos todos os tipos de barcos e navios.


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Para um corpo de peso flutuando, a condição de equilíbrio deve ser satisfeita:

ou seja

Pode-se mostrar também que se um corpo tiver uma densidade média maior que a

densidade de um certo fluido, ele não poderá flutuar nesse fluído, e acabará afundando se for solto na sua superfície.

Pense um Pouco!

A pressão atmosférica varia com a altitude? Por quê?

Como pode um navio de ferro flutuar na água, já que ? Quando fechamos a porta de um pequeno quarto a janela (fechada) balança.

Explique. Mergulhando na água um objeto suspenso por um fio, você observa que a tração

no fio muda. Explique.

Exercícios de Aplicação

1. (UFRJ) O impacto de uma partícula de lixo que atingiu a nave espacial Columbia

produziu uma pressão da . Nessas condições e tendo a partícula , a nave sofreu uma força de: a) 100 N b) 200 N c) 400 N d) 800 N e) 1600N

2. Uma piscina com de profundidade está cheia com água. Considere

e e determine:

a) a pressão hidrostática a de profundidade; b) a pressão absoluta no fundo da piscina; c) a diferença de pressão entre dois pontos separados, verticalmente, por .


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3. (Clássico) Para determinar a pressão atmosférica, Torricelli fez a seguinte experiência: um tubo de vidro, de de comprimento, foi cheio de mercúrio e depois emborcado num recipiente contendo mercúrio; constatou que, ao nível do mar, o mercúrio no tubo mantém uma altura de acima da sua superfície livre (no recipiente). Se a densidade do

mercúrio é e a aceleração da gravidade local é de , qual a pressão atmosférica constatada por Torricelli?

4. Num posto de gasolina, para a lavagem de um automóvel de massa , o mesmo é erguido a uma certa altura. O sistema utilizado é uma prensa hidráulica. Sendo

os êmbolos de áreas e , e a aceleração da gravidade local de

, pergunta-se: a) em qual êmbolo deve-se apoiar o carro? b) em qual êmbolo deve-se pressionar para se sustentar o carro? c) qual a força aplicada no êmbolo para equilibrar o automóvel?

Exercícios Complementares

5. Água e óleo de densidades e , respectivamente, são colocados em um tubo em ``U". Sendo de a altura da coluna de óleo, determine a altura da coluna de água medida acima do nível de separação entre os líquidos.

6. Os icebergs são grandes blocos de gelo que vagam em latitudes elevadas, constituindo um sério problema para a navegação, sobretudo porque deles emerge apenas uma pequena parte, ficando o restante submerso. Sendo o volume total do iceberg e

a densidade do gelo, determine a porcentagem do iceberg que fica

acima da superfície livre da água, considerada com densidade igual a .

7. Uma bola com volume de e densidade média de encontra-se presa ao fundo de um recipiente que contém água, através de um fio conforme a figura.

Determine a intensidade da tração no fio que segura a bola (Considere ).


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Vazão: Define-se vazão como sendo o volume de fluido descarregado pela bomba por unidade de tempo (um rio pode ter sua vazão calculada se soubermos a velocidade da água (m/s) e a área da água que se desloca passando por uma ponte) Q(vazão)=Volume (m3/s) = velocidade x área Unidades em litros por minuto (LPM), Tempo ou galões por minuto (gpm) Viscosidade de um fluido é a resistência oferecida ao movimento relativo de uma molécula sobre a outra numa dada temperatura considerada. A viscosidade é dada pela relação entre a tensão de cisalhamento e a taxa de cisalhamento do fluido.

Viscosímetro Saybolt Consta de um tubo vertical metálico em cuja parte central inferior adapta-se o “orifício calibrado” que pode ser o “universal”, diâmetro 1,765 mm ou o “furol”, diâmetro 3,15 mm. O Conjunto fica imerso em um banho de óleo que envolve o tubo em toda sua extensão e que por finalidades básicas: a) no aquecimento ; propicia uniformidade na transferência de calor do banho para a amostra. b) na determinação ; manutenção da temperatura da amostra durante o escoamento. Na operação usam-se dois termômetros, um para a temperatura do banho (tb) e outro para a temperatura da amostra (ta), um cronômetro e um frasco receptor de 60 mL. A condição térmica de equilíbrio para a determinação da viscosidade Saybolt à temperatura , ta é : t b - t a 2º C Para determinar-se a viscosidade fecha-se o orifício com uma rolha a qual se prende uma corrente. Enche-se o tubo Saybolt com o óleo em análise e aquece-se o banho. Atingindo o equilíbrio térmico na temperatura desejada, retira-se a rolha e cronometra-se o tempo de escoamento de 60 mL da amostra. O tempo em segundo de escoamento de 60 mL da amostra, através o orifício calibrado do aparelho , nas condições padronizadas de ensaio é a viscosidade Saybolt na temperatura do equilíbrio térmico. Será SSU (Segundo Saybolt Universal) se o orifício for universal, será SSF(Segundo Saybolt Furol ) se o orifício for o Furol . SSF é recomendada para os derivados do petróleo que tem viscosidade superior à 1.000 SSU, tais como óleos combustíveis e outros produtos residuais. A palavra Furol deriva da expressão inglesa (Fuel and Road Oils) . O frasco receptor deve ser colocado em posição tal que o filete da amostra que sai do tubo atinja a parte mais larga do gargalo a fim de evitar a formação de espuma.


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O cronômetro deve ser travado no instante em que a parte inferior do menisco do óleo atinja o traço de referencia no gargalo do frasco receptor. Antecedendo a cada determinação deve-se limpar o tubo com óleo novo.

NÚMERO DE VISCOSIDADE S.A.E. PARA LUBRIFICANTES Por recomendação da Sociedade de Engenheiros de Automóveis (society of Automotiva Engineers) as companhias fabricantes designam cada um dos seus diferentes tipos de óleos com um determinado número de viscosidade S.A.E.

classificação S.A.E. de óleos lubrificantes SEGUNDOS SAYBOL

T UNIVERSAL

VISCOSIDADE

0º F (17,7ºC) 210ºF(98,9ºC)

S.A.E. Mínima Máxima Mínima (aprx.) Máxima ( aprx.) 5W - 6.000 38 -

10W 6.000 12.000 - - ou - 12.000 39 -

20W 12.000. 48.500 - - ou 48.500 44 - 20 44 <56 30 56 <68 40 68 <83 50 83 <106

Viscosidade Stokes Viscosidade A viscosidade dinâmica ou simplesmente viscosidade é o coeficiente de atrito interno entre as várias camadas de um fluído em movimento relativo. A unidade de viscosidade no sistema C.G.S. é o Poise (1 P = 1 g s-1cm-1). Os submúltiplos são: centipoise (1cP =10-2 P) e o micropoise (1P=10-6 P). A relação com o sistema internacional é 10 P = 1 Kg.s-1m-1 (ou 10 P = 1 Pa.s). Na indústria utiliza-se com frequência a viscosidade cinemática, que é a razão entre a viscosidade dinâmica e a massa específica .

µ η

A unidade da viscosidade cinemática no sistema C.G.S. é o stokes, sendo 1 stokes(St) = 1 cm2 / s. Determinação da Viscosidade Suponhamos uma esfera de vidro de raio r, constituída por material da massa específica e, abandonada no interior de um líquido de massa específica g e coeficiente de viscosidade .= Consideremos g < e e admitamos que as dimensões transversais do recipiente que contém o líquido são praticamente infinitas quando comparadas com o diâmetro da esfera. As três forças que actuam sobre a esfera são: P - peso da esfera I - impulso do líquido sobre a esfera F - força de atrito viscoso que se opõe ao movimento

Viscosímetro de Stokes


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P e I são forças constantes, mas F depende de v (velocidade). Durante um intervalo de tempo inicial a partir do momento em que a esfera é abandonada, Fé uma função crescente do tempo, mas a partir do instante em que: F é constante e o movimento passa a ser retilíneo e uniforme com velocidade v0.

A viscosidade cinemática Centi Stokes também é conhecida como viscosidade ISO Viscosidade em função do tipo de bomba para funcionamento até temperatura de 40ºc Bomba de palhetas abaixo de 70 bar viscosidade recomendada 32-68 cSt Bomba de palhetas acima de 70 bar viscosidade recomendada 68-100 cSt Bombas de engrenagens 32-68 cSt Bomba de pistão 32-68 cSt

Viscosidade dinâmica: Para convertela em viscosidade dinâmica (cp) multiplique a viscosidade (CST) pela massa especifica do óleo.

Sabendo-se a viscosidade cinemática µ de um fluido poderemos sabe se ele tem escoamento laminar(calmo), intermediário ou turbulento(agitado ) Quanto mais laminar for o escoamento de um fluido menor o consumo de energia pra transportá-lo.

ESPECIFICAÇÃO DE LIMPESA DO FUIDO

CÓDIGO ISO 19/16/13

Visando padronizar o método usado para expressar o nível de contaminações de partículas em óleo hidráulico, a International Standarts Organization (ISO) desenvolveu a norma ISO 4406. A ISO 4406 é uma norma conhecida internacionalmente, que não apenas expressa o nível de contaminação do óleo hidráulico por partículas, como também é usada para especificar o


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nível exigido de limpeza para componentes e sistemas hidráulicos. A norma ISO 4406 é um sistema de classificação de pureza hidráulica, baseado no número de partículas de contaminação maiores que 2 microns, 5 microns, e 15 microns numa amostra de 1 mililitro do fluído. Uma vez determinados o número e o tamanho das partículas, os pontas são traçados num gráfico padronizado de números na faixa ISO. O formato de classificação ISO 4406 oferece três faixas de números que são separados por uma barra, por exemplo 20/14/12. O primeiro número corresponde ao número de partículas de tamanho superior a 2 microns. O segundo número corresponde número de partículas de tamanho superior a 5 microns, enquanto que o terceiro número corresponde ao número de partículas superior a 15 microns. Os requisitos de limpeza para os fluídos hidráulicos, lubrificantes e térmicos têm mudado significativamente nos últimos anos. Os padrões de limpeza aceitáveis há alguns anos não são mais suficientes para muitos sistemas hidráulicos de hoje.

componentes Código ISO Controle de servoválvulas 17/14/11 Válvulas proporcionais 18/15/12 Bombas/ motores de palheta ou pistão 19/16/13 Válvulas controle direcional 19/16/13 Bombas / motores de engrenagem 20/17/14 Fluido novo não usado 21/18/15

È importante fazer uma lavagem do sistema antes de montar , mangueiras, componentes usados. Troca de filtros para o sistema ser confiável.

Os filtros de sistemas hidráulicos podem ser vistos no site http://www.hdanet.com.br/

Escolha da bomba Hidráulica

Tipos de bomba Vide site http://www.boschrexroth.com/country_units/south_america/brasil/pt/catalogs/hidraulica_industrial/bombas_e_motores/index.jsp Bomba constante de pistões axiais Bomba de engrenamento externo Bomba de palheta vazão variável, pilotada Bomba de pistões axiais, regulador de potência


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Para calculo da bomba precisamos calcular qual a vazão do avanço e retorno de cada cilindro do sistema . somadas estas vazões serão a vazão requerida da bomba hidráulica. Vazão de avanço Qa A vazão da parte traseira do cilindro (maior área do embolo ) é simplesmente o volume da câmara traseira dividido pelo tempo de abertura do cilindro.

Volume da câmara traseira V = π D2 x Curso 4

Qa= V ou Q = velocidade de avanço x área traseira T

T= tempo de abertura do cilindro desejado. Vazão de retorno Qr

A vazão da parte frontal do embolo é a diferença do volume da câmara dianteira descontando o volume da haste dividido pelo tempo de abertura do cilindro. Volume da camara traseira V = π( D2 –d2 ) x Curso 4 Qr= V T VAZÃO INDUZIDA Dependendo da diferença de pressão entre as camaras de avanço e retorno a vazão pode ser maior ou menor que a fornecida pela bomba Sabendo –se a velocidade de avanço podemos calcular a vazão induzida de avanço por: Qia=va x AC= Qia= vazão induzida de avanço (cm3/min)


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va= velocidade de avanço (cm/min) AC = área do cilindro AC= π D2 4 Da mesma forma poderemos calcular a vazão induzida de retorno por usando Ar= diferença das áreas do embolo menos a área da haste.: Qir= QB Ar Lembrando que Q=v . Ar Vazão é o produto da área pela velocidade do fluido Devemos considerar o rendimento volumétrico da bomba pois os vazamentos internos diminuem o volume deslocado. (este rendimento cai com o desgaste da bamba ) Exercício exemplo de cálculo: Vg= Volume de absorção (cm3/rotação) MT= Torque absorvido (N.m) ηv=Rendimento volumétrico- Hidráulico (0,91-093) (adimensional) n=Rotação da bomba ( motor elétrico/combustão) ηmh=Rendimento mecânico- hidráulico (0,82-0,97) ηt= Rendimento total da bomba (l/min) QB= vazão da bomba (l/min) N= Potência Absorvida( kW) Calcular uma bomba hidráulica para elevar a pressão de ΔP=100 bar com uma vazão de QB=32,6 l/min supondo que esteja acoplada a um motor elétrico de rotação = 1750 RPM, Calcule o volume deslocado por rotação Vg, a potência e o torque (momento torçor) MT a)Calculo do volume deslocado por rotação.

Vg=1000 . QB = 1000 x 32,6 = 20,24 cm3 N . ηv 1750x 0,92 rotação

b)Calculo do Torque (Momento Torçor) Mt=. QB x ΔP = 32,6 x100 = 37,5 Nm 100 . ηmh 100x0,87

d)Calculo da potencia do Motor N= MT x n = 37,5 x 1750= 6,87 kW 9549 9549 Para mantermos a velocidade sob controle sem haver cavitação precisamos calcular o numero de Reynolds (desgaste da bomba por cavitação ocorre quando o fluido vira gás dentro do tubo explodindo as paredes da bomba) Numero de Reynolds Para dutos de seções circulares o numero de Reynolds (Re)

Re = v . dt Viscosidade Stokes

V= velocidade do fluido em cm/s Dt= diâmetro do tubo em cm Viscosidade Stokes=viscosidade cinemática (Stokes). Re= numero de Reynolds é adimensional não tem unidade


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Calculando este numero de Reynolds teremos escoamento laminar para números menores que < 2000 . Calculando Reynolds e o resultado estiver acima de >2300 será turbulento Entre os dois valores será intermediário.

Velocidades do óleo para sistemas hidráulicos A fim de obter menor perda de carga possível e garantir um regime laminar no escoamento do óleo, são aplicadas alguns critérios para as seguintes condições de funcionamento Comprimento de tubulação menor que 20 metros Vazões compreendidas entre 20 a 200 litros por minuto LPM Variações moderadas de temperatura TUBULAÇÃO Pressão (bar) 20 50 100 >200 Tubulação de pressão

300 400 500 600 velocidade

Tubulação de retorno

300 (cm/s)

Tubulação de sucção

100

A FORMULA PRÁTICA DA VELOCIDADE RECOMENDADA DE DE PROJETO É (1/3,3) Velocidade=121,65.P Para calculo do diâmetro Dt / Q_____ Dt= √ 0,015 π.v Q= em litros/min v=cm/s Dt diâmetro em cm 0,015 fator de conversão

TUBULAÇÕES Tubulação para linhas de sistemas hidráulicos são tubos especiais feitos para resistir a pressão de trabalho do fluido (250 kgf/cm2) geralmente são tubos sem costura feitos de aço carbono.


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O que determina a resistência do tubo é sua composição química e de acordo com sua composição terá uma aplicação: Tubos Aço Carbono são para uso com óleo hidráulico com ambiente não corrosivos, Tubo de Aço Inoxidável è usado em locais de ambiente corrosivos ou com fluidos hidráulicos corrosivos (industria aeronáutica trem de pouso usa óleo agressivo SKYDROL) Tubos de aço carbono

Veja que quanto maior o teor de carbono maior sua resistência a ruptura C=0,25% ruptura 34 Kg/mm2 maior quantidade de carbono C=0,35% ruptura de 48kgf/mm2 A escolha de uma tubulação é fundamental para o sucesso do projeto : Todo projetista deve especificar os materiais de um projeto de forma bem clara e que contenha as normas de fabricação de cada componente - Dados da lista de material para constar no projeto. - Características do fluido a ser conduzido pela tubulação índice de corrosão (mm/ano), exigência de não contaminação - Limites de pressão e de temperatura máximos e mínimos - Diâmetros máximos e mínimos dos tubos (tolerância dimensional) - Flanges de ligação dos tubos ou tipos de roscas para as conexões - Sobre espessura de parede a ser adotada para uma vida útil de Nº de anos Tubos de aço inox Os tubos de aço inox são recomendados para locais de altas temperaturas ou locais frios sub-zero uma vez que o aço carbono fica frágil em baixas temperaturas. Veja na composição destes aços elementos de liga como cromo CR , Níquel NI, Molibdenio MO, Titânio Ti , Niobio Tantalo e outros. As ligas recomendadas são da linha 300 pois possuem uma estrutura cristalina Autenitica que a torna anti corrosiva.


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As linhas de transmissão de fluidos podem ser rígidas(tubos)ou flexíveis (mangueiras)


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Para se comprar uma tubulação deve-se compor um Part Number (PN) como descrito acima TN é o código do fabricante para tubo sem costura + diâmetro externo em mm multiplicado por 10 (16mm =160 na especificação) + diâmetro interno em mm multiplicado por 10 (13mm =130 na especificação) Obs : O PN fica então TN 160130

Conexões Hidráulicas

As tubulações são montadas com conexões roscadas e sistema de anel de penetração (anilha) que cravam no tubo firmemente impedindo vazamentos


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Conexão Flangeada

Para se montar uma bomba hidráulica precisa-e de uma extremidade com furos e assento para um anel de vedação então usamos uma extremidade flangeada que geralmente é soldada na extremidade do tubo. Para tubulações de diâmetro grande usa-se flanges maiores com extremidade rosqueadas ou soldadas

Toda junta flangeada exige junta que é o elemento de vedação devem ao ser apertadas impedir que os tubos separem , resistir temperatura, corrosão e desgaste por atrito.


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A Equação de Bernoulli A Equação de Bernoulli é uma equação que leva em consideração toda energia envolvida no sistema a ser calculado . Se o fluido está se deslocando ele possui energia cinética. Se está caindo tem energia de altura ou gravitacional , se é acionado por uma bomba hidráulica tem energia de pressão. Para entendermos um fenômeno precisamos isolá-lo do meio que se encontra. Chamamos limite de controle esta barreira que isola nosso fluido de fenômenos estranhos ao estudo (vibração, radiação térmica, reações químicas mudança de estado etc). Para se dimensionar um sistema hidráulico qualquer precisamos levar em conta: Energia potencial do fluido Energia cinética do fluido Energia de pressão do fluido Perda de cargas singulares (nos cotovelos,válvulas, estrangulamentos) Perda de carga distribuída (nas mangueiras,tubos ao longo do percurso) Para bombas que estão acima do nível do reservatório temos que considerar a distancia da bomba até o nível do liquido. NPSH (Net Positive Suction).

Em dinâmica dos fluidos, a equação de Bernoulli, atribuída a Daniel Bernoulli, descreve o comportamento de um fluido que se move ao longo de um tubo. Há basicamente duas formulações, uma para fluidos incompressíveis e outra para fluidos compressíveis.

A forma original, que é para um fluxo incompressível sob um campo gravitacional uniforme (como o encontrado na Terra), é:

ou v = velocidade do fluido ao longo do conduto g = aceleração da gravidade h = altura com relação a um referencial p = pressão ao longo do conduto ρ = densidade do fluido

As seguintes convenções precisam ser satisfeitas para que a equação se aplique:

Escoamento sem viscosidade ("fricção" interna = 0) Escoamento em estado estacionário Escoamento incompressível (ρ constante em todo o escoamento) Geralmente, a equação vale a um conduto como um todo. Para fluxos de potencial

de densidade constante, ela se aplica a todo o campo de fluxo. A redução na pressão que ocorre simultaneamente com um aumento na velocidade, como previsível pela equação, é frequentemente chamado de princípio de Bernoulli. A equação é dedicada a Daniel Bernoulli, embora tenha sido apresentada pela primeira vez da forma como está aí por Leonhard Euler. Uma segunda forma, mais geral, da equação de Bernoulli pode ser escrita para fluidos compressíveis:

Aqui, φ é a energia potencial gravitacional por unidade de massa, que vale apenas φ = gh no caso de um campo gravitacional uniforme, e w é a entalpia do fluido por unidade de


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massa. Observe que onde ε é a energia termodinâmica do fluido por unidade de massa, também conhecida como energia interna específica ou sie. A constante no lado direito da equação é frequentemente chamada de constante de Bernoulli e indicada pela letra "b". Para o escoamento adiabático sem viscosidade e sem nenhuma fonte adicional de energia, "b" é constante ao longo de todo o escoamento. Mesmo nos casos em que "b" varia ao longo do conduto, a constante ainda prova-se bastante útil, porque está relacionada com a carga de pressão no fluido. Quando um choque está presente, muitos dos parâmetros envolvidos na equação de Bernoulli sofrem grandes modificações ao passar pelo choque. A constante de Bernoulli, porém, não se altera. A única exceção à essa regra são os choques radioativos, que violam as convenções que levam à equação de Bernoulli, como a falta de vazões ou fontes de energia. MEDIDAS DE FOLGAS DE COMPONENTES: Os sitemas Hidráulicos necessitam de óleo sem contaminação e dentro da temperatura de projeto. Ter uma idéia do tamanho da contaminação é importante Substância tamanho microns polegadas Grão de sal refinado 100 0,039 Cabelo humano 70 0,027 Limite da visão humana 40 0,016 Farinha de trigo 25 0,001 Células vermelhas do sangue

6 0,003

bactéria 2 0,0001

TABELA DE FOLGAS DE COMPONENTES PARA SE TER IDÉIA DOS TAMANHOS DOS CONTAMINANTES. ( 1μ=0,001mm)

COMPONENTE MICRONSROLAMENTO DE ROLOS E ESFERAS 0,5 BOMBA DE PALHETA 0,5-1 BOMBA DE ENGRENAGEM 0,5-5 SERVO VÁVULA (CARRETEL – CORPO)

1-4

MANCAIS COM PRESSÃO DE ÓLEO 1-25 PISTÃO HIDRÁULICO 5-40 VALVULA DE DESCARGA uso comum 18-63 ATUADORES 50-250 ORIFICIO DE SERVO VÁLVULAS 130-450


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Válvula 2 posições com três vias e acionamento manual por alavanca

retorno com mola vide o site abaixo

http://www.boschrexroth.com/country_units/south_america/brasil/pt/catalogs/hidraulica_industrial/valvulas_direcionais/index.jsp


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[


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Tipos de bombas hidráulicas Bombas são máquinas que transferem energia a um fluido com objetivo de deslocar um volume (vazão) ou transmitir uma energia de pressão para realizar um trabalho. Bombas hidrodinâmicas : São bombas de deslocamento não positivo usadas para bombeamento de fluidos cuja resistência é criada pela altura manométrica (altura da caixa de água) e pelo atrito do fluido. Estas bombas não se arrebentam quando se fecha o tubo de saída da bomba. BOMBA CENTRIFUGA COM ROTOR ABERTO BOMBA CENTRIFUGA COM ROTOR FECHADO

BOMBA CENTRIFUGA KSB Obs: A VAZÃO DEPENDE DO DIAMETRO DO ROTOR E DA RPM.

BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO PODE SE CONTROLAR A QUANTIDADE EXATA DE BOMBEAMENTO


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NESTA BOMBA DE PALHETA VEMOS QUE O FLUIDO É SUCCIONADO PELA ENTRADA E O VOLUME DA CAMARA AUMENTA NO SENTIDO DO GIRO, ATINGE SEU MÁXIMO LOGO EM SEGUIDA COMPRIME ATÉ SER EXPELIDO PELA SAIDA.


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Cavitação: E´ um fenômeno que envolve rápida evaporação do fluido de maneira explosiva provocando arrancamento de material das pás das bombas ou turbinas e diminuem a vida útil das bombas. Efeito diesel : (combustão espontânea do óleo hidráulico )Um hidrocarboneto (derivado do petróleo) em contato com oxigênio provoca uma reação de combustão espontânea . Ou seja , qualquer liquido ou graxas derivados de petróleo ao encontrar com oxigênio livre se inflama de maneira explosiva. Para evitar este acidente os fluidos Hidráulicos de avião são produtos sintéticos não inflamáveis . Acumuladores de pressão ou acumuladores hidráulicos. Grandes sistemas hidráulicos apresentam flutuação da pressão devido a existência de ar dissolvido no óleo , vazamentos interno nos componentes e golpe de aríete. Para minimizar a variação na pressão instala-se um acumulador. Se você tiver um acumulador entre a válvula de retenção e o atuador (cilindro) quando a pressão do sistema cair o acumulador mandará pressão para o sistema evitando que a pressão caia. O sistema fica estável e se houver uma flutuação na linha o acumulador absorve. Ex. : No caso de uma prensa de madeira aglomerada a elevada pressão associada a inércia dos grandes cilindros levam a um golpe de aríete (aumento de pressão) toda vez que a prensa fecha se sobre o pó de serra. Um sistema de acumuladores absorve este impacto no fluido pois caso contrário a tubulação se romperia. Funções do acumulador Compensar vazamentos Fonte de potencia auxiliar Compensador de Volume Absorvedor de ondas de pressão (choques) ou golpe de aríete


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Circuito regenerativo

Exercicios de montagem

O circuito regenerativo surgiu com objetivo de otimizar tempos não produtivos durante os ciclos das operações de máquinas operatrizes, minimizando tempos improdutivos como no caso de retorno da mesa em retíficas, furadeiras etc. A vazão da câmara anterior junta-se com a vazão da posterior de um cilindro e acabam se somando . As forças F1 (avanço) e F2 (retorno) se anulam sobrando então F regenarada= F1-F2 Mas como as maquinas não precisam de grande força para o recuo ganha-se em velocidade e reduz-se o tempo de produção.


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Bancada Hidráulica Festo (semelhante a da Parker)

A bancada Hidráulica é composta de unidade hidráulica , bancada e uma série de

componentes de acionamento manual, hidráulico ou elétrico.

A leitura de um circuito hidráulico é obrigatória para um Professional da érea de

automação assim devemos memorizar um circuito básico e os símbolos que serão

usados.

Unidade hidráulica fornece óleo pressurizado com pressões de 60 bar para fins

didáticos mas na prática podem ir até 380 bar (Rexroth) ou para altas pressões até

4000 bar ( Hight Pressure)

Importante verificar o nível do óleo do tanque e entender quais as saídas e retornos

disponíveis neste sistema.

Diferentemente dos sistemas pneumáticos obrigatóriamente todo sistema hidráulico

deverá ter retorno para tanque


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Antes de montar verifique as inscrições das Letras A,B., T, P estas letras significam

as saídas A e B e a letra T que é retorno para tanque. A letra P significa entrada da

via de alimentação na pressão gerada.

Antes de pressurizar o sistema verifique se todas as conexões foram bem plugadas

nos seus respectivos engates.

Veja se as fiações não estão em curto.

Sistema Manifold de distribuição de vias de entrada e saída do sistema


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OBSEVE: Na válvula da Rexroth precisamos montar o comando no bloco da válvula para

isso precisamos consultar o catálogo


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Montagem de circuitos Ex 1 Neste exercício usaremos uma válvula duplosolenoide 4/3 vias centro fechado com retorno por molas. O circuito elétrico tem um intertravamento e selo.


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EX2: Neste exemplo damos uma aplicação de um sistema hidraulico com válvula 4/2 vias simples solenóide de retorno por mola , com um rele de tempo ( temporizador 5 segundos)


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PRINCIPIOS DA PNEUMÁTICA

Gases perfeitos

Leis: Geral, Boyle, Gay-Lussac, Charles e Clayperon

Paulo Augusto Bisquolo* Especial para a Página 3 Pedagogia & Comunicação Os gases perfeitos obedecem a três leis bastante simples, que são a lei de Boyle, a lei de Gay-Lussac e a lei de Charles. Essas leis são formuladas segundo o comportamento de três grandezas que descrevem as propriedades dos gases: o volume, a pressão e a temperatura absoluta.

A lei de Boyle

Essa lei foi formulada pelo químico irlandês Robert Boyle (1627-1691) e descreve o comportamento do gás ideal quando se mantém sua temperatura constante (transformação isotérmica). Considere um recipiente com tampa móvel que contem certa quantidade de gás.

Aplica-se lentamente uma força sobre essa tampa, pois desse modo não alteraremos a temperatura do gás.

Observaremos um aumento de pressão junto com uma diminuição do volume do gás, ou seja, quando a temperatura do gás é mantida constante, pressão e volume são grandezas inversamente proporcionais. Essa é a lei de Boyle, que pode ser expressa matematicamente do seguinte modo:


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Onde k é uma constante que depende da temperatura, da massa e da natureza do gás. A transformação descrita é representada na figura a seguir em um diagrama de pressão por volume:

Na matemática, essa curva é conhecida como hipérbole eqüilátera.

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.


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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

A lei de Gay-Lussac

A lei de Gay-Lussac nos mostra o comportamento de um gás quando é mantida a sua pressão constante e variam-se as outras duas grandezas: temperatura e volume. Para entendê-la, considere novamente um gás em um recipiente de tampa móvel. Dessa vez, nós aqueceremos o gás e deixaremos a tampa livre, como mostra a figura abaixo:

Feito isso, veremos uma expansão do gás junto com o aumento de temperatura. O resultado será uma elevação da tampa e, consequentemente, um aumento de volume. Observe que a pressão sobre a tampa - nesse caso a pressão atmosférica - se mantém constante.

A lei de Gay-Lussac diz que em uma transformação isobárica (pressão constante), temperatura e volume são grandezas diretamente proporcionais. Essa lei é expressa matematicamente da seguinte forma:


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Onde k é uma constante que depende da pressão, da massa e da natureza do gás. Em um gráfico do volume em função da temperatura, teremos o seguinte resultado:


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A lei de Charles

Nos casos anteriores, mantivemos a temperatura do gás constante e depois a sua pressão. Agora manteremos o volume constante e analisaremos os resultados desse procedimento. Considere novamente o nosso recipiente de tampa móvel. Dessa vez travaremos a tampa, pois assim deixaremos o volume do gás constante. Após isso iniciaremos o seu aquecimento, como ilustra a figura abaixo.

Ao sofrer esse aquecimento, o gás irá tentar se expandir, mas isso é algo que não ocorre pois a tampa está travada. O resultado será o aumento da pressão do gás sobre as paredes do recipiente.

A lei de Charles descreve essa situação, ou seja, em uma transformação isométrica (volume constante), a pressão e a temperatura serão grandezas diretamente proporcionais. Matematicamente, a lei de Charles é expressa da seguinte forma:

Onde k é uma constante que depende do volume, da massa e da natureza do gás. O gráfico da pressão em função da temperatura absoluta fica da seguinte forma:


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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


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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.

A Equação de Clapeyron

Vimos através das três leis anteriores como um gás perfeito se comporta quando mantemos uma variável constante e variamos as outras duas. A equação de Clapeyron pode ser entendida como uma síntese dessas três leis, relacionando pressão, temperatura e volume. Em uma transformação isotérmica, pressão e volume são inversamente proporcionais e em uma transformação isométrica, pressão e temperatura são diretamente proporcionais. Dessas observações, podemos concluir que a pressão é diretamente proporcional à temperatura e inversamente proporcional ao volume. É importante também salientar que o número de moléculas influencia na pressão exercida pelo gás, ou seja, a pressão também depende diretamente da massa do gás. Considerando esses resultados, Paul Emile Clapeyron (1799-1844) estabeleceu uma relação entre as variáveis de estado com a seguinte expressão matemática:

Onde n é o número de mols e R é a constante universal dos gases perfeitos. Essa constante pode assumir os seguintes valores:

A equação geral dos gases perfeitos

Considere uma determinada quantidade de gás ideal confinado em um recipiente onde se pode variar a pressão, o volume e a temperatura, mas mantendo-se a massa constante, ou seja, sem alterar o número de mols. A partir da equação de Clapeyron, podemos estabelecer a seguinte relação:


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Como foi descrito o número de mols n e R são constantes. Conclui-se então:

Isto é, se variarmos a pressão, o volume e a temperatura do gás com massa constante, a relação acima sempre dará o mesmo resultado. Para entender melhor o que isso significa, observe a figura abaixo:

Temos o gás ideal em três estados diferentes, mas se estabelecermos a relação de pressão, volume e temperatura descritos na primeira equação, chega-se aos seguintes resultados.

Observe que as três equações dão o mesmo resultado, o que significa que elas são iguais. Então, podemos obter a seguinte equação final:


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CONSEQÜÊNCIAS DAS LEIS BOYLE, GAY-LUSSAC, CHARLES E CLAYPERON Podemos usar como aproximação as leis acima para estimativas de cálculos de pressão temperatura e volume mas as tabelas de propriedades do ar são mais complexas de se obter. Boyle, Gay-Lussac, Charles e Clayperon

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.


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Figura 3 - Coluna de pressão atmosférica

Recordando os conceitos: FLUIDO: É qualquer substancia capaz de escoar e assumir a forma do recepiente que o contém. Nos sistemas Hidráulicos temos vários fluidos que são usados para transmissão de pressão. Água: A água tratada contém sais de cálcio e magnésio alem de cloro se formos usar uma água de torneira pra transmitir potencia poderemos danificar nossos sistemas rapidamente. Incrustação corrosão e baixo ponto de ebulição podem ser os fatores que inviabilizam o seu uso. Obs: se quisermos usar água teremos que tratá-la com desmineralizante(retira os sais) e adicionar óleo solúvel O ar dissolvido na água contém oxigênio e hidroxilas (OH+)que são as moléculas que fazem a corrosão. Óleos: Os óleos podem ser minerais (derivados do petróleo) , vegetais (extraídos de plantas) ou sintéticos (obtido por polimerização de hidrocarbonetos). Veja os óleos tem uma desvantagem eles pegam fogo portanto confira o ponto de fulgor do óleo e a temperatura de funcionamento do seu sistema. Os fabricantes de óleo dão em seus catálogos as propriedades veja esta série Hyspin da Castrol o flash point (ponto de fulgor) é de 205 a 232 ºC ou seja (450ºF) o numero é a sua viscosidade AWS

Test Results Hyspin AWS 22

Hyspin AWS 32

Hyspin AWS 46

Hyspin AWS 68

Hyspin AWS 100

HyspinAWS150

Viscosity Grade 22 32 46 68 100 150 Viscosity, ASTM D-445,

@ 40°C, mm2/sec

@ 100°C, mm2/sec

22.9 4.4

30.4 4.18

45.89 6.72

67.8 8.5

103.6 11.8

152.9 15.1

Viscosity Index, ASTM D-2250

105 100 100 98 98 98

Flash Point, ASTM D-92, °C / °F

205 / 401 210 / 411 215 / 420 226 / 440 226 / 440 232 / 450

Copper Strip Corrosion ASTM D-130,

3 hrs. @100°C índice de corrosão

1B 1!B 1B 1B 1B 1B

Rust, ASTM D-665, A&B Pass Pass Pass Pass Pass Pass Pour Point, ASTM D-97 C/F -32/-26 -32/-26 -26/-15 -26/-15 -15/5 -15/5

Specific Gravity @ 60°F, ASTM D-1298

0.86 0.87 0.88 0.88 0.89 0.89


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Portanto os óleos evitam corrosão, evitam espuma (bolhas de ar fazem as peças hidráulicas entrarem em contato e se desgastarem ), formação de goma e provocar incrustação, anti espumante, não rompem a película lubrificante ou seja resistem a extrema pressão. Os Óleos são os fluidos mais usados nos sistemas aeronáuticos usa-se o SKYDROL(SKYDROL® 500B4 Fluido hidráulico resistente ao fogo) pois os sistemas Hidráulicos aeronáuticos trabalham com temperaturas extremas. Ar comprimido: E um fluido usado para transmissão de potencia mas deve ser tratado eliminando sua água, partículas sólidas odor e adicionando óleo para sistemas como cilindros ou motores pneumáticos.

PROPRIEDADE DO AR COMPRIMIDO

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 :

FORÇA

Força Aplicada e Pistão Comprimido

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.

Força Solta e Pistão Distendido

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.


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Figura 6 - Expansibilidade do gás

V Á L V U L A S DE C O N T R O L E DE P R E S S Ã O

Regulador de pressão

Válvula limitadora de pressão (v. de alívio)

Válvula de seqüência

Válvula de seqüência com válvula de retenção

Unidade de condicionamento (f iltro, regulador e lubrif icador)

6.1 Manômetro

Instrumento utilizado para medir e indicar a intensidade de pressão do ar

comprimido, óleo etc.


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6.2

6.3 Lubrificador

Utilizado para lubrificar as partes internas móveis dos componentes

pneumáticos, facilitando seus movimentos e diminuindo os efeitos desgastastes

provocados pelas forças de atrito.

6.4.1 Óleos recomendados

Shell - Shell Tellus C - 10

Esso - Turbine Oil - 32

Esso - Spinesso - 22

Mobil Oil - Mobil Oil DTE - 24

Valvoline - Valvoline R - 60

Castrol - Castrol Hyspin AWS - 32

Lubrax - HR 68 EP

Lubrax _ IND CL 45 Of

Texaco - Kock TEX – 100

TIPOS DE VÁLVULAS

V Á V U L A S D E F L U X O


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Válvula de retenção (v. unidirecional)

Válvula de retenção pilotada

Válvula de retenção pilotada

Válvula redutora de f luxo f ixa

Válvula redutora de f luxo variável

Válvula redutora de f luxo variável, com retenção

Válvula de bloqueio 2 vias NA

Válvula de bloqueio 2 vias NF

Válvula de 2 pressões (válvula " E " )

Válvula alternadora ou seletora (válvula " OU " )

Válvula de escape rápido

15 - VÁLVULA REDUTORA DE FLUXO VARIÁVEL COM RETENÇÃO Também conhecida como "válvula reguladora de velocidade", nesta válvula a regulagem de fluxo é feita somente em uma direção. Uma válvula de retenção fecha a passagem numa direção e o ar pode fluir somente através da área regulada. Em sentido contrário, o ar passa livre através da válvula de retenção aberta. Empregam-se estas válvulas para a regulagem da velocidade em cilindros ou motores pneumáticos. Regulagem da entrada do ar (regulagem primária) Nesta situação, a regulagem de fluxo é feita somente no sentido de pressão do ar para a unidade acionadora (cilindro pneumático). O retorno do ar é livre, através da válvula de retenção. Regulagem de Exaustão (regulagem secundária) A regulagem é feita na exaustão do ar que volta do cilindro pneumático. Na entrada da pressão, a válvula de retenção permite o fluxo livre. OBS. - a válvula reguladora de fluxo melhora em muito, a conduta do avanço dos cilindros pneumáticos, é comumente encontrada em suas linhas de atuação, e deve ser posicionada sempre na linha de exaustão do ar.

Figura 18 - Válvula redutora de fluxo variável com retenção


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16 – VÁLVULA LIMITADORA DE PRESSÃO São as válvulas de alívio de pressão que limitam a pressão de ar do circuito pneumático, em caso de falha do regulador de pressão. Sua regulagem deverá estar sempre acima da pressão de trabalho do regulador e, em caso de falha deste, ela entrará em funcionameno limitando a pressão do circuito. O excesso de ar é enviado à atmosfera.

Figura 19 - Válvula limitadora de pressão 17 - VÁLVULA ALTERNADORA (FUNÇÃO LÓGICA "OU") Também chamada "válvula de comando duplo ou válvula de dupla retenção". Esta válvula tem duas entradas, X e Y, e uma saída A. Entrando ar comprimido em X, a esfera fecha a entrada Y e o ar flui de X para A. Em sentido contrário, quando o ar flui de Y para A e a entrada X será fechada. Esta válvula também seleciona os sinais das válvulas pilotos provenientes de diversos pontos e evita o escape do ar através de uma segunda válvula. Ela é muito utilizada quando se precisa garantir o acionamento de um cilindro pneumático, por duas fontes distintas. Estando no caminho de atuação do cilindro, ela garante sempre seu acionamento por qualquer uma das fontes (muito útil em situações de emergências). Ver figura no final da apostila.

Figura 20 – Válvula alternadora “ OU “ 3. PREPARAÇÃO DO AR COMPRIMIDO

- PREPARAÇÃO DO AR COMPRIMIDO PARA ACIONAMENTO DE ATUADORES Somente na prática é que encontramos exemplos onde se deve dar muito valor à qualidade do ar comprimido. Impurezas em forma de partículas de sujeira ou ferrugem, restos de óleo e umidade levam, em muitos casos à falha em instalações e avarias nos elementos pneumáticos. devido a isso, todo sistema pneumático deve possuir elementos que provoquem a filtragem e a devida limpeza do ar a ser utilizado. Na preparação do ar comprimido a ser utilizado no sistema, encontramos três elementos básicos: Filtro de sólidos , filtro de água(pode se colocar filtro de carvão ativado pra tirar cheiro), Regulador de Pressão e Lubrificador.

4.

4.1 Reservatório de ar comprimido


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Um sistema de ar comprimido é dotado, geralmente, de um ou mais

reservatório, desempenhando grandes funções junto a todo o processo de produção. (Fig

1)

4.2 Funções do reservatório

Armazenar o ar comprimido.

Resfriar o ar auxiliando a eliminação do condensado.

Compensar flutuações de pressão em todo o sistema de distribuição.

Estabilizar o fluxo de ar.

Controlar as marchas dos compressores, etc. 4.3 Desumidificação do ar

A presença de umidade no ar é sempre prejudicial para as automatizações

pneumáticas, pois causa sérias conseqüências. Podemos retirar a água com purgadores

de linha tanques de decantação ou sistemas de resfriamento.

Vide(http://www.ecoair.com.br/drenos/default.htm)


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0

0

Filtro

Filtro & Separador automático

Filtro com dreno manual

Filtro Coalescente com dreno manual

Filtro Coalescente com dreno automático

Filtro Coalescente

Filtro Coalescente

Secador

Lubrif icador

Resfriador

Silenciador

Silenciador com regulagem de escape

Manômetro

Indicador de pressão

Manômetro de pressão diferencial

Verde

4.4 Conseqüência da água nas linhas de ar comprimido

Oxidação das tubulações e componentes pneumáticos;

Destruição da película lubrificante (acarretando desgaste prematuro e reduzindo a vida

útil das peças, válvulas, cilindros, etc.);

Arrasta partícula sólida que prejudicam o processo;

Aumenta o índice de manutenção;

Não aplicável a instrumentação (acarreta inutilização dos instrumentos)

Não permite a aplicação em equipamentos de pulverização.

Veja a linha de filtros pneumáticos parker

http://www.parker.com/portal/site/PARKER/menuitem.c919d327f6ff33b51e9e710c237ad1c

a/?vgnextoid=0074e0190766f110VgnVCM10000048021dacRCRD&vgnextfmt=PT


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5. UNIDADE DE CONDICIONAMENTO (LUBREFIL)

Consiste de um filtro ar, um regulador de pressão com manômetro e

lubrificador.

5.1 Filtro de ar

Tem por função reter as impurezas suspensas no fluxo de ar e em suprimir

ainda mais a umidade presente (Fig. 8).

5.1.1 Elementos filtrantes

Bronze sinterizado

Malha de nylon

6.1.2Tipos de drenos de filtros

6.3.2.1 Dreno manual

Para eliminação do condensado retido é necessária a interferência do

homem (Fig. 9).

6.1.2.2 Dreno automático

A eliminação do condensado faz-se possível sem a necessidade da

interferência humana (Fig. 10).

6.4 Regulador de pressão

Unidade de condicionamento ou lubrefil

Fig.6 Fig.7

Fig.8

Fig.9 Fig.10


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Manter constante a pressão de trabalho (pressão secundária), independente das

flutuações da pressão de na entrada (pressão primária) quando acima do valor

regulado. A pressão primária deve ser sempre superior a pressão secundária,

independentemente dos picos.

Funciona como válvula de segurança

Compensar automaticamente o volume de ar requerido pelos equipamentos

pneumáticos.

18 – ACIONAMENTO DE ATUADORES PNEUMÁTICOS Os atuadores pneumáticos, cilindros ou motores, são sempre acionados pelas válvulas direcionais. Veremos a seguir uma série de acionamentos:

18.1 – ACIONAMENTO DE ATUADORES PNEUMÁTICOS DE AÇÃO SIMPLES

0

Compressor 90 PSI

Unidade de Condicionamento 70 PSI

Válvula de bloqueio 2/2 vias NF

Cilindro simples ação retorno por mola

Cilindro simples ação avanço por mola

Cilindro simples ação sem mola

Motor pneumático unidirecional

V. dir 3/2 viasbotão/mola NF

V. dir 3/2 viasbotão c/ trava NA

V. dir 3/2 viasalavanca/mola NF

V. dir 3/2 viaspedal/mola NF

Figura 21 – Acionamento de atuadores pneumáticos de ação simples


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18.2 – ACIONAMENTO DE ATUADORES PNEUMÁTICOS DE AÇÃO DUPLA

0

Compressor 90 PSI


Válvula de bloqueio 2/2 vias NF


V. dir 5/2 viasduplo-piloto

V. dir 5/3viasalavanca c/ trava

V. dir 4/2 viasalavanca/mola

Cilindro ação duplaCilindro ação dupla haste passante

Cilindro ação dupla sem haste

Motor pneumático bidirecional

V. Redutora f luxounidirecional c/ restrição

Figura 21 – Acionamento de atuadores pneumáticos de ação dupla

18.3 – CIRCUITO PNEUMÁTICO DE UMA PRENSA PNEUMÁTICA

0

Compressor 90 PSI




Cilindro simples ação retorno por mola

Válvula de 2 pressões

Figura 22 – Ckt pneumático de uma prensa pneumática

19 - FLUXO DE AR

O fluxo produz o movimento. Podemos visualizá-lo cada vez que abrimos uma torneira de água. O fluxo é o movimento do fluido causado pela diferença de pressão em dois pontos. A companhia de água cria uma pressão nos canos e, quando abrimos a torneira, a diferença de pressão força a água para fora. Nos circuitos pneumáticos, os compressores de ar criam a pressão que força o ar a executar um trabalho mecânico.Temos duas formas de medir o fluxo: pela velocidade ou pela vazão.

Velocidade do fluido é a velocidade média de suas partículas ao passar por um certo ponto. Ela é medida geralmente em metros por segundo (m/seg) ou metros por minuto (m/min) e também polegadas por minuto (pol/min) ou pés por minuto (feet/min) no sistema inglês.


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A vazão é o volume de fluido que passa por um ponto na unidade de tempo. Geralmente é dada em pés cúbicos por minutos ou metros cúbicos por minuto. Na aviação usa-se libras por minuto (PPM – Pounds Per Minute).

Poucos são os usuários que têm uma noção de quanto custa o ar comprimido. A maioria o considera uma fonte de energia barata, daí o engano desses usuários. O custo do ar comprimido é de aproximadamente U$ 0,30 para cada 1000 pés cúbicos por minuto ou 28 metros cúbicos por minuto de ar comprimido consumido, para tanto é necessário os técnicos na área estarem conscientes da utilização racional dos equipamentos de compressão de ar.

20 - COMPRESSORES DE AR

20.1 – DEFINIÇÃO

Compressores são máquinas destinadas a elevar a pressão de um certo volume de ar admitido nas condições atmosféricas, até uma determinada pressão exigida na execução dos trabalhos dos atuadores pneumáticos.

20.2 – COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO

Baseiam-se fundamentalmente na redução do volume do ar. O ar é admitido da atmosfera e enviado para uma câmara isolada do meio exterior, onde seu volume é gradualmente diminuído, processando-se a compressão. Quando a pressão ideal é atingida, para-se a admissão/compressão do ar ou, se não for possível parar a máquina, alivia-se o excesso de pressão para a atmosfera a fim de que a pressão não aumente muito e provoque a explosão devido à ruptura dos recepientes que encerram o ar comprimido. Encontramos os tipos:

ROTATIVOS – Root e Palheta

ALTERNATIVO – Diafragma e Pistão

20.3 – COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO DINÂMICO

Nestes compressores, a elevação de pressão é obtida por meio de conversão de energia cinética em energia de pressão, durante a passagem do ar através das palhetas do compressor. O ar admitido é colocado em contato com impulsores (rotor laminado) dotados de alta velocidade. Este ar é acelerado, atingindo velocidades elevadas e conseqüentemente os impulsores transmitem energia cinética ao ar . Posteriormente, seu escoamneto é retardado por meio de difusores, obrigando a uma elevação de pressão. Encontramos os tipos: EJETOR , RADIAL e DINÂMICO

20.4 – TIPOS DE COMPRESSORES

20.4.1 - COMPRESSOR MONOESTÁGIO DE PISTÕES No compressor monoestágio de pistões, durante o curso de admissão, o ar é aspirado através da válvula de aspiração que abre a passagem do ar atmosférico, através de um filtro. A aspiração se dá durante todo o recuo do pistão. Com o avanço do pistão, o ar anteriormente succionado para dentro do pistão, será comprimido durante todo o curso de avanço do pistão. A compressão se dará durante o avanço do pistão, pelo princípio de diminuição de área. Haverá aí, além do aumento de pressão, um aumento de temperatura


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que deverá ser compensada com um sistema de refrigeração, operada por alhetas e ventilador. Este compressor é atualmente o mais usado e sua lubrificação é feita na parte inferior dos pistões, acionado por um eixo virabrequim que salpica o óleo nas partes móveis interiores.

Figura 23– Compressor de pistão

20.4.2 - COMPRESSOR MULTIESTÁGIO DE PISTÕES Para a compressão a pressões mais elevadas, são necessários compressores com

vários estágios. O ar aspirado será comprimido pelo primeiro êmbolo (pistão), refrigerado e novamente comprimido pelo próximo êmbolo. Na produção de altas pressões, faz-se necessária uma refrigeração intermediária pois cria-se alto aquecimento resultante da compressão das moléculas do ar que são altamente excitadas, alterando sua posição inicial de repouso.

Figura 24 - Compressor pistão de 2 estágios

20.4.3 - COMPRESSOR DE MEMBRANA (DIAFRAGMA) Este tipo pertence ao grupo de compressores de pistão. Mediante uma membrana, o pistão fica separado da câmara de sucção e compressão, quer dizer, o ar não terá contato com as partes deslizantes. Este ar , portanto, ficará sempre livre de resíduos de óleo. Estes compressores são os preferidos e mais empregados na indústria alimentícia, farmacêutica e química, devido não haver contato entre o ar produzido e as partes mecânics do compressor.

Diafragma

Pistão

Figura 25 – Compressor de membrana 20.4.5 - COMPRESSOR DE PARAFUSOS


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Os compressores de parafusos são compressores rotativos com dois eixos de rotação. Eles operam conforme o princípio do deslocamento e deslocam continuamente. Com isto não ocorrem golpes e oscilações de pressão. Uma vez que estes não possuem válvulas de aspiração e de pressão, eles têm baixa manutenção. São pequenos no tamanho e permitem alta rotação, no entanto o consumo de potência é mais alto que nos compressores de pistões.

Os compressores de parafusos são construídos para operar à seco para ar comprimido isento de óleo, ou no caso normal com injeção de óleo para lubrificação, vedação e resfriamento.

Figura 26 – Compressor de parafusos 20.4.6 - COMPRESSOR DE PALHETAS Trata-se de um compressor rotativo, de um eixo que opera conforme o princípio de deslocamento. Em um compartimento cilíndrico, com aberturas de entrada e saída, gira um rotor alojado excentricamente, com palhetas ao seu redor. Neste compressor, se estreitam (diminuem) os compartimentos, a medida que as palhetas vão passando, comprimindo então o ar nos mesmos. Quando em rotação, as palhetas são, pela força centrífuga, forçadas contra a parede. Devido à excentricidade onde gira o rotor, há um aumento de área na sucção e uma diminuição na pressão.

A vantagem deste compressor está na sua construção um tanto econômica em espaço, bem como em seu funcionamento contínuo e equilibrado e, no uniforme fornecimento de ar livre de qualquer pulsação. Sua lubrificação é feita por injeção de óleo.

Figura 27 - Compressor palheta 20.4.7 - COMPRESSOR “ROOT”

Neste compressor, o ar é transportado de um lado para o outro sem alteração de volume. A compressão do ar efetua-se pelos cantos de duas células rotativas, cujo ar é forçado a passar para o outro lado do compressor, que eventualmente estará sendo enviado para uma câmara fechada a receber a pressão. Este compressor tem baixa capacidade de compressão, entretanto é capaz de enviar enorme carga (volume) de ar para ambientes de grandes necessidades de vazão do ar, como por exemplo cabines pressurizadas de aeronaves com grande número de passageiros.

Através de um acionamento sincronizado das células, pode-se obter uma operação sem contato entre as células rotativas e a carcaça do compressor, não sendo necessária uma lubrificação no seu interior, apenas no rolamento do eixo rotativo das células.


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Figura 28 - Compressor roots 20.4.8 - COMPRESSOR AXIAL (TURBINA)

Este compressor trabalha segundo o princípio de fluxo e é adequado para o fornecimento de grandes vazões de ar. O ar é colocado em movimento por uma ou mais turbinas, e esta energia de movimento é então transformada em energia de pressão.O ar movimenta-se em direção ao próprio sentido do eixo do compressor, axialmente, e dirige-se para o lado de saída com grande carga de volume e pressão. Se as turbinas forem colocadas em série, o poder de compressão e de fluxo serão enormes e poderão ser utilizados por um grande número de equipamentos. É o que encontramos nas grandes indústrias que necessitam de uma grande produção de ar para acionar numerosos equipamentos pneumáticos em paralelo.

Figura 29 - Compressor axial

20.4.9 - COMPRESSOR RADIAL (CENTRÍFUGO) Este compressor também trabalha segundo o princípio de fluxo , adequado para o fornecimento de grande vazão de ar. Os compressores radiais são máquinas de fluxo como os compressores axiais., nos quais a energia cinética é convertida em pressão. Nesta a aspiração também ocorre no sentido axial sendo em seguida o ar conduzido no sentido radial (90º em relação ao eixo) para a saída. Também os compressores radiais são fabricados para grandes vazões, são de baixa manutenção, e para alcançar pressões maiores são necessários vários estágios de compressão. Ver figura na página seguinte

Figura 30 - Compressor Radial

20..5 - VAZÃO DE AR DOS COMPRESSORES A vazão de ar fornecido pelos compressores é a quantidade de ar que está sendo fornecido pelo compressor e é através da vazão fornecida que escolhemos o compressor ideal para operar nossos equipamentos pneumáticos. Uma grande indústria ou uma aeronave de grande porte que necessita de um enorme potencial de componentes pneumáticos, trabalha com compressores de fluxo tipo axial ou radial. Um pintor de veículos numa pequena oficina mecânica precisa apenas de um compressor tipo pistão monoestágio. A vazão fornecida depende da construção do compressor e é indicada como vimos anteriormente, em metros cúbicos por minuto, pés cúbicos por minuto ou libras/min. A pressão de regime é a pressão fornecida pelo compressor, bem como é a pressão do reservatório e a pressão na rede distribuidora até o consumidor. A pressão de trabalho é


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a pressão necessária nos pontos de trabalho. Um Sistema Pneumático Básico é constituído de um compressor, um reservatório e um ponto de trabalho. 20.6 - REGULAGEM E ACIONAMENTO DOS COMPRESSORES O acionamento dos compressores, é conforme as necessidade do usuário, podendo ser por motor elétrico ou motor a explosão. Em instalações industriais, aciona-se na maioria dos casos, com motor elétrico. Tratando-se de uma estação móvel, emprega-se para o acionamento um motor a explosão (gasolina ou óleo diesel). Para combinar o volume de fornecimento com o consumo de ar, é necessária uma regulagem dos compressores. Dois valores limites são pré-estabelecidos: pressão Máxima e pressão Mínima, as quais influenciam no volume fornecido. Encontramos, teoricamente, diversas formas de regulagens que vão desde fechamento da sucção do ar até o fechamento do fornecimento de pressão, entretanto a maneira que é mais encontrada na prática é a regulagem intermitente que permite ao compressor funcionar em dois campos: fornecimento em carga e parada total. Na regulagem intermitente, o ar produzido pelo compressor ao atingir a pressão máxima regulada, tem seu motor elétrico desligado por um pressostato (interruptor elétrico sensível à pressão) e ele pára então de fornecer pressão, mantendo a carga já produzida no seu reservatório. A medida que a pressão do ar vai sendo consumida e baixa até um valor mínimo também pré-estabelecido, o pressostato liga novamente o motor elétrico e o compressor começa a trabalhar outra vez, fornecendo a pressão necessária para encher novamente o reservatório. 20.7 - REFRIGERAÇÃO DOS COMPRESSORES O ar quente resultante da compressão aquece por demasia as paredes do cilindro que alojam o pistão de compressão. Torna-se necessário então, a refrigeração do cilindro para que ele permita o perfeito funcionamento do pistão. Em compressores de pequeno porte, serão suficientes palhetas de aeração para que o calor seja dissipado. Compressores maiores, estão equipados, ainda mais, com um ventilador para dissipar o calor nas alhetas. Tratando-se de uma estação de compressores com uma elevada potência de acionamento, uma refrigeração a ar seria insuficiente, os compressores devem então ser equipados com refrigeração à água . 20..8 - LUGAR DE MONTAGEM DOS COMPRESSORES A estação de compressores deve ser montada dentro de um ambiente fechado, com proteção acústica devido ao grande barulho por ele produzido. O mantenedor de funcionamento do compressor deve utilizar sempre um abafador nos ouvidos. O ambiente deve ter boa aeração e o ar sugado para o compressor deve ser fresco, seco e livre de poeira. Nas indústrias de grande porte, alarmes sonoros avisam os mantenedores, a falha de produção de um compressor. Compressor reserva é automaticamente acionado não parando a linha de produção.

20.9 - MANUTENÇÃO DO COMPRESSOR Esta é uma tarefa importante dentro do setor industrial. É imprescindível seguir as

instruções recomendadas pelo fabricante, que conhece os pontos vitais de manutenção. Um plano semanal de manutenção será previsto, e nele será programada uma verificação no nível de lubrificação, nos lugares apropriados e, particularmente nos mancais do compressor, motor e cárter. Neste mesmo prazo será prevista a limpeza do filtro de ar e a verificação experimental da válvula de segurança, para comprovação de seu real funcionamento. Será prevista, também, a verificação da tensão das correias. Periodicamente será verificada a fixação do volante sobre o eixo de manivelas. Drenar semanalmente a água acumulada no tanque do compressor e, quando seu uso é muito constante, drenar diariamente.


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6. CONVERSORES DE ENERGIA (ATUADORES)

São dispositivos utilizados para converter em trabalho a energia contida no

ar comprimido (Fig.11).

6.1 Classificação

Estão divididos em dois grupos

Os de movimentos lineares (cilindros)

Os de movimentos rotativos (motores osciladores)

23 - SIMBOLOGIA PNEUMÁTICA

A T U A D O R E S P N E U M Á T I C O S

Fig.11

1 – Mancal 2 – Guarnição de limpeza da haste 3 – Guarnição “U” Cup 4 – Haste 5 – Êmbolo 6 – Cabeçote traseiro 7 – Camisa (tubo de deslizamento) 8 – Tirantes com porca parlok 9 – Tampa de fixação do mancal 10 – Válvula de controle de fluxo do amortecimento 11 – Colar do amortecedor dianteira 12 – Cabeçote dianteiro 13 – Guarnição do amortecimento


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Cilindro atuador de ação simples com mola, recuo

Cilindro atuador de ação simples com mola, avanço

Cilindro atuador de ação simples sem mola

Cilindro atuador de ação dupla

Cilindro atuador de ação dupla com controle de velocidade

Cilindro atuador de pressão diferencial

Cilindro atuador de ação dupla e haste dupla

Cilindro atuador de ação dupla, haste dupla com controle de velocidade

Cilindro atuador de ação dupla sem haste, com controle de velocidade

Cilindro atuador de ação dupla com trava, com controle de velocidade

Cilindro atuador de ação simples tipo below

Motor pneumático unidirecional

Motor pneumático bidirecional

Atuador pneumático giratório


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6.1.1 Tipos de cilindros pneumáticos

Os cilindros se diferenciam entre si por detalhes construtivos, em função de

suas características de funcionamento e utilização, basicamente existem dois tipos de

cilindros:

6.1.1.1 Cilindros de simples efeito ou ação simples

Utilizam ar comprimido para produzir trabalho em único sentido de

movimento seja para avanço ou retorno. O movimento contrário se dá por uma mola ou

força externa.

6.1.1.2 Cilindros de duplo efeito ou ação dupla, com e sem amortecimento.

Cilindro de dupla ação com haste dupla

Cilindro duplex continuo (tandem)

Cilindro duplex geminado (múltiplas posições)

Cilindro de impacto

Cilindro de tração de cabos

Obs: Utiliza ar comprimido para produzir trabalho em ambos os sentidos de

movimentos.

Possibilidade de amortecimento

Cilindro com amortecimento dianteiro fixo

Cilindro com amortecimento traseiro fixo

Cilindro com duplo amortecimento fixo

Cilindro com amortecimento dianteiro variável

Cilindro com amortecimento traseiro variável

Cilindro com duplo amortecimento variável


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7. VÁLVULAS PNEUMÁTICAS

Dispositivos que servem para orientar o fluxo de ar, impor bloqueios,

controlar suas intensidade de vazão e pressão.

V Á V U L A S D I R E C I O N A I

S

Válvula Direcional 2/2 vias




Bloqueio

Passagem

C O M A N D O S D A S V Á L V U L A S D I R E C I O N A I S

Mola

Botão

Botão com trava

Alavanca

Alavanca com trava

Pedal

Piloto

Rolete


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7.1 CLASSIFICAÇÃO (EM GRUPO)

Válvulas de controle direcional

Válvulas de bloqueio

Válvulas de controle de fluxo

Válvulas de controle de pressão

7.1.1 Válvulas de controle direcional

Tem por função orientar a direção que o fluxo de ar deve seguir, a fim de

realizar um trabalho proposto.

7.1.1.1 Identificação

Para sua perfeita identificação, devemos saber identificar:

Número de posição

Número de vias

Tipo de acionamento

Tipo de retorno

7.1.1.1.1 Número de posição

É a quantidade de manobras distintas que uma válvula direcional pode

executar ou permanecer sob ação de seu acionamento.

Toma-se como exemplo uma torneira que pode está aberta ou fechada.

Figura 1: Aberta figura 2: Fechada

Nestas condições, a torneira, que é uma válvula tem duas posições: ora

permite passagem de água, ora não permite.

Norma para representação: CETOP e ISSO

As válvulas direcionais são sempre representadas por um retângulo

1 posição

2 posição


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Obs.: O número de posições de uma válvula é definida pela quantidade de

quadrados existentes na sua simbologia. O número de quadrados representados na

simbologia é igual ao número de posições da válvula, representando a quantidade de

movimentos que executa através dos acionamentos.

8.1.1.1.2 Número de vias

É o numero de conexões de trabalho que a válvula possui (conexões de

pressão, trabalho e escape)

Obs.: As vias são interligadas por setas (direção de fluxo) ou são separadas

por "T"(passagem bloqueada)

Direção do fluxo

Passagem bloqueada

Escape não canalizado

Escape canalizado Pneumático

8.1.1.1.3 Acionamentos ou comandos

Operado por um dispositivo interno ou externo capaz de alterar suas

posições.

Tipos de acionamentos:

Musculares

Quando a mudança de posição é conseguida com a interferência direta do

operador.

Botão Alavanca Pedal


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Acionamentos mecânicos

Quando a mudança de posição é conseguida através de um contato

mecânico, colocado estrategicamente ao longo de um movimento qualquer.

Acionamento pneumático

Quando a mudança de posição é conseguida através de ar

comprimido.

Acionamentos elétricos / acionamentos combinados

Quando a mudança de posição é conseguida por meio de sinais

elétricos. E os combinados são conseguidos pela combinação de dois ou mais sinais

diferentes. Também conhecido como servo piloto, comando prévio e indireto.

Pino ou came Rolete Pino Rolete Gatilho

Piloto negativo Piloto positivo

Elétrico e Pneumático Muscular ou Elétrico e Pneumático

Muscular e Pneumático Mecânico e Pneumático Elétrico e Pneumático


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8.1.1.1.4 Tipos de retorno

As válvulas requerem uma ação para efetuarem mudança de posição e uma

outra ação para voltarem ao estado (posição) inicial (retorno):

Obs.: a maioria dos comandos das válvulas direcionais são intercambiáveis

servindo tanto para retorno como para acionamento.

8.2 TIPOS DE VÁLVULAS DE CONTROLE DIRECIONAL

Válvula de controle direcional de duas vias e de duas posições (2/2 vias)

Normalmente fechada

Normalmente aberta

Válvula de controle direcional de três vias e de duas posições (3/2 vias)

Normalmente fechada

Normalmente aberta

Válvula direcional de cinco vias e duas posições ( 5/2 vias)

Válvula direcional de três vias e de três posições (3/3 vias)

Válvula direcional de quatro vias e de quatro posições (4/3 vias)

Válvula direcional de cinco vias e três posições (5/3 vias)

9 VÁLVULA DE BLOQUEIO

Impede o fluxo de ar em um sentido determinado, possibilitando seu fluxo no

sentido oposto.

9.1 Tipos

9.1.1 Válvula de retenção com mola

Um cone é mantido inicialmente contra seu assento pela força de uma mola

(fig. 12.)

Orientando-se o fluxo no sentido favorável de passagem, o cone é

deslocado do assento, causando a compressão da mola e possibilitando a passagem do

ar.

A existência da mola no interior da válvula requer um maior esforço na

abertura para vencer a contra pressão imposta.

Mas nas válvulas, de modo geral, esta contra pressão é pequena, para

evitar o máximo de perda, razão pela qual não deve ser substituída aleatoriamente.

As válvulas de retenção geralmente são empregadas em automatização de

levantamento de peso, em lugares onde um componente não deve influir sobre o outro,

etc.

Fig.12


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9.1.2 Válvula de retenção sem mola

È outra versão de válvula de retenção citada anteriormente. O bloqueio, no

sentido contrário ao favorável, não conta com o auxílio de mola. Ele é feito pela própria

pressão de ar comprimido.

9.1.3 Válvula de escape rápido

Utilizada para obter velocidade superior aquelas normalmente

desenvolvidas por um pistão de cilindro (Fig.13).

Obs: As válvulas de retenção permitem a passagem do ar comprimido em

apenas um dos sentido. Para um movimento do pistão, o fator determinante é a velocidade

de escape do ar contido no interior da câmara oposta ao movimento. Utilizando-se a

válvula de escape rápido instalada na conexão de alimentação no cilindro, estas condições

são plenamente atingidas.

10. VÁLVULA DE ISOLAMENTO, ALTERNADORA OU ELEMENTO “OU”

Dotado de três orifícios no corpo: duas entradas de pressão e um ponto de utilização (Fig.14).

Enviando-se um sinal por uma das entradas, a entrada oposta é automaticamente vedada e o sinal emitido flui até a saída de utilização.

O ar que foi utilizado retorna pelo mesmo caminho.Uma vez cortado o fornecimento, o elemento seletor interno permanece na posição, em função do último sinal emitido.

Havendo coincidência de sinais em ambas as entradas, prevalecerá o sinal que primeiro atingir a válvula, no caso de pressões iguais.

Com pressão diferentes, a maior pressão dentro de uma certa relação passará ao ponto de utilização impondo bloqueio na pressão de menor intensidade.

Muito utilizada quando há necessidade de enviar sinais a um ponto comum, provenientes de locais diferentes no circuito.

Fig.13

Fig.14


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11. VÁLVULAS DE CONTROLE DE FLUXO

Em alguns casos, é necessária a diminuição da quantidade de ar que passa

através de uma tubulação, o que é muito utilizado quando se necessita regular a

velocidade de um cilindro ou formar condições de temporização pneumática. Quando se

necessita influenciar os fluxos de ar comprimido, este tipo de válvula é a solução ideal,

podendo ser fixa ou variável, unidirecional ou bidirecional.

11.1. Válvula de controle de fluxo variável bidirecional

Muitas vezes, o ar que passa através de uma válvula controladora de fluxo tem que ser variável conforme as necessidades.

Observa-se a figura 15, a quantidade de ar que entra por “1” ou “2” é controlada através do parafuso cônico em relação a sua proximidade ou afastamento do assento. Conseqüentemente, é permitido um maior ou menor fluxo de passagem.

11.2. Válvula de controle de fluxo unidirecional

Algumas normas classificam esta válvula no grupo de bloqueio. Possui duas

condições distintas em relação ao fluxo de ar:

11.2.1. Fluxo controlado

Em um sentido pré-fixado, o ar comprimido é bloqueado pela válvula de

retenção, sendo obrigado a passar restringido pelo ajuste fixado no dispositivo de controle.

11.2.2. Fluxo livre

No sentido oposto ao mencionado anteriormente, o ar possui livre vazão

pela válvula de retenção, embora uma pequena quantidade passe através do dispositivo,

favorecendo o fluxo.

Fig.15

Fig.17 Fig.16

Simbologi


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Estando o dispositivo de ajuste totalmente fechado, esta válvula passa

funcionar como válvula de retenção.

Quando se deseja ajustes finos, o elemento de controle de fluxo é dotado de

uma rosca micrométrica que permite este ajuste.

12. VÁLVULA DE CONTROLE DE PRESSÃO

Tem por função influenciar ou serem influenciadas, pela intensidade de pressão de um sistema.

12.1. Tipos de válvulas de controle de pressão

12.1.1 Válvula de alívio

Limita a pressão de um reservatório, compressor, linha de pressão, etc.,

evitando a sua elevação, além de um ponto ideal admissível (fig.18).

Uma pressão pré-determinada é ajustada através de uma mola calibrada

que é comprimida por um parafuso, transmitindo sua força sobre um êmbolo e mantendo-o

contra uma sede.

Ocorrendo um aumento de pressão no sistema o êmbolo é deslocado de

sua sede, comprimido a mola e permitido contato da parte pressurizada com atmosfera

através de uma série de orifícios por onde é expulsa a pressão excedente.

Alcançando a valor de regulagem, a mola recoloca automaticamente o

êmbolo na posição inicial, vedando os orifícios de escape.

13. CONCLUSÃO

Este projeto é resultado do avanço da tecnologia, pois através da

automação tem-se otimizado o conhecimento sobre a dinâmica dos fluidos, facilitando

assim os procedimentos tecnológicos. O estágio serviu para aprimorar os conhecimentos,

levantando questionamentos em busca de soluções.

Todas as tarefas desenvolvidas no SENAI foram muito bem planejadas e

desenvolvidas com eficiência, fazendo com que o estágio se tornasse interessante e

motivador, levando-me a pensar e tomar as próprias decisões. O apoio da UEMA, com

Fig. 18

Simbologia


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relação às dúvidas, foi de vital importância, principalmente na elaboração deste projeto e

também para o enriquecimento do conhecimento na área de atuação.

14. REFERÊNCIAS

Meixner H. e Kobler R. Introdução á Pneumática – Festo didatic, impresso no Brasil, ed.

1987.

Scharader Bellows/Parker, Manual de Automação Pneumática, centro didático de

automação,

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


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- 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

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


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Cilindro de dupla ação com haste passante

Cilindro de dupla ação sem haste

Cilindro de pressão diferencial

Cilindro com trava

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


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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.

0a b

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.

Força = 20 lkgf

Volume inicial = 10 cm3Volume f inal = 2 cm3

Temperatura inical = 30º CTemperatura f inal = 50º CBOMBA PNEUMÁTICA

haste êmbolo

pneu

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:


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13.1 – NÚMERO DE POSIÇÕES DAS VÁLVULAS DIRECIONAIS

A simbologia do número de posições das válvulas direcionais segue uma lógica de fácil entendimento e dão uma idéia de seu funcionamento real. Basicamente seus simbolos sõa em forma de quadradinhos, no mínimo dois, que significam o número de posições que a válvula poderá assumir.

Uma válvula direcional simbolizada com dois quadradinhos significa que ele tem duas posições. Quando possuir três quadradinhos, três posições; quatro quadradinhos, quatro posições e assim por diante.

Exemplos a seguir :

Válvula direcional 2 posições



Figura 11 – Posições das válvulas direcionais

13.2 – NÚMERO VIAS DAS VÁLVULAS DIRECIONAIS

As vias das válvulas direcionais são as suas ligações de ar, conectadas através das tubulações provenientes dos mais diversos locais do circuito. São representadas externamente através de traços contínuos, onde serão conectados as mangueiras de ar. Internamente, são representadas através de setas direcionais que indicam o caminho seguido pelo ar, na posição (quadradinho) desenhada. Uma regra básica é que o ar segue sempre na direção da seta, nunca contra ela. Podemos encontrar, também, internamente o símbolo de bloqueio de ar que indica a NÃO passagem do mesmo na posição (quadradinho) desenhada.

As letras ao lado das vias significam: P = pressão, A = utilização (alternada), B = utilização (alternada), S = escape.

Exemplos:


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Válvula direcional 2 vias/2 posições NF

Válvula direcional 2 vias/2 posições NA

Válvula direcional 3 vias/2 posições NF

Válvula direcional 3 vias/2 posições NA

Válvula direcional 5 vias/3 posições Válvula direcional

5 vias/3 posições

Válvula direcional 5 vias/4 posições



P

A

P

A

A A

P PS S

P PS S

A AB B

PP

P

S SS S

SS

AA

A

BB

B

Figura 12 – Vias das válvulas direcionais

13.3 – COMANDOS DAS VÁLVULAS DIRECIONAIS

As válvulas direcionais são comandadas através de sinais elétricos ou mecânicos. A seguir veremos os tipos de comandos encontrados atualmente:


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Válvula direcional 2/2 vias NFBotão com trava

Válvula direcional 2/2 vias NFBotão/mola

Válvula direcional 2/2 vias NAAlavanca com trava

Válvula direcional 2/2 vias NAAlavanca/mola

Válvula direcional 3/2 vias NFPiloto/mola

Válvula direcional 3/2 vias NFPedal/mola

Válvula direcional 3/2 vias NABobina/mola

Válvula direcional 3/2 vias NARolete/mola

Válvula direcional 4/2 vias DuplaBobina-servo/mola

Válvula direcional 5/2 vias DuplaBobina-servo/mola

Válvula direcional 4/3 vias DuplaBobina-servo/molaCentro-fechado

Válvula direcional 5/3 vias DuplaBobina-servo/molaCentro-fechado

Figura 13 – Comandos das válvulas direcionais

NESTES DOIS EXEMPLOS VEMOS UM CIRCUITO BÁSICO PARA ACIONAMENTO DE UM CILINDRO. Para montar um circuito basta ter a logica e ir adicionando componentes aeste circuito.


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C O N D U T O R E S

Alimentação de ar comprimido

Alimentação de ar comprimido

Escape

Escape direto

Plug

Engate rápido

Acoplamento saída

Acoplamento entrada S E N S O R E S

Sensor de posição mecânica (f im-de-curso)

Sensor de proximidade (indutivo)

Sensor de pressão

Contato mecânico

L Ó G I C A P N E U M Á T I C A

00

99999999

Lógica E

Lógica OU

Lógica NÃO

Contador de pulsos crescente

Contador de pulsos decrescente

C O M P O N E N T E S D E V Á C U O

Ventosa

Bomba de vácuo

Especial agradecimento a colaboração das firmas:

Bosch Rex Roth

Parker

Festo Didatics

Arivelto Bustamante Fialho

Documents

Vasos Comunicantes Rev 2