Escola SENAI “Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini” Campinas – S.P.
200 3
Comandos Eletropneumáticos
Comandos Eletropneumáticos SENAI-SP,
2001
Trabalho elaborado pela Escola Senai “Prof. Dr. Euryclides de Jesus Zerbini”
Coordenação Geral
Magno Diaz Gomes
Equipe responsável
Coordenação
Elaboração
Luíz Zambon Neto
Edson Carretoni Júnior
Versão Preliminar
SENAI - Serviço Nacional de Apre ndizagem Industrial Escola SENAI “Prof. Dr. Eur yclides yclides de Jesus Zerbini” Avenida da Saudade, 125, Bairro Pont e Preta CEP 13041-670 - Campinas, SP
[email protected]
Pneumática
Sumário
Unidade l – Pneumática
Fundamentos da mecânica dos fluidos
5
Compressores
19
Preparação do ar comprimido
29
Redes de distribuição de ar comprimido
43
Elementos pneumáticos de trabalho
49
Válvulas
61
Comandos seqüenciais pneumáticos
95
Unidade ll – Eletropneumática Eletropneumática
Componentes dos circuitos elétricos
113
Elementos de processamento de sinais
123
Conversores elétricos
131
Circuitos eletropneumáticos
135
Comandos seqüenciais eletropneumáticos
145
Referências bibliográficas
163
SENAI
Pneumática
SENAI
Pneumática
Fundamentos da mecânica dos fluidos
O objetivo é estudarmos o comportamento dos gases em repouso e em movimento, bem como algumas grandezas e unidades físicas. O ramo da Ciência que estuda o comportamento dos fluidos em repouso chama-se fluidostática; e hidrostática é o estudo específico de fluidos líquidos em repouso. A pressão é força distribuída d istribuída por área. Pois bem, os líquidos também exercem pressão. Suponha um recipiente contendo um líquido em equilíbrio. As forças de pressão exercidas pelo fluido sobre a parede são normais a ela. Se assim não fosse, o líquido estaria escorrendo ao longo da parede, o que negaria a hipótese de equilíbrio.
Princípio de Pascal
"A pressão exercida num ponto de um líquido se transmite em igual intensidade em todas as direções." SENAI
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Pneumática
Assim sendo, ao se aplicar uma força F sobre uma superfície A de um líquido, cria-se uma pressão p que será a mesma em todos os pontos do líquido.
Nesta primeira análise estamos desprezando o peso do líquido.
Aplicação Aplicação do princípio de Pascal
Uma aplicação do princípio de Pascal é a prensa hidráulica, que permite multiplicar a força aplicada. A figura abaixo mostra, esquematicamente, e squematicamente, o funcionamento fu ncionamento de uma prensa hidráulica.
Neste exemplo, os êmbolos têm seções de áreas A 1 e A2, sendo A2 > A1. Aplicando a força F 1 perpendicularmente ao êmbolo de área A 1, surgirá a pressão p 1: F p1 = 1 A1 6
SENAI
Pneumática
De acordo com o princípio de Pascal, essa pressão será transmitida integralmente ao êmbolo de área A 2, que ficará sujeito à força F 2. p2 =
F2 A 2
Como a pressão p é a mesma, conclui-se que : p1 = p 2 sendo p1 =
F1 A1
e
p2 =
F2 A 2
Temos: F1 F2 = A1 A 2
F1 A1 logo: = F2 A 2
Como A2 é maior que A 1, isto implica que F 2 seja maior do que F 1. A2 > A1
⇒
F2 > F1
Outra relação importante é mostrada na figura abaixo. Os deslocamentos S 1 e S2 dos êmbolos, indica que o volume de líquido deslocado de um lado é igual ao volume de líquido deslocado do outro lado.
Isto é: V1 = V2 Assim A1 . S1 = A2
S2
logo
A
1
A
2
SENAI
=
S
2
S
1
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Pneumática
Comparando as expressões anteriores obtemos: S F1 A1 F S = = 2 e então: 1 = 2 S F2 A 2 F2 S1 1 F1 x S1 = F2 x S2 de onde concluímos que: τ1
τ2
O trabalho realizado por F 1 sobre o êmbolo 1 é igual ao trabalho realizado por F 2 sobre o êmbolo 2. • A prensa hidráulica multiplica força. Todavia, não multiplica energia, nem trabalho, nem potência. •
Unidades, grandezas e símbolos
Para melhor entender o inter-relacionamento dos processos e equipamentos técnicos são necessários conhecimentos básicos das características físicas de cada transportador de energia. Para a descrição destas características são necessárias as definições das grandezas físicas, suas unidades e fórmulas. O sistema adotado pela maioria maioria dos países é o sistema internacional de unidade simbolizado pela sigla sigla SI mas também são utilizados utilizados outros sistemas. Para a área de tecnologia de automatização são importantes as seguintes unidades: Unidades básicas Grandeza
Símbolo
Comprimento Massa Tempo Temperatura
,s m t
Unidade (abreviação)
metro (m) quilograma (kg) segundo (s) grau Celsius ( °C) Kelvin (K)
λ
θ Τ
Unidades derivadas Grandeza
Símbolo
Força
F
Pressão
P
Trabalho Potência
τ
8
P
Unidade (abreviação)
newton (N) 1 N = 1 kg. m.s -2 pascal (Pa) 1 Pa = 1 N/m 2 bar 1bar = 10N/cm2 joule (J) 1J = 1N.m watt (W) 1W = 1N.m.s-1 SENAI
Pneumática
Força
É toda causa capaz de modificar o estado de movimento ou causar deformação. É uma grandeza vetorial e para ser perfeitamente caracterizada devemos conhecer sua intensidade, direção e sentido. Unidades de força nos sistemas sistemas • • •
Internacion Internacional al (SI) ............... N (Newton) (Newton) Técnico Técnico .............................. .............................. kgf ou kp (quilograma (quilograma-força) -força) Inglês Inglês ................................. ................................. lb (libra-força) (libra-força)
Peso
Peso de um corpo é a força de atração gravitacional que a terra exerce nos corpos. Sendo m a massa do corpo e g a aceleração da gravidade da Terra, a intensidade do peso é dada pela fórmula P= m.g .
A aceleração da gravidade (g) independe da natureza dos corpos, varia de lugar para lugar de acordo com a altitude, mas seu valor médio no sistema internacional é 9,81 m/s2 (metros por segundo ao quadrado). Em aplicações técnicas e na resolução de problemas é comum arredondar o valor da aceleração da gravidade(g) para 10 m/s 2. Velocidade
É a relação entre o espaço percorrido por um corpo e o correspondente tempo gasto. v=
s t
onde:
v = velocidade s = espaço t = tempo
SENAI
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Pneumática
Unidades de velocidade nos sistemas •
Internacional: m/s (metros por segundo) cm/s (centímetros por segundo)
•
Inglês:
ft/s (pés por segundo) pol/s (polegadas por segundo)
A força e a velocidade são os parâmetros mais importantes no dimensionamento de máquinas. Uma furadeira, por exemplo, é dimensionada em função da força necessária para furar o material, e pela velocidade de corte, ou seja a velocidade da broca.
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SENAI
Pneumática
Pressão
Um corpo, ao ser apoiado sobre um plano horizontal, terá o seu peso distribuído uniformemente ao longo da superfície de contato
A força em cada unidade u nidade de área recebe o nome de pressão e é calculada pela formula:
P=
F A
onde:
P = pressão F = força A = área
Unidades de pressão nos sistemas •
Internacional Técnico
•
Inglês
•
Pa (Pascal) kgf/cm2 ou kp/cm2 (quilogramas-força por centímetro quadrado) lb/pol2 (libras por polegada quadrada) psi (pounds per square inch)
Pressão de um gás
Os gases não possuem forma própria, por serem fluidos. São compreensíveis e constituídos de partículas (moléculas, átomos, íons) que se movimentam de forma rápida e desordenada, ocupando sempre o volume total do recipiente que o contêm.
SENAI
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Pneumática
As moléculas de um gás ao se movimentarem se chocam entre si e t ambém com as paredes dos recipientes. Ao se chocarem, as moléculas produzem uma espécie de bombardeio sobre essas paredes, gerando, assim uma pressão (P).
Pressão atmosf a tmosférica érica
As camadas de ar exercem um peso sobre a superf ície da terra. A atmosf era exerce sobre nós uma força equivalente ao seu peso e ela atua em todos os sentidos e direções com a mesma intensidade. A pressão atmosférica varia de acordo com a altitude, pois em grandes alturas, a massa de ar é menor do que ao nível do mar. Altitude (m)
Pressão (mbar)
0
1013
500
955
1000
899
2000
795
5000
540
8000
356
Visto que a altitude e as condições do tempo também alteram a pressão atmosférica, adota-se uma pressão de referência que é pressão atmosférica absoluta ao nível nível do mar. Pressão atmosférica absoluta: • 1013 mbar • 1013 hPascal • 760 Torr (mmHg) 2 • 1,033 kg/cm • 14,7 psi 12
SENAI
Pneumática
Pressão absoluta e pressão manométrica manométrica
A pressão manométrica é a que se lê nos no s instrumentos de medição (manômetros) em compressores, ou linhas de ar comprimido e também nos catálogos e especificações técnicas.
A pressão manométrica não considera a pressão at mosférica. A pressão absoluta é soma da pressão atmosférica com a pressão manométrica. Quando representamos a pressão absoluta, acrescentamos o símbolo (a) após a unidade, por exemplo 50 psi (a). Vazão
A vazão representa o volume deslocado de d e um fluido numa unidade de tempo.
Q=
V t
onde:
Q = vazão V = volume de fluido deslocado t = tempo
Em tubulações, a vazão do fluido depende da velocidade e da seção transversal do tubo. Assim Q = vazão Q = v × A onde: v = velocidade A = área da seção transversal do tubo t ubo SENAI
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Pneumática
Em compressores, a vazão representa a quantidade de ar descarregada em um determinado intervalo de tempo, também chamada “capacidade efetiva” ou “ar livre”.
Unidades de vazão nos sistemas: •
internacional (SI)
m3/s (metro cúbico por segundo) l/min (litros por minuto) m3/min (metros cúbicos por minuto) m3/h (metros cúbicos por hora)
•
sistema Inglês
pcm (pés cúbicos por minuto) cfm (cubic (cubic feet per minute)
Estas unidades se referem a quantidade de ar ou gás comprimido efetivamente nas condições de temperatura e pressão no local onde está instalado o compressor . Como estas condições variam em função da altitude, umidade relativa e temperatura, são definidas condições padrão de medidas, sendo que as mais usadas são: 3 2 • Nm /h (normal metro cúbico por hora) definido a pressão 1,033 kg/cm , temperatura de 0 °C e umidade relativa 0%; minute) definida a pressão pressão de 14,7 lb/pol 2 (psi) , • SCFM (standart cubic feet per minute) temperatura de 60 °F e umidade relativa de 0%. Temperatura
A esta energia de agitação das partículas chamamos de energia térmica do corpo. As partículas constituintes dos corpos estão constantemente em movimento, sendo dotadas de uma energia de movimento ou energia de agitação. Entenderemos temperatura como uma medida do estado de agitação das partículas que constituem os corpos. Quanto maior a temperatura mais agitadas ficam as partículas do corpo. Quando dois corpos em temperatura diferentes são postos em contato, espontaneamente há transferência de energia térmica (calor) do corpo mais quente para o mais frio até ser atingido o equilíbrio térmico.
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SENAI
Pneumática
Algumas grandezas, como o comprimento, volume, resistência elétrica, variam de acordo com a temperatura são as grandezas termométricas. Escalas termométricas
Existem várias escalas termométricas, como por exemplo Celsius ( °C), Fahrenheit (°F), Reaumur (°R) e Kelvin ou absoluta (K). Para se estabelecer uma correspondência entre estas escalas estabelecemos pontos de referência denominados pontos fixos, tais que: o gelo fundente, sob pressão normal (1atm); • 1 ponto fixo = temperatura do gelo o • 2 ponto fixo = temperatura do vapor de água em ebulição, sob pressão normal (1atm).
Para conversão de escalas, usamos a seguinte relação: o
C o F − 32 o R K − 273 = = = 5 9 4 5
Variáveis de estado
As variáveis de estado P (pressão), V (volume ) e T (temperatura) são grandezas que se relacionam e especificam o estado de uma dada massa gasosa. Transformações dos Gases
Certa massa sofre uma transformação gasosa quando passa a um novo estado, quando ocorrem variações nas grandezas P, V e T.
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Pneumática
P1 × V1 × T1
estado 1
⇒
P2 × V2 × T2
estado 2
Há casos mais simples em que se fixa uma das grandezas modificando-se apenas as outras duas. Transformação isotérmica é aquela na qual a temperatura do gás é mantida constante. T1 = T2 Transformação isobárica é aquela na qual a pressão do gás é mantida constante. P1 = P2 Transformação isométrica ou isocórica é aquela na qual o volume do gás é mantido constante. V1 = V2
Leis Físicas dos Gases Lei de Boyle-Mariotte
A lei de Boyle-Mariotte se aplica às transformações isotérmicas. Ela menciona a influência da pressão sobre o volume de uma massa constante de um mesmo gás, mantido a temperatura constante. Seu enunciado diz: “À temperatura constante, o volume ocupado por determinada massa gasosa é inversamente proporcional a sua pressão.” Assim se duplicarmos, por exemplo, a pressão ( P 2 = 2 × P 1 ), o volume fica reduzido à metade (V2=1/2V1).
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SENAI
Pneumática
⇒
P1 × V1 = P2 × V2 ⇓ P × V =constante
a
1 Lei Charles-Gay-Lussac Charles-Gay-Lussac
A primeira lei de Charles-Gay-Lussac se aplica às transformações isobáricas. Ela menciona a influência da temperatura sobre o volume de uma massa constante de um mesmo gás, que é mantido sob pressão constante. Seu enunciado diz: “À pressão constante, o volume ocupado por uma determinada massa gasosa é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta.” Assim se duplicarmos, por exemplo, a temperatura absoluta ou K elvin (T 2=2T1), o volume irá também duplicar (V 2 = 2V1)
V1 V = 2 T1 T2
⇒ ⇓
V = constante T
a
2 Lei de Charles-Gay-Lussac Charles-Gay-Lussac
A 2a Lei de Charles-Gay-Lussac se aplica às transformações isométricas ou isocóricas. Ela menciona a influência da temperatura sobre a pressão de uma massa constante de um mesmo gás, que é mantido sob volume constante. Seu enunciado diz: “A um volume constante, a pressão exercida por uma determinada massa gasosa é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta.” Assim, se duplicarmos, por exemplo, a temperatura absoluta ou K elvin (T 2 = 2T1), a pressão irá, também, duplicar (p 2 = 2p1).
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Pneumática
p1 p 2 = T1 T2
⇒ ⇓
p = constante T
Gases Perfeitos ou ideais
Gases perfeitos ou ideais são aqueles que só existem teoricamente e obedecem, rigorosamente , às leis estudadas anteriormente. Os gases reais apresentam comportamento que se aproximam dos ideais, quanto mais baixa for a pressão e mais alta a sua temperatura. Reunindo-se as leis de Boyle-Mariotte e Charles-Gay-Lussac numa única expressão, para dada massa gasosa, temos a equação geral dos gases perfeitos: P1 ⋅ V1 T1
=
P2 ⋅ V2 T2
∴
P⋅V T
= constante
Para o ar comprimido vale também a equação geral dos gases.
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SENAI
Pneumática
Compressores
Proporcionar conhecimentos de tipos, formas construtivas e funcionamento, de alguns compressores e os critérios para sua escolha. Para produção do ar comprimido são necessários compressores. Esses comprimem o ar até a pressão de trabalho desejada. A maioria dos acionamentos e comandos pneumáticos funciona através de uma estação central de distribuição de ar comprimido. Não é necessário calcular nem planejar a transformação e transmissão da energia do ar comprimido para cada equipamento (consumidor) individual. Uma estação compressora fornece o ar comprimido já calculado, para os equipamentos, através de uma tubulação. Ao projetar a produção ou consumo de d e ar, devem ser consideradas ampliações e futuras aquisições de novos equipamentos pneumáticos. Uma ampliação posterior da instalação torna-se, geralmente, muito cara. Nas indústrias de mineração ou para máquinas que mudam freqüentemente de lugar são usadas instalações móveis de ar comprimido. Muito importante é o grau de pureza do ar. Ar limpo garante uma longa vida útil à instalação. O emprego correto dos diversos tipos de compressores também deve ser considerado. Os parâmetros de dimensionamento de um compressor são: Pressão máxima: é a que o compressor deve atingir. Normalmente é especificada em 1bar (aproximadamente) acima da pressão de trabalho do equipamento a ser acionado. Em casos especiais, pode-se indicar a razão de compressão entre a pressão de descarga (absoluta) e a pressão de entrada (absoluta) do compressor. •
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Pneumática
•
Capacidade efetiva: vazão de ar comprimido no ponto de descarga do compressor, medida nas condições de pressão e temperatura do ar de admissão.
Basicamente existem dois tipos de compressores, classificados de acordo com o processo de compressão do ar: dinâmicos deslocamento positivo •
•
Compressores dinâmicos
Esses compressores trabalham segundo um princípio de aceleração de massa e são adequados para o fornecimento de grandes vazões. Os turbocompressores como também são chamados, são construídos em duas versões: radial axial •
•
Compressor radial
Este compressor é composto por um rotor com pás inclinadas, como uma turbina. O ar é empurrado pelo rotor devido sua alta rotação e lançado através de um difusor radial. A velocidade é transformada em pressão no rotor, no difusor radial e no de saída.
Os compressores centrífugos multiestágio utilizam 2 ou mais rotores montados no mesmo eixo. Cada estágio tem um difusor radial e um canal de retorno separando os rotores.
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SENAI
Pneumática
As principais aplicações desses compressores estão na área de processos que necessitam de grande quantidade de ar. Compressor Compressor axial
Esse tipo de compressor é de grande capacidade e de alta rotação, com características totalmente diferentes do radial. Cada estágio consiste de duas fileiras de lâminas, uma rotativa e outra estacionária. As lâminas do rotor transmitem velocidade e pressão ao ar, e a velocidade é transformada em pressão nas lâminas estacionárias.
O compressor centrífugo axial é empregado nas indústrias que necessitam de ar a baixa pressão e alta vazão, como túneis de vento, combustão, agitadores, ventilação, resfriamento de gases, petroquímicas.
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Pneumática
Compressores de deslocamento positivo
Compressores de êmbolo com movimento linear
A construção desses compressores está baseada base ada na redução de volume da massa gasosa. Isso significa que o ar da atmosfera é confinado em câmara(s) fechada(s) (câmara de compressão) onde um êmbolo, por exemplo, comprime o ar reduzindo o seu volume, obtendo assim um aumento de pressão.
Este tipo de compressor é apropriado não só para baixas e médias pressões, mas também para altas. A faixa de pressão é de cerca de 100 kPa (1 bar) até milhares de kPa. Para obter ar a pressões elevadas, são necessários compressores de vários estágios de compressão. O ar aspirado será comprimido pelo primeiro êmbolo (pistão), refrigerado intermediariamente, para logo ser comprimido pelo segundo êmbolo (pistão).
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SENAI
Pneumática
O volume da segunda câmara de compressão é menor em relação ao da primeira. Durante o trabalho de compressão é gerado calor, que tem que ser eliminado pelo sistema de refrigeração.
Os compressores de êmbolo com movimento linear podem também ser de duplo efeito, realizando trabalho no avanço e no retorno. Para isso possuem duas câmaras de compressão, uma em cada lado do êmbolo.
Em alguns casos existe a necessidade de ar comprimido de melhor qualidade, isento de resíduos de óleo.
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Pneumática
Neste caso é necessário que haja uma separação entre a câmara de sucção / compressão e o êmbolo, o que é conseguido através da utilização de um compressor de membrana.
Compressor Compressor de êmbolo rotativo de palhetas deslizantes
O compressor de palhetas consiste de um rotor dotado de ranhuras girando em uma carcaça excêntrica. As palhetas ou lâminas inseridas nas ranhuras podem deslizar livremente. A força centrífuga mantém as palhetas comprimidas contra a superfície interna da carcaça excêntrica, resultando num selo entre os compartimentos formados pelas palhetas. Também as extremidades do rotor são seladas. A locação excêntrica do rotor em relação à carcaça forma um espaço de f olga de seção transversal crescente. À medida que o rotor gira, o ar entra através das aberturas nos compartimentos, formados pelas palhetas, sendo então aprisionado e seu volume gradativamente reduzido até ser descarregado do lado oposto.
Compressor Compressor rotativo de parafuso
Este compressor é composto de dois parafusos entrelaçados que giram em eixos paralelos dentro de uma carcaça com folgas bastante reduzidas. 24
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Pneumática
Os parafusos geralmente têm uma configuração complementar, tipo macho-fêmea. O rotor macho possui lóbulos convexos que correspondem aos pistões. Tendo uma seção transversal em forma de arco circular, estes lóbulos formam hélices ao longo do comprimento do rotor como as cristas de uma rosca. O rotor fêmea correspondente possui sulcos côncavos equivalentes aos cilindros que possuem a mesma seção transversal em forma de arco circular para aceitar o lóbulo do rotor-macho complementar. Ao girar, os rotores produzem um ciclo de três fa ses. Na primeira fase, sucção, os espaços do “cilindro” passam pela abertura de entrada numa das extremidades da carcaça e são enchidos com ar atmosférico. Quando o espaço entre lóbulos está completamente cheio, a rotação dos “cilindros” faz com que o espaço passe além da abertura de entrada, aprisionando o ar entre o rotor e a carcaça. Ao continuar a rotação, os “cilindros” realizam a fase de compressão. Aqui os lóbulos helicoidais machos ou pistões giram para dentro dos sulcos do rotor fêmea ou cilindros. O ponto de entrelaçamento move-se ao longo do comprimento do rotor, reduzindo progressivamente o volume do ar e conseqüentemente aumentando a pressão. A fase final f inal de descarga ocorre quando o espaço entre lóbulo cheio de ar comprimido chega ao pórtico de saída.
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Compressor tipo roots
Consiste de dois rotores simétricos em forma de oito, chamados de lóbulos, que giram em direção oposta, transportando o ar de um lado para o outro, sem alteração de volume
Critérios para escolha de compressores
Os critérios para escolha de compressores envolvem os seguintes itens: Tipo construtivo compressor de êmbolo com movimento rotativo compressor de êmbolo com movimento linear compressor dinâmico (radial, axial)
•
•
•
Lubrificação a seco a óleo a injeção de óleo
•
•
•
Execução monoestágio multiestágio
•
•
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Refrigeração a ar a água por injeção de óleo
•
•
•
Regulagem de marcha em vazio(descarga, fechamento) de carga parcial (rotação) Intermitente
•
•
Local de montagem
A estação de compressores deve ser montada monta da dentro de um ambiente fechado, f echado, com proteção acústica. O ambiente deve ter boa ventilação e o ar sugado deve ser fresco, seco e livre de poeira ou resíduos. Pressão e vazão
A pressão e a vazão estão est ão diretamente relacionadas e atuam sobre a capacidade do equipamento e dos componentes. Isto significa que, para cada equipamento, deve estar disponível o ar comprimido necessário como também a pressão de trabalho necessária. Para obter este resultado, são necessários: suficiente vazão do compressor; correta pressão na rede; tubulação de distribuição corretamente dimensionada em função da vazão, da pressão e da queda de pressão admissível. •
•
•
Reservatório de ar comprimido
Este reservatório serve para estabilizar a distribuição de ar comprimido. Elimina as oscilações de pressão na rede distribuidora e, quando ocorre uma elevação momentânea do consumo de ar, é uma garantia de reserva. A grand g rande e supe s uperf rfície ície do reservat rese rvatório ório refrige ref rigera ra o ar a r suple s uplement mentar. ar. Assim, Assi m, parte par te da umidade é condensada e separa-se do ar no reservatório, saindo pelo dreno. O tamanho do reservatório de ar comprimido depende: do volume fornecido pelo compressor; do consumo de ar; da rede distribuidora (volume suplementar); •
•
•
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Pneumática
•
•
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do tipo de regulagem dos compressores; da diferença de pressão admitida na rede.
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Pneumática
Preparação do ar comprimido
Na preparação do ar comprimido, uma série de providências deve ser tomada quanto a sua pureza, a presença de partículas estranhas, a água, o óleo, etc. Estudaremos assuntos diretamente ligados à qualidade do ar, tais como as diversas formas de filtragem e secagem, bem como todos os componentes dos instrumentos que se prestam a isso.
Impurezas
Uma preparação adequada do ar comprimido prolonga a vida útil dos elementos pneumáticos. Portanto, a qualidade do ar comprimido é um fator muito importante a ser observado. Quanto a rede de condutores de ar comprimido não é drenada (pelo escoamento da água condensada no interior da tubulação) a água pode causar a corrosão na rede metálica, nos elementos pneumáticos e nas máquinas. O óleo residual proveniente dos compressores pode produzir, junto com o ar comprimido, uma mistura de ar e óleo (mistura gasosa), que apresenta perigo de explosão, principalmente quando há temperaturas elevadas (mais de 333k). Com a colocação de resfriadores, eliminam-se, de uma maneira geral, as partículas estranhas, água e óleo.
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Resfriador
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
Entrada de ar Saída de ar (refrigerado) Entrada de água de refrigeração Saída de água Peça de refrigeração Separador Saída de água condensada Válvula de segurança
Em muitos casos, o que leva a falhas e avarias nas instalações e nos elementos pneumáticos são as impurezas em formas de partículas de sujeira ou ferrugem que se acumulam nas tubulações. A separação primária do condensado é f eita no separador, após o resfriador. A separação final, f iltragem e outros tratamentos secundários do ar comprimido, é executada no local de consumo. Para isso é necessário atentar especialmente para a ocorrência de umidade. A água (umidade) já penetra na rede pelo próprio ar aspirado pelo compressor. A incidência da umidade depende, em primeira instância, da umidade relativa do ar que, por sua vez, depende da temperatura e condições atmosféricas. Umidade absoluta é a quantidade de água contida em 1m 3 de ar. Quantidade de saturação é a quantidade de água admitida em 1m 3 de ar a uma determinada temperatura. Nesse caso, a umidade relativa é de 100% (ponto de orvalho). No diagrama do ponto de orvalho, pode-se observar a quantidade de saturação à temperatura correspondente. umidade relativa = 30
umidade relativa x 100% quantidade de saturação SENAI
Pneumática
Exemplo: No ponto de orvalho, a 20 0C, 1m3 de ar contém 17,3g de água. Limitação dos efeitos por meio de: filtragem do ar aspirado; • • utilização de compressores livres de óleo; • passagem do ar comprimido por um secador, em casos de ocorrência de umidade. Para isso existem os seguintes processos: • Secagem por absorção Secagem por adsorção • • Secagem por resfriamento Diagrama do ponto de orvalho
SENAI
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Pneumática
Exemplo - Para um ponto de orvalho de 313K (40 0C), 1m3 de ar contém 50g de água.
Secagem por absorção
A secagem por absorção é um processo puramente químico. O ar comprimido passa sobre uma camada solta de um elemento secador (cloreto de cálcio, cloreto de lítio). A água ou vapor de água que entra em contato com esse elemento combina-se quimicamente com ele e se dilui na forma de combinação elemento secador água. Esta mistura deve ser removida periodicamente do absorvedor. A operação pode ser manual ou automática. Com o tempo, o elemento secador é consumido e o secador deve ser reabastecido periodicamente (duas a quatro vezes por ano) conforme o volume de uso. O secador por absorção separa, ao mesmo tempo, vapor vapor e partículas de óleo. Porém, quantidade maiores de óleo influenciam no funcionamento do secador. Por isso, é conveniente antepor um filtro fino ao secador.
O processo de absorção caracteriza-se por: montagem simples da instalação; • • desgaste mecânico mínimo, já que o secador não possui peças móveis; não necessitar de energia externa •
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Secagem por adsorção
A secagem por adsorção está baseada num processo físico: f ísico: adsorção⇒fixação de uma substância na superfície de outra substância O elemento secador é um material granulado com aresta ou em formas de esferas. Este elemento secador é formado de quase 100% de dióxido de silício. Em geral é conhecido pelo nome de gel (sílica gel). O ar comprimido úmido é conduzido através da camada de gel e o elemento secador adsorve a água e o vapor de água. É evidente que a capacidade de acumulação de uma camada de gel é limitada. Quando o elemento secador estiver saturado, poderá ser regenerado facilmente: basta soprar ar quente através da camada saturada e o ar quente absorverá a umidade do elemento secador. A energia calorífica para a regeneração pode ser gerada também por eletricidade ou por ar comprimido comprimido quente. Mediante a montagem em paralelo de duas instalações de adsorção uma delas pode estar ligada para secar enquanto a outra estiver sendo soprada com ar quente (regeneração).
Secagem por resfriamento resfriamento
O secador de ar comprimido por resfriamento funciona pelo princípio da diminuição da temperatura do ponto de orvalho. O ponto de orvalho é a temperatura a qual deve ser resfriado um gás para se obter a condensação do vapor de água contido nele. O ar comprimido a ser secado entra no secador, passando primeiro pelo trocador de calor a ar. Mediante o ar a r frio e seco proveniente do trocador de calor (vaporizador), o ar quente SENAI
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Pneumática
que está entrando é resfriado. Forma-se um u m condensado de óleo e água que é elimi eliminado nado pelo trocador de calor. Esse ar comprimido pré resfriado circula através do trocador de calor (vaporizador) e assim sua temperatura desce até 1,7 0C, aproximadamente. Desta maneira, o ar é submetido a uma segunda separação de condensado de água e óleo. Posteriormente, o ar comprimido pode ainda passar por um filtro f iltro fino a fim f im de eliminar os corpos estranhos.
Exemplo de cálculo para se determinar a quantidade de água em um certo volume de ar aspirado: Quantidade de ar aspirado V=400m 3/h PressãoP=8bar TemperaturaT=323K (50 0C) Umidade relativa do ar = 60% Umidade absoluta do ar? umidade relativa do ar =
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umidade absoluta do ar x 100% quantidade de saturação
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Pneumática
No exemplo, a incógnita é a umidade absoluta do ar: umidade relativa do ar x quantidade de saturação 100% No diagrama do ponto de orvalho temos uma quantidade igual a 80g/m 3 para uma temperatura de 323k (50 0C). umidade absoluta do ar =
60% . 80g/m 3 umidade absoluta do ar = = 48g/m3 100% De uma quantidade de ar aspirado de 400m 3/h, resulta uma quantidade de água igual a: 48g/m3 . 400m3/h = 19200g/h = 19,2kg/h
Regulador de pressão
O regulador de pressão tem por finalidade manter constante a pressão de trabalho (secundária) independentemente da pressão da rede (primária) e consumo de ar. A pressão primária tem de ser sempre maior que a secundária.
Regulador de pressão com exaustão (escape)
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Pneumática
A pressão é regulada por meio de uma membrana. Uma das faces da membrana é submetida à pressão de trabalho. Do outro lado atua uma mola cuja pressão é ajustável por meio de um parafuso de regulagem. Com aumento da pressão de trabalho, a membrana se movimenta contra a foça da mola. Com isso, a secção nominal de passagem na sede da válvula diminui progressivamente ou se fecha totalmente. Isto significa que a pressão é regulada pelo fluxo. Na ocasião do consumo, a pressão diminui e a força da mola reabre a válvula. Com isso, para manter a pressão regulada, há um constante abrir e fechar da válvula. Para evitar a ocorrência de vibração indesejável sobre o prato da válvula, existe um amortecimento por mola ou ar. A pressão de trabalho é indicada por um manômetro. Se a pressão aumentar muito do lado secundário, a membrana é pressionada contra a mola. Com isso, abre-se a parte central da membrana e o ar em excesso vai pelo furo de escape para a atmosfera.. Um outro tipo de regulador de pressão existente é o regulador sem abertura para escape do ar. Neste tipo de regulador, não se permite a saída para a atmosfera do ar contido no sistema secundário.
Regulador sem abertura de escape
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Pneumática
Funcionamento
Por meio de parafusos de ajuste, a mola é tencionada juntamente com a membrana. Conforme a regulagem da mola, a passagem do primário para o secundário torna-se maior ou menor. Com isso, o pino, encostado à membrana, afasta ou aproxima a vedação do assento. Se do lado secundário não houver consumo de ar, a pressão cresce e força a membrana contra a mola. Desta forma, a mola pressiona o pino para baixo e a passagem é fechada pela vedação. Somente quando houver demanda de ar pelo lado secundário é que o ar comprimido do lado primário voltará a passar.
Lubrificador de ar comprimido comprimido
Nos elementos pneumáticos encontram-se en contram-se peças móveis que devem ser submetidas a lubrificação. Os materiais lubrificantes são necessários para garantir desgaste mínimo nos elementos móveis, manter tão mínimas quanto possível as forças de atrito e proteger os aparelhos contra corrosão. Mediante o lubrificador, espalha-se no ar comprimido uma névoa adequada de óleo. Lubrificadores de óleo trabalham, geralmente, ge ralmente, segundo o princípio Venturi. A diferença de pressão ∆ p (queda da pressão) entre a pressão existente antes do bocal nebulizador e a pressão no ponto estrangulado do bocal será aproveitada para sugar óleo de um reservatório e misturá-lo com o ar em forma de neblina. O lubrificador de ar somente começa a funcionar quando existe um fluxo suficientemente grande. Quando houver pequena demanda de ar, a velocidade no bocal é insuficiente para gerar uma depressão (baixa pressão) que possa sugar o óleo do reservatório. Deve-se, portanto, prestar atenção aos valores de vazão (fluxo) indicados pelo fabricante. Princípio Venturi
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Pneumática
Funcionamento do lubrificador
A corrente de ar no lubrificador lubrificador vai de A para B. A válvula de regulagem H obriga obriga o ar a entrar no depósito E, pelo canal C. Pelo efeito de sucção no canal C, o óleo é transportado pelo tubo ascendente L até a câmara D. Nesta câmara, o óleo é gotejado na corrente de ar e é arrastado.
Mediante o parafuso k, ajusta-se a quantidade de óleo adequada. O desvio do ar comprimido até o depósito realiza-se através da câmara F, onde se efet ua o fenômeno da aspiração. As gotas grandes demais caem no ambiente E. Somente a neblina ar óleo chega à saída B, através do canal G.
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Pneumática
Valores Valores de vazão de lubrificadores
Conexão
Unidade de conservação
A unidade de conservação tem t em a finalidade de purificar o ar a r comprimido, ajustar uma pressão constante do ar e acrescentar uma fina neblina de óleo ao ar comprimido, para fins de lubrificação. Devido a isso, a unidade de conservação aumenta consideravelmente a segurança de funcionamento dos equipamentos pneumáticos. A unidade de conservação é uma combinação de: • Filtro de ar comprimido; SENAI
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Pneumática
• •
Regulador de ar comprimido; Lubrificador de ar comprimido.
No emprego da unidade de conservação, devem-se observar os seguintes pontos: 1. A vazão total de ar em Nm Nm3/h é determinada para o tamanho ta manho da unidade. Demanda
(consumo) de ar muito grande provoca queda de pressão nos ap arelhos. Devem-se observar rigorosamente os dados indicados pelo fabricante. 2. A pressão de trabalho nunca deve ser superior à indicada no aparelho. A
temperatura ambiente não deve ser superior a 50 oC (máxima para copos de material sintético). Símbolos (unidade de conservação)
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Pneumática
Manutenção das unidades de conservação Filtro de ar comprimido comprimido
Quando o filtro não é dotado de dreno automático, o nível de água condensada deve ser controlado regularmente, pois a água ág ua não deve ultrapassar a altura determinada no copo. A água condensada acumulada pode ser arrastada para a tubulação de ar comprimido e equipamentos.
Regulador de pressão de ar comprimido
Quando existe um filtro de ar comprimido instalado antes do regulador, dispensa-se praticamente a manutenção desse regulador.
Lubrificador de ar comprimido comprimido
Controlar o nível de óleo no copo reservatório. Sempre que necessário, completar o óleo até no nível indicado. indicado. Filtros de material plástico e copo lubrificador devem ser limpos somente com querosene. Solventes como “thinner”, acetona, acetatos, etc. não são recomendados, pois atacam o material plástico. Para o lubrificador, devem ser usados somente óleos minerais de baixa viscosidade (máximo 20 0 Engler).
Valores Valores da capacidade de passagem de unidade de conservação
Todos os aparelhos têm uma resistência interna, razão pela qual se verifica, na saída, uma determinada queda de pressão, que depende da vazão e da correspondente pressão de alimentação.
Simbologia
Filtro de ar comprimido com dreno manual
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Pneumática
Filtro de ar comprimido com dreno automático
Regulador de pressão sem exaustão
Regulador de pressão com exaustão
Lubrificador de ar comprimido
Unidade de conservação
Unidade de conservação (símbolo simplificado) Manômetro
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Pneumática
Redes de distribuição de ar comprimido
Proporcionar uma base sobre redes de ar comprimido, os materiais utilizados e alguns critérios para montagens. Aplicar, para cada máquina ou dispositivos automatizados, um compressor próprio, é possível somente em casos isolados. Onde existem vários pontos de aplicação, o processo mais conveniente e racional é efetuar a distribuição do ar comprimido posicionando as tomadas nas proximidades dos utilizadores. A rede de distribuição de ar comprimido compreende todas as t ubulações que saem do reservatório passando pelo secador e que, unidas, orientam o ar comprimido até os pontos individuais de utilização. A rede possui duas funções f unções básicas: comunicar a fonte produtora com os equipamentos consumidores; funcionar como um reservatório para atender as exigências locais. •
•
Um sistema de distribuição perfeitamente executado deve apresentar os seguintes requisitos: pequena queda de pressão entre o compressor e as partes de consumo, a fim de manter a pressão dentro dos limites toleráveis em conformidade com as exigências das aplicações; não apresentar escape de ar, do contrário haveria perda de potência; apresentar grande capacidade de realizar separação de condensado.
•
•
•
Ao serem efetuados efetuad os o projeto e a instalação de uma planta qualquer de distribuição, é necessário levar em consideração alguns preceitos. O não cumprimento de certas bases é contraproducente e aumenta sensivelmente a necessidade de manutenção. SENAI
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Pneumática
Formato
Em relação ao tipo de linha a ser executada, anel fechado (circuito fechado) ou circuito aberto, deve-se analisar as condições favoráveis e desfavoráveis de cada uma. Geralmente, a rede de distribuição é em circuito fechado, em torno da área onde há necessidade do ar comprimido. Deste anel partem as ramificações para os diferentes pontos de consumo. O anel fechado auxilia na manutenção de uma pressão constante, além de proporcionar uma distribuição mais uniforme do ar comprimido para os consumos intermitentes. Porém, dificulta a separação da umidade, porque o fluxo não possui uma direção e, dependendo do local de consumo, circula em duas direções. Existem casos, por exemplo, em que o circuito aberto deve ser feito: área onde o transporte de materiais e peças é aéreo, pontos isolados, pontos distantes, etc. Nestes casos são estendidas linhas principais para o ponto.
Válvulas de fechamento na linha de distribuição distribuição
As válvulas são importantes na rede de distribuição para permitir sua divisão em seções, especialmente em casos de grandes redes, fazendo com que as seções tornem-se isoladas para inspeções, modificações e manutenção. Assim, evitamos que outras seções sejam simultaneamente atingidas, não havendo paralisação no trabalho e da produção. As válvulas mais utilizadas são do tipo esfera e diafragma. Acima de 2” são usadas usad as as válvulas tipo gaveta. Montagem
A tendência é colocar a linha principal, aérea e int erna, com as correspondentes tomadas de ar próximas a cada utilizador, para que a tubulação não obstrua a passagem, além de requerer menos curvas. As tubulações aéreas aconselháveis são aquelas suspe nsas por tirantes, fixas f ixas nas paredes ou no forro por cantoneiras de fixação. Em alguns casos, como na fundição, forjaria ou posicionadas externamente, é aconselhável colocar as tubulações em 44
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Pneumática
valetas apropriadas sob o pavimento, levando-se em consideração os espaços necessários para a montagem e a manutenção com os respectivos movimentos das ferramentas, rotações de curvas, derivações em “T”. O posicionamento também deve permitir a drenagem de água condensada de maneira satisfatória. Os tubos não devem ser posicionados em profundidades excessivas e nunca enterrados.
Material para a tubulação
Ao serem escolhidos, os materiais da tubulação principal devem apresentar alguns requisitos, como fácil manuseio e instalação, resistência à oxidação e corrosão e preço acessível. É recomendável construir a rede de ar comprimido com tubos de aço preto, mas geralmente é construída com tubos de aço galvanizado, devido ao menor preço e a maior facilidade de compra. Apesar dessas facilidades, uma instalação com tubos de aço zincado apresenta apresent a inconvenientes quando comparada com uma instalação efetuada com tubos pretos. O tubo de aço preto possui parede interna bastante lisa, isenta de aspereza e rugosidade, o que é vantajoso, pois tende a eliminar consideráveis perdas de SENAI
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Pneumática
pressão, o que evita a formação de turbulência no seu interior. O tubo galvanizado não é liso, apresentando maior perda de pressão. A resistência do tubo de aço preto em relação à oxidação e corrosão também t ambém é superior aos tubos zincados, visto que esses oxidam com facilidade nas extremidades roscadas. Ligação entre os tubos
As ligações entre os tubos são de d e diversas maneiras: rosca, solda, flange, acoplamento rápido, devendo todas apresentar a mais perfeita vedação. As ligações roscadas são comuns, devido ao seu baixo custo e facilidade fa cilidade de montagem e desmontagem. Para evitar vazamentos nas roscas deve-se utilizar vedantes à base de teflon (por exemplo: fita teflon), devido às imperfeições existentes na confecção das roscas. A união realizada por solda oferece menor possibilidade de vazamento se comparada à união roscada, apesar de um custo maior. As uniões soldadas devem estar cercadas de certos cuidados: os escamas de óxido têm que ser retiradas do interior do tubo e o cordão de solda deve ser o mais uniforme possível. De maneira geral, a utilização de conexões roscadas se faz até diâmetros de 3“. Para valores maiores, recomendam-se conexões soldadas, que podem ser por topo para tubos, soquete para curvas, flanges e válvulas. Para instalações que apresentam maior grau de confiabilidade, recomenda-se o uso de conexões flangeadas e soldadas. Inclinação
As tubulações devem possuir uma determinada inclinação no sentido do fluxo interior. A inclinação serve para favorecer o recolhimento de uma eventual condensação da água e de impurezas, devido à formação de óxido, levando-as para o ponto mais baixo, onde são eliminadas para atmosfera através do dreno. O valor desta inclinação é de 1 a 2% em função do comprimento reto da tubulação onde for executada.
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Drenagem de umidade
Tomados os cuidados para a eliminação do condensado, resta uma umidade remanescente a qual deve ser removida ou eliminada, no caso de condensação desta umidade. Para que a drenagem eventual seja feita, devem ser instalados drenos (purgadores) manuais ou automáticos, com preferência para os automáticos. Os pontos de drenagem devem-se situar em todos os locais baixos da tubulação principal. Nestes pontos, para auxiliar a eficiência da drenagem, podem ser construídos bolsões, que retêm o condensado e o encaminham para o purgador. Estes bolsões não devem possuir diâmetros menores que os da tubulação. O ideal é que sejam do mesmo diâmetro. Tomadas de ar
Devem ser feitas pela parte superior da tubulação principal, evitando os problemas de condensado. Recomenda-se ainda que não se realize a utilização direta do ar no ponto terminal do tubo de tomada. No terminal é colocada uma pequena válvula de drenagem e a utilização deve ser feita um pouco mais acima, aonde o ar, antes de ir para a máquina, passa através da unidade de conservação. A figura seguinte mostra a inclinação, as tomadas e a drenagem da rede de ar comprimido.
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Elementos pneumáticos de trabalho
Conhecimento dos tipos de atuadores pneumáticos, as simbologias, formas construtivas e cálculos para o seu dimensionamento. A energia pneumática é transformada transf ormada em movimento e força através dos elementos de trabalho. Esses movimentos podem ser lineares ou rotativos. Os movimentos lineares são executados pelos cilindros (atuadores lineares) e os movimentos rotativos pelos motores pneumáticos e cilindros rotativos (atuadores rotativos). Os atuadores lineares são: de ação simples; • de ação dupla. • os atuadores rotativos são: • de giro contínuo; de giro limitado. •
Atuadores lineares Cilindros de ação simples
Os cilindros de ação simples realizam trabalho recebendo ar comprimido em apenas um de seus lados. Em geral o movimento de avanço é o mais utilizado para a atuação com ar comprimido, sendo o movimento de retorno realizado através de mola ou por atuação de uma força externa devidamente aplicada. A força da mola é calculada apenas para que possa repor o êmbolo do cilindro na sua posição inicial com velocidade suficientemente alta, sem absorver energia elevada. SENAI
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Pneumática
O curso dos cilindros de ação simples está limitado ao comprimento da mola. Por esta razão não são fabricados cilindros de ação simples com atuação por mola com mais de 100 mm. Os cilindros de ação simples são especialmente utilizados em operações que envolvam fixação, expulsão, extração e prensagem, entre outras.
Os cilindros de ação simples podem ainda ser construídos com elementos elásticos para reposição. É o caso dos cilindros de membrana, cujo movimento de retorno é feito por uma membrana elástica presa à haste.
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A vantagem da membrana está na redução do atrito mas a limitação de f orça, nestes casos, se torna uma desvantagem. Estes cilindros são usados especialmente em situações de pequenos espaços disponíveis para operações de fixação e indexação de peças ou dispositivos. Cilindros de ação dupla
Os cilindros de ação dupla realizam trabalho recebendo ar comprimido em ambos os lados. Desta forma realizam trabalho tanto no movimento de avanço como no movimento de retorno. Um sistema de comando adequado permite ao ar comprimido atingir uma câmara de cada vez, exaurindo o ar retido na câmara oposta. Assim, quando o ar comprimido atinge a câmara traseira, estará em escape a câmara dianteira e o cilindro avançará. No movimento de retorno, o ar comprimido chega à câmara dianteira, e a câmara traseira estará em escape. Como não há a presença da mola, as limitações impostas aos cilindros de ação dupla estão ligadas às deformações da haste quanto à flexão e a flambagem.
Os cilindros de ação dupla, quando sujeitos a cargas e velocidades elevadas, sofrem grandes impactos, especialmente entre o êmbolo e as tampas. Com a introdução de um sistema de amortecimento, os cilindros podem trabalhar sem o risco do impacto que, na maioria das vezes, o danifica, causando vazamento e reduzindo seu rendimento e sua vida útil.
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Pneumática
Para evitar tais danos, antes de alcançar a posição final de curso, um êmbolo de amortecimento interrompe o escape direto do ar, deixando somente uma pequena passagem geralmente regulável. Com o escape de ar restringido, cria-se uma sobrepressão que, para ser vencida, absorve parte da energia, resultando em perda de velocidade nos finais de curso.
Em muitas aplicações industriais os cilindros convencionais de ação simples e ação dupla não podem ser utilizados satisfatoriamente. Para esses casos foram desenvolvidos cilindros diferenciados dos padrões normais, ou cilindros especiais: com haste passante, de múltiplas posições, de impacto, sem haste. Cilindro com haste passante
Com este cilindro trabalha-se em ambos os lados ao mesmo tempo. Pode-se também utilizar um dos lados somente para acionamento de elementos de Sinal. Um ponto positivo deste tipo de cilindro é, por possuir dois mancais de apoio para as hastes, suportar cargas laterais maiores. Porém, por possuir hastes em ambos os lados, tem sua capacidade de força reduzida em relação a cilindros convencionais com uma única haste.
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Pneumática
Estes cilindros, em alguns casos, possuem haste vazada, ou seja, haste com furo passante no sentido longitudinal, podendo ser utilizados para aplicações com vácuo, passagem de fluidos e até mesmo condutores elétricos. Cilindro de múltiplas posições
Este tipo de cilindro é formado por dois cilindros unidos por suas câmaras traseiras. Desta forma, se consegue um curso intermediário escalonado, conforme a figura seguinte.
Cilindro de impacto
O uso de cilindros normais para trabalho de deformação é limitado. O cilindro de impacto é utilizado para se obter energia cinética elevada. Segundo a fórmula de energia cinética, pode-se ter uma idéia da energia conseguida através da elevação da velocidade.
E=
m.v 2
2
onde
E = energia em kg.m/s 2 = Nm = Joule m = massa em kg v = velocidade em m/s
Os cilindros de impacto desenvolvem uma velocidade de 7,5 a 10 m/s (a velocidade de um cilindro normal é de 1 a 2 m/s). Esta velocidade só pode ser alcançada por um elemento de construção especial. A energia deste cilindro poderá ser empregada para prensar, rebordar, rebitar, cortar, etc.
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Pneumática
Sua força de impacto é muito grande em relação ao tamanho de construção de um cilindro. Geralmente são empregados em pequenas prensas. Em relação ao diâmetro do cilindro, podem ser alcançadas energias cinéticas de 25 a 500 Nm.
Cilindro sem haste
O cilindro sem haste é constituído de um êmbolo que desliza livremente no interior da camisa do cilindro. No lado externo à camisa temos um cursor que desliza junto com o êmbolo. A força que faz com que o cursor externo deslize juntamente com o êmbolo é obtida através de um pacote de ímãs situados na face interna ao cursor. Com o cilindro sem haste se reduz a necessidade de grandes espaços para a instalação. Se comparados aos cilindros convencionais, esse espaço é reduzido em 50%.
Cálculos para cilindros
As forças realizadas pelos cilindros dependem da pressão do ar, do diâmetro do êmbolo e das resistências de atrito impostas pelos elementos de vedação. A força teórica teó rica exercida pelo cilindro é calculada segundo a fórmula: 54
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Pneumática
onde:
Ft= força teórica do êmbolo (N) A = superfície útil do êmbolo (cm 2) P = pressão de trabalho (kPa, 10 5 N/m2, bar)
Fr = p . Ar Ar = 0,7854 . (∅e2 ∅h
Fa = p . Aa Aa = 0,7854 . ∅e2
2
)
Tipo de cilindro
Fórmula
Cilindro de ação simples
Fn = Aa . p..−. ( Fat + Ff )
Cilindro de dupla ação avanço
Fav = Aa . p _ Fat
Cilindro de dupla ação retorno
Fret = Ar . p − Fat
Fn = força efetiva Fav = força efetiva de avanço Fret = força efetiva de retorno p = pressão de trabalho Fat = resistência resistência de atrito (N) (3 a 20% de Ft) Ff = força da mola mola de retrocesso
Movimentos rotativos Cilindro rotativo
O cilindro rotativo transforma movimento linear de um cilindro comum em movimento rotativo de giro limitado. O ar atinge o êmbolo do cilindro movimentando-o. Preso ao êmbolo encontra-se a haste e, em sua extremidade, uma cremalheira que transforma o movimento linear em SENAI
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Pneumática
movimento rotativo. O ângulo de rotação pode ser ajustado mediante um parafuso e os ângulos mais utilizados são: 90 °, 180°, 360°. Como aplicações mais comuns estão: operações de giro de peças, curvamento de tubos, abertura e fechamento de válvulas, registros etc.
Cilindro de aleta giratória
Com este cilindro se consegue movimentos rotativos ajustáveis de até 180 °. É utilizado especialmente para abertura e fechamento de válvulas de grande porte e rotação de peças ou dispositivos.
Motores pneumáticos
Através de motores pneumáticos podem ser executados execut ados movimentos rotativos de forma ilimitada. A principal característica destes motores é a alta rotação que se pode atingir. Como exemplos de aplicação podemos citar as ferramentas pneumáticas e as brocas utilizadas por dentistas, que podem atingir até 500.000 rpm (turbo motores). 56
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Pneumática
Os motores pneumáticos são classificados, segundo a construção, em motores: de pistão; • de palhetas; • • de engrenagens; turbomotores. • Motores de pistão
Este tipo está subdividido em motores de pistão radial e axial. Motores de pistões radiais
O êmbolo, através de uma biela, aciona o eixo do motor. Para que seja garantido um movimento sem golpes e vibrações são necessários vários pistões. A potência dos motores depende da pressão de entrada, número e área dos pistões. Os motores de pistões radiais podem atingir até 5.000 min-1 com potências variando entre 2 e 25 cv, a pressão normal.
Motores de pistões axiais
O funcionamento dos motores de pistões axiais é semelhante ao dos motores de pistões radiais. Um disco oscilante transforma a força de cinco cilindros, axialmente posicionados, em movimento giratório. Dois pistões são alimentados simultaneamente SENAI
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Pneumática
com ar comprimido. Com isso obtém-se um momento de inércia equilibrado, garantindo um movimento uniforme e sem vibrações do motor.
Motor de palhetas
Graças ao pequeno peso e construção simples, os motores pneumáticos geralmente são fabricados segundo este tipo construtivo. Estes são, em princípio, de funcionamento inverso aos compressores de palhetas (multicelulares). O rotor está fixado excentricamente em um espaço cilíndrico. O rotor é dotado de ranhuras. As palhetas colocadas nas ranhuras serão, inicialmente, afastadas da parede interna do cilindro mediante uma pequena quantidade de ar aplicada sob elas. Depois, pela força centrífuga, a vedação individual das câmaras estará garantida. Motores de palhetas podem atingir rotações entre 3.000 e 8.500 min-1 com potências que vão de 0,1 a 24 cv, a pressão normal.
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Pneumática
Motores de engrenagem
A geração do momento de torção t orção se dá neste tipo t ipo de motor pela pressão do ar contra os flancos dos dentes de duas rodas dentadas engrenadas. Uma roda é montada fixa no eixo do motor e a outra, livre no outro eixo. Estes motores, utilizados como máquinas de acionar; têm potências de até 60 cv. Turbomotores
Turbomotores são usados somente para trabalhos leves, pois sua velocidade de giro é muito alta (500.000 min -1). Seu princípio de funcionamento é inverso ao dos turbocompressores. Características dos motores pneumáticos
Regulagem sem escala de rotação e do momento de torção. Grande escolha de rotação. Construção leve e pequena. Seguro contra sobrecarga. Insensível contra poeira, água, calor e frio. Seguro contra explosão. Conservação e manutenção insignificantes sentidos de rotação fácil de inverter.
Bocal de aspiração por depressão
Este bocal é utilizado, juntamente com uma ventosa, como elemento de transporte. Com isto, pode-se transportar variados tipos de peças. Seu funcionamento está baseado no princípio de Venturi (depressão). A pressão de alimentação é aplicada na entrada P por estrangulamento da seção de passagem. A velocidade do ar até R aumenta e na saída A, ou seja, na ventosa, é produzida uma depressão (efeito de sucção). Com este efeito a peça é presa e transportada. A superfície deve estar bem limpa para que se obtenha um bom efeito de sucção. Cabeçote de aspiração por depressão
O funcionamento também está baseado no princípio Venturi.
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Pneumática
A diferença do elemento anterior é um depósito adicional. Neste depósito é acumulado ar durante o processo de sucção. Não existindo mais ar em P, o ar do depósito sai através de uma válvula de escape rápido para a ventosa, produzindo um golpe de pressão e soltando as peças fixadas pela ventosa. Ao lado estão representados representado s os bocais de aspiração por depressão e o cabeçote de aspiração por depressão.
Estes dois elementos têm as seguintes características: grande depressão; • • baixo consumo de ar; pouco ruído. •
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Pneumática
Válvulas
Conhecimento das simbologias, formas construtivas e aplicações, dos tipos e grupos de válvulas utilizados na pneumática. Os circuitos pneumáticos são constituídos por elementos, de sinal, comando e de trabalho. Os elementos emissores de sinais e de comando influenciam no processo dos trabalhos, razão pela qual serão denominadas “válvulas". As válvulas são elementos de comando para part ida, parada e direção ou regulagem. Elas comandam também a pressão ou a vazão do fluido armazenado em um reservatório ou movimentado por uma hidro-bomba. A denominação "válvula" é válida considerando-se a linguagem internacionalmente usada para tipos de construção como: registros, válvulas de esfera, válvulas de assento, válvulas corrediças, etc. Esta é a definição da norma DIN/ISO 1219, conforme recomendação da CETOP (Comissão Européia de Transmissões Óleo-Hidráulicas e Pneumáticas). Segundo suas funções as válvulas se subdividem em 5 grupos: Válvulas direcionais. • Válvulas de bloqueio. • Válvulas de pressão. • Válvulas de fluxo (vazão). • Válvulas de fechamento. • Válvulas direcionais
São elementos que influenciam no trajeto do fluxo de ar, principalmente nas partidas, paradas e direção do fluxo. SENAI
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Pneumática
Simbologia das válvulas
Para representar as válvulas direcionais nos esquemas, são utilizados símbolos; estes símbolos não dão idéia da construção interna da válvula; somente a função desempenhada por elas. As posições das válvulas são representadas por meio de quadrados. O número de quadrados unidos indica o número de posições que uma válvula pode assumir. O funcionamento é representado simbolicamente dentro dos quadrados. As linhas indicam as vias de passagem. As setas indicam o sentido do fluxo. Os bloqueios são indicados dentro dos quadrados com traços transversais. A união de vias dentro de uma válvula é simbolizada por um ponto. As conexões (entrada e saída) serão caracterizadas por t raços externos, que indicam a posição de repouso da válvula. O número de traços indica o número de vias. Outras posições são obtidas deslocando os quadrados, até que coincidam com as conexões.
As posições de comando podem ser indicadas por letras minúsculas (a, b, c, o).
Válvula com 3 posições de comando. Posição central = posição de repouso. 62
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Pneumática
Define-se como "posição de repouso" aquela condição em que, através de molas, por exemplo, os elementos móveis da válvula são posicionados enquanto a mesma não está sendo acionada. A posição de partida (ou inicial) será denominada àquela em que os elementos móveis da válvula assumem após montagem na instalação e ligação da pressão de rede, bem como a possível ligação elétrica, e com a qual começa o programa previsto. Vias de exaustão sem conexão, escape livre, ou seja, sem silenciador. (triângulo no símbolo) Vias de exaustão com conexão, escape dirigido, ou seja, com silenciador. (triângulo afastado do símbolo)
Para garantir uma identificação e uma ligação correta das válvulas, marcam-se as vias com letras maiúsculas, ou números. n úmeros. Conexão
ISSO
DIN
pressão
1
P
exaustão
3,5
R (3/2) R,S (5/2)
saída
2,4
B,A
piloto
14, 12, 10
Z,Y
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 não são consideradas como vias. Exemplos: Válvula direcional 3/2: 3 vias, 2 posições Válvula direcional 4/3: 4 vias, 3 posições
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Pneumática
Tipos de acionamentos de válvulas
Conforme a necessidade, podem ser adicionados às válvulas direcionais os mais diferentes tipos de acionamento. Os símbolos dos elementos de acionamento desenham-se horizontalmente nos quadrados. Acionamento Acionamento por força muscular geral
geral (sem identificação do modo de operação)
Botão
Alavanca
Pedal
Acionamento mecânico
apalpador ou pino
Mola
Rolete
rolete, operando num único sentido (gatilho)
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Pneumática
Acionamento elétrico
por solenóide com uma bobina
com duas bobinas operando em um único sentido
com duas bobinas operando em sentidos opostos
Acionamento Acionamento pneumático direto
por acréscimo de pressão
por alívio de pressão
por diferencial de áreas
Acionamento pneumático indireto
por acréscimo de pressão da válvula servopilotada
por alívio de pressão da válvula servopilotada
Acionamento pneumático combinado
por solenóide e válvula servopilotada
por solenóide ou válvula servopilotada
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Pneumática
Tempo de acionamento
O tempo de acionamento das válvulas pode ser: contínuo • momentâneo • Acionamento Acionamento contínuo
Durante o tempo da comutação, a válvula é acionada mecânica, manual, pneumática ou eletricamente. O retorno efetua-se manual ou mecanicamente através da mola.
Acionamento momentâneo (impulso)
A válvula é comutada por um breve sinal (impulso) e permanece indefinidamente nessa posição, até que um novo sinal seja dado repondo a válvula à sua posição anterior. A figura abaixo mostra a representação represent ação de uma válvula direcional de 3 vias, 2 posições, acionada por botão e retorno por mola.
Características de construção das válvulas válvulas direcionais
As características de construção das válvulas determinam sua vida útil, f orça de acionamento, possibilidades de ligação e tamanho. Segundo a construção, distinguem-se os tipos: Válvulas de assento com: sede esférica • sede de prato •
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Pneumática
Válvulas corrediças: longitudinal (carretel); • plana longitudinal (comutador); • giratória (disco). •
Válvulas de assento
As ligações nas válvulas de assento são abertas abert as por esfera, prato ou cone. A vedação das sedes de válvula efetua-se de maneira muito simples, geralmente com elemento elástico de vedação. As válvulas de assento com sede possuem poucas peças de desgaste e têm, portanto, uma longa vida útil. Elas são robustas e insensíveis à sujeira. A força de acionamento acionament o é relativamente alta; sendo necessário vencer a força da mola de retorno e do ar comprimido agindo sobre a área do elemento de vedação. Válvulas de sede esférica
A construção das válvulas de sede esf érica é muito simples e, portanto, de preço p reço vantajoso. Estas válvulas se caracterizam por suas reduzidas dimensões. Inicialmente uma mola força a esfera contra a sede, evitando que o ar comprimido passe do orifício de pressão P para o orifício de trabalho A. Por acionamento da haste da válvula, afasta-se a esfera da sede. Para isto, é necessário vencer a força da mola e a força do ar comprimido. comprimido. Estas são válvulas direcionais direcionais de 2 vias, pois pois têm 2 posições de comando (aberto e fechado) e 2 ligações, entrada e saída (P e A). A figura mostra uma válvula direcional de 2 vias por 2 posições.
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Pneumática
Com um canal de exaustão pela haste elas podem ser empregadas também como válvulas direcionais de 3 vias. O acionamento pode ser realizado manual ou mecanicamente. A figura mostra uma válvula direcional de 3 vias por 2 posições.
Válvula de sede de prato
As válvulas de sede de prato têm t êm uma vedação simples e boa. O tempo de comutação é curto. Um pequeno movimento do prato libera uma área bastante grande para o fluxo do ar. Também estas, como as de sede esférica, são insensíveis à sujeira e têm uma longa vida útil. A figura mostra uma válvula direcional de 3 vias por 2 posições (normal aberta). Ao acionar o apalpador são interligadas, num campo limitado, todos os três orifícios: P, A e R. Isto provoca, quando em movimento lento, um escape livre de um grande volume de ar, sem ser aproveitado para o trabalho. Quando isto ocorre, dizemos que existe "exaustão cruzada". A figura apresenta uma válvula direcional de 3 vias por 2 posições (normal fechada).
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Pneumática
As válvulas construídas segundo o princípio de sede de p rato único, são livres de exaustão cruzada. Não existe perda de ar quando de uma comutação lenta. Ao acionar o apalpador fecha-se f echa-se primeiro a passagem de A para R (escape), pois o mesmo se veda no prato. Empurrando mais ainda, o prato afasta-se da sede, abrindo a passagem de P para A; o retorno é feito por meio da mola. A figura abaixo mostra uma válvula direcional de 3 vias por 2 posições (sem cruzamento, normal fechada).
As válvulas direcionais de 3/2 vias são utilizadas para comandar cilindros de ação simples ou como emissores de sinal para pilotar válvulas de comando. Uma válvula em posição de repouso aberta, ao ser acionada, é fechada primeiramente a ligação entre P e A com um prato e posteriormente a passagem A para R através de um segundo prato. Uma mola retrocede o apalpador com os dois pratos na posição inicial. A figura abaixo mostra uma válvula direcional de 3 vias por 2 posições (normal aberta).
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Pneumática
O acionamento das válvulas pode ser feito manual, mecânica, elétrica ou pneumaticamente. Uma válvula direcional de 4 vias (4/2), construída com sede de prato, consiste na combinação de duas válvulas de 3 vias (3/2); uma válvula em posição inicial fechada e outra aberta. Na figura a seguir, estão abertas as vias de P para B e de A para R. Ao serem acionados simultaneamente os dois apalpadores, serão fechadas as vias de P para B e de A para R. Empurrando-se ainda mais os apalpadores até os pratos, deslocandoos contra a mola de retorno, serão abertas as vias de P para A e de B para R.
Esta válvula direcional de 4 vias por 2 posições é livre de exaustão cruzada e volta à posição inicial por meio de mola. Estas válvulas são usadas em comando de cilindro de ação dupla. Válvula direcional de 3 vias (3/2) (sede de prato) acionada a cionada pneumaticamente
Acionando-se o pistão de comando com co m ar comprimido na conexão Z, será deslocado o eixo da válvula contra a mola de retorno. Os orifícios P e A serão interligados. Após a exaustão do sinal de comando Z, o pistão de comando será recolocado na posição inicial por intermédio da mola. O prato fecha a via de P para A. O ar do canal de trabalho A pode escapar através de R.
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Pneumática
A figura a seguir mostra uma válvula direcional de 3 vias por 2 posições (acionamento pneumático).
Uma outra válvula de 3/2 vias construída com sede de prato está representada na figura a seguir. A pressão de comando na conexão Z aciona uma membrana ligada ao pistão de comutação, afastando o prato de sua sede. sede. Invertendo-se as ligações ligações P e R, pode ser constituída uma válvula normal fechada ou aberta. A pressão mínima de acionamento é de 120 kPa (1,2 bar); a pressão de trabalho é de 600 kPa (6 bar). A faixa de pressão está entre 120 kPa a 800 kPa (1,2 a 8 bar). A vazão nominal é de 100 λ/min.
A figura a seguir mostra uma válvula direcional de 5/2 vias (5 vias por 2 posições). Trata-se de uma válvula que trabalha segundo o princípio de assento flutuante. Esta válvula é comutada alternadamente por impulsos, mantendo a posição de comando até receber um novo impulso (bi-estável). O pistão de comando desloca-se, como no sistema de corrediça, ao ser submetido à pressão. No centro do pistão de comando
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Pneumática
encontra-se um prato com anel vedante, o qual seleciona os canais de trabalho A e B, com o canal de entrada P de pressão. A exaustão é feita por meio dos canais R ou S.
Válvulas eletromagnéti e letromagnéticas cas
Estas válvulas são utilizadas onde o sinal de comando parte de um timer elétrico, de uma chave fim de curso elétrico, de um pressostato ou de aparelhos aparelhos eletrônicos. Em comandos com distância relativamente grande e de tempo de comutação curto, escolhe-se na maioria dos casos, comando elétrico. As válvulas de acionamento eletromagnético dividem-se em válvulas de comando direto e indireto. indireto. As de comando direto são usadas apenas para pequenas secções de passagem. Para passagens maiores são usadas as válvulas eletromagnéticas com servocomando (indireto). Quando energizada a bobina, o induzido é puxado para cima contra a mola. O resultado é a interligação dos canais P e A. A extremidade superior do induzido fecha o canal R. Cessando o acionamento da bobina, a mola pressiona o induzido contra a sede inferior da válvula e interrompe a ligação de P para A. O ar do canal de trabalho A escapa por R. Esta válvula tem te m cruzamento de ar. O tempo de atuação é curto. A figura a seguir mostra uma válvula direcional de 3 vias com 2 p osições com acionamento eletromagnético.
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Pneumática
Para poder manter pequena a construção do conjunto eletromagnético, são utilizadas válvulas solenóides com servocomando (comando (comando indireto). Estas são formadas de duas válvulas: a válvula solenóide com servo, de medidas reduzidas e a válvula principal, acionada pelo ar do servo. A figura a seguir mostra uma válvula direcional de 4 vias por 2 posições equipada com solenóide e servocomando.
O funcionamento desta válvula se dá da seguinte maneira: da alimentação P na válvula principal deriva uma passagem para a sede da válvula de servocomando (comando indireto). O núcleo da bobina é pressionado pressionado por uma mola contra a sede da válvula piloto. Após excitação da bobina, o induzido se se ergue e o ar flui para o pistão de comando da válvula principal, afastando o prato da sede. O ar comprimido comprimido pode agora fluir de P para A. O canal de exaustão R, porém, já foi fechado (sem cruzamento). Em válvulas direcionais de 4 vias (4/2), ocorre, simultaneamente, uma inversão, o lado fechado se abre e o lado aberto se fecha. SENAI
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Ao desenergizar a bobina, uma mola pressiona o induzido sobre a sede e fecha f echa o canal do ar piloto. O pistão de comando da válvula principal será recuado por uma mola na posição inicial. Válvula direcional de 3 vias (3/2) servocomandada servocomandada (princípio de sede de prato)
Para reduzir a força de atuação em válvulas direcionais com comando mecânico, é utilizado o sistema de servocomando. A força de acionamento a cionamento de uma válvula é geralmente determinante para a utilização da mesma. Esta força, em válvulas de 1/8 como a descrita, a uma pressão de serviço de 600 kPa (6 bar) resulta num valor de I,8 N (0,180 kp). A figura abaixo mostra uma válvula direcional de 3 vias por 2 posições, com acionamento por rolete, servocomandada (normal fechada).
A válvula piloto é alimentada através de uma u ma pequena passagem com o canal de alimentação P. Acionando a alavanca do rolete, abre-se a válvula de servocomando. O ar comprimido flui para a membrana e movimenta o prato da válvula principal para baixo. Primeiro fecha-se a passagem de A para R; em seguida, abre-se a passagem de P para A. O retorno é feito após soltar-se a alavanca do rolete. Isto provoca o fechamento da passagem do ar para a membrana, e posterior exaustão. Uma mola repõe o pistão de comando da válvula principal na posição inicial. Este tipo de válvula também pode ser utilizado como válvula normal aberta ou fechada. Devem ser intercambiadas intercambiadas apenas as ligações P e R e deslocada em 180 ° a unidade de acionamento (cabeçote).
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Pneumática
A figura a seguir mostra uma válvula direcional de 3 vias por 2 posições, com acionamento por rolete, servocomandada (normal aberta).
Em válvulas direcionais servopilotadas de 4 vias (4/2) serão, através das válvulas piloto, acionadas simultaneamente duas membranas e dois pistões de comando que conectam os pontos de ligação. A força de acionamento não se altera; é de 1,8 N (0,180 kp). A figura a seguir mostra uma válvula direcional de 4 vias por 2 posições (servopilotada).
Válvulas corrediças
Os diversos pontos de ligação das válvulas corrediças serão interligados e fechados por pistões corrediços, comutadores corrediços ou discos giratórios. Válvula corrediça longitudinal
Esta válvula tem como elemento de comando um pistão que seleciona as ligações mediante seu movimento movimento longitudinal. A força de acionamento é pequena, pois não é SENAI
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necessário vencer a pressão do ar ou da mola, ambas inexistentes (como nos princípios de sede esférica e de prato). Neste tipo de válvulas são possíveis todos os tipos de acionamentos: manual, mecânico, elétrico e pneumático, o mesmo é válido também para o retorno à posição inicial. O curso é consideravelmente mais longo do que as válvulas de assento assim como os tempos de comutação. A figura abaixo mostra uma válvula direcional de 5 vias por 2 posições, utilizando o princípio de corrediça longitudinal.
A vedação nesta execução de válvula corrediça é bastante problemática. A conhecida vedação "metal sobre metal" da hidráulica, requer um perfeito ajuste da corrediça no corpo. A folga entre a corrediça e o cilindro em válvulas pneumáticas não deve ser maior do que 0,002 a 0,004 mm. Uma folga maior provocaria provocaria grandes vazamentos internos. Para diminuir as despesas para este custoso ajuste, veda-se geralmente com anéis "O" (O-Ring) ou com guarnições duplas tipo copo, montados no pistão (dinâmico) ou com anéis "O" (O-Ring) no corpo da válvula (estático). (estát ico). As aberturas de passagem de ar a r podem ser distribuídas na circunferência das buchas do pistão evitando assim danificações dos elementos vedantes
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Pneumática
A figura ao lado mostra os o s tipos de vedação entre êmbolo e corpo de válvula.
A figura abaixo mostra uma simples válvula corrediça longitudinal manual de 3 vias por 2 posições. Por deslocamento da bucha serão unidas as passagens de P para A ou de A para R. Esta válvula, de construção simples, é utilizada como válvula de fechamento (alimentação geral) antes da máquina ou dispositivo pneumático.
Válvula corrediça plana longitudinal
Esta construção tem para comutação, um pistão de comando. A seleção das ligações é feita, porém, por uma corrediça plana adicional. Uma boa vedação ao SENAI
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Pneumática
deslizar é também garantida. A corrediça se ajusta ajusta automaticamente pela pressão do ar e pela mola mola montada. As câmaras de ar são vedadas por anéis "O" "O" (O-Ring) montados no pistão de comando; não existem furos na camisa do pistão que poderiam provocar danificação na vedação. A figura a seguir mostra uma válvula direcional corrediça plana longitudinal de 4 vias por 2 posições de comando, comando, com comutação feita por impulso pneumático. Mediante um breve impulso pneumático na ligação de comando Y, a corrediça une P com B e A com R e outro impulso do lado Z liga P com A e B com R.
Tirando o ar da linha de comando, o pistão permanece em posição estável até que seja dado outro sinal do lado oposto (comportamento bi-estável). Válvula corrediça giratória
Estas válvulas são geralmente de acionamento manual ou por pedal. É difícil adaptarse outro tipo de acionamento a essas válvulas. São fabricadas geralmente como válvulas direcionais de 3/3 vias ou 4/3 vias. Mediante o deslocamento rotativo de duas corrediças pode ser feita à comunicação dos canais entre si. A figura à esquerda mostra que na posição central todos os canais estão bloqueados. Devido a isso, o êmbolo do cilindro pode parar em qualquer posição do seu curso, porém essas posições intermediárias intermediárias não podem ser fixadas com exatidão. Devido à compressibilidade do ar comprimido, ao variar a carga a haste também varia sua posição. Prolongando os canais das corrediças, consegue-se um outro tipo de posição central. A figura à direita mostra que na posição central os canais A e B estão conectados com o escape. Nesta posição, o êmbolo do cilindro pode ser movido por força externa, até a posição de ajuste. 78
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Pneumática
a)Válvula corrediça giratória
b)Válvula corrediça giratória
(posição central f echada) echada)
(posição central em exaustão)
Válvulas de bloqueio
São elementos que bloqueiam a passagem preferentemente em um só sentido, permitindo passagem livre livre em direção contrária. A pressão do lado de entrada, atua sobre o elemento vedante e permite com isso uma vedação perfeita da válvula.
Válvula de retenção
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Estas válvulas impedem completamente a passagem em uma direção; em direção contrária, o ar flui com a mínima queda de pressão. O fechamento em um sentido pode ser feito por cone, esfera, placa ou membrana. A figura abaixo mostra uma válvula de retenção ret enção com fechamento por atuação de contra pressão, por exemplo, por mola. A válvula permanecerá fechada quando a pressão de entrada for menor ou igual a de saída.
Válvula alternadora
Também chamada "Elemento OU (OR)”.Esta válvula possui duas entradas X e Y, e uma saída A. Quando o ar comprimido entra em X, a esfera bloqueia a entrada Y e o ar circula de X para A. Em sentido contrário quando o ar circula de Y para A, a entrada X fica bloqueada. Quando o ar retorna, retorna, quer dizer, quando um lado de um cilindro ou de uma válvula entra em exaustão, a esfera permanece na posição em que se encontrava antes do retorno do ar. A figura abaixo mostra uma válvula alternadora.
Estas válvulas selecionam sinais emitidos por válvulas de “sinais” provenientes de diversos pontos e impede o escape de ar por uma segunda válvula. Se um cilindro ou uma válvula de comando deve ser acionado de dois ou mais lugares, é necessária a utilização desta válvula alternadora. 80
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Exemplo A haste de um cilindro deve avançar ao ser acionada uma válvula com atuação manual, ou opcionalmente também através de um pedal. Comando para um cilindro de ação simples
Válvula reguladora de fluxo unidirecional
Também conhecida como "válvula reguladora de velocidade" ou regulador unidirecional. Nesta válvula a regulagem do fluxo é feita somente em uma direção. Uma válvula de retenção fecha a passagem numa direção e o ar pode fluir somente através da secção regulável. Em sentido contrário, o ar passa livre através da válvula de retenção aberta. Estas válvulas são utilizadas para a regulagem da velocidade em cilindros pneumáticos. Para os cilindros de ação dupla, são possíveis dois tipos de regulagem. As válvulas reguladoras de fluxo unidirecional devem ficar o mais próximo possível dos cilindros. A figura mostra uma válvula reguladora de f luxo unidirecional.
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A figura seguinte mostra outro ou tro tipo de construção. A função é a mesma, só que neste caso a passagem de ar comprimido não é fechada por uma membrana. Em seu lugar é utilizado um elemento semi-esférico. Regulagem da saída de ar
Regulagem da entrada de ar
A válvula é montada diretamente no n o cilindro. Pode ser usada para limitar a vazão de saída ou de entrada. No último caso, deverá ser colocada invertida (usando-se duas conexões). Regulagem da entrada de ar (regulagem primária)
Neste caso, as válvulas reguladoras de fluxo unidirecional são montadas de modo que o estrangulamento seja feito na entrada do ar para o cilindro. O ar de retorno pode fluir para atmosfera pela válvula de retenção. Ligeiras variações de carga na haste do pistão, provocadas, por exemplo, ao passar pela chave fim de curso, resultam em grandes diferenças de velocidade do avanço. Por esta razão, a regulagem na entrada é utilizada unicamente para cilindros de ação simples ou de pequeno volume.
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Regulagem da saída de ar (regulagem secundária)
Neste caso o ar de alimentação entra livremente no cilindro, sendo estrangulado o ar de saída. Com isso, isso, o êmbolo fica submetido submetido a duas pressões de ar. Esta montagem da válvula reguladora de fluxo unidirecional melhora muito a conduta do avanço, razão pela qual a regulagem em cilindros de ação dupla, deve ser efetuada na saída do ar da câmara do cilindro. Em cilindros de pequeno diâmetro (pequeno volume) ou de pequeno curso, a pressão no lado da exaustão não pode aumentar com suficiente rapidez, sendo eventualmente obrigatório o emprego conjunto de válvulas reguladoras de fluxo unidirecional para a entrada e para a saída do ar das câmaras dos cilindros, a fim de se conseguir a velocidade desejada.
Válvula reguladora de fluxo unidirecional com acionamento mecânico regulável
(com rolete) São utilizadas quando houver necessidade de alterar a velocidade de um cilindro, de ação simples ou dupla, dupla, durante o seu trajeto. Para os cilindros de ação dupla, podem ser utilizadas como amortecimento de fim de curso. Antes do avanço ou recuo se completar, a massa de ar é sustentada por um fechamento ou redução da secção transversal da exaustão. Esta aplicação se faz quando for recomendável um reforço no amortecimento de fim de curso. Por meio de um parafuso pode-se regular uma velocidade inicial inicial do êmbolo. Um came, que força o rolete para baixo, regula a secção transversal de passagem. Em sentido contrário, o ar desloca uma vedação do seu assento e passa livremente. SENAI
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A figura abaixo mostra uma válvula reguladora de fluxo unidirecional com acionamento mecânico regulável (com rolete).
Válvula de escape rápido
Estas válvulas são usadas para aumentar a velocidade dos êmbolos dos cilindros. Tempos de retorno elevados, especialmente em cilindros de ação simples podem ser eliminados dessa forma. A válvula é dotada de uma conexão de pressão P, uma conexão de escape R bloqueado e uma saída A. Quando se aplica pressão em P, a junta desloca-se contra o assento e veda o escape R. O ar circula até a saída A. Quando a pressão em P deixa de existir, o ar, que agora retorna pela conexão A, movimenta a junta contra a conexão P provocando seu bloqueio. Dessa forma, o ar pode escapar por R rapidamente para para a atmosfera. Evita-se com isso, que o ar de escape seja obrigado a passar por uma canalização longa e de diâmetro pequeno até a válvula de comando. O mais recomendável é colocar o escape rápido diretamente no cilindro ou então o mais próximo possível do mesmo. A figura abaixo mostra uma válvula de escape e scape rápido.
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O esquema abaixo mostra o posicionamento da válvula de escape rápido para um cilindro de ação simples.
Expulsor pneumático
Na indústria, há muito tempo é utilizado o ar comprimido para limpar e expulsar peças. O consumo de ar é neste caso, muito alto. Ao contrário do método conhecido, no qual o consumo do ar da rede é contínuo, com o expulsor o trabalho se torna mais econômico. O elemento consiste de um reservatório com uma válvula de escape rápido. O volume do reservatório corresponde ao volume de ar necessário. Uma válvula direcional de 3/2 vias, aberta na posição inicial é utilizada como elemento de sinal. O ar passa pela válvula válvula direcional e pela pela válvula de escape rápido rápido até o pequeno reservatório. Ao acionar a válvula de 3/2 vias, a passagem de ar é interrompida para o reservatório e o canal até a válvula de escape rápido será exaurido. O ar do depósito escapa então rapidamente pela pela válvula de escape rápido para a atmosfera. A vazão de ar concentrada permite permite expulsar peças de dispositivos e ferramentas de corte, de esteiras transportadoras, dispositivos classificadores e equipamentos de embalagens. O sinal para a expulsão pode ser feito de forma manual, mecânica, pneumática ou elétrica. A figura ao lado mostra o expulsor pneumático.
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Válvula de simultaneidade simultaneidade
Esta válvula possui duas entradas X e Y e uma saída A. O ar comprimido pode passar unicamente quando houver pressão em ambas as entradas. Um sinal de entrada em X ou Y impede o fluxo para A em virtude do desequilíbrio das forças que atuam sobre a peça móvel. Quando existe uma diferença diferença de tempo das pressões, pressões, a última é a que chega na saída A. Se os sinais de entrada são de pressões diferentes, a maior bloqueia um lado da válvula e a pressão menor chega até a saída A. Esta válvula é também chamada de "elemento E (AND)". É utilizada em comandos de bloqueio, funções de controle e operações lógicas. A figura abaixo mostra a válvula de simultaneidade.
O esquema a seguir mostra o comando para um cilindro de ação simples.
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Válvulas de pressão
São válvulas que têm influência principalmente sobre a pressão, e pelas quais podem ser feitas as regulagens; ou válvulas que dependem da pressão em comandos. Distinguem-se: Válvula reguladora de pressão; • Válvula limitadora de pressão; • Válvula de seqüência. • Válvula reguladora de pressão
Essa válvula tem a tarefa de manter constante a pressão de trabalho, isto é, transmitir a pressão ajustada no manômetro sem variação aos elementos de trabalho ou válvulas, mesmo com a pressão oscilante da rede. A pressão de entrada mínima mínima deve ser sempre maior que a pressão de saída.
Regulador de pressão sem orifício de escape e scape
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Pneumática
A desvantagem desta válvula vá lvula é que na parte central da membrana não existe o orifício de escape e, portanto, o ar em excesso na saída, não pode escapar para a atmosfera.
Regulador de pressão com orifício de escape
Ao contrário do funcionamento fu ncionamento da anterior, é possível compensar uma sobrepressão secundária. O excesso de pressão no lado secundário além da pressão pré-ajustada, é eliminado através do orifício de escape.
Válvula Iimitadora de pressão
Estas válvulas são utilizadas, sobretudo, como válvula de segurança (válvula de alívio). Não permitem um aumento da pressão no sistema, acima acima da pressão máxima máxima ajustada. Alcançada na entrada da válvula o valor máximo da pressão abre-se a saída e o ar escapa para a atmosfera. A válvula permanece aberta até que a mola, após a pressão ter caído abaixo do valor ajustado, volte a fechá-la. Válvula de seqüência
O funcionamento é muito similar ao da válvula limitadora limitadora de pressão. Abre-se a passagem quando é alcançada alcançada uma pressão superior à ajustada pela mola. Quando no comando Z é atingida uma certa pressão pré-ajustada, o êmbolo atua uma válvula 3/2 vias, de maneira a estabelecer um sinal na saída A. Estas válvulas são utilizadas em comandos pneumáticos que atuam quando há necessidade de uma pressão fixa para o processo de comutação (comandos em 88
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Pneumática
função da pressão). O sinal é transmitido somente quando for alcançada alcançada a pressão de comando. A figura abaixo mostra os detalhes internos da válvula de seqüência.
Válvulas de fluxo
Estas válvulas têm influência sobre a quantidade de ar comprimido que flui por uma tubulação; a vazão será regulada em ambas as direções do fluxo. A figura mostra uma válvula de estrangulamento regulável. Válvula reguladora de vazão com estrangulamento estrangulamento constante •
•
Válvula de estrangulamento: nesta válvula, o comprimento do estrangulamento é maior do que o diâmetro.
Válvula de membrana: nesta válvula o comprimento do estrangulamento é menor do que o diâmetro.
Válvula reguladora de vazão com c om estrangulamento regulável •
Válvula reguladora de fluxo.
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Pneumática •
Válvula reguladora de fluxo com acionamento mecânico e retorno por mola.
Válvulas de fechamento
São válvulas que abrem e fecham a passagem do fluxo, sem escalas, utilizadas como torneira ou registro. A figura abaixo mostra os detalhes internos de um registro.
Acionamento Acionamento pneumático com comutação retardada (temporizador)
Esta unidade consiste de uma válvula direcional de 3/2 vias, com acionamento pneumático, de uma válvula reguladora de fluxo unidirecional e um reservatório de ar. A figura abaixo mostra os detalhes det alhes internos de um temporizador (normalmente fechado).
O funcionamento do temporizador consiste na entrada do ar comprimido na válvula pelo orifício P. O ar de comando entra na válvula pelo orifício Z e passa através de 90
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Pneumática
uma reguladora de fluxo unidirecional; conforme o ajuste da válvula, passa uma quantidade maior ou menor de ar por unidade de tempo para o depósito de ar, incorporado. Alcançada a pressão necessária de comutação, comutação, o êmbolo de comando afasta o prato do assento da válvula dando passagem de ar de P para A. O tempo de formação da pressão no reservatório corresponde ao retardo da válvula. A figura abaixo mostra os detalhes de talhes internos de um temporizador (normalmente aberto) Esta válvula também é uma combinação de válvulas, integrada por uma válvula de 3/2 vias, uma válvula reguladora reguladora de fluxo unidirecional e um reservatório de ar. ar. A válvula direcional 3/2 vias é uma válvula normalmente aberta.
Também neste caso, o ar de comando entra em Z; uma vez estabelecida no reservatório à pressão necessária para o comando, é atuada a válvula de 3/2 vias. Devido a isso, a válvula fecha a passagem P para A. Nesse instante o orifício A entra em exaustão com R. O tempo de retardo corresponde também ao tempo necessário para estabelecer a pressão no reservatório. Caso for retirado o ar de Z, a válvula de 3/2 vias voltará à sua posição inicial. Em ambos os temporizadores, o tempo de retardo normal é de 0 a 30 segundos. Este tempo pode ser prolongado com um depósito adicional. Se o ar é limpo limpo e a pressão constante, podem ser obtidas temporizações exatas.
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Pneumática
Válvula direcional de 3/2 vias com divisor divisor binário
Este elemento consiste de uma válvula direcional de 3/2 vias normalmente fechada, um êmbolo de comando com haste basculante e um came. O acionamento é pneumático. Quando o êmbolo de comando não está submetido à pressão, a haste encontra-se fora do alcance do came de comando como mostra a figura abaixo.
Se for introduzido ar no orifício Z o êmbolo de comando e a haste se deslocam em direção à válvula de 3/2 vias. A haste avança e penetra no rebaixo do came girandoo; com isso, o apalpador da válvula 3/2 vias é acionado e esta estabelece as ligações de P para A, fechando o escape R.
Retirando o ar de Z, o êmbolo de comando e a haste retornam à sua posição normal. Devido ao travamento por atrito, o came permanece em sua posição, mantendo aberta à válvula de 3/2 vias.
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Pneumática
Mediante um novo sinal em Z, a haste do êmbolo de comando avança e penetra no outro rebaixo do came girando-o. girando-o. Com isso, libera libera o apalpador da válvula válvula 3/2 vias, que retorna pela ação da mola; a esfera bloqueia a passagem de P para A e o ar de A escapa por R. Retirando o ar de Z o êmbolo e a haste ret ornam à sua posição inicial. Esta válvula é utilizada para o movimento alternado de retorno e avanço de um cilindro. A representação do sinal de entrada ent rada e saída mostra claramente que são necessários ne cessários dois sinais de entrada "e", para que se estabeleça e se elimine o sinal de saída "a".
Sinal de entrada “e” Sinal de saída “a”
existe não existe existe não existe
Cilindro com comutador por detecção magnética
Em muitas máquinas e instalações, a montagem de sinalizadores (fins de curso) apresenta vários problemas. Freqüentemente falta espaço, a máquina é muito pequena ou os fins de curso não devem entrar em contato com sujeira, água de resfriamento, óleo ou aparas. Essas dificuldades podem ser eliminadas em grande parte mediante o uso de válvulas pneumáticas ou elétricas de proximidade.
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Pneumática
Interruptor pneumático de proximidade
Este elemento corresponde em seu funcionamento a uma barreira de ar. No corpo está uma lingüeta de comando. Esta lingüeta interrompe a passagem de ar comprimido de P para A. Ao se aproximar um êmbolo com ímã permanente, a lingüeta é atraída para baixo e dá passagem de ar de P para A. O sinal de A é um sinal de baixa pressão, pressão, e por isso, deverá ser ser amplificado. Ao retirar o êmbolo, êmbolo, a lingüeta volta à sua posição inicial. A passagem de P para A é fechada novamente.
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Comandos seqüenciais pneumáticos
Proporcionar conhecimentos na elaboração e interpretação em comandos Sempre que você se deparar com um comando pneumático a ser instalado, ou mesmo reparado, é bom ter à mão esquemas referentes a esse comando. Como se fosse um mapa, o esquema irá apontar o itinerário, onde poderá estar localizado o defeito, ou mesmo o orientará na montagem de um circuito pneumático. Assim, para que você possa compreendê-lo, será apresent ada a denominação dos elementos pneumáticos, o que facilitará sua interpretação.
Seqüência de movimentos movimentos
Quando os procedimentos de comando de instalações pneumáticas são complicados, e estas instalações têm de ser reparadas, é importante que o técnico disponha de esquemas de comando e seqüência, segundo o desenvolvimento de trabalho das máquinas. A má confecção dos do s esquemas resulta em interpretação insegura que t orna impossível, para muitos, a montagem ou a busca de defeitos, de forma sistemática. É pouco rentável ter de basear a montagem ou a busca de defeito empiricamente. Antes de iniciar qualquer montagem ou busca de defeitos, é importante representar seqüências de movimentos e estados de comutação, de maneira clara e correta. Essas representações permitirão realizar um estudo, e, com ele, ganhar tempo no momento de montar ou reparar o equipamento. A figura a seguir mostra pacotes pacot es que chegam sobre um transportador de rolos são elevados por um cilindro pneumático A e empurrados por um cilindro B sobre um SENAI
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Pneumática
segundo transportador. Assim, para que o sistema funcione devidamente, o cilindro B deverá retornar apenas quando A houver alcançado a posição final.
Possibilidades de representação da seqüência de trabalho, para o exemplo dado: Relação em seqüência cronológica
A haste do cilindro A avança e eleva os pacotes; A haste do cilindro B empurra os pacotes no n o transportador 2; A haste do cilindro A retorna a sua posição inicial; A haste do cilindro B retorna a sua posição inicial. Forma de tabela
Movimento 1 2 3 4
Cilindro A avança parado retorna parado
Cilindro B parado avança parado retorna
Indicação vetorial
avanço retorno
Diagrama de setas A → B→ A ← B←
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→ ←
Pneumática
Indicação algébrica
avanço retorno
Maneira de escrever
+ -
A+, B+, A-, BB - ou A+ B+ ABRepresentação gráfica em forma de diagrama
Na representação de seqüências de funcionamento deve-se distinguir: Diagrama de movimento Diagrama de comando Diagrama de funcionamento
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Diagrama de movimento
Onde se fixam estados de elementos de trabalho e unidades construtivas. O diagrama de movimento pode ser: Diagrama de trajeto e passo Diagrama de trajeto e tempo
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O diagrama de trajeto e passo representa a seqüência de movimentos de um elemento de trabalho e o valor percorrido em cada passo considerado. O passo é a variação do estado de movimento de qualquer elemento de trabalho pneumático. No caso de vários elementos de trabalho para comando, estes são representados da mesma maneira e desenhados uns sob os outros. A correspondência é realizada por meio de passos.
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Pneumática
Para o exemplo citado significa que, do passo 1 até o passo 2, a haste do cilindro A avança da posição final traseira para posição final dianteira, sendo que esta é alcançada no passo 2. Entre o passo 2 e 4 a haste permanece imóvel. A partir do passo 4, a haste do cilindro retorna e alcança a posição f inal traseira no passo 5. Para o exemplo apresentado, o diagrama de trajeto e passo possui construção segundo a figura abaixo.
Recomendamos que, para a disposição do desenho, observe-se o seguinte: convém representar os passos de maneira linear e horizontalmente;
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o trajeto não deve ser representado em escala, mas com tamanho igual para todas as unidades construtivas;
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já que a representação do estado est ado é arbitrária, pode-se designar, como no exemplo, através da indicação da posição do cilindro ou através de sinais binários, isto é, 0 para posição final traseira e 1 ou L para posição final dianteira; •
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a designação da unidade em questão deve ser posicionada à esquerda do diagrama.
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Pneumática
No diagrama de trajeto e tempo o trajeto de uma unidade construtiva é representado em função do tempo.
Para representação em desenho, também são válidas as recomendações para o diagrama de trajeto e passo. Através das linhas pontilhadas (linhas de passo), a correspondência com o diagrama de trajeto e passo torna-se clara. Neste caso, porém, a distância entre os passos está em função do tempo. Enquanto o diagrama de trajeto e passo oferece a possibilidade de melhor visão das correlações, no diagrama de trajeto e tempo podem ser representadas, mais claramente, sobreposições e diferenças de velocidade de trabalho. No caso de se desejar construir diagramas para elementos de trabalho rotativos como, por exemplo, motores elétricos e motores a ar comprimido, devem ser utilizadas as mesmas formas fundamentais. Entretanto, a seqüência das variações de estado no tempo não é considerada, isto é, no diagrama de trajeto e passo, uma variação de estado, como o ligar de um motor elétrico, não transcorrerá durante um passo inteiro, mas será representada diretamente sobre a linha de passo. Diagrama de comando
No diagrama de comando, o estado de comutação de um elemento de comando é representado em dependência dos passos ou dos tempos. Como o tempo de comutação é insignificante ou praticamente instantâneo, esse tempo não é considerado.
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Pneumática
Exemplo:
Estado de abertura de um relé b 1.
0 relé abre no passo 2 e fecha novamente no passo 5. Uma outra maneira de representação para o exemplo acima.
Na elaboração do diagrama de comando recomenda-se: desenhar, sempre que possível, o diagrama de comando, em combinação com o diagrama de movimento, de preferência em função de passos; que os passos ou tempos sejam representados linear e horizontalmente; que a altura e a distância, que são arbitrárias, sejam determinadas de forma a proporcionar fácil supervisão.
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Quando se representa o diagrama de movimento e de comando em conjunto, esta representação recebe o nome de diagrama de funcionamento. 0 diagrama de funcionamento para o exemplo da página anterior está representado na figura ao lado.
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No diagrama, observa-se o estado das válvulas. que comandam os cilindros (1.1 para A, 2.1 para B) e o estado de uma chave fim de curso 2.2, instalada na posição dianteira do cilindro A. Como já foi mencionado, os tempos de comutação dos equipamentos não são considerados no diagrama de comando. Entretanto, as linhas de acionamento para válvulas (chaves) fim de curso devem ser desenhadas antes ou depois da linha de passo, uma vez que, na prática, o acionamento não se dá exatamente no final do curso, mas sim, certo tempo antes ou depois. Esta maneira de representação determina todos os comandos e seus conseqüentes movimentos. Este diagrama permite verificar, com maior facilidade, o funcionamento do circuito e determinar erros, principalmente sobreposição de sinais. Esquema de comando de sistema
O esquema de comando de sistema está baseado em uma ordenação, isto é, todos os símbolos pneumáticos são desenhados em sentido horizontal e em cadeia de comando. A combinação de comandos básicos simples, de funções iguais ou diferentes, resulta em um comando mais amplo com muitas cadeias de comando. Este tipo de esquema, em razão da ordenação, além de facilitar a leitura, elimina ou reduz os cruzamentos de linhas. No esquema de comando, deve-se caracterizar os elementos pneumáticos, em geral numericamente, para indicar a posição que ocupam e facilitar sua interpretação.
Noções de composição de esquemas
Em princípio, pode-se apresentar duas possibilidades principais para composição de esquemas: Método intuitivo com base tecnológica, também denominado convencional ou de experimentação. Neste método a intuição e a experiência predominam, portanto, a influência do projetista é marcante. Composição metódica segundo prescrições e diretrizes estabelecidas. Neste caso, praticamente, não haverá influência pessoal do projetista, porque é seguida uma sistemática preestabelecida.
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Pneumática
Convém ressaltar que, para a composição de esquema independentemente do método ou da técnica, deve-se ter um conhecimento bem fundamentado da tecnologia considerada, das possibilidades de ligação e das características dos elementos utilizados. Ao elaborar um esquema de comando, devem ser considerados aspectos importantes como conforto na operação; segurança exterior da instalação; segurança de funcionamento; facilidade de manutenção; custo, etc.
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Outro aspecto a considerar são as condições marginais de funcionamento ou de segurança. Exemplo: ciclo único -- ciclo contínuo manual -- automático parada de emergência -- desbloqueio de parada de emergência
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Estas condições devem ser introduzidas no esquema somente depois de esquematizada a seqüência em ciclo único (esquema fundamental). Em todos os casos de elaboração de esquemas, é recomendável, a partir do problema, fazer um esboço da situação e uma representação gráfica dos movimentos. Pela facilidade de visualização, principalmente das sobreposições de sinais (contrapressão, por exemplo), dá-se preferência ao diagrama de funcionamento, mas em muitos casos, apenas o diagrama de movimento é suficiente. Em caso de sobreposição de sinais, onde o desligamento de sinais se faz necessário, devemos escolher a maneira mais conveniente para fazê-lo. Podemos optar por válvulas de: encurtamento de sinais; rolete escamoteável (gatilho); inversão (memória). Ao empregar válvula de rolete escamoteável, deve-se identif icar com flechas o seu sentido de comando, no esquema de comando de sistema. •
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Exemplo
As linhas de marcação indicam que, na posição final f inal dianteira, comanda-se o elemento de sinal 1.3, e, no retrocesso do cilindro, comanda-se o elemento de sinal 2.2. A flecha indica que se trata de uma válvula com rolete escamoteável, que só é acionada no retrocesso do cilindro. Representação de equipamento
Todos os equipamentos devem ser representados no esquema na posição inicial de comando. Caso não se proceda desta maneira, é necessário fazer uma indicação. Exemplo
Supondo que a posição inicial seja conforme a figura acima e a 0 válvula fim de curso de 3/2 vias NF de rolete. Devemos então representá-la no esquema em estado acionado, através de um ressalto.
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Pneumática
Tratando-se de uma botoeira, podemos representá-la através de uma seta.
Ordem de composição
Para facilitar a composição de esquema de comando,recomenda-se o seguinte procedimento: desenhar os elementos de trabalho e suas respectivas válvulas de comando; desenhar os módulos de sinais (partida, fim de curso, etc.); conectar as canalizações de comando (pilotagem) e de trabalho (utilização), seguindo a seqüência de movimento; numerar os elementos; desenhar o abastecimento de energia; verificar os locais onde se tornam necessários os desligamentos de sinais para evitar as sobreposições de sinais; eliminar as possibilidades de contrapressão nos elementos de comando; eventualmente, introduzir as condições marginais; desenhar os elementos auxiliares; certificar-se de que, mesmo colocando pressão nas válvulas, o primeiro movimento do elemento de trabalho só se dará depois de acionada a válvula de partida.
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Denominação dos elementos pneumáticos
Para denominar os elementos usamos o seguinte critério: Elementos de trabalho Elementos de comando Elementos de sinais Elementos auxiliares
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Um elemento de trabalho (cilindros, motores pneumáticos, unidades de avanço, etc.), com as correspondentes válvulas é considerado como cadeia de comando número 1, 2, 3, etc. 104
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Por isto, o primeiro número da denominação do elemento indica a que cadeia de comando pertence o elemento. O número depois do ponto indica de que elemento se trata. De acordo com o esquema acima temos: 0 1 2,4,... 3,5,... 01,02,... 0.1, 0.2,...
elementos de trabalho; elementos de comando; todos os elementos que influenciam o avanço do elemento de trabalho considerado (números pares); todos os elementos que influenciam o retorno (números ímpares); elementos entre o elemento de comando e o elemento de trabalho; elementos auxiliares(unidade de conservação, válvulas de fechamento) que influenciam todas as cadeias de comando.
A denominação dos elementos de trabalho t rabalho e de sinais pode ser feita f eita também através de letras. Neste caso, as denominações das chaves fim de curso ou elementos de sinal não correspondem ao grupo influenciado pelos mesmos, mas a cada cilindro que os aciona. A,B,C,...
para elemento de trabalho
a0, b0, c0, ...
para elementos de sinal acionados, na posição final traseira dos cilindros A, B, C para elementos de sinal acionados, na posição final dianteira dos cilindros A, B, C
a1, b1, c1, ...
Comandos básicos Comando de um cilindro de ação simples
Exemplo A haste de um cilindro de ação simples deve avançar ao se acionar um botão. Ao soltar o botão, a haste do cilindro deverá voltar a sua posição inicial.
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Comando de um cilindro de ação dupla
Exemplo A haste de um cilindro de ação dupla du pla deve avançar ao se acionar um botão. Ao soltar o botão, a haste deverá retornar a sua posição inicial.
Comando com válvula alternadora (elemento “ou”)
Exemplo Um cilindro de ação simples deve poder realizar seu movimento de avanço de dois pontos diferentes.
Regulagem da velocidade de um cilindro de ação simples
Exemplo 1 A velocidade de avanço de um cilindro de ação simples deve ser regulada.
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Exemplo 2 A velocidade de retorno da haste ha ste deve ser regulada.
Exemplo 3 As velocidades de avanço e retorno da haste de um cilindro de ação simples devem ser reguladas separadamente.
Regulagem da velocidade em cilindro de ação dupla
Exemplo 1 As velocidades de avanço e retorno da haste de um cilindro de ação dupla devem ser reguladas separadamente, estrangulando o ar na entrada.
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Pneumática
Exemplo 2 As velocidades de avanço e retorno da haste de um cilindro de ação dupla d upla devem ser reguladas separadamente, estrangulando o ar na saída.
Comando com utilização da válvula de escape rápido
Exemplo 1 Deve-se aumentar a velocidade da haste no retorno de um cilindro de ação simples.
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Exemplo 2 Deve-se aumentar a velocidade de avanço da haste de um cilindro de ação dupla.
Comando com válvula de simultaneidade
Exemplo A haste de um cilindro de ação simples deve avançar avan çar somente quando se acionam as duas válvulas direcionais de 3/2 vias simultaneamente.
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Comandos indiretos Comando com cilindros de ação simples
Exemplo 1 A haste de um cilindro de ação simples de grande volume, comandado a longa distância, deve avançar após o acionamento de uma válvula e, depois, retornar à posição.
Exemplo 2 A haste de um cilindro de ação dupla d upla de grande volume, comandado a longa distância, deve avançar após o acionamento de uma válvula e, depois, retornar à posição.
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Comando por impulso de dois botões
Mediante duas válvulas, deve-se comandar o avanço e o retorno da haste de um cilindro de ação dupla. Uma válvula comanda o avanço e a outra comanda o retorno. Comando em função de pressão
Após o avanço da haste hast e do cilindro de ação dupla, tão logo na câmara traseira se tenha acumulado uma determinada pressão, pré-ajustada, o cilindro deverá retornar a sua posição inicial. Comando em função de pressão com fim de curso
A haste de um cilindro de ação dupla du pla deve avançar após o acionamento do d o botão de partida. O retorno deverá ocorrer quando a haste estiver totalmente avançada e for atingida a pressão preestabelecida na câmara traseira do cilindro. Comando em função do tempo
Sem fim de curso Após o acionamento do botão bot ão de partida, a haste ha ste do cilindro deve avançar, voltando a sua posição inicial após um tempo preestabelecido. Com fim de curso Ao ser acionado o botão de partida, a haste de um cilindro de ação dupla deverá avançar. No final de seu curso deverá acionar uma válvula que, após um tempo predeterminado, comandará o retorno da haste do cilindro.
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Componentes dos circuitos elétricos
Neste capítulo serão estudados os componentes elétricos utilizados nos circuitos e são distribuídos em três categorias: elementos de ent rada de sinais elétricos, elementos de processamento de sinais e elementos de saída de sinais elétricos. Elementos de entrada de sinais Os componentes de entrada de sinais elétricos são aqueles que emitem informações ao circuito por meio de uma ação muscular, mecânica, elétrica, eletrônica ou combinação entre elas. Entre os elementos de entrada de sinais podemos citar as botoeiras, as chaves fim de curso, os sensores de proximidade e os pressostatos, entre outros, todos destinados a emitir sinais para energização ou desenergização do circuito ou parte dele. Botoeiras As botoeiras são chaves elétricas acionadas manualmente qu e apresentam, geralmente, um contato aberto e outro fechado. De acordo com o tipo de sinal a ser enviado ao comando elétrico, as botoeiras são caracterizadas como pulsadoras ou com trava.
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Botão pulsador tipo cogumelo As botoeiras pulsadoras invertem seus contat os mediante o acionamento de um botão e, devido à ação de uma mola, retornam à posição inicial quando cessa o acionamento.
Botão liso tipo pulsador Essa botoeira possui um contato aberto e um contato fechado, sendo acionada por um botão pulsador liso e reposicionada por mola. Enquanto o botão não for acionado, os contatos 11 e 12 permanecem fechados, permitindo a passagem da corrente elétrica, ao mesmo tempo em que os contatos 13 e 14 se mantêm abertos, interrompendo a passagem da corrente. Quando o botão é acionado, os contatos se invertem de forma que o fechado abre e o aberto fecha. Soltando-se o botão, os contatos voltam à posição inicial pela ação da mola de retorno. As botoeiras com trava também invertem seus contatos mediante o acionamento de um botão, entretanto, ao contrário das botoeiras pulsadoras, permanecem acionadas e travadas mesmo depois de cessado o acionamento.
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Esta botoeira é acionada por um botão giratório com uma trava que mantém os contatos na última posição acionada. Como o corpo de contatos e os bornes são os mesmos da figura anterior e apenas o cabeçote de acionamento foi substituído, esta botoeira também possui as mesmas características construtivas, isto é, um contato fechado nos bornes 11 e 12 e um aberto 13 e 14. Quando o botão é acionado, o contato fechado 11/12 abre e o contato 13/14 fecha e se mantêm travados na posição, mesmo depois de cessado o acionamento. Para que os contatos retornem à posição inicial é necessário acionar novamente o botão, agora no sentido contrário ao primeiro acionamento. Outro tipo de botoeira com trava, muito usada como botão de emergência para desligar o circuito de comando elétrico em momentos críticos, é acionada por botão do tipo cogumelo.
Mais uma vez, o corpo de contatos contato s e os bornes são os mesmos, sendo trocado apenas o cabeçote de acionamento. O botão bot ão do tipo cogumelo, também conhecido como botão soco-trava, quando é acionado, inverte os contatos da botoeira e os mantém travados. O retorno à posição inicial se faz mediante um pequeno giro do botão no sentido horário, o que destrava o mecanismo e aciona automaticamente os contatos de volta à mesma situação de antes do acionamento. Outro tipo de botão de acionamento manual utilizado em botoeiras é o botão flip-flop, também conhecido como divisor binário, o qual alterna os pulsos dados no botão, uma vez invertendo os contatos da botoeira, outra os trazendo à posição inicial.
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Chaves Fim de Curso As chaves fim de curso, assim como as botoeiras, são comutadores elétricos de entrada de sinais, só que acionados mecanicamente. As chaves fim de curso são, geralmente, posicionadas no decorrer do percurso de cabeçotes móveis de máquinas e equipamentos industriais, bem como das haste de cilindros hidráulicos e ou pneumáticos. O acionamento de uma chave fim de curso pode ser efetuado por meio de um rolete mecânico ou de um rolete escamoteável, também conhecido como gatilho. Existem, ainda, chaves fim de curso acionadas por uma haste apalpadora, do tipo utilizada em instrumentos de medição como, por exemplo, num relógio comparador.
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Esta chave fim de curso é acionada por um rolete mecânico e possui um contato comutador formado por um borne comum 11, um contato fechado 12 e um aberto 14. Enquanto o rolete não for acionado, a corrente elétrica pode passar pelos contatos 11 e 12 e está interrompida entre os contatos 11 e 14. Quando o rolete é acionado, a corrente passa pelos contatos 11 e 14 e é bloqueada entre os contatos 11 e 12. Uma vez cessado o acionamento, os contatos retornam à posição inicial, ou seja, 11 interligado com 12 e 14 desligado.
Esta outra chave fim de curso também é acionada por um rolete mecânico mas, diferentemente da anterior, apresenta dois contatos independentes sendo um fechado, formado pelos bornes 11 e 12, e outro aberto, efetuado pelos bornes 13 e 14. Quando o rolete é acionado, os contatos 11 e 12 abrem, interrompendo a passagem da corrente elétrica, enquanto que os contatos 13 e 14 fecham, liberando a corrente.
Os roletes mecânicos acima apresentados podem ser acionados em qualquer direção que efetuarão a comutação dos contatos das chaves fim de curso. Existem, porém, outros tipos de roletes que somente comutam os contatos das chaves se forem acionados num determinado sentido de direção. São os chamados roletes escamoteáveis, também conhecidos na indústria como gatilhos.
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Esta chave f im de curso, acionada por gatilho, somente inverte seus contatos quando o rolete for atuado da esquerda para a direita. No sentido contrário, uma articulação mecânica faz com que a haste do mecanismo dobre, sem acionar os contatos comutadores da chave fim de curso. Dessa forma, somente quando o rolete é acionado da esquerda para a direita, os contatos da chave se invertem permitindo que a corrente elétrica passe pelos contatos contato s 11 e 14 e seja bloqueada entre os contatos 11 e 12. Uma vez cessado o acionamento, os contatos retornam à posição inicial, ou seja, 11 interligado com 12 e 14 desligado.
Sensores de Proximidade P roximidade Os sensores de proximidade, assim como as chaves fim de curso, são elementos emissores de sinais elétricos os quais são posicionados no decorrer do percurso de cabeçotes móveis de máquinas e equipamentos industriais, bem como das haste de cilindros hidráulicos e ou pneumáticos. O acionamento dos sensores, entretanto, não dependem de contato físico com as partes móveis dos equipamentos, basta apenas que estas partes aproximem-se dos sensores a uma distância que varia de acordo com o tipo de sensor utilizado. Existem no mercado diversos tipos de sensores de proximidade os quais devem ser selecionados de acordo com o tipo de aplicação e do material a ser detectado. Os mais empregados na automação de máquinas e equipamentos industriais são os sensores capacitivos, indutivos, ópticos, magnéticos e ultra-sônicos, além dos sensores de pressão, volume e temperatura, muito utilizados na indústria de processos. Basicamente, os sensores de proximidade apresentam as mesmas características de funcionamento. Possuem dois cabos de alimentação elétrica, sendo um positivo e 118
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outro negativo, e um cabo de saída de sinal. Estando energizados e ao se aproximarem do material a ser detectado, os sensores emitem um sinal de saída que, devido principalmente à baixa corrente desse sinal, não podem ser utilizados para energizar diretamente bobinas de solenóides ou outros componentes elétricos que exigem maior potência. Diante dessa característica comum da maior parte dos sensores de proximidade, é necessária a utilização de relés auxiliares com o objetivo de amplificar o sinal de saída dos sensores, garantindo a correta aplicação do sinal e a integridade do equipamento. Os sensores de proximidade capacitivos registram a presença de qualquer tipo de material. A distância de detecção varia de 0 a 20 mm, dependendo da massa do material a ser detectado e das características determinadas pelo fabricante.
Os sensores de proximidade indutivos são capazes de detectar apenas materiais metálicos, a uma distância que oscila de 0 a 2 mm, dependendo também do tamanho do material a ser detectado e das características especificadas pelos diferentes fabricantes.
Os sensores de proximidade ópticos detectam a aproximação de qualquer tipo de objeto, desde que este não seja transparente. transparent e. A distância de detecção varia de 0 a 100 mm, dependendo da luminosidade do ambiente. Normalmente, os sensores ópticos por barreira fotoelétrica são construídos em dois corpos distintos, sendo um emissor de luz e outro receptor. Quando um objeto se coloca entre os dois, interrompendo a SENAI
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propagação da luz entre eles, um sinal de saída é então enviado ao circuito elétrico de comando.
Outro tipo de sensor de proximidade óptico, muito usado na automação industrial, é o do tipo reflexivo no qual emissor e receptor de luz são montados num único corpo, o que reduz espaço e facilita sua montagem entre as partes móveis dos equipamentos industriais. A distância de detecção é entretanto menor, considerando-se que a luz transmitida pelo emissor deve refletir no material a ser detectado e penetrar no receptor o qual emitirá o sinal elétrico de saída.
Os sensores de proximidade magnéticos, como o próprio nome sugere, detectam apenas a presença de materiais metálicos e magnéticos, como no caso dos imãs permanentes. São utilizados com maior freqüência em máquinas e equipamentos pneumáticos e são montados diretamente sobre as camisas dos cilindros dotados de 120
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êmbolos magnéticos. Toda vez que o êmbolo magnético de um cilindro se movimenta, ao passar pela região da camisa onde externamente está posicionado um sensor magnético, este é sensibilizado e emite um sinal ao circuito elétrico de comando.
Sensor de proximidade proximidade magnético
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Elementos de processamento de sinais
Os componentes de processamento de sinais elétricos são aqueles que analisam as informações emitidas ao circuito pelos elementos de entrada, combinando-as entre si para que o comando elétrico elét rico apresente o comportamento final desejado, diante dessas informações. Entre os elementos de processamento de sinais podemos citar os relés auxiliares, os contatores de potência, os relés temporizadores e os contatores, entre outros, todos destinados a combinar os sinais para energização ou desenergização dos elementos de saída. Relés Auxiliares
Os relés auxiliares são chaves elétricas de quatro ou mais contatos, acionadas por bobinas eletromagnéticas. Há no mercado uma grande diversidade de tipos de relés auxiliares que, basicamente, embora construtivamente sejam diferentes, apresentam as mesmas características de funcionamento.
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Este relé auxiliar, particularmente, possui 2 contatos abertos (13/14 e 43/44) e 2 fechados (21/22 e 31/32), acionados por uma bobina eletromagnética de 24 Vcc. Quando a bobina é energizada, imediatamente os contatos abertos fecham, permitindo a passagem da corrente elétrica entre eles, enquanto que os contatos fechados abrem interrompendo a corrente. Quando a bobina é desligada, uma mola recoloca imediatamente os contatos nas suas posições iniciais. Além de relés auxiliares de 2 contatos abertos (NA) e 2 contatos fe chados (NF), existem outros que apresentam o mesmo funcionamento anterior, mas, com 3 contatos NA e 1 NF.
Este outro tipo de relé auxiliar utiliza contatos comutadores, ao invés dos tradicionais contatos abertos e fechados. A grande vantagem desse tipo de relé sobre os anteriores é a versatilidade do uso de seus contatos. Enquanto nos relés anteriores a utilização fica limitada a 2 contatos Na e 2 NF ou 3 NA e 1 NF, no relé de contatos comutadores pode-se empregar as mesmas combinações, além de ser necessário, todos os contatos abertos ou todos fechados ou ainda qualquer outra combinação desejada. Quando a bobina é energizada, imediatamente os contatos comuns 11, 21, 31 e 41 f echam em relação aos contatos 13, 24, 34 e 44, respectivamente, e abrem em 124
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relação aos contatos 12, 22, 32 e 42. Desligando-se a bobina, uma mola recoloca novamente os contatos na posição inicial, isto é, 11 fechado com 12 e aberto com 14, 21 fechado com 22 e aberto com 24, 31 fechado com 32 e aberto com 34 e, finalmente, 41 fechado com 42 e aberto em relação ao 44. Contatores de Potência
Os contatores de potência apresentam as mesmas características construtivas e de funcionamento dos relés auxiliares, sendo dimensionados para suportarem correntes elétricas mais elevadas, empregadas na energização de dispositivos elétricos que exigem maiores potências de trabalho.
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Relés Temporizadores
Os relés temporizadores, também conhecidos como relés de tempo, geralmente possuem um contato comutador acionado por uma bobina eletromagnética com retardo na ligação ou no desligamento.
Este relé temporizador possui um contato comutador e uma bobina com retardo na ligação, cujo tempo é ajustado por meio de um potenciômetro. Quando a bobina é energizada, ao contrário dos relés auxiliares que invertem imediatamente seus contatos, o potenciômetro retarda o acionamento do contato comutador, de acordo com o tempo nele regulado. Se o ajuste de tempo no potenciômetro for, por exemplo, de 5 segundos, o temporizador aguardará esse período de tempo, te mpo, a partir do momento em que a bobina for energizada, e somente então os contatos são invertidos, abrindo 11 e 12 e fechando 11 e 14. Quando a bobina é desligada, o contato comutador retorna imediatamente à posição inicial. Trata-se, portanto, de um relé temporizador com retardo na ligação.
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Este outro tipo de relé temporizador apresenta retardo no desligamento. Quando sua bobina é energizada, seu contato comutador é imediatamente invertido. A partir do momento em que a bobina é desligada, o período de tempo ajustado no potenciômetro é respeitado e somente então o contato comutador retorna à posição inicial.
Outro tipo de relé temporizador encontrado em comandos elétricos é o cíclico, também conhecido como relé pisca-pisca. Este tipo de relé possui um contato comutador e dois potenciômetros que controlam individualmente os tempos de retardo de inversão do contato. Quando a bobina é energizada, o contato comutador é invertido ciclicamente, sendo que o potenciômetro da esquerda controla o tempo de inversão do contato, enquanto que o da direita o tempo de retorno do contato a sua posição inicial.
Contatores predeterminadores
Os relés contatores registram a quantidade de pulsos elétricos a eles enviados pelo circuito e emitem sinais ao comando quando a contagem desses pulsos for igual ao valor neles programados. Sua aplicação em circuitos elétricos de comando é de grande utilidade, não somente para contar e registrar o número de ciclos de movimentos efetuados por uma máquina, mas, principalmente, para controlar o
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número de peças a serem produzidas, interrompendo ou encerrando a produção quando sua contagem atingir o valor neles determinado.
Contator predeterminador
Este contator predeterminador registra em seu display o número de vezes em que sua bobina for energizada ou receber um pulso elétrico de um elemento de entrada de sinal, geralmente de um sensor ou chave fim de curso. Através de uma chave seletora manual, é possível programar o número de pulsos que o relé deve contar, de maneira
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que, quando a contagem de pulsos for igual ao valor programado na chave seletora, o relé inverte seu contato comutador, abrindo 11/12 e fechando 11/14.
Para retornar seu contato comutador à posição inicial e zerar seu mostrador, visando o início de uma nova contagem, basta emitir um pulso elétrico em sua bobina de reset R1/R2 ou, simplesmente acionar manualmente o botão reset localizado na parte frontal do mostrador.
Elementos de saída de sinais
Os componentes de saída de sinais elétricos são aqueles que recebem as ordens processadas e enviadas pelo comando elétrico e, a partir delas, realizam o trabalho final esperado do d o circuito. Entre os muitos elementos de saída de sinais disponíveis no mercado, os que nos interessa mais diretamente são os indicadores luminosos e sonoros, bem como os solenóides aplicados no acionamento eletromagnético de válvulas hidráulicas e pneumáticas.
Indicadores luminosos luminosos
Os indicadores luminosos são lâmpadas incandescentes ou LEDs, utilizadas na sinalização visual de eventos ocorridos ou prestes a ocorrer. São empregados, geralmente, em locais de boa visibilidade que f acilitem a visualização do sinalizador.
Indicador luminoso
Indicadores sonoros
Os indicadores sonoros são campainhas, sirenes, cigarras ou b uzinas, empregados na sinalização acústica de eventos ocorridos ou prestes a ocorrer. Ao contrário dos
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indicadores luminosos, os sonoros são utilizados, principalmente, em locais de pouca visibilidade onde um sinalizador luminoso seria pouco eficaz.
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Conversores Conversores elétricos el étricos
Neste capítulo serão estudados alguns tipos de equipamentos que convertem sinais elétricos em movimentos pneumáticos. Solenóides
Os solenóides são bobinas eletromagnéticas que, quando energizadas, geram um campo magnético capaz de atrair elementos com características ferrosas, comportando-se como um imã permanente.
Numa eletroválvula, hidráulica ou pneumática, a bobina do solenóide é enrolada em torno de um magneto fixo, preso à carcaça da válvula, enquanto que o magneto móvel é fixado diretamente na extremidade do carretel da válvula. Quando uma corrente elétrica percorre a bobina, um campo magnético é gerado e atrai os magnetos, o que empurra o carretel da válvula na direção oposta a do solenóide que foi energizado.
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Pneumática
Dessa forma, é possível mudar a posição do carretel no interior da válvula, por meio de um pulso elétrico.
Em eletroválvulas pneumáticas de pequeno pe queno porte, do tipo assento, assento , o êmbolo da válvula é o próprio magneto móvel do solenóide. Quando o campo magnético é gerado, em conseqüência da energização da bobina, o êmbolo da válvula é atraído, abrindo ou fechando diretamente as passagens do ar comprimido no interior da carcaça da válvula.
1
Com o solenóide desligado...
2
...a mola mantém o êmbolo apoiado em seu assento inferior.
3
O fluxo do ar comprimido de
P
para
A
permanece fechado pela junta de vedação montada na base do êmbolo.
132
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Pneumática
1
Quando o solenóide é energizado...
2
...o campo magnético gerado pela bobina atrai o êmbolo da válvula para cima...
3
...abrindo a passagem do ar
comprimido de
P
para
A.
Pressostatos
Os pressostatos, também t ambém conhecidos como sensores de pressão, são chaves elétricas acionadas por um piloto hidráulico ou pneumático. Os pressostatos são montados em linhas de pressão hidráulica e ou pneumática e registram tanto o acréscimo como a queda de pressão nessas linhas, invertendo seus contatos toda vez em que a pressão do óleo ou do ar comprimido ultrapassar o valor ajustado na mola de reposição.
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Se a mola de regulagem deste pressostato for ajustada com uma pressão de, por exemplo, 7 bar, enquanto a pressão na linha f or inferior a esse valor, seu contato 11/12 permanece fechado ao mesmo tempo em que o contato 13/14 se mantém aberto. Quando a pressão na linha ultrapassar os 7 bar ajustado na mola, os contatos se invertem abrindo o 11/12 e fechando o 13/14.
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Circuitos eletropneumáticos
Os circuitos eletropneumáticos são esquemas de comando e acionamento que representam os componentes pneumáticos e elétricos empregados em máquinas e equipamento industriais, bem como a interação entre esses elementos para se conseguir o funcionamento desejado e os movimentos exigidos do sistema mecânico. Enquanto o circuito pneumático representa o acionamento das partes mecânicas, o circuito elétrico representa a seqüência de comando dos componentes pneumáticos para que as partes móveis da máquina ou equipamento apresentem os movimentos finais desejados. Estaremos apresentando, a seguir, os circuitos eletropneumáticos comumente utilizados em máquinas e equipamentos industriais, detalhando seus princípios de funcionamento e apresentando as diversas técnicas empregadas na elaboração desses circuitos, tendo sempre como referência os recursos de movimento que a máquina deve oferecer. Basicamente, existem três métodos de construção de circuitos eletropneumáticos: intuitivo, minimização de contatos ou seqüência mínima, maximização de contatos ou cadeia estacionária. •
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Método Intuitivo:
Na técnica de elaboração de circuitos eletropneumáticos pelo método intuitivo u tiliza-se o mecanismo do pensamento e do raciocínio humano na busca da solução de uma situação-problema apresentada. Dessa forma, pode-se obter diferentes soluções para um mesmo problema em questão, característica principal do método intuitivo.
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Eis alguns exemplos práticos de construção de circuitos eletropneumáticos pelo método intuitivo: Circuito 01:
Ao acionarmos um botão de comando, a haste de um cilindro de ação simples com retorno por mola deve avançar. Enquanto mantivermos o botão acionado, a haste deverá permanecer avançada. Ao soltarmos o botão, o cilindro deve retornar a sua posição inicial.
Para solução desta situação problema, o circuito pneumático apresenta um cilindro de ação simples com retorno por mola e uma válvula direcional de 3/2 vias, normal fechada, acionada eletricamente por solenóide e reposicionada por mola. O circuito elétrico de comando utiliza o contato normalmente aberto de um botão de comando pulsador. Acionando-se o botão pulsador S1, seu contato normalmente aberto fecha e energiza a bobina do solenóide Y1 da válvula direcional. Com o solenóide Y1 ligado, o carretel da válvula direcional é acionado para a direita, abrindo a passagem do ar comprimido do pórtico 1 para o 2 e bloqueando a descarga para a atmosfera 3. Dessa forma, o ar comprimido é dirigido para a câmara traseira do cilindro, fazendo com que sua haste avance comprimindo a mola. Enquanto o botão de comando S1 for mantido acionado, o solenóide Y1 permanece ligado e a haste do cilindro avançada.
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Soltando-se o botão pulsador S1, seu contato que havia fechado abre automaticamente e interrompe a passagem da corrente elétrica, desligando a bobina do solenóide Y1. Quando o solenóide Y1 é desativado, a mola da válvula direcional empurra o carretel para a esquerda, bloqueando bloque ando o pórtico 1 e interligando os pórticos 2 e 3. Dessa forma, o ar comprimido acumulado na câmara traseira do cilindro escapa para a atmosfera e a mola do cilindro retorna a haste para a sua posição inicial. Circuito 02:
Um cilindro de ação dupla deve poder ser acionado de dois locais diferentes e distantes entre si como, por exemplo, no comando de um elevador e levador de cargas que pode ser acionado tanto do solo como da plataforma.
Neste caso, o circuito pneumático utiliza um cilindro de ação dupla e uma válvula direcional de 5/2 vias, com acionamento por p or servocomando eletropneumático e retorno por mola. É importante lembrar que o acionamento por servocomando é indireto, ou seja, não é o solenóide quem aciona diretamente o carretel da válvula direcional; ele apenas abre uma passagem interna do ar comprimido que alimenta o pórtico 1 da válvula para que esse ar, chamado de piloto pneumático, acione o carretel e mude a posição de comando da válvula. O circuito elétrico, por sua vez, possui dois botões de comando pulsadores, ligados em paralelo. Os contatos normalmente abertos de dois botões de comando pulsadores S1 e S2, montados em paralelo, possuem a mesma função, ou seja, ligar o solenóide Y1 da válvula direcional. Dessa forma, acionando-se o botão S1 ou S2 o contato fecha, energizando a bobina do solenóide Y1. Quando o solenóide Y1 é ligado, abre-se uma pilotagem pneumática que empurra o carretel da válvula direcional para a direita, SENAI
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Pneumática
liberando a passagem do ar comprimido do pórtico 1 para o 2 e daí para a câmara traseira do cilindro, ao mesmo tempo em que o ar acumulado na câmara dianteira é descarregado para a atmosfera do pórtico 4 para o 5 da válvula. Dessa forma, a haste do cilindro avança, tanto se o comando for efetuado pelo botão S1 como se for ativado pelo S2. Soltando-se o botão que foi acionado, seu contato volta a abrir, interrompendo a passagem de corrente elétrica para a bobina e desligando o solenóide Y1. Quando o solenóide Y1 é desligado, a pilotagem pneumática interna é desativada e a mola da válvula direcional volta a empurrar o carretel para a esquerda. Nessa posição, o ar comprimido flui pela válvula do pórtico 1 para o 4, fazendo com que a haste do cilindro retorne, enquanto que o ar acumulado na câmara traseira descarrega para a atmosfera, através da válvula, do pórtico 2 para o 3. Circuito 03:
Um cilindro de ação dupla deve avançar somente quando dois botões de comando forem acionados simultaneamente (comando bi-manual). Soltando-se qualquer um dos dois botões de comando, o cilindro deve voltar imediatamente a sua posição inicial.
Nesta situação, o circuito pneumático é o mesmo utilizado anteriormente, empregando um cilindro de ação dupla e uma válvula direcional de 5/2 vias com acionamento por servocomando e reposicionamento por mola. Serão usados, novamente, dois botões de comando pulsadores, só que agora ligados em série. Para a solução deste problema, utiliza-se os contatos normalmente abertos dos dois botões de comando pulsadores S1 e S2, agora montados em série, ambos com a 138
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Pneumática
mesma função de ligar o solenóide Y1 da válvula direcional. Se somente o botão S1 for acionado, seu contato fecha mas a corrente elétrica permanece interrompida no contato aberto do botão S2, mantendo a bobina do solenóide Y1 desligada. Da mesma forma, se somente o botão S2 for acionado, embora seu contato feche, a corrente elétrica se mantém interrompida pelo contato aberto do botão S1, fazendo com que a bobina do solenóide Y1 permaneça desligada. Sendo assim, o solenóide Y1 somente poderá ser energizado se os botões S1 e S2 forem acionados ao mesmo tempo ou simultaneamente, isto é, um e logo em seguida o outro. Somente quando os dois botões estiverem acionados, seus contatos normalmente abertos fecham e permitem a passagem da corrente elétrica que liga o solenóide Y1, abrindo a pilotagem interna e invertendo a posição da válvula direcional que comanda o movimento de avanço da haste do cilindro. Se durante o movimento de avanço do cilindro qualquer um dos dois botões, S1 ou S2, for desacionado, imediatamente seu contato volta a abrir, interrompendo a passagem da corrente elétrica, o que desliga o solenóide Y1. Uma vez desligado o solenóide Y1, a pilotagem interna é desativada e a mola reposiciona a válvula direcional, comandando o movimento de retorno imediato da haste do cilindro. Esse tipo de circuito, conhecido como comando bi-manual, é muito utilizado no acionamento de máquinas e equipamentos que oferecem riscos de acidente para o operador como, por exemplo, no caso de acionamento de uma prensa pneumática. Com os botões colocados a uma distância que não permita o acionamento com apenas uma das mãos, o operador terá que forçosamente utilizar ambas as mãos para acionar a partida da máquina. Esse recurso oferece, portanto, uma condição de partida segura, reduzindo consideravelmente os riscos de acidente. É importante destacar, entretanto, que o operador deve ser sempre orientado quanto ao correto procedimento de acionamento da máquina pois, se um dos botões S1 ou S2 for travado, a partida do equipamento poderá ser efetuada unicamente pelo outro botão, o que vem a descaracterizar a condição de segurança desse tipo de comando bi-manual.
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Circuito 04:
Um cilindro de ação dupla deve ser acionado por dois botões. Acionando-se o primeiro botão o cilindro deve avançar e permanecer avançado mesmo que o botão seja desacionado. O retorno deve ser comandado por po r meio de um pulso no segundo botão. Existem, na verdade, quatro possibilidades de comando do cilindro, por meio de três válvulas direcionais diferentes. Pode-se utilizar uma válvula direcional de 5/2 vias acionada por dois solenóides, ou uma válvula direcional de 5/2 vias acionada por duplo servocomando (válvula de impulso), ou ainda uma válvula direcional de 5/2 vias acionada por solenóide com reposicionamento por mola. As quatro alternativas diferentes de construção do circuito eletropneumático serão apresentadas a seguir: Solução A: utilizando uma válvula direcional de 5/2 vias acionada por dois
solenóides, sem mola de reposição. Empregando-se uma válvula direcional de 5/2 vias com acionamento por dois solenóides, sem mola de reposição, basta efetuar um pulso nos botões para comandar os movimentos de avanço e retorno do cilindro, não sendo necessário manter os botões acionados para dar continuidade ao movimento. Acionando-se o botão S1, seu contato normalmente aberto f echa, permitindo a passagem da corrente elétrica que energiza a bobina do solenóide Y1. Ao mesmo tempo, o contato fechado de S1, ligado em série com o contato aberto de S2, abre, impedindo que o solenóide Y2 seja energizado, enquanto Y1 estiver ligado. Com o solenóide Y1 em operação, o carretel da válvula direcional é acionado para a direita, fazendo com que a haste do cilindro avance. Mesmo que o botão S1 seja desacionado, desligando o solenóide Y1, como a válvula direcional não possui mola de reposição, o carretel se mantém na última posição acionada, neste caso para a direita, e o cilindro permanece avançado. Portanto, para fazer com que a haste do cilindro avance, não é necessário manter o botão de comando S1 acionado, basta dar um pulso e soltar o botão, já que a válvula direcional memoriza o último acionamento efetuado. O mesmo comportamento ocorre no retorno do cilindro. Acionando-se o botão S2, seu contato normalmente aberto fecha, permitindo a passagem da corrente elétrica que energiza a bobina do solenóide Y2. Ao mesmo tempo, o contato fechado de S2, ligado em série com o contato aberto de S1, abre, impedindo que o solenóide Y1 seja 140
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energizado, enquanto Y2 estiver ligado. Com o solenóide Y2 em operação, o carretel da válvula direcional é acionado para a esquerda, fazendo com que a haste do cilindro retorne. Mesmo que o botão S2 seja desacionado, desligando o solenóide Y2, como a válvula direcional tem a característica de memorizar o último acionamento efetuado, neste caso para a esquerda, o cilindro permanece retornado. Portanto, para fazer com que a haste do cilindro retorne, não é necessário manter o botão de comando S2 acionado, basta dar um pulso e soltar o botão, como não há mola de reposição, o carretel da válvula direcional mantém o último acionamento efetuado e o cilindro recuado. Caso os dois botões S1 e S2 forem acionados simultaneamente, embora os dois contatos normalmente abertos fechem, os dois contatos normalmente fechados abrem e garantem que os dois solenóides Y1 e Y2 permaneçam desligados. A montagem alternada dos contatos fechados dos botões, em série com os contatos abertos, evita que os dois solenóides sejam energizados ao mesmo tempo, fato que poderia causar a queima de um dos solenóides, danificando o equipamento. Solução B: utilizando uma válvula direcional de 5/2 vias com acionamento por
servocomando e reposição por mola, com comando elétrico de autoretenção e comportamento de desligar dominante.
Neste caso, a válvula direcional é reposicionada por mola e não apresenta a mesma característica de memorização da válvula de duplo servocomando, empregada na solução B. Sendo assim, para que se possa avançar ou retornar a haste do cilindro com um único pulso, sem manter os botões de comando acionados, é necessário SENAI
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utilizar um relé auxiliar no comando elétrico elét rico para manter o solenóide Y1 ligado, mesmo que o botão S1 seja desacionado. Acionando-se o botão S1, seu contato normalmente aberto f echa e permite a passagem da corrente elétrica. A corrente passa também pelo contato fechado do botão S2, ligado em série com o botão S1, e liga a bobina do relé auxiliar K1. Quando K1 é energizado, todos os seus contatos se invertem, ou seja, os normalmente abertos fecham e os fechados abrem. Neste caso, o primeiro contato de K1 utilizado no circuito, ligado em paralelo com o botão S1, fecha para efetuar a auto-retenção da bobina de K1, isto é, mesmo que o botão S1 seja desacionado, a corrente elétrica continua passando pelo primeiro contato de K1, paralelamente ao botão S1, e mantendo a bobina de K1 energizada. Um segundo contato de K1 é utilizado no circuito para ligar a bobina do solenóide Y1 que, quando energizado, e nergizado, abre a pilotagem pneumática que aciona o carretel da válvula válvula direcional para a direita, fazendo com que a haste do cilindro avance. Dessa forma, pode-se soltar o botão de comando S1 que o relé auxiliar K1 se mantém ligado por um de seus próprios contatos contat os (auto-retenção) e, ao mesmo tempo, conserva energizado o solenóide Y1 por meio de outro de seus contatos, garantindo a continuidade do movimento de avanço do cilindro. Para fazer com que a haste do cilindro retorne, basta dar um pulso no botão de comando S2. Acionando-se o botão S2, seu contato normalmente fechado, ligado em série com o primeiro contato de K1 que mantinha a auto-retenção de K1, abre e interrompe a passagem da corrente elétrica para a bobina do relé auxiliar K1. Imediatamente o relé K1 é desligado e todos os seus contatos voltam à posição normal. O primeiro contato de K1 abre e desliga a auto-retenção de K1, permitindo que mesmo que o botão S2 seja desacionado a bobina de K1 permaneça desligada. O segundo contato de K1, por sua vez, abre e bloqueia a passagem da corrente elétrica, desligando o solenóide Y1. Com o solenóide Y1 desligado, o piloto pneumático é desativado e a mola da válvula direcional empurra o carretel de volta para a esquerda, fazendo com que a haste do cilindro retorne. O circuito elétrico utilizado nesta solução C é chamado de comando de auto-retenção com comportamento de desligar dominante porque, se os dois botões de comando S1 e S2 forem acionados ao mesmo tempo, o relé K1 permanece desligado pelo contato 142
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do botão de comando S2. Podemos dizer que, neste caso, o botão S2 tem prioridade sobre S1 pois, se ambos forem acionados simultaneamente, prevalece como dominante a condição de desligar do contato fechado do botão de comando S2. Solução C: utilizando uma válvula direcional de 5/2 vias com acionamento por
servocomando e reposição por mola, com comando elétrico de autoretenção e comportamento de ligar dominante.
Esta solução apresenta as mesmas características construtivas da solução anterior, considerando-se que o circuito pneumático é o mesmo, empregando uma válvula direcional de 5/2 vias com acionamento por servocomando e reposição por mola, o que exige que o comando elétrico também seja de auto-retenção mas, agora, com comportamento de ligar dominante. De acordo com o que foi apresentado na solução C, a válvula direcional é reposicionada por mola e não apresenta a mesma característica de memorização da válvula de duplo servocomando, empregada na solução B. Sendo assim, para que se possa avançar ou retornar a haste do cilindro com um único pulso, sem manter os botões de comando acionados, é necessário utilizar um relé auxiliar no comando elétrico para manter o solenóide Y1 ligado, mesmo que o botão S1 seja desacionado. Acionando-se o botão S1, seu contato normalmente aberto f echa e permite a passagem da corrente elétrica que liga a bobina do relé auxiliar K1. O primeiro contato de K1 utilizado no circuito, ligado em paralelo com o botão S1 e em série com o botão S2, fecha para efetuar a auto-retenção da bobina de K1, isto é, SENAI
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mesmo que o botão S1 seja desacionado, a corrente elétrica continua passando pelo primeiro contato de K1 e pelo contato normal fechado de S2, paralelamente ao botão S1, e mantendo a bobina de K1 energizada.
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Comandos seqüenciais eletropneumáticos
Após o estudo deste dest e capítulo, você terá condições de compreender a seqüência de movimentos através de algumas representações e elaborar um circuito eletropneumático seqüencial. Um exemplo pode favorecer a análise deste tema. Dois cilindros pneumáticos de ação dupla devem avançar e retornar, obedecendo a uma seqüência de movimentos predeterminada. Acionando-se um botão de partida, o cilindro A deve avançar. Quando A chegar ao final do curso, deve avançar o cilindro B. Assim que B atingir o final do curso, deve retornar o cilindro A e, f inalmente, quando A alcançar o final do curso, deve retornar o cilindro B. Existem várias maneiras de representar uma seqüência de movimentos de cilindros pneumáticos. As mais usadas são: a forma de tabela, o diagrama trajeto-passo e a representação abreviada. A – Forma de Tabela Passo 1o 2o 3o 4o
Movimento
Comando
O cilindro A avança O cilindro B avança O cilindro A retorna O cilindro B retorna
Botão de partida Sensor óptico Sensor Capacitivo Sensor Indutivo
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Na forma de tabela, descreve-se, resumidamente, o que ocorre em cada passo de movimento da seqüência, destacando o comando efetuado. Assim, no primeiro passo, quando o botão de partida for acionado, o cilindro A avança. No segundo passo, quando um sensor óptico for ativado no final do movimento do primeiro passo, o cilindro B avança. No terceiro passo, quando um sensor capacitivo acusar o final do movimento do segundo passo, o cilindro A retorna. Finalmente no quarto passo, quando um sensor indutivo for acionado no final do movimento do passo anterior, o cilindro B retorna e encerra o ciclo de movimentos da seqüência. B – Diagrama trajeto-passo:
O diagrama trajeto-passo representa, sob a forma de gráfico, os movimentos que um cilindro realiza em cada passo, durante d urante um ciclo de trabalho. Sendo assim, no primeiro passo, o cilindro A avança, enquanto e nquanto B permanece parado no final do curso de retorno. No segundo passo, o cilindro B avança, enquanto que A permanece parado no final do curso de avanço. No terceiro passo, o cilindro A retorna, enquanto que B permanece parado no final do curso de avanço. No quarto e último passo, o cilindro B retorna, enquanto que A permanece parado no final do curso de retorno. C – Representação abreviada:
A+B+A–B– A representação abreviada é a mais utilizada devido a sua simplicidade. As letras maiúsculas representam os cilindros utilizados no circuito pneumático. O símbolo ( +) é empregado para representar o movimento de avanço de um cilindro, enquanto que o símbolo ( – ) o de retorno. Dessa forma, A + representa que o cilindro A avança, B + que o cilindro B avança, A – que o cilindro A retorna e B – que o cilindro B retorna. Caso dois movimentos de dois do is cilindros diferentes ocorram ao mesmo tempo, as letras que representam esses cilindros são escritas entre parênteses, de uma das seguintes maneiras:
A + B + (A – B –) 146
ou
A + B + (A B) – SENAI
Pneumática
Nos dois casos, os parênteses representam que o retorno dos cilindros A e B ocorrem simultaneamente. Voltando ao circuito 10, mais uma vez serão apresentadas duas soluções pneumáticas para o problema: uma utilizando válvulas direcionais com acionamento por duplo servocomando e, a outra, empregando válvulas direcionais acionadas por servocomando com reposição por mola. Com relação ao circuito elétrico de comando, a novidade é a aplicação de diferentes tipos de sensores de proximidade sem contato físico, empregados no lugar das já tradicionais chaves fim de curso. É importante destacar, ainda, que devido à baixa corrente de saída dos sensores de proximidade, não é conveniente utilizá-los para energizar diretamente bobinas de solenóides. Dessa forma, f orma, torna-se indispensável o uso de relés auxiliares que deverão receber os sinais dos sensores e dar prosseguimento ao comando dos demais componentes elétricos empregados no circuito. Solução A: utilizando válvulas direcionais de 5/2 vias, com acionamento por duplo
servocomando que memoriza o último acionamento.
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Acionando-se o botão de partida S1, seu contato contat o aberto 13/14 f echa e permita a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato fechado 11/12 de K2, ligado em série com o botão S1, e liga o solenóide Y1. Ao mesmo tempo, o contato fechado 11/12 do botão S1 abre e impede que o solenóide Y2 seja ligado. Com Y1 energizado, a haste do cilindro A avança, dando início ao primeiro passo da seqüência de movimentos. Mesmo que o operador soltar o botão S1, desligando o solenóide Y1, o carretel da válvula memoriza o último acionamento e o cilindro A continua avançando. Quando o cilindro A começa a avançar, o sensor indutivo S4, montado no final do curso de retorno de A, é desativado sem nada alterar no funcionamento do comando elétrico. Quando a haste do cilindro A chega no final do curso de avanço, o sensor óptico S2 é ativado e envia um sinal de saída que liga o relé K1. O contato 11/14 de K1 fecha e permite a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato fechado 11/12 de K3, ligado em série, e energiza o solenóide Y3. Ao mesmo tempo, o contato fechado 21/22 de K1 abre e impede que o solenóide Y4 seja ligado. Com Y3 energizado, a haste do cilindro B avança, dando início ao segundo passo da seqüência de movimentos. Assim que o cilindro B começa a avançar, a chave f im de curso S5, cujo contato 11/12 estava aberto, fecha sem nada alterar no funcionamento do comando elétrico, considerando-se que o sensor indutivo S4 está desativado. Quando a haste do cilindro B chega no final do curso de avanço, o sensor capacitivo S3 é ativado e envia um sinal de saída que liga o relé K2. O contato fechado 11/12 de K2 abre e desliga o solenóide Y1, se este estiver ligado. O contato 21/24 de K2 fecha e permite a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato fechado 11/12 do botão S1, ligado em série, e energiza o solenóide Y2, desde que o operador tenha soltado o botão S1. Com Y2 energizado, a haste do cilindro A retorna, dando início ao terceiro passo da seqüência de movimentos. Assim que o cilindro A começa a retornar, o sensor ópt ico S2 é desativado, desligando o relé K1. Quando K1 é desligado, seu contato 11/14 que havia fechado 148
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abre e desliga o solenóide Y3 mas, o carretel da válvula direcional memoriza o último acionamento e o cilindro B permanece avançado. O contato 21/22 de K1 que havia aberto fecha e permanece aguardando um sinal do relé K3 para que Y4 seja energizado. Quando a haste do cilindro A chega no final do curso de retorno, o sensor indutivo S4 é ativado e envia um sinal de saída que passa pelo contato fechado 11/12 da chave fim de curso S5 e liga o relé K3. O contato fechado 11/12 de K3 abre e não permite que o solenóide Y3 seja energizado. O contato 21/24 de K3 fecha e permite a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato fechado 21/22 de K1, ligado em série, e energiza o solenóide Y4. Com Y4 energizado, a haste do cilindro B retorna, dando início ao quarto e último passo da seqüência de movimentos. Assim que o cilindro B começa a retornar, o sensor capacitivo S3 é desativado, desligando o relé K2. Quando K2 é desligado, seu contato 11/12 que havia aberto fecha para permitir uma nova partida através do botão S1. O contato 21/24 de K2 que havia fechado abre, desligando o solenóide Y2 mas, o carretel da válvula direcional memoriza o último acionamento e o cilindro A permanece recuado. Quando a haste do cilindro B chega no final do curso de retorno, a chave fim de curso S5 é acionada, abrindo seu contato 11/12 que havia fechado e desligando o relé K3. Quando K3 é desligado, seu contato 11/12 que havia aberto fecha e permanece aguardando um sinal do relé K1 para que Y3 seja energizado novamente. O contato 21/24 de K3 que havia fechado abre, desligando o solenóide Y4 mas, o carretel da válvula direcional memoriza o último acionamento e o cilindro B permanece recuado. Um novo ciclo de movimentos pode ser iniciado mediante o acionamento do botão de partida S1.
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Solução B: utilizando válvulas direcionais de 5/2 vias acionadas por servocomando
com reposição por mola.
Acionando-se o botão de partida S1, seu contato 13/14 fecha e permite a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato fechado 11/12 de K4, ligado em série com o botão S1, e energiza o relé K1. Quando K1 é ligado, seu contato 11/14 fecha e efetua a auto-retenção de K1 de forma que, mesmo que o operador solte o botão S1, o relé K1 permanece energizado. O contato 21/24 de K1, por sua vez, liga o solenóide Y1, fazendo com que a haste do cilindro A avance, dando início ao primeiro passo da seqüência de movimentos do circuito. Assim que o cilindro A começa a avançar, o sensor indut ivo S4, montado no f inal do curso de retorno de A, é desativado sem nada alterar no funcionamento do comando elétrico, considerando-se que o contato 11/12 da chave fim de curso S5 permanece aberto, mantendo desligado o relé K5. Quando a haste do cilindro A chega no final do curso de avanço, o sensor óptico S2 é ativado e envia um sinal de saída que liga o relé K2. O contato 11/14 de K2 fecha e permite a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato fechado 11/12 de K5, ligado em série, e energiza o relé K3. O contato 11/14 de K3 fecha e efetua a autoretenção de K3 para que, caso o contato 11/14 de K2 volte a abrir, o relé K3 permaneça energizado. O contato 21/24 de K3, por sua vez, fecha e liga o solenóide 150
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Y2, fazendo com que a haste do cilindro B avance, dando início ao segundo passo da seqüência de movimentos. Assim que o cilindro B começa a avançar, a chave fim de curso S5, cujo cont ato 11/12 estava aberto, fecha sem nada alterar no funcionamento do comando elétrico, considerando-se que o sensor indutivo S4 está desativado. Quando a haste do cilindro B chega no final do curso de avanço, o sensor capacitivo S3 é ativado e envia um sinal de saída que liga o relé K4. O contato fechado 11/12 de K4 abre e desliga o relé K1. Quando K1 é desacionado, seu contato 11/14 que havia fechado abre e desativa a auto-retenção de K1. O contato 21/24 de K1 que havia fechado abre e desliga o solenóide Y1, fazendo com que a haste do cilindro A retorne, dando início ao terceiro passo da seqüência de movimentos. Assim que o cilindro A começa a retornar, o sensor óptico S2 é desativado, desligando o relé K2. Quando K2 é desligado, seu contato 11/14 que havia fechado abre mas a auto-retenção de K3 o mantém ligado, mantendo também o solenóide Y2 energizado e o cilindro B avançado. Quando a haste do cilindro A chega no final f inal do curso de retorno, retorno, o sensor indutivo S4 é ativado e envia um sinal de saída que passa pelo contato fechado 11/12 da chave fim de curso S5 e liga o relé K5. O contato fechado 11/12 de K5 abre e desliga o relé K3. Com K3 desativado, seu contato 11/14 que havia fechado abre e desliga a autoretenção de K3. O contato 21/24 de K3 que havia fechado abre e desliga o solenóide Y2, fazendo com que a haste do cilindro B retorne, dando início ao quarto e último passo da seqüência de movimentos. Assim que o cilindro B começa a retornar, o sensor capacitivo S3 é desativado, desligando o relé K4. Quando K4 é desligado, seu contato 11/12 que havia aberto fecha para permitir uma nova partida através do botão S1. Quando a haste do cilindro B chega no final do curso de retorno, a chave fim de curso S5 é acionada, abrindo seu contato 11/12 que havia fechado e desligando o relé K5. Quando K5 é desligado, seu contato 11/12 que havia aberto mas o relé K3 permanece desligado pelo contato aberto 11/14 de K2. O ciclo é então encerrado e uma nova partida pode ser efetuada mediante o acionamento do botão S1. SENAI
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Método de Maximização de Contatos
O método de maximização de contatos, também conhecido como método passo a passo ou cadeia estacionária, ao contrário do método cascata, não apresenta a característica de reduzir o número de relés auxiliares utilizados no comando elétrico. Em compensação, pode ser aplicado com segurança em todo e qualquer circuito seqüencial eletropneumático, não importando se as válvulas direcionais de comando são acionadas por simples ou duplo solenóide ou servocomando. A grande vantagem que o comando em cadeia estacionária leva sobre os demais métodos de construção de circuitos elétricos é a total segurança na n a emissão dos sinais enviados pelos componentes de entrada, tais como botoeiras, chaves fim de curso e sensores de proximidade. No comando passo a passo, se um elemento de sinal, seja ele um botão, sensor ou chave fim de curso, for acionado fora de hora, acidentalmente ou mesmo propositadamente, esse componente não pode interferir no circuito pois cada acionamento depende da ocorrência do acionamento an terior. Isso significa que o próximo movimento de uma seqüência de comando só ocorre, depois da confirmação do movimento anterior ter ocorrido. Dessa forma, a cadeia estacionária evita totalmente as sobreposições de sinais, típicas das seqüências indiretas, além de garantir que os movimentos de avanço e retorno dos cilindros pneumáticos obedeçam rigorosamente à seqüência de comando, passo a passo. De acordo com o que f oi estudado no método cascata, a seqüência de movimentos era dividida em setores secundários que poderiam apresentar dois ou mais movimentos, desde que as letras não se repetissem, ou seja, cada cilindro poderia se movimentar uma única vez dentro do setor, sem importar o número de cilindros a se movimentar. Já na cadeia estacionária, cada setor poderá comandar um único movimento de um único cilindro, isto é, como cada letra da seqüência representa um cilindro, o número de divisões será igual ao número de letras existentes na seqüência. Assim, numa seqüência com dois cilindros que avançam e retornam uma única vez durante um ciclo, teríamos quatro movimentos e, portanto, quatro setores ou quatro passos. Vamos tomar como exemplo, novamente, a seguinte seqüência de movimentos para dois cilindros:
A+A–B+B– 152
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Uma vez identificada que a seqüência é indireta e, feita a opção pela construção do circuito elétrico de comando pelo método passo a passo, a primeira etapa é dividir a seqüência em setores que determinarão o número de relés auxiliares a serem utilizados. O número de relés corresponde sempre ao número de setores ou passos de movimento, mais um. No método passo a passo, para dividir uma seqüência em setores ou passos deve-se escrever a seqüência de forma abreviada e, em seguida, cortá-la com traços verticais em cada letra, da esquerda para a direita, não importando os sinais de (+) ou (-). Finalmente, o número de subdivisões provocadas pelos traços verticais é igual ao número de passos que a cadeia estacionária deve comandar. Eis alguns exemplos:
A+
A–
B+
B–
l
ll
lll
lV
A+
B+
B–
A–
l
ll
lll
lV
= 4 passos
= 4 passos
Nestes dois casos, os traços subdividem a seqüência em quatro partes, determinando quatro passos de comando.
A+
B+
B–
A–
B+
B–
l
ll
lll
lV
V
Vl
A+
B+
A–
A+
B–
A–
l
ll
lll
lV
V
Vl
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= 6 passos
=6 passos
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Nestas seqüências, os traços determinam seis subdivisões que definem seis passos de comando. A segunda etapa, na construção do circuito de comando pelo método mét odo passo a passo, consiste em desenhar o circuito elétrico de comando propriamente dito, tendo por referência as seguintes orientações: •
•
•
•
•
•
•
•
•
cada elemento de sinal, seja ele um botão, chave fim de curso ou sensor de proximidade, deverá energizar sempre um relé auxiliar, temporizador ou cont ador e nunca diretamente um solenóide; cada relé auxiliar da cadeia estacionária deve realizar três funções distintas: efetuar sua auto-retenção, habilitar o próximo relé a ser energizado e realizar a ligação e ou o desligamento dos solenóides, de acordo com a seqüência de movimentos; habilitar o próximo relé significa que o relé seguinte somente poderá ser energizado se o anterior já estiver ligado; a medida em que os movimentos da seqüência vão sendo realizados, os relés são ligados e mantidos um a um; o final do último movimento da seqüência deverá ativar um último relé o qual não terá auto-retenção e deverá desligar o primeiro relé da cadeia estacionária; como a regra é fazer com que o relé anterior habilite o seguinte, quando o último relé da cadeia desliga o primeiro, este desliga o segundo, que desliga o terceiro e, assim, sucessivamente, até que todos sejam desligados; o número de relés auxiliares a serem utilizados na cadeia estacionária é igual ao número de movimentos da seqüência + 1; movimentos simultâneos de dois cilindros em uma seqüência de comando devem ser considerados dentro de um mesmo passo e, portanto, necessitarão de apenas um relé para esses movimentos; quando um cilindro realiza mais do que dois movimentos dentro de um mesmo ciclo, as chaves fim de curso ou sensores por ele acionados deverão estar fora da cadeia estacionária, acionando relés auxiliares avulsos cujos contatos serão aproveitados na cadeia, no local onde seriam colocados os elementos emissores de sinais.
Serão apresentados, a seguir, uma série de circuitos eletropneumáticos seqüenciais nos quais as orientações mencionadas acima serão detalhadas e exemplificadas. Os circuitos elétricos de comando serão elaborados ut ilizando o método passo a passo em duas situações: para válvulas direcionais acionadas por servocomando e com 154
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Pneumática
reposição por mola, assim como para válvulas do tipo memória com duplo servocomando. Exemplo:
Ao acionar um botão de partida, dois cilindros de ação dupla devem se movimentar, respeitando a seqüência de movimentos A + A – B + B – 1a Etapa: identificar se a seqüência é direta ou indireta.
A+A–
B+B–
= seqüência indireta
2a Etapa: como a seqüência é indireta, dividí-la em setores ou passos.
A+
A–
B+
B–
l
ll
lll
LV
= 4 passos
Observe que na divisão da seqüência em setores, o cilindro A deverá avançar no passo I e retornar no passo II. O cilindro B, por sua vez, deverá avançar no passo III e retornar no passo IV. Construindo um quadro com a seqüência dos acionamentos para comando dos movimentos e mudança da alimentação elétrica entre os setores, teremos: Passo
Comando
Acionamento
Relé
1a 2a 3a 4a
Botão de partida S1 Chave fim de curso S2 Chave fim de curso S3 Chave fim de curso S4
AK1 AK2 BK3 BK4
5a
Chave fim de curso S5
Avanço do cilindro Retorno do cilindro Avanço do cilindro Retorno do cilindro Desliga a cadeia estacionária Fim do ciclo
K5
Observe que, embora a divisão da seqüência tenha indicado 4 passos, serão utilizados 5 relés auxiliares: um para cada passo e um para efetuar o desligamento da cadeia estacionária, no final do ciclo.
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Pneumática
No primeiro passo, um botão de partida S1 liga o relé K1 o qual deverá efetuar três funções: a auto-retenção do próprio relé K1; a habilitação do próximo relé auxiliar, no caso K2; e o avanço do cilindro A, primeiro movimento da seqüência. •
•
•
Somente quando o primeiro passo tiver ocorrido, no final do curso de avanço do cilindro A, a chave fim de curso S2 confirmará o término do movimento e energizará o relé K2. Assim como ocorreu com K1, K2 também deverá efetuar três funções: a auto-retenção do próprio relé K2; a habilitação do próximo relé auxiliar, no caso K3; e o retorno do cilindro A, segundo movimento da seqüência. •
•
•
Quando o segundo passo tiver ocorrido, no final do curso de retorno do cilindro A, a chave fim de curso S3 confirmará o término do movimento e energizará o relé K3. Assim como ocorreu com K1 e K2, K3 também t ambém deverá efetuar três funções: f unções: a auto-retenção do próprio relé K3; a habilitação do próximo relé auxiliar, no caso K4; e o avanço do cilindro B, terceiro movimento da seqüência. •
•
•
Da mesma forma, quando o terceiro passo tiver ocorrido, no final do curso de avanço do cilindro B, a chave fim f im de curso S4 confirmará o término do movimento e energizará o relé K4. Assim como ocorreu com K1, K2 e K3, K4 também deverá efetuar três funções: a auto-retenção do próprio relé K4; a habilitação do próximo relé auxiliar, no caso K5; e o retorno do cilindro B, quarto e último movimento da seqüência. •
•
•
Quando o último passo tiver ocorrido, no final do curso de retorno do cilindro B, a chave fim de curso S5 confirmará o término do movimento e energizará o relé K5. Ao contrário do que ocorreu com os quatro relés anteriores, K5 deverá efetuar apenas uma função, ou seja, desligar o primeiro relé da cadeia estacionária, no caso K1. Como K5 depende de K4, K4 depende de K3, K3 depende de K2 e K2 depende de K1, devido às habilitações sucessivas de um para o outro, assim que K1 é desligado, todos o são e a cadeia estacionária encontra-se novamente na posição inicial, encerrando o ciclo de movimentos da seqüência.
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construir o circuito pneumático e o circuito elétrico de comando, aplicando o método passo a passo. a
3 Etapa:
Solução A: utilizando válvulas válvulas direcionais direcionais de 5/2 vias acionadas por servocomando
com reposição por mola.
Quando o circuito elétrico é energizado, todos os relés auxiliares encontram-se desligados pela cadeia estacionária. Da mesma forma, os solenóides Y1 e Y2 das válvulas direcionais que comandam os movimentos dos cilindros A e B. As molas das SENAI
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Pneumática
válvulas mantêm os carretéis acionados para a esquerda e os cilindros recuados, prontos para a partida. Acionando-se o botão de partida S1, seu contato contat o aberto fecha fe cha e permite a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato fechado 11/12 de K5, ligado em série com o botão, e liga o relé K1. Quando K1 é energizado, seu contato aberto 11/14 fecha e efetua a auto-retenção do relé K1. O contato aberto 21/24 de K1 fecha e habilita o próximo relé, K2. O contato aberto 31/34 de K1 fecha e permite a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato fechado fech ado 31/32 de K2, ligado em série, e liga o solenóide Y1 da válvula direcional que comanda o cilindro A. Com o solenóide Y1 ativado, o cilindro A avança, dando início ao primeiro passo da seqüência de movimentos. Assim que o cilindro A começa a avançar, a chave fim de curso S3 é desacionada sem interferir no comando elétrico pois a corrente já estava interrompida no contato aberto 21/24 de K2. Quando o cilindro A chega no final do curso de avanço e aciona a chave fim de curso S2, seu contato aberto fecha e permite a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato 21/24 de K1, que se encontra fechado, e liga o relé K2. Quando K2 é energizado, seu contato aberto 11/14 fecha e efetua a auto-retenção do relé K2. O contato aberto 21/24 de K2 fecha e habilita o próximo relé, K3. O contato fechado 31/32 de K2 abre e interrompe a passagem da corrente elétrica, desligando o solenóide Y1 da válvula direcional que comanda o cilindro A. Com o solenóide Y1 desativado, a mola inverte a posição da válvula e o cilindro A retorna, dando início ao segundo passo da seqüência de movimentos. Assim que o cilindro A começa a retornar, a chave fim de curso S2 é desacionada e seu contato volta a abrir, sem entretanto interferir no comando elétrico pois a autoretenção de K2 o mantém energizado. Quando o cilindro A chega no final do curso de retorno e aciona a chave fim de curso S3, seu contato aberto fecha e permite a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato 21/24 de K2, que se encontra fechado, e liga o relé K3. Quando K3 é energizado, seu contato aberto 11/14 fecha e efetua a auto-retenção do relé K3. O contato aberto 21/24 de K3 fecha e habilita o próximo relé, K4. O contato aberto 31/34 de K3 fecha e permite a passagem da corrente elétrica, que atravessa o contato fechado 31/32 de K4, ligado em série, e liga o solenóide Y2 da válvula direcional que 158
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comanda o cilindro B. Com o solenóide Y2 ativado, o cilindro B avança, dando início ao terceiro passo da seqüência de movimentos. Assim que o cilindro B começa a avançar, a chave fim de curso S5 é desacionada sem interferir no comando elétrico pois a corrente já estava interrompida no contato aberto 21/24 de K4. Quando o cilindro B chega no final do curso de avanço e aciona a chave fim de curso S4, seu contato aberto fecha e permite a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato 21/24 de K3, que se encontra fechado, e liga o relé K4. Quando K4 é energizado, seu contato aberto 11/14 fecha e efetua a auto-retenção do relé K4. O contato aberto 21/24 de K4 fecha e habilita o próximo relé, K5. O contato fechado 31/32 de K4 abre e interrompe a passagem da corrente elétrica, desligando o solenóide Y2 da válvula direcional que comanda o cilindro B. Com o solenóide Y2 desativado, a mola inverte a posição da válvula e o cilindro B retorna, dando início ao quarto e último passo da seqüência de movimentos. Assim que o cilindro B começa a retornar, a chave fim de curso S4 é desacionada e seu contato volta a abrir, sem entretanto interferir no comando elétrico pois a autoretenção de K4 o mantém energizado. Quando o cilindro B chega no final do curso de retorno e aciona a chave fim de curso S5, seu contato aberto fecha e permite a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato 21/24 de K4, que se encontra fechado, e liga o relé K5. Quando K5 é energizado, seu contato contat o fechado 11/12 1 1/12 abre e desliga o relé K1. O contato 21/24 de K1 que estava fechado abre e desliga o relé K2, o contato 21/24 de K2 que estava fechado abre e desliga o relé K3, o contato 21/24 de K3 que estava fechado abre e desliga o relé K4, o cont ato 21/24 de K4 que estava fechado f echado abre e desliga o relé relé K5 e, por fim, o contato 11/12 de K5 que havia aberto desligando o relé K1 volta a fechar, encerrando o ciclo e posicionando a cadeia estacionária para uma nova partida. Solução B: utilizando válvulas direcionais de 5/2 vias com acionamento por duplo
servocomando. Assim como na solução A, quando o circuito elétrico é energizado, todos os relés auxiliares e solenóides encontram-se desligados pela cadeia estacionária. Os carretéis das válvulas direcionais devem estar acionados para a esquerda para que os cilindros permaneçam recuados. SENAI
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Acionando-se o botão de partida S1, seu contato contat o aberto fecha fe cha e permite a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato fechado 11/12 de K5, ligado em série com o botão, e liga o relé K1. Quando K1 é energizado, seu contato aberto 11/14 fecha e efetua a auto-retenção do relé K1. O contato aberto 21/24 de K1 fecha e habilita o próximo relé, K2. O contato aberto 31/34 de K1 fecha e permite a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato fechado fech ado 31/32 de K2, ligado em série, e liga o solenóide Y1 da válvula direcional que comanda o cilindro A. Com o solenóide Y1 ativado, o cilindro A avança, dando início ao primeiro passo da seqüência de movimentos. Assim que o cilindro A começa a avançar, a chave fim de curso S3 é desacionada sem interferir no comando elétrico pois a corrente já estava interrompida no contato aberto 21/24 de K2. Quando o cilindro A chega no final do curso de avanço e aciona a chave fim de curso S2, seu contato aberto fecha e permite a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato 21/24 de K1, que se encontra fechado, e liga o relé K2. Quando K2 é energizado, seu contato aberto 11/14 fecha e efetua a auto-retenção do relé K2. O contato aberto 21/24 de K2 fecha e habilita o próximo relé, K3. O contato fechado 31/32 de K2 abre e interrompe a passagem da corrente elétrica, desligando o solenóide Y1. Finalmente, o contato aberto 41/44 de K2 fecha e liga o solenóide Y2 da válvula direcional que comanda o cilindro A. Com o solenóide Y2 ativado, o cilindro A retorna, dando início ao segundo passo da seqüência de movimentos. Assim que o cilindro A começa a retornar, a chave fim de curso S2 é desacionada e seu contato volta a abrir, sem entretanto interferir no comando elétrico pois a autoretenção de K2 o mantém energizado. Quando o cilindro A chega no final do curso de retorno e aciona a chave fim de curso S3, seu contato aberto fecha e permite a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato 21/24 de K2, que se encontra fechado, e liga o relé K3. Quando K3 é energizado, seu contato aberto 11/14 fecha e efetua a auto-retenção do relé K3. O contato aberto 21/24 de K3 fecha e habilita o próximo relé, K4. O contato aberto 31/34 de K3 fecha e permite a passagem da corrente elétrica, que atravessa o contato fechado 31/32 de K4, ligado em série, e liga o solenóide Y3 da válvula direcional que comanda o cilindro B. Com o solenóide Y3 ativado, o cilindro B avança, dando início ao terceiro passo da seqüência de movimentos. 160
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Assim que o cilindro B começa a avançar, a chave fim de curso S5 é desacionada sem interferir no comando elétrico pois a corrente já estava interrompida no contato aberto 21/24 de K4. Quando o cilindro B chega no final do curso de avanço e aciona a chave fim de curso S4, seu contato aberto, fecha e permite a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato 21/24 de K3, que se encontra fechado, e liga o relé K4. Quando K4 é energizado, seu contato aberto 11/14 fecha e efetua a auto-retenção do relé K4. O contato aberto 21/24 de K4 fecha e habilita o próximo relé, K5. O contato fechado 31/32 de K4 abre e interrompe a passagem da corrente elétrica, desligando o solenóide Y3. Finalmente, o contato aberto 41/44 de K4 fecha e liga o solenóide Y4 da válvula direcional que comanda o cilindro B. Com o solenóide Y4 ativado, o cilindro B retorna, dando início ao quarto e último passo da seqüência de movimentos. Assim que o cilindro B começa a retornar, a chave fim de curso S4 é desacionada e seu contato volta a abrir, sem entretanto interferir no comando elétrico pois a autoretenção de K4 o mantém energizado. Quando o cilindro B chega no final do curso de retorno e aciona a chave fim de curso S5, seu contato aberto fecha e permite a passagem da corrente elétrica que atravessa o contato 21/24 de K4, que se encontra fechado, e liga o relé K5. Quando K5 é energizado, seu contato contat o fechado 11/12 1 1/12 abre e desliga o relé K1. O contato 21/24 de K1 que estava fechado abre e desliga o relé K2, o contato 21/24 de K2 que estava fechado abre e desliga o relé K3, o contato 21/24 de K3 que estava fechado abre e desliga o relé K4, o cont ato 21/24 de K4 que estava fechado f echado abre e desliga o relé relé K5 e, por fim, o contato 11/12 de K5 que havia aberto desligando o relé K1 volta a fechar, encerrando o ciclo e posicionando a cadeia estacionária para uma nova partida.
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