Curso Técnico em Mecânica 
Comandos Hidráulicos e Pneumáticos
Armando de Queiroz Monteiro Neto 
Presidente da Confederação Nacional da Indústria 
José Manuel de Aguiar Martins 
Diretor...
Confederação Nacional das Indústrias 
Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial 
Curso Técnico em Mecânica 
Comandos Hid...
É proibida a reprodução total ou parcial deste material por qualquer meio ou sistema sem o prévio 
consentimento do editor...
Prefácio 
Você faz parte da maior instituição de educação profissional do estado. 
Uma rede de Educação e Tecnologia, form...
Sumário 
Conteúdo Formativo 9 
Apresentação 11 
12 Unidade de estudo 1 
Introdução 
Seção 1 - Histórico da 
pneumática 
Se...
8 CURSOS TÉCNICOS SENAI
Conteúdo Formativo 
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 9 
Carga horária de dedicação 
Carga horária: 90 horas 
Competência...
Apresentação 
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 
A finalidade deste material é proporcionar, aos interessados, uma 
visão...
Unidade de 
estudo 1 
Seções de estudo 
Seção 1 – Histórico da pneumática 
Seção 2 – Histórico da hidráulica
ferroviária: Freios a ar com-primido 
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 13 
Introdução 
Seção 1 
Histórico da 
pneumática...
14 CURSOS TÉCNICOS SENAI 
Seção 2 
Histórico da hidráulica 
Existem apenas três métodos de transmissão de energia na esfer...
Os fatos mais marcantes da história da energia fluídica poderiam ser 
relacionados como: 
▪▪ em 1795, um mecânico inglês, ...
Unidade de 
estudo 2 
Seções de estudo 
Seção 1 – Princípio de Pascal 
Seção 2 – Princípio da multiplicação 
de energia 
S...
Grandezas Físicas da 
Hidráulica e da Pneumática 
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 17 
Seção 1 
Princípio de Pascal 
Ver...
18 CURSOS TÉCNICOS SENAI 
P= F/A 
P = pressão F = força A = Área 
Quadro 1 – Fórmulas para Cálculo da Pressão, Força e Áre...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 19 
Altitude em M 
Pressão 
em kg/cm² 
Altitude 
em M 
Pressão 
em kg/cm² 
0 1.033 1.00...
20 CURSOS TÉCNICOS SENAI 
Unidades de pressão: 
▪▪ Atm: Atmosferas 
▪▪ Kgf/cm2 : Quilogramas por centímetro quadrado 
▪▪ B...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 21 
Seção 4 
Vazão 
Vazão: é o volume deslocado em função do tempo. 
Q = V/t 
Q = Vazão...
22 CURSOS TÉCNICOS SENAI 
Tabela de conversão das unidades de vazão: 
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COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 23 
GRANDEZA SI 
( C ) comprimento Metro ( m ) 
( M ) massa Quilo grama ( Kg ) 
( F ) f...
Unidade de 
estudo 3 
Seções de estudo 
Seção 1 – Características dos sistemas 
pneumáticos 
Seção 2 – Características dos...
Características dos Sistemas 
Hidráulicos e Pneumáticos 
Seção 1 
Características dos sistemas pneumáticos 
Vimos, anterio...
Custos da energia 
Considerado um valor 1 para a 
energia elétrica, a relação com 
pneumática e hidráulica é: 
▪▪ de 7 a 1...
▪▪ Temperatura: o óleo é sensível às variações de temperatura. 
▪▪ Segurança: existe risco de explosão ou de incêndio se u...
Unidade de 
estudo 4 
Seções de estudo 
Seção 1 – Compressores 
Seção 2 – Reservatório de ar comprimido 
Seção 3 – Prepara...
Composição de um Sistema 
Pneumático 
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 29 
Seção 1 
Compressores 
Vejamos, a seguir, a d...
Biela-manivela: Virabrequim 
e biela. Tipos de 
30 CURSOS TÉCNICOS SENAI 
Compressores 
Compressor de 
Êmbolo linear 
Comp...
Figura 7 – Compressor de Êmbolo (simples estágio) 
Fonte: Festo Didactic (2001, p. 92). 
Para a compressão a pressões mais...
32 CURSOS TÉCNICOS SENAI 
Figura 10 – Compressor de Parafusos 
Fonte: Howden (2010). 
A ausência de válvulas de admissão, ...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 33 
Figura 11 – Seleção de Compressores 
Fonte: Metalplan (2008, p. 15). 
Acionamento 
...
34 CURSOS TÉCNICOS SENAI 
Figura 12 – Instalação de Compressores 
Fonte: Metalplan (2008, p. 18). 
Regulagem 
Para combina...
Figura 13 – Regulagem por Descarga 
Fonte: SAGGIN (2004, p. 28). 
Regulagem por fechamento 
Aqui, quando é alcançada a pre...
Regulagem por estrangulamento 
A regulagem se faz mediante simples estrangulamento no funil de suc-ção 
e os compressores ...
Seção 3 
Preparação do ar comprimido 
Na prática, encontramos exemplos onde se deve dar muito valor à qua-lidade 
do ar co...
Figura 19 – Secagem por Absorção 
Fonte: SAGGIN (2004, p. 43). 
Secagem por adsorção 
A secagem por adsorção está 
baseada...
1 – Compressor de parafuso 
2 – Resfriador posterior ar/ar 
3 – Separador de condensado 
4 – Reservatório 
5 – Purgador au...
Figura 23 – Rede de Distribuição em Anel Aberto 
Fonte: SAGGIN (2004, p. 33). 
Rede de distribuição em anel fechado 
Geral...
Figura 26 – Inclinação das Tomadas de Ar e Drenagem 
Fonte: SAGGIN (2004, p. 36). 
Desta forma, evita-se que a água conden...
Funcionamento do 
dreno automático 
Por um furo de passagem, o con-densado 
atinge o fundo do copo. 
Com o aumento do níve...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 43 
Regulador de pressão 
O regulador tem por função man-ter 
constante a pressão de tr...
Figura 31 – Válvula direcional 
Fonte: Adaptado de Festo Didactic (2001, p. 16). 
Simbologia de válvulas 
Em esquemas pneu...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 45 
MANUAIS 
Geral 
Alavanca 
Botão 
Pedal 
MECÂNICOS 
Pino 
Rolete 
Mola Gatilho 
ELÉT...
Válvulas CF, CAP e CAN 
As válvulas direcionais de 3 po-sições 
caracterizam-se pela sua 
posição central. Àquelas que pos...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 47 
Figura 32 – Válvula Alternadora 
Fonte: Festo Didactic (2001, p. 156). 
Válvula alt...
48 CURSOS TÉCNICOS SENAI 
Figura 33 – Válvula de Duas Pressões 
Fonte: Festo Didactic (2001, p. 152). 
Exemplo da aplicaçã...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 49 
Figura 34 – Válvula de Escape Rápido 
Fonte: Festo Didactic (2001, p. 133). 
Válvul...
50 CURSOS TÉCNICOS SENAI 
Figura 35 – Válvula de Retenção 
Fonte: Festo Didactic (2001, p. 131). 
Válvula reguladora de fl...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 51 
Figura 37 – Válvula Reguladora de Fluxo Unidirecional 
Fonte: Festo Didactic (2001,...
52 CURSOS TÉCNICOS SENAI 
Figura 40 – Válvula Limitadora de Pressão 
Fonte: SAGGIN (2004, p. 65). 
Temporizador pneumático...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 53 
Exemplo de aplicação: 
Figura 42 – Circuito com Temporização 
Fonte: SAGGIN (2004, ...
Atuador linear de dupla ação: realiza trabalho nos 
dois sentidos 
Figura 45 – Atuador Linear de Simples Ação 
Fonte: Fest...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 55 
Elementos de trabalho. Ex.: 
cilíndros (atuadores lineares) 
Elementos auxiliares. ...
Seção 10 
Elaboração de esque-mas 
de comando 
Sequência de movi-mentos 
Quando os procedimentos de 
comando são um pouco ...
Se existirem diversos elementos de trabalho para um comando, estes são 
representados da mesma maneira e desenhados uns so...
Tipos de esquemas 
Tal como no diagrama de movimentos, temos, também, na construção 
de esquemas de comando, duas possibil...
Figura 54 – Circuito Pneumático 
Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009). 
Seção 11 
Tecnologia do vácuo 
Utilizando ...
Figura 56 – Aplicações do Vácuo 
Fonte: Parker (1998, p. 7). 
Aplicações do vácuo (PARKER, 1998): 
▪▪ movimentação de carg...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 61 
Ventosa padrão 
O tipo mais comum, para uso em 
superfícies planas ou ligeiramente ...
Geradores de vácuo 
Os geradores pneumáticos de vácuo operam sob o princípio Venturi, 
(descrito anteriormente, quando est...
Comparação entre geradores, ventiladores e bombas 
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 63 
de deslocamento positivo 
Gerado...
Unidade de 
estudo 5 
Seções de estudo 
Seção 1 – Fluidos hidráulicos 
Seção 2 – Reservatório 
Seção 3 – Bombas hidráulica...
Composição de um Sistema 
Pneumático 
SeçÃo 1 
Fluidos hidráulicos 
Um sistema hidráulico independente do trabalho que irá...
66 CURSOS TÉCNICOS SENAI 
Figura 64 – Fluidos Hidráulicos 
Fonte: Racine (1987, p. 130). 
Um bom fluido hidráulico, com um...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 67 
Informações gerais 
▪▪ Nunca devemos misturar dois fluidos de fabricantes diferente...
68 CURSOS TÉCNICOS SENAI 
▪▪ Viscosímetro de Saybolt 
Figura 66 – Viscosímetro de Saybolt 
Fonte: Parker (2008, p. 5). 
▪▪...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 69 
ISO standard 3448 
ASTM D-2422 
Ponto médio de 
viscosidade 
cSt 
Viscosidade cinem...
Nota-se que o óleo de 90 IV é mais fino a -17°C e mais espesso a 
100°C, porém, ambos têm a mesma viscosidade a 37°C. 
Seç...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 71 
Simbologia 
Reservatório aberto 
Reservatório pressurizado 
Seção 3 
Bombas hidrául...
▪▪ apresentam menores vibra-ções; 
▪▪ trabalham com fluidos conta-minados; 
▪▪ baixo poder de sucção; 
▪▪ necessidade da r...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 73 
Bomba de palhetas de vazão variável com compensação de 
pressão 
Figura 70 – Bomba ...
Bombas de pistões de 
eixo inclinado 
Figura 71 – Bomba de Pistões 
Fonte: Racine (1987, p. 144). 
Bombas de pistões de 
p...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 75 
Bombas em série 
Quando a bomba hidráulica tem 
baixo poder de sucção, instala-se 
...
76 CURSOS TÉCNICOS SENAI 
Figura 75 – Visibilidade da Contaminação 
Fonte: Festo Didactic (2001, p. 82). 
Tipos de filtros...
▪▪ Filtro de retorno - 40 a 80 mícron, são os filtros montados na linha 
de retorno do fluido para o reservatório. 
COMAND...
Razão Beta = nº de partículas do lado não filtrado 
Β = 50000 = 
78 CURSOS TÉCNICOS SENAI 
nº de partículas do lado filtra...
COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 79 
Figura 77 – Válvulas Direcionais 
Fonte: Parker. (2008, 71). 
▪▪ Válvula direcional...
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  1. 1. Curso Técnico em Mecânica Comandos Hidráulicos e Pneumáticos
  2. 2. Armando de Queiroz Monteiro Neto Presidente da Confederação Nacional da Indústria José Manuel de Aguiar Martins Diretor do Departamento Nacional do SENAI Regina Maria de Fátima Torres Diretora de Operações do Departamento Nacional do SENAI Alcantaro Corrêa Presidente da Federação das Indústrias do Estado de Santa Catarina Sérgio Roberto Arruda Diretor Regional do SENAI/SC Antônio José Carradore Diretor de Educação e Tecnologia do SENAI/SC Marco Antônio Dociatti Diretor de Desenvolvimento Organizacional do SENAI/SC
  3. 3. Confederação Nacional das Indústrias Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Curso Técnico em Mecânica Comandos Hidráulicos e Pneumáticos Guilherme de Oliveira Camargo Florianópolis/SC 2010
  4. 4. É proibida a reprodução total ou parcial deste material por qualquer meio ou sistema sem o prévio consentimento do editor. Material em conformidade com a nova ortografia da língua portuguesa. Equipe técnica que participou da elaboração desta obra Coordenação de Educação a Distância Beth Schirmer Revisão Ortográfica e Normatização FabriCO Coordenação Projetos EaD Maristela de Lourdes Alves Design Educacional, Ilustração, Projeto Gráfico Editorial, Diagramação Equipe de Recursos Didáticos SENAI/SC em Florianópolis Autor Guilherme de Oliveira Camargo Ficha catalográfica elaborada por Luciana Effting CRB14/937 - Biblioteca do SENAI/SC Florianópolis Ficha catalográfica elaborada por Luciana Effting CRB14/937 - Biblioteca do SENAI/SC Florianópolis C172c Camargo, Guilherme de Oliveira Comandos hidráulicos e pneumáticos / Guilherme de Oliveira Camargo. – Florianópolis : SENAI/SC, 2010. 113 p. : il. color ; 28 cm. Inclui bibliografias. 1. Hidráulica. 2. Bombas hidráulicas. 3. Pneumática. 4. Pneumática - Automação. I. SENAI. Departamento Regional de Santa Catarina. II. Título. SENAI/SC — Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Rodovia Admar Gonzaga, 2.765 – Itacorubi – Florianópolis/SC CEP: 88034-001 Fone: (48) 0800 48 12 12 www.sc.senai.br CDU 621.22+621.5
  5. 5. Prefácio Você faz parte da maior instituição de educação profissional do estado. Uma rede de Educação e Tecnologia, formada por 35 unidades conecta-das e estrategicamente instaladas em todas as regiões de Santa Catarina. No SENAI, o conhecimento a mais é realidade. A proximidade com as necessidades da indústria, a infraestrutura de primeira linha e as aulas teóricas, e realmente práticas, são a essência de um modelo de Educação por Competências que possibilita ao aluno adquirir conhecimentos, de-senvolver habilidade e garantir seu espaço no mercado de trabalho. Com acesso livre a uma eficiente estrutura laboratorial, com o que existe de mais moderno no mundo da tecnologia, você está construindo o seu futuro profissional em uma instituição que, desde 1954, se preocupa em oferecer um modelo de educação atual e de qualidade. Estruturado com o objetivo de atualizar constantemente os métodos de ensino-aprendizagem da instituição, o Programa Educação em Movi-mento promove a discussão, a revisão e o aprimoramento dos processos de educação do SENAI. Buscando manter o alinhamento com as neces-sidades do mercado, ampliar as possibilidades do processo educacional, oferecer recursos didáticos de excelência e consolidar o modelo de Edu-cação por Competências, em todos os seus cursos. É nesse contexto que este livro foi produzido e chega às suas mãos. Todos os materiais didáticos do SENAI Santa Catarina são produções colaborativas dos professores mais qualificados e experientes, e contam com ambiente virtual, mini-aulas e apresentações, muitas com anima-ções, tornando a aula mais interativa e atraente. Mais de 1,6 milhões de alunos já escolheram o SENAI. Você faz parte deste universo. Seja bem-vindo e aproveite por completo a Indústria do Conhecimento.
  6. 6. Sumário Conteúdo Formativo 9 Apresentação 11 12 Unidade de estudo 1 Introdução Seção 1 - Histórico da pneumática Seção 2 - Histórico da hidráulica 16 Unidade de estudo 2 Grandezas Físicas da Hidráulica e da Pneu-mática Seção 1 - Princípio de Pascal Seção 2 - Princípio da multi-plicação de energia Seção 3 - Pressão Seção 4 - Vazão 24 Unidade de estudo 3 Características dos Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos Seção 1 - Características dos sistemas pneumáticos Seção 2 - Características dos sistemas hidráulicos Seção 3 - Comparação entre os sistemas pneumáticos e hidráulicos Seção 4 - Características dos fluidos para sistemas pneu-máticos e hidráulicos 13 14 28 Unidade de estudo 4 Composição de um Sistema Pneumático Seção 1 - Compressores Seção 2 - Reservatório de ar comprimido Seção 3 - Preparação do ar comprimido Seção 4 - Redes de distribui-ção do ar comprimido Seção 5 - Unidade de conser-vação de ar Seção 6 - Válvulas direcionais pneumáticas Seção 7 - Válvulas pneumá-ticas Seção 8 - Atuadores para sistemas pneumáticos Seção 9 - Designação de elementos Seção 10 - Elaboração de esquemas de comando Seção 11 - Tecnologia do vácuo 64 Unidade de estudo 5 Composição de um Sistema Hidráulico Seção 1 - Fluidos hidráulicos Seção 2 - Reservatório Seção 3 - Bombas hidráulicas Seção 4 - Filtros para siste-mas hidráulicos Seção 5 - Válvulas direcionais Seção 6 - Atuadores Seção 7 - Válvulas de blo-queio Seção 8 - Válvulas regulado-ras de vazão Seção 9 - Válvulas regulado-ras de pressão Seção 10 - Elemento lógico Seção 11 - Trocador de calor Seção 12 - Acumuladores Seção 13 - Intensificador de pressão Seção 14 - Instrumentos de medição e controle Finalizando 99 Referências 101 Anexo 103 17 17 17 21 25 25 25 26 29 36 37 39 42 43 46 53 54 56 59 65 70 71 75 78 83 84 87 89 91 93 94 95 96
  7. 7. 8 CURSOS TÉCNICOS SENAI
  8. 8. Conteúdo Formativo COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 9 Carga horária de dedicação Carga horária: 90 horas Competências Interpretar e montar circuitos hidráulicos e pneumáticos em instalações mecânicas. Conhecimentos ▪▪Simbologia; ▪▪Unidades de medida; ▪▪Grandezas mecânicas; ▪▪Definição e características de componentes hidráulicos e pneumáticos; ▪▪Componentes e acessórios de circuitoshidráulicos e pneumáticos, eletro hidráulicos e eletro pneumáticos. Habilidades ▪▪Aplicar normas técnicas e regulamentadoras; ▪▪Ler, interpretar e aplicar manuais, catálogos e tabelas técnicas; ▪▪Aplicar simbologias de comandos hidráulicos e pneumáticos; ▪▪Aplicar conceitos de circuitos hidráulicos e pneumáticos; ▪▪Ler e interpretar circuitos hidráulicos e pneumáticos; ▪▪Dimensionar, especificar e instalar circuitos hidráulicos e pneumáticos; ▪▪Aplicar normas técnicas de saúde, segurança e meio ambiente. Atitudes ▪▪Assiduidade; ▪▪Pró-atividade; ▪▪Relacionamento interpessoal; ▪▪Trabalho em equipe; ▪▪Cumprimento de prazos; ▪▪Zelo com os equipamentos; ▪▪Adoção de normas técnicas de saúde e segurança do trabalho; ▪▪Responsabilidade ambiental; ▪▪Trabalho em equipe; ▪▪Cumprimento de prazos e horários.
  9. 9. Apresentação COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS A finalidade deste material é proporcionar, aos interessados, uma visão do mundo da hidráulica e da pneumática. As experiências têm revelado que, atualmente, os sistemas hidráulicos e pneumáticos são indispensáveis como métodos modernos de transmissão de energia. Hoje, entende-se por sistemas hidráulicos e pneumáticos a transmis-são, controle de forças e movimentos por meio de fluidos. Sabemos que fluido é toda a substância que flui e toma a forma do recipiente no qual está confinado. Com a automatização, os acionamentos e comandos hidráulicos e pneumáticos ganharam importância através do tempo. Grande parte das modernas e mais produtivas máquinas e instalações são, hoje, parcial ou totalmente comandadas por estes sistemas. Apesar da multiplicidade dos campos de aplicação dos sistemas hi-dráulicos e pneumáticos, o conhecimento dessa matéria ainda não está totalmente difundido. Como resultado disso, a aplicação dos sistemas hidráulicos e pneumáticos tem sido restrita. O conteúdo aqui apresentado inclui a descrição de sistemas hidráu-licos e pneumáticos para a transferência de forças ou movimentos, seus princípios de funcionamento, detalhes construtivos dos com-ponentes e a montagem de circuitos hidráulicos e pneumáticos. O que está esperando para conferir todas as descobertas que lhe reservamos? Vamos juntos! Guilherme de Oliveira Camargo Guilherme de Oliveira Camargo é especialista em automação indus-trial, pelo SENAI/SC, em Florianó-polis, com formação superior em automação industrial, pelo SENAI/ SC, em Florianópolis e formação técnica em mecânica de manuten-ção, pela escola técnica federal de Santa Catarina. É colaborador do SENAI/SC há 20 anos, tendo atuado como instrutor de ensino industrial na unidade móvel de acionamen-tos eletro-hidropneumáticos e no SENAI/SC nos cursos de tecnologia e especialização em automação industrial. Participou, diretamen-te, na elaboração e organização de material didático dos cursos de automação do SENAI/SC. Ministrou cursos para empresas do Estado e para os profissionais do SENAI. 11
  10. 10. Unidade de estudo 1 Seções de estudo Seção 1 – Histórico da pneumática Seção 2 – Histórico da hidráulica
  11. 11. ferroviária: Freios a ar com-primido COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 13 Introdução Seção 1 Histórico da pneumática O ar comprimido é, provavelmen-te, uma das mais antigas formas de transmissão de energia que o homem conhece, empregada e aproveitada para ampliar sua ca-pacidade física. O reconhecimen-to da existência física do ar, bem como a sua utilização, mais ou menos consciente para o trabalho, são comprovados há milhares de anos. O primeiro homem que, com certeza, sabemos terse interessa-do pela pneumática, isto é, pelo emprego do ar comprimido como meio auxiliar de trabalho, foi o grego Ktésibios. Há mais de 2000 anos, ele construiu uma catapulta a ar comprimido. Um dos primei-ros livros sobre o emprego do ar comprimido como transmissão de energia, data do 1º século d.C e descreve equipamentos que fo-ram acionados com ar aquecido. Embora, a base da pneumática seja um dos mais velhos conheci-mentos da humanidade, foi preci-so aguardar o século XIX para que o estudo de seu comportamento e de suas características se tornasse sistemático. Porém, pode-se dizer que somente após o ano 1950 é que ela foi, realmente, introduzida na produção industrial. Antes, porém, já existiam alguns campos de aplicação e aproveita-mento da pneumática, como, por exemplo, a indústria mineira, a construção civil e a indústria fer-roviária. A introdução, de forma mais generalizada, da pneumática na indústria, começou com a neces-sidade, cada vez maior, de auto-matização e racionalização dos processos de trabalho. Apesar de sua rejeição inicial, quase sempre proveniente da falta de conhecimento e instrução, ela foi aceita e o número de campos de aplicação tornou-se cada vez maior. Hoje, o ar comprimido tornou-se indispensável e, nos mais diferentes ramos industriais, instalam-se aparelhos pneumáti-cos, principalmente, na automa-ção. Automação: a automação retira do homem as funções de coman-do e regulação, conservando, ape-nas, as funções de controle. Um processo é considerado automa-tizado quando este é executado sem a intervenção do homem, sempre do mesmo modo e com o mesmo resultado. Dos antigos gregos pro-vém a expressão pneuma que significa fôlego, vento e, filosoficamente, a alma. Derivando da palavra pneu-ma, surgiu, entre outros, o conceito de “pneumática”: a matéria dos movimentos dos gases e fenômenos dos gases.
  12. 12. 14 CURSOS TÉCNICOS SENAI Seção 2 Histórico da hidráulica Existem apenas três métodos de transmissão de energia na esfera co-mercial: elétrica, mecânica e fluídica (hidráulica e pneumática). Naturalmente, a mecânica é a mais antiga de todas, por conseguinte é a mais conhecida. Hoje, utilizada de muitos outros artifícios mais apura-dos como: engrenagens, cames, polias, entre outros. A energia elétrica, que usa geradores, motores elétricos, condutores e uma gama muito grande de outros componentes é um método desen-volvido nos tempos modernos e é o único meio de transmissão de ener-gia que pode ser transportado a grandes distâncias. Hoje, entende-se por hidráulica a transmissão, controle de forças e mo-vimentos por meio de fluidos líquidos (óleos minerais e sintéticos) ou a ciência que estuda os fluidos em escoamento e sob pressão e divide-se em duas: ▪▪ hidrostática: estuda os fluidos sob pressão. ▪▪ hidrodinâmica: estuda os fluidos em escoamento. A hidráulica tem origem, por incrível que pareça, há milhares de anos. O marco inicial, que se tem conhecimento, é a utilização da roda d’água, que emprega a energia potencial da água armazenada a certa altura, para a geração de energia mecânica. O uso do fluido sob pressão, como meio de transmissão de potência, já é mais recente, sendo que o seu desen-volvimento ocorreu, mais precisamente, após a primeira grande guerra mundial. O termo hidráulica deriva da raiz grega hidro que sig-nifica água.
  13. 13. Os fatos mais marcantes da história da energia fluídica poderiam ser relacionados como: ▪▪ em 1795, um mecânico inglês, Joseph Bramah, construiu a primeira prensa hidráulica, usando como meio de transmissão a água; ▪▪ em 1850, Armstrong desenvolveu o primeiro guindaste hidráulico e, para fazê-lo, também desenvolveu o primeiro acumulador hidráulico; ▪▪ em 1900, a construção da primeira bomba de pistões axiais nos Es-tados COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 15 Unidos. Ocorreu, aqui, a substituição da água por óleo mineral, com muitas vantagens. Atualmente, com o desenvolvimento de novos metais e fluidos obtidos, sinteticamente, a versatilidade e a dependência do uso da transmissão de força hidráulica ou pneumática tornam-se evidentes, desde o seu uso, para um simples sistema de frenagem em veículos, até a sua utilização, para complexos sistemas de eclusas, aeronaves e mísseis. Nesta primeira unidade de estudos, você teve algumas noções introdutó-rias sobre comandos hidráulicos e pneumáticos, conhecendo a sua histó-ria. Agora, você estudará as grandezas físicas da hidráulica e pneumática a partir da teoria de Pascal, do princípio da multiplicação da energia, do conceito de pressão e vazão. Como pode perceber, há muito pela fren-te... prossiga!
  14. 14. Unidade de estudo 2 Seções de estudo Seção 1 – Princípio de Pascal Seção 2 – Princípio da multiplicação de energia Seção 3 – Pressão Seção 4 – Vazão
  15. 15. Grandezas Físicas da Hidráulica e da Pneumática COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 17 Seção 1 Princípio de Pascal Veremos, a seguir, as principais grandezas físicas, seus conceitos e unidades de medida para que possamos compreender melhor o funcionamento dos sistemas hi-dráulicos e pneumáticos. Blaise Pascal, em 1648, enunciou a lei que rege os princípios hidráu-licos e pneumáticos: a pressão exercida em um ponto qualquer de um fluido estático é a mesma em todas as direções e exerce for-ças iguais, em áreas iguais, sempre perpendiculares à superfície do recipiente. Figura 1 – Princípio de Pascal Fonte: Uggioni (2002, p. 11). Seção 2 Princípio da multiplicação de energia Se aplicarmos uma força de 10kgf em uma área de 1cm2, teremos uma pressão de 10 Kgf/cm2 que, atuando em uma área de 100 cm2, suportará uma carga de 1000Kgf. Figura 2 – Multiplicação de Energia Fonte: Racine (1987, p. 14). Seção 3 Pressão É o resultado de uma força agindo em uma determinada área.
  16. 16. 18 CURSOS TÉCNICOS SENAI P= F/A P = pressão F = força A = Área Quadro 1 – Fórmulas para Cálculo da Pressão, Força e Área Fonte: Uggioni (2002, p. 12). Em um sistema hidráulico ou pneumático, a função da bomba hidráu-lica ou do compressor é fornecer vazão ao sistema. A pressão resultará de qualquer oposição à passagem do fluido. Por exemplo, se a válvula abaixo estiver totalmente aberta, não temos pressão, mas, à medida que a fechamos, começamos a verificar um aumento gradativo da pressão. Figura 3 – Restrição na Tubulação Fonte: SAGGIN (2004, p. 26). Existem três tipos de pressão. São eles: ▪▪ Pressão atmosférica: as camadas de ar exercem uma força (peso) sobre a superfície da Terra. A pressão resultante dessa força é denomi-nada pressão atmosférica, que varia com a altitude, pois, em grandes alturas, a massa de ar é menor do que ao nível do mar. Variação da pressão atmosférica com relação com a altitude. Acompa-nhe a tabela. Massa de ar: 1 Atm =1,033 Kg/cm2.
  17. 17. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 19 Altitude em M Pressão em kg/cm² Altitude em M Pressão em kg/cm² 0 1.033 1.000 0.915 100 1.021 2.000 0.810 200 1.008 3.000 0.715 300 0.996 4.000 0.629 400 0.985 5.000 0.552 500 0.973 6.000 0.481 600 0.960 7.000 0.419 700 0.948 8.000 0.363 800 0.936 9.000 0.313 900 0.925 10.000 0.270 Acompanhe, agora, a representação gráfica da variação da pressão at-mosférica com relação à altitude. Figura 4 – Variação da Pressão Atmosférica Fonte: SAGGIN (2004, p. 14). ▪▪ Pressão relativa (manométrica): é a pressão registrada no manô-metro. ▪▪ Pressão absoluta: a pressão absoluta é a soma da pressão mano-métrica com a pressão atmosférica. Quando representamos a pressão absoluta, acrescentamos o símbolo “a” após a unidade. Exemplo: PSIa.
  18. 18. 20 CURSOS TÉCNICOS SENAI Unidades de pressão: ▪▪ Atm: Atmosferas ▪▪ Kgf/cm2 : Quilogramas por centímetro quadrado ▪▪ Bar: Báreas ▪▪ PSI: Pounds per Square Inches - Libra por polegada quadrada (lb/pol2) Conversão das unidades de pressão Para converter as unidades de pressão, pegue o valor da unidade conhe-cida na coluna e multiplique pelo valor da unidade solicitada na linha. Observe a tabela: UNIDADES ATM kgf/cm² bar PSI Pa ATM 1 1,033 1,013 14,69 101325 Kgf/cm² 0,968 1 0,981 14,23 98100 bar 0,987 1,02 1 14,5 100000 PSI 0,068 0,07 0,069 1 6896 Pa 0,0000098 0,0000102 0,00001 0,000145 1 Tabela 1 – Conversão das Unidades de Pressão Fonte: SAGGIN (2004, p. 27). Classificação dos sistemas quanto à pressão De acordo com a NFPA (National Fluid Power Association). classificamos os sistemas, quanto à pressão, da seguinte forma (RACINE, 1987): bar Pressão 0 a 14 bar Baixa pressão 14 a 35 bar Média pressão 35 a 84 bar Média alta pressão 84 a 210 bar Alta pressão Acima de 210 bar Extra alta pressão Tabela 2 – Classificação dos Sistemas quanto à Pressão Fonte: Racine (1987, p. 10).
  19. 19. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 21 Seção 4 Vazão Vazão: é o volume deslocado em função do tempo. Q = V/t Q = Vazão V = Volume deslocado t = tempo Observe a tabela de conversão das unidades de vazão para a hidráulica: Unidades Símbolo Conversão Galões por minuto GPM 1 GPM = 3, 785 l/min = 0, 2271 m3/h Decímetro cúbico por segundo dm3/seg 1 dm3/seg = 1 l/seg =15,8502 GPM Pés cúbicos por hora ft3/h 1 ft3/h = 0,472 l/min = 0,125 GPM Tabela 3 – Conversão das Unidades de Vazão para a Hidráulica Fonte: SENAI/SC 100p (2004, p. 28). Unidades de vazão para a pneumática. Observe: Unidade Símbolo Litros por segundo L/s Litros por minuto L/min Metros cúbicos por minuto m³/min Metros cúbicos por minuto. m³/min Metros cúbicos por hora m³/h Pés cúbicos por minuto, (Cubic feet for minute) pcm ,(cfm) Tabela 4 – Unidades de Vazão para a Pneumática Fonte: SENAI/SC 100p (2004, p. 15).
  20. 20. 22 CURSOS TÉCNICOS SENAI Tabela de conversão das unidades de vazão: Para converter em Multiplicar por pcm cfm 1 pcm L/s 0,4720 pcm m³/min 0,02832 pcm m³/h 1,69923 L/s m³/min 0,06 L/s pcm 2,1186 m³/min pcm 35,31 Tabela 5 – Relação entre as Unidades de Vazão para a Pneumática Fonte: Parker (2008, p. 9). Estas unidades se referem à quantidade de ar – ou gás – comprimi-do, 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: ▪▪ Nm³/h: Normal metro cúbico por hora – definido à pressão de 1,033 kg/cm2, temperatura de 0°C e umidade relativa de 0%. ▪▪ SCFM: Standard cubic feet per minute – definida à pressão de 14,7 lb/pol2, temperatura de 60°F e umidade relativa de 0%. A Norma Brasileira (NBR10138) da ABHP (Associação Brasileira de Hidráulica e Pneumática) utiliza as unidades de medida do Sistema In-ternacional (SI), mas, é comum, o uso de outras unidades que não per-tencem (SI) devido aos fabricantes dos equipamentos utilizarem outros sistemas.
  21. 21. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 23 GRANDEZA SI ( C ) comprimento Metro ( m ) ( M ) massa Quilo grama ( Kg ) ( F ) força Newton ( N ) ( t ) tempo Segundo ( S ) ( T ) temperatura Grau Kelvin ( k ) Grau Celsius (*C) ( A ) área Metro quadrado ² ( V ) volume Metro cúbico ( Q ) vazão Metro cúbico / segundo ( p ) pressão Pascal ( Pa ) Tabela 6 – Unidades do Sistema Internacional Fonte: Parker (2008, p. 15). A partir deste momento, estudaremos as características dos sistemas hi-dráulicos e pneumáticos. Continue conosco!
  22. 22. Unidade de estudo 3 Seções de estudo Seção 1 – Características dos sistemas pneumáticos Seção 2 – Características dos Sistemas hidráulicos Seção 3 – Comparação entre os sistemas pneumáticos e hidráulicos Seção 4 – Características dos fluidos para sistemas pneumáticos e hidráulicos
  23. 23. Características dos Sistemas Hidráulicos e Pneumáticos Seção 1 Características dos sistemas pneumáticos Vimos, anteriormente, que a hidráulica e a pneumática tornaram-se in-dispensáveis nos mais diferentes ramos industriais. Agora, veremos suas COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 25 características. Acompanhe! ▪▪ Proteção natural contra explosão; ▪▪ Insensível contra influências externas como altas e baixas tempera-turas; ▪▪ Acionamentos, ao serem sobrecarregados, simplesmente param; ▪▪ Transformação da energia, tanto em movimento linear como rotati-vo; ▪▪ Velocidade e força facilmente controlados; ▪▪ Energia pode ser transmitida por grandes distâncias; ▪▪ Manutenção simples dos componentes devido às construções sim-ples; ▪▪ Grande confiabilidade, segurança de operação e durabilidade de acionamentos e componentes de comando; ▪▪ Necessidade de preparação do ar; ▪▪ Perdas por vazamento reduzem a eficiência econômica. Seção 2 Características dos sistemas hidráulicos ▪▪ Dimensões reduzidas e pequeno peso com relação à potência insta-lada; ▪▪ Sensível à influências externas como altas e baixas temperaturas; ▪▪ Acionamentos, ao serem sobrecarregados, simplesmente param; ▪▪ Transformação da energia, tanto em movimento linear, como rota-tivo; ▪▪ Velocidade e força facilmente controlados com alta precisão; ▪▪ Energia hidráulica não deve ser transmitida por grandes distâncias; ▪▪ Difícil manutenção dos componentes devido a sua precisão, dimen-são e peso; ▪▪ Grande confiabilidade e du-rabilidade dos componentes por ser um sistema auto lubrificado; ▪▪ Necessidade de sistemas de filtragem e refrigeração do fluido; ▪▪ Reversibilidade instantânea; ▪▪ Parada instantânea; ▪▪ Perdas por vazamento redu-zem a eficiência econômica; Seção 3 Comparação entre os sistemas pneumáticos e hidráulicos Sistemas pneumáticos ▪▪ Fluido – ar (compressível) ▪▪ Estado – gasoso ▪▪ Circuito – aberto ▪▪ Trabalha com baixa pressão e alta velocidade Sistemas hidráulicos ▪▪ Fluido – óleo (praticamente incompressível, em torno de 0,5% do seu volume a cada 70 bar de pressão) ▪▪ Estado – líquido ▪▪ Circuito – fechado ▪▪ Trabalha com alta pressão e baixa velocidade
  24. 24. Custos da energia Considerado um valor 1 para a energia elétrica, a relação com pneumática e hidráulica é: ▪▪ de 7 a 10 o custo da energia pneumática; ▪▪ de 3 a 5 o custo da energia hidráulica. Esta avaliação é apenas orientati-va, considerando apenas o custo energético, sem considerar os cus-tos de componentes. Considerando os valores de vál-vulas e atuadores, o custo fica re-lacionado como: Elétrica < Pneumática < Hidráulica Seção 4 Características dos fluidos para sistemas pneumáticos e hidráu-licos Quando falamos em fluido, esta-mos falando de qualquer substân-cia no estado líquido ou gasoso capaz de escoar e assumir a forma do recipiente que a contém. Ve-remos, agora, de modo geral, as características dos fluidos usados na pneumática e hidráulica. 26 CURSOS TÉCNICOS SENAI Fluido para pneumática – ar ▪▪ Quantidade: o ar a ser com-primido se encontra em quanti-dade ilimitada, praticamente, em todos os lugares. ▪▪ Transporte: o ar comprimido é facilmente transportável por tu-bulações, mesmo para distâncias, consideravelmente, grandes. Não há necessidade de preocupação com o retorno do ar. ▪▪ Armazenamento: no estabe-lecimento não é necessário que o compressor esteja em funcio-namento contínuo. O ar pode ser sempre armazenado em um reservatório e, posteriormente, tirado de lá. Além disso, é possí-vel o transporte em reservatórios (botijão). ▪▪ Temperatura: o trabalho realizado com o ar comprimido é insensível às oscilações de tempe-ratura. Isto garante, também, em situações extremas, um funciona-mento seguro. ▪▪ Segurança: não existe o perigo de explosão ou de incên-dio. Portanto, não são necessá-rias custosas proteções contra explosões. ▪▪ Limpeza: o ar comprimido é limpo. O ar, que, eventualmente, escapa das tubulações ou outros elementos, inadequadamente vedados, não polui o ambiente. ▪▪ Construção: os elementos de trabalho são de construção simples e, portanto, de custo vantajoso. ▪▪ Velocidade: o ar comprimido é um meio muito veloz e permite alcançar altas velocidades de tra-balho (a velocidade de trabalho dos cilindros pneumáticos oscila entre 1 a 2 metros por segundo). ▪▪ Regulagem: as velocidades e forças dos elementos a ar com-primido são reguláveis em escala. ▪▪ Seguro contra sobrecarga: elementos e ferramentas a ar comprimido são carregáveis até a parada final e, portanto, seguros contra sobrecarga. ▪▪ Preparação: o ar comprimi-do requer uma boa preparação. Impureza e umidade devem ser evitadas, pois, provocam desgas-tes nos elementos pneumáticos. ▪▪ Compressibilidade: não é possível manter uniforme e cons-tante as velocidades dos pistões, mediante o ar comprimido. Fluido para hidráulica – óleo ▪▪ Quantidade: o óleo a ser utilizado encontra-se em quanti-dade limitada e possui alto custo, seja ele de origem mineral ou sintética. ▪▪ Transporte: o óleo não é fa-cilmente transportável por tubu-lações, devido a sua viscosidade e existe a necessidade de retorno do mesmo para o reservatório. ▪▪ Armazenamento: para que o óleo esteja sob pressão, é neces-sário que a bomba mantenha-se ligada ou que sejam utilizados acumuladores.
  25. 25. ▪▪ Temperatura: o óleo é sensível às variações de temperatura. ▪▪ Segurança: existe risco de explosão ou de incêndio se ultrapassados os limites máximos de temperatura. ▪▪ Limpeza: o óleo hidráulico é poluente e não deve ser jogado na natureza. ▪▪ Construção: os elementos de trabalho são de construção complexa (muito precisa) e, portanto, de alto custo. ▪▪ Velocidade: o óleo hidráulico não é um meio veloz, devido a sua viscosidade. ▪▪ Regulagem: as velocidades e forças dos elementos são reguláveis, em escala com grande precisão. ▪▪ Seguro contra sobrecarga: nos sistemas hidráulicos, existe a ne-cessidade da utilização de dispositivos para limitar a pressão máxima de trabalho. ▪▪ Preparação: para sistemas convencionais, o óleo hidráulico já vem pronto, mas, para servo-sistemas, existe a necessidade de uma filtragem mais apurada. ▪▪ Compressibilidade: é possível manter uniforme e constante as velocidades dos atuadores. Com características dos fluidos para sistemas pneumáticos e hidráulicos concluímos, aqui, a terceira unidade de estudos desta unidade curricular. Prepare-se para conhecer, agora, a composição de um sistema pneumá-tico. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 27 Continue antenado!
  26. 26. Unidade de estudo 4 Seções de estudo Seção 1 – Compressores Seção 2 – Reservatório de ar comprimido Seção 3 – Preparação do ar comprimido Seção 4 – Redes de distribuição do ar comprimido Seção 5 – Unidade de conservação de ar Seção 6 – Válvulas direcionais pneumáti-cas Seção 7 – Válvulas pneumáticas Seção 8 – Atuadores para sistemas pneu-máticos Seção 9 – Designação de elementos Seção 10 – Elaboração de esquemas de comando Seção 11 – Tecnologia do vácuo
  27. 27. Composição de um Sistema Pneumático COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 29 Seção 1 Compressores Vejamos, a seguir, a divisão de um sistema pneumático: Figura 5 – Composição do Sistema Pneumático Fonte: Parker (2008, p. 5). Compressores são máquinas utilizadas na manipulação de fluidos no estado gasoso, elevando a pressão de uma atmosfera a uma pressão de trabalho desejada. Tipos de compressores Dependendo das necessidades desejadas, relacionadas à pressão de tra-balho e ao volume, são empregados compressores de diversos tipos construtivos. Os mesmos são diferenciados em dois tipos: ▪▪ Deslocamento volumétrico: baseia-se no princípio da redução de volume, ou seja, consegue-se a compressão enviando o ar para dentro de um recipiente fechado e diminuindo, posteriormente, este recipiente, pressurizando o ar. É, também, denominado com-pressor de deslocamento positivo e é compreendido como com-pressor de êmbolo ou de pistão. ▪▪ Deslocamento dinâmico: baseia-se no princípio de fluxo, succionando o ar de um lado e comprimindo de outro, por ace-leração de massa, ou seja, a eleva-ção de pressão é obtida por meio de conversão de energia cinética em pressão, durante a passagem do ar, através do compressor (turbina). É, também, denomina-do compressor de deslocamento dinâmico. Classificação dos compressores quanto ao tipo construtivo. Ob-serve o diagrama:
  28. 28. Biela-manivela: Virabrequim e biela. Tipos de 30 CURSOS TÉCNICOS SENAI Compressores Compressor de Êmbolo linear Compressor rotativo Turbo Compressor Compressor de Êmbolo Compressor de Membrana Turbo Compressor Radial Turbo Compressor Axial Compressor de Palhetas Compressor de Parafusos Compressor de Roots Compressor rotativo Figura 6 – Classificação dos Compressores Fonte: SAGGIN (2004, p. 14). Compressor de deslocamento fixo unidirecional. Símbolo geral Compressor de êmbolo (pistões) Este compressor é um dos mais usados e conhecidos, pois, ele é apro-priado, não só para compressão a pressões baixas e médias, mas, tam-bém, para pressões altas. O campo de pressão é de um bar até milhares de bar. É, também, conhecido como compressor de pistão. O movimento alternativo é transmitido para o pistão através de um sis-tema biela-manivela, fazendo, assim, ele subir e descer. Iniciando o movimento descendente, o ar é aspirado por meio de vál-vulas de admissão, preenchendo a câmara de compressão. A compres-são do ar tem início com o movimento de subida. Após obter-se uma pressão suficiente para abrir a válvula de descarga, o ar é expulso para o sistema.
  29. 29. Figura 7 – Compressor de Êmbolo (simples estágio) Fonte: Festo Didactic (2001, p. 92). Para a compressão a pressões mais elevadas, são necessários compres-sores de vários estágios, limitando, assim, a elevação de temperatura e COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 31 melhorando a eficiência da compressão. Figura 8 – Compressor de Êmbolo (duplo estágio) Fonte: Festo Didactic (2001, p. 15). O ar aspirado será comprimido pelo primeiro êmbolo (pistão), refrigera-do, intermediariamente e, novamente, comprimido pelo próximo êmbo-lo, que possui menor diâmetro. Na compressão a altas pressões, faz-se necessária uma refrigeração intermediária, pois se cria alto aquecimento. Os compressores de êmbolo e outros são fabricados em execuções re-frigeradas a água ou a ar. Compressor de membrana Este tipo pertence ao grupo dos compressores de êmbolo. Mediante uma membrana, o êmbolo fica separado da câmara de sucção e com-pressão, quer dizer, o ar não terá contato com as partes deslizantes. O ar, portanto, ficará sempre livre de resíduos do óleo. Estes compressores são os pre-feridos e mais empregados na in-dústria alimentícia, farmacêutica e química. Usados, também, em pequenas instalações de ar, com pressões moderadas ou na obten-ção de vácuo. Figura 9 – Compressor de Membrana Fonte: Festo Didactic (2001, p. 16). Compressor de parafu-sos Este compressor é dotado de uma carcaça onde giram dois rotores helicoidais, em sentidos opostos. Um dos rotores possui lóbulos convexos, o outro uma depres-são côncava e são denominados, respectivamente, rotor macho e fêmea. Os rotores são sincronizados por meio de engrenagens. Entretan-to, existem fabricantes que fazem com que um rotor acione o outro por contato direto. O processo mais comum é acionar o rotor macho, obtendo-se uma velocida-de elevada do rotor fêmea. O ar à pressão atmosférica ocupa espaço entre os rotores e, confor-me eles giram, o volume compre-endido entre os mesmos é isolado da admissão e transportado para a descarga.
  30. 30. 32 CURSOS TÉCNICOS SENAI Figura 10 – Compressor de Parafusos Fonte: Howden (2010). A ausência de válvulas de admissão, de descarga e forças mecânicas des-balanceadas, permite que o compressor de parafuso opere com altas velocidades no eixo. A consequência deste fato é que existem combina-ções de capacidades elevadas, com pequenas dimensões externas. Verificou-se que, para obter compressão interna, é necessário que uma rosca convexa se ajuste, perfeitamente, a uma depressão côncava e que haja um mínimo de três fios de rosca. Existindo uma folga entre os rotores e entre estes e a carcaça, evita-se o contato metal-metal. Consequentemente, não havendo necessidade de lubrificação interna do compressor, o ar comprimido é fornecido, sem resíduos de óleo. Porém, existe o compressor de parafuso lubrificado, baseado no proces-so de contato direto. Nele, durante o processo de compressão, mistura-se, no ar, uma considerável quantidade de óleo que, depois, é retirada pelo separador de óleo. Seleção de compressores Volume de ar O volume de ar fornecido é a quantidade de ar que está sendo fornecido pelo compressor. Podemos ter o volume de ar fornecido teórico – aque-le obtido por cálculos, porém, apenas o volume de ar fornecido efetivo pelo compressor é que interessa, pois, com este, é que são acionados e comandados os aparelhos pneumáticos. Pressão Pressão de regime é a pressão fornecida pelo compressor. A pressão de trabalho é a pressão necessária nos pontos de trabalho. A pressão de trabalho é, geralmente, de 6 bar, que é tida como “pressão normalizada” ou “pressão econômica”. Uma pressão constante é uma exigência para um funcionamento seguro e preciso dos componentes de sistemas industriais. Na dependência da pressão constante estão: velocidade, forças e movimentos temporizados dos elementos de trabalho e de comando.
  31. 31. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 33 Figura 11 – Seleção de Compressores Fonte: Metalplan (2008, p. 15). Acionamento O acionamento dos compressores, conforme as necessidades fabris, será por motor elétrico ou motor a explosão. Em instalações industriais, aciona-se, na maioria dos casos, com motor elétrico. Refrigeração Provocado pela compressão do ar e pelo atrito, cria-se calor no compres-sor, o qual deve ser dissipado. Em compressores pequenos, é utilizada a refrigeração à ar, através de ventiladores. Já em compressores grandes, usa-se a refrigeração à água, circulante com torre de refrigeração ou água corrente contínua. Lugar de montagem A estação de compressores deve ser montada dentro de um ambiente fechado, com proteção acústica para fora. O ambiente deve ter boa aera-ção. O ar sugado deve ser fresco, seco e livre de poeira.
  32. 32. 34 CURSOS TÉCNICOS SENAI Figura 12 – Instalação de Compressores Fonte: Metalplan (2008, p. 18). Regulagem Para combinar o volume de fornecimento com o consumo de ar é ne-cessária uma regulagem dos compressores. Dois valores limites pré-es-tabelecidos, influenciam o volume fornecido. Existem diferentes tipos de regulagem: Regulagem de marcha em vazio Regulagem de carga parcial Regulagem intermitente Regulagem por descarga Regulagem por fechamento Regulagem na rotação Regulagem por estrangulamento Com esta regulagem, o compressor funciona em dois campos (carga máxima e parada total). Regulagem de marcha em vazio – regulagem por descarga Quando é alcançada a pressão pré-regulada, o ar escapará livre da saída do compressor, através de uma válvula. Uma válvula de retenção evita que o reservatório se esvazie ou retorne para o compressor. pré-estabelecidos: Pressão máxima/mínima.
  33. 33. Figura 13 – Regulagem por Descarga Fonte: SAGGIN (2004, p. 28). Regulagem por fechamento Aqui, quando é alcançada a pressão máxima, a admissão de ar é inter-rompida. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 35 Figura 14 – Regulagem por Fechamento Fonte: SAGGIN (2004, p. 28). Regulagem de carga parcial – regulagem na rotação Sobre um dispositivo, ajusta-se o regulador de rotação do motor a explo-são. A regulagem da rotação pode ser feita manualmente ou, também, automaticamente, dependendo da pressão de trabalho. Este tipo de re-gulagem, também pode ser usada em motores elétricos, instalando-se inversores de frequência.
  34. 34. Regulagem por estrangulamento A regulagem se faz mediante simples estrangulamento no funil de suc-ção e os compressores podem, assim, ser regulados para determinadas cargas parciais. Encontra-se esta regulagem em compressores de êmbo-lo rotativo e em turbo compressores. Figura 15 – Regulagem por Estrangulamento Fonte: SAGGIN (2004, p. 29). Regulagem intermitente Com esta regulagem, o compressor funciona em dois campos: carga máxima e parada total. Ao alcançar a pressão máxima, o motor aciona-dor do compressor é desligado e, quando a pressão chega ao mínimo, o motor se liga novamente e o compressor trabalha outra vez. A frequência de comutações pode ser regulada em um pressostato e, para que os períodos de comando possam ser limitados a uma medida aceitável, é necessário um grande reservatório de ar comprimido. Figura 16 – Regulagem Intermitente Fonte: SAGGIN (2004, p. 29). 36 CURSOS TÉCNICOS SENAI Seção 2 Reservatório de ar com-primido O reservatório serve para a estabi-lização da distribuição do ar com-primido. Ele elimina as oscilações de pressão na rede distribuidora e, quando há, momentaneamente, alto consumo de ar, é uma garan-tia de reserva. A grande superfí-cie do reservatório refrigera o ar suplementar. Por isso, se separa, diretamente, no reservatório, uma parte da umidade do ar como água. Figura 17 – Reservatório de Ar Com-primido Fonte: SAGGIN (2004, p. 31). Os reservatórios devem ser ins-talados de modo que todos os drenos, conexões e a abertura de inspeção sejam de fácil aces-so. Os reservatórios não devem ser enterrados ou instalados em local de difícil acesso; devem ser instalados, de preferência, fora da casa dos compressores, na som-bra, para facilitar a condensação da umidade, no ponto mais baixo, para a retirada do condensado.
  35. 35. Seção 3 Preparação do ar comprimido Na prática, encontramos exemplos onde se deve dar muito valor à qua-lidade do ar comprimido. Impurezas em forma de partículas de sujeira ou ferrugem, restos de óleo e umidade levam, em muitos casos, à falhas em instalações e avarias nos elementos pneumáticos. Enquanto a separação primária do condensado é feita no separador após o resfriador, a separação final, filtragem e outros tratamentos secundá-rios do ar comprimido são executados no local de consumo. Nisso, 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. Os efeitos da umidade podem ser limitados por meio de: ▪▪ filtragem do ar aspirado antes do compressor; ▪▪ uso de compressores livres de óleo; ▪▪ instalação de resfriadores; ▪▪ uso de secadores; ▪▪ utilização de unidades de conservação. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 37 Resfriador de ar e separador de condensados Como vimos no tópico anterior, a umidade presente no ar comprimido é prejudicial. Para ajudar a resolver, de maneira eficaz, o problema inicial da água nas instalações de ar comprimido, temos o resfriador posterior, localizado entre a saída do compressor e o reservatório, pelo fato de o ar comprimido na saída atingir sua maior temperatura. Figura 18 – Resfriador de Ar e Separador de Condensados Fonte: SAGGIN (2004, p. 42). O resfriador posterior é, simplesmente, um trocador de calor utilizado para resfriar o ar comprimido. Como consequência deste resfriamento, permite-se retirar cerca de 75 a 90% do vapor de água contido no ar, bem como vapores de óleo; além de evitar que a linha de distribuição sofra uma dilatação, causada pela alta temperatura de descarga do ar. Secador de ar O ar seco industrial não é aquele totalmente isento de água.; É o ar que, após um processo de desi-dratação, flui com um conteúdo de umidade residual de tal ordem que possa ser utilizado, sem qual-quer inconveniente. Para tal, o uso de um secador de ar comprimido é aconselhável. Os meios de se-cagem, mais utilizados são três: secagem por absorção, secagem por adsorção, secagem por res-friamento. Secagem por absorção A secagem por absorção é um processo puramente químico. Neste processo, o ar comprimi-do passa sobre uma camada solta de um elemento secador. A água ou vapor de água que entra em contato com esse elemento, com-bina- se, quimicamente, com ele e se dilui na forma de uma com-binação elemento secador/água. Esta mistura deve ser removida, periodicamente, do absorvedor. Essa operação pode ser manual ou automática. Com o tempo, o elemento secador é consumido e o secador deve ser reabastecido, periodicamente (duas a quatro ve-zes por ano). O processo de absorção caracte-riza- se por: ▪▪ montagem simples da instala-ção; ▪▪ desgaste mecânico mínimo, já que o secador não possui peças móveis; ▪▪ não necessita de energia externa.
  36. 36. Figura 19 – Secagem por Absorção Fonte: SAGGIN (2004, p. 43). Secagem por adsorção A secagem por adsorção está baseada em um processo físico: adsorver, ou seja, admitir uma substância à superfície de outra. O elemento secador é um mate-rial granulado, com arestas ou em forma de pérolas. Este elemento secador está formado de quase 100% de dióxido de silício. Em geral, é conhecido pelo nome “GEL” (sílica gel). A tarefa do “GEL” consiste em adsorver a água e o vapor de água. É evidente que a capacidade de acumulação de uma camada de “GEL” é limitada. Uma vez que o elemento secador estiver satu-rado, poderá ser regenerado de uma maneira fácil: basta soprar ar quente da camada saturada e o ar quente absorve a umidade do ele-mento secador. Mediante a montagem, em para-lelo, de duas instalações de adsor-ção, uma delas pode estar ligada para secar, enquanto a outra está sendo soprada com ar quente (re-generação). Acompanhe, agora, a esquemati-zação da secagem por adsorção. 38 CURSOS TÉCNICOS SENAI Figura 20 – Secagem por Absorção Fonte: SAGGIN (2004, p. 44). Secagem por resfriamento O secador de ar comprimido por resfriamento funciona pelo princípio da diminuição de temperatura do ponto de orvalho. A temperatura do ponto de orvalho é a temperatura à qual deve ser esfriado um gás para obter a condensação do vapor de água contida nele. O ar comprimido, a ser secado, entra no secador, passando, primeiro, pelo denominado tro-cador de calor a ar. Mediante o ar frio e seco, proveniente do trocador de calor (vaporizador), é esfriado o ar quente que está entrando. A for-mação de condensado de óleo e água é eliminado pelo trocador de calor. Figura 21 – Secagem por Resfriamento Fonte: SAGGIN (2004, p. 45).
  37. 37. 1 – Compressor de parafuso 2 – Resfriador posterior ar/ar 3 – Separador de condensado 4 – Reservatório 5 – Purgador automático 6 – Pré Filtro coalescente 7 – Secador 8 – Filtros coalescentes (grau x, y, z) 9 – Purgador automático eletrônico 10 – Separador de água e óleo 11 – Separador de condensado COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 39 Este ar comprimido, pré-esfriado, circula através do trocador de ca-lor (vaporizador) e, devido a isso, sua temperatura desce até 1,7°C, aproximadamente. Desta manei-ra, o ar é submetido a uma segun-da separação de condensado de água e óleo. Posteriormente, o ar comprimido pode, ainda, passar por um filtro, a fim de eliminar os corpos estranhos. Seção 4 Redes de distribuição do ar comprimido A rede de distribuição de ar com-primido compreende todas as tu-bulações que saem do reservató-rio passando pelo secador e que, unidas, orientam o ar comprimido até os pontos individuais de uti-lização. A rede possui duas fun-ções básicas: funcionar como um reservatório para atender as exi-gências locais e comunicar a fonte com os equipamentos consumi-dores. Numa rede distribuidora, para que haja eficiência, segurança e economia, são importantes três pontos: ▪▪ baixa queda de pressão entre a instalação do compressor e os pontos de utilização; ▪▪ apresentar o mínimo de vaza-mento; ▪▪ boa capacidade de separa-ção do condensado em todo o sistema. Figura 22 – Rede de Distribuição do Ar Comprimido Fonte: Fargon (2010) O posicionamento dos equipamentos e tomadas que receberão alimentação pneumática deverão estar definidos, para que seja possível a confecção dos projetos e desenhos. Estes, trarão consigo: comprimento das tubulações, diâmetros, ramificações, pontos de consumo, pressão destes pontos, posições das válvulas, curvaturas etc. Através dos projetos, pode-se, então, definir o melhor percurso da tubu-lação, acarretando menor perda de carga e proporcionando economia. A seguir, veremos os tipos de redes de distribuição mais comuns. Rede de distribuição em anel aberto Assim chamada, por não haver uma interligação na rede. Este tipo fa-cilita a separação do condensado, pois ela é montada com certa inclina-ção, na direção do fluxo, permitindo o escoamento para um ponto de drenagem.
  38. 38. Figura 23 – Rede de Distribuição em Anel Aberto Fonte: SAGGIN (2004, p. 33). Rede de distribuição em anel fechado Geralmente, as tubulações principais são montadas em circuito fechado. Este tipo auxilia na manutenção de uma pressão constante e proporcio-na uma distribuição mais uniforme do ar, pois o fluxo circula em duas direções. Figura 24 – Rede de Distribuição em Anel Fechado Fonte: SAGGIN (2004, p. 34). Rede de distribuição combinada A rede combinada, também, é uma instalação em circuito fechado, a qual, por suas ligações longitudinais e transversais, oferece a possibilida-de de trabalhar com ar em qualquer lugar. Mediante válvulas de fechamento, existe a possibilidade de fechar de-terminadas linhas de ar comprimido, quando, as mesmas, não forem usadas ou quando for necessário colocá-las fora de serviço, por razões de reparação e manutenção. Também, pode ser feito um controle de estanqueidade. 40 CURSOS TÉCNICOS SENAI Figura 25 – Rede de Distribuição Combinada Fonte: SAGGIN (2004, p. 35). Inclinação das tomadas de ar e drenagem da umidade As tubulações, em especial nas redes em circuito aberto, devem ser montadas com um declive de 0,5 a 2%, na direção do fluxo. Por causa da formação de água con-densada, é fundamental, em tu-bulações horizontais, instalar os ramais de tomadas de ar na parte superior do tubo principal.
  39. 39. Figura 26 – Inclinação das Tomadas de Ar e Drenagem Fonte: SAGGIN (2004, p. 36). Desta forma, evita-se que a água condensada, eventualmente existente na tubulação principal, possa chegar às tomadas de ar através dos ramais. Para interceptar e drenar a água condensada devem ser instaladas deriva-ções COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 41 com drenos na parte inferior da tubulação principal. Os drenos, colocados nos pontos mais baixos, de preferência, devem ser automáticos. Em redes mais extensas, aconselha-se instalar drenos distanciados de, aproximadamente, 20 a 30 metros um do outro. Vazamentos As quantidades de ar perdidas através de pequenos furos, acoplamentos com folgas, vedações defeituosas etc., quando somadas, alcançam eleva-dos valores. A importância econômica desta contínua perda de ar torna-se mais evidente quando comparada com o consumo do equipamento e a potência necessária para realizar a compressão. Desta forma, um vazamento na rede representa um consumo, consideralvemente, maior de energia. Podemos constatar isto através da tabela: CUSTO DO VAZAMENTO Diâmetro do orifício de vazamento (pol) 1/32’’ 1/16’’ 1/8’’ ¼’’ 3/8’’ m3/h vazamento 2,72 10,9 44,2 174,0 397,5 R$/ano 340,00 1.360,00 5.515,00 21.715,00 49.610,00 Considerando: P = 7 barg uso = 16h/dia 300 dias/ano (1,0kWh ~ R$0,25) Tabela 7 – Custo do vazamento de ar Fonte: Metalplan (2008, p. 10).
  40. 40. Funcionamento do dreno automático Por um furo de passagem, o con-densado atinge o fundo do copo. Com o aumento do nível do con-densado, um flutuador se ergue. A um determinado nível, abre-se uma passagem. O ar comprimido, existente no copo, passa por ela e desloca o êmbolo para a direita. Com isso, se abre o escape para o condensado. Seção 5 Unidade de conserva-ção de ar Após passar por todo o processo de produção, preparação e dis-tribuição, o ar comprimido deve sofrer um último condiciona-mento, antes de ser utilizado nos equipamentos. Neste condiciona-mento, ocorrerá a separação do condensado, filtragem, regulagem da pressão e, em alguns casos, lu-brificação que, atualmente, está deixando de ser utilizada, pois, os componentes, já possuem lubrifi-cação própria. Uma das maneiras de fazer isto acontecer é a insta-lação da unidade de conservação de ar. Esta unidade é composta, basi-camente, da combinação dos se-guintes elementos: ▪▪ filtro de ar comprimido e reci-piente de condensação; ▪▪ regulador de pressão do ar comprimido com manômetro; ▪▪ lubrificador de ar comprimido (quando for necessário). 42 CURSOS TÉCNICOS SENAI Figura 27 – Unidade de Conservação de Ar Fonte: Adaptado de Festo Didactic (2001, p. 16). Filtro de ar comprimido A função de um filtro de ar comprimido é reter as partículas de im-pureza, bem como a água condensada, presentes no ar que passa por ele. O ar comprimido, ao entrar no copo é forçado a um movimento de rotação, por meio de “rasgos direcionais”. Com isso, separam-se as impurezas maiores, bem como as gotículas de água, por meio de força centrífuga e depositam-se, então, no fundo do copo. O condensado acu-mulado no fundo do copo deve ser eliminado, o mais tardar, ao atingir a marca do nível máximo, já que, se isto ocorrer, o condensado será arrastado, novamente, pelo ar que passa. Figura 28 – Filtro de Ar Comprimido Fonte: Festo Didactic 155p ( 2001, p. 93). As partículas sólidas, maiores que a porosidade do filtro, são retidas por este. Com o tempo, o acúmulo destas partículas impede a passagem do ar. Portanto, o elemento filtrante deve ser limpo ou substituído a inter-valos regulares. Em filtros normais, a porosidade se encontra entre 30 a 70 mícron.
  41. 41. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 43 Regulador de pressão O regulador tem por função man-ter constante a pressão de traba-lho (secundária), independente da pressão da rede (primária) e consumo do ar. A pressão primá-ria tem que ser sempre maior que a secundária. A pressão é regula-da 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. Figura 29 – Regulador de Pressão Fonte: Festo Didactic 155p ( 2001, p. 19). Com aumento da pressão de tra-balho, a membrana se movimenta contra a força mola. Com isso, a secção nominal de passagem na sede da válvula diminui, progres-sivamente, ou se fecha totalmen-te. 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, o manter da pressão regulada se torna um constante abrir a fechar da válvula. A pres-são de trabalho é indicada por um manômetro. Se a pressão crescer demasiado do lado secundário, a membrana é pressionada contra a mola. Com isso, abre-se a parte central da membrana e o ar, em excesso, sai pelo furo de escape para a atmosfera. Lubrificador O lubrificador tem a tarefa de abastecer, suficientemente, com materiais lubrificantes, os elemen-tos pneumáticos. Os materiais lubrificantes são necessários para garantir um desgaste mínimo dos elementos móveis, manter em nível mínimo as forças de atrito e proteger os aparelhos contra a corrosão. Figura 30 – Lubrificador Fonte: Festo Didactic (2001, p. 104). Lubrificadores de óleo, que es-tão caindo em desuso devido à utilização de componentes auto lubrificados, trabalham segundo o princípio Venturi. A diferença de pressão Δp (Queda da pressão), entre a pressão antes do bocal nebulizador e a pressão no ponto estrangulador do bocal, será apro-veitada para sugar óleo de um re-servatório e de misturá-lo com o ar, em forma de neblina. Com um parafuso de regulagem é dada a possibilidade de regular as gotas de óleo por unidade de tempo. Manômetros São instrumentos utilizados para medir e indicar a intensidade de pressão do ar comprimido, óleo etc. Nos circuitos pneumáticos e hidráulicos, os manômetros são utilizados para indicar o ajuste da intensidade de pressão nas válvu-las, que pode influenciar a força ou o torque de um conversor de energia. Um dos manômetros mais utilizados é o do tipo Bour-don. Seção 6 Válvulas direcionais pneumáticas Assim como na hidráulica, as vál-vulas direcionais para a pneumáti-ca, também, são identificadas pelo número de vias, posições tipo de acionamento etc. e, também, pos-suem a função de direcionar o fluido que irá desenvolver diver-sas funções como, por exemplo, movimentar atuadores lineares e rotativos.
  42. 42. Figura 31 – Válvula direcional Fonte: Adaptado de Festo Didactic (2001, p. 16). Simbologia de válvulas Em esquemas pneumáticos, para representarmos as válvulas direcionais, os símbolos não caracterizam o tipo de construção, mas, somente, a função das válvulas. Características principais: ▪▪ número de posições: contadas a partir do número de quadrados da simbologia. ▪▪ número de vias: contadas a partir do número de tomadas que a válvula possui em apenas uma posição. As válvulas direcionais podem ser descritas, abreviadamente, da seguinte forma: coloca-se V.D., para representar, abreviadamente, o termo válvula direcional. Depois, escreve-se o número de vias, ao lado a barra (/), logo após, o número de posições e a palavra “vias”. 44 CURSOS TÉCNICOS SENAI Meios de acionamento Os acionamentos servem para in-verter de posição as válvulas dire-cionais.
  43. 43. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 45 MANUAIS Geral Alavanca Botão Pedal MECÂNICOS Pino Rolete Mola Gatilho ELÉTRICOS Solenoide com uma bobina Solenóides com duas bobinas PNEUMÁTICOS DIRETOS Piloto positivo (créscimo de pressão) Diferencial de áreas Piloto negativo (decréscimo de pressão) PNEUMÁTICOS INDIRETOS Servo-piloto positivo Controle interno Servo-piloto negativo CENTRALIZAÇÕES Por piloto positivo Por trava Por molas Identificação de vias ORIFÍCIO NORMA DIN24300 NORMA ISO1219 Pressão P 1 Utilização A B C 2 4 6 Escape R S T 3 5 7 EA EB EC Pilotagem X Y Z 10 12 14 Tabela 8 – Identificação das Vias Fonte: Parker (2008, p. 41). Exemplo de identificação: Válvulas NA e NF Válvulas direcionais com 2 po-sições e até 3 vias que tenham, na posição de repouso, a via de pressão bloqueada, são chama-das de normalmente fechadas (NF). Aquelas que, ao contrário, possuírem esta via aberta, são de-nominadas normalmente abertas (NA).
  44. 44. Válvulas CF, CAP e CAN As válvulas direcionais de 3 po-sições caracterizam-se pela sua posição central. Àquelas que pos-suírem, na sua posição central, as vias de utilização bloqueadas, de-nominaremos centro fechado. Já as válvulas que tiverem as vias de utilização sendo pressurizadas, chamaremos de centro aberto po-sitivo (CAP). 46 CURSOS TÉCNICOS SENAI Quando encontrarmos estas vias em exaustão, elas receberão o nome de centro aberto negativo (CAN). Válvulas de memórias São válvulas de duas posições, acionadas por duplo piloto. Tipos de escapes Os escapes das válvulas são repre-sentados por triângulos. Quando encontrarmos o triângulo junto à simbologia da válvula, ele estará representando um escape livre, ou seja, sem conexão. Se ele estiver afastado, o escape representado será o escape dirigi-do, com conexão. Seção 7 Válvulas pneumáticas Além das válvulas direcionais, en-contraremos, ainda, as válvulas auxiliares de controle e combina-ções de válvulas, como veremos a seguir: Válvula alternadora (Função lógica “OU”) Também chamada “válvula de comando duplo” ou “válvula de dupla retenção”. Esta válvula tem duas entradas, X e Y, e uma saída A. Entrando ar comprimido em X, a esfera fecha a entrada Y e o ar flui de X para A. Em sentido contrário, quando o ar flui de Y para A, a entrada X será fechada.
  45. 45. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 47 Figura 32 – Válvula Alternadora Fonte: Festo Didactic (2001, p. 156). Válvula alternadora Exemplo da aplicação: Válvulas de duas pressões (Função lógica “E”) Esta válvula tem duas entradas, X e Y e uma saída, A Só haverá uma saí-da em A, quando existirem os dois sinais de entrada X “E” Y. Emprega-se esta válvula, principalmente, em comando de bloqueio, comandos de segurança e funções de controle em combinações lógicas.
  46. 46. 48 CURSOS TÉCNICOS SENAI Figura 33 – Válvula de Duas Pressões Fonte: Festo Didactic (2001, p. 152). Exemplo da aplicação: Válvula de escape rápido Válvulas de escape rápido se prestam para aumentar a velocidade dos êmbolos dos atuadores. Tempos de retorno elevados, podem ser elimi-nados dessa forma. 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 direta-mente no cilindro ou, então, o mais próximo possível do mesmo.
  47. 47. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 49 Figura 34 – Válvula de Escape Rápido Fonte: Festo Didactic (2001, p. 133). Válvula de escape rápido Exemplo da aplicação: Válvula de retenção Válvulas de bloqueio liberam o fluxo, preferencialmente, em um só sen-tido e bloqueiam o sentido inverso. O corpo de vedação da válvula de retenção, sujeito à pressão de mola, desloca-se de seu assento quando a pressão contra a ação da mola se torna maior do que a sua tensão.
  48. 48. 50 CURSOS TÉCNICOS SENAI Figura 35 – Válvula de Retenção Fonte: Festo Didactic (2001, p. 131). Válvula reguladora de fluxo bidirecional 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. Figura 36 – Válvula Reguladora de Fluxo Idirecional Fonte: Festo Didactic (2001, p. 131). Válvula reguladora de fluxo 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 área regulada. Em sentido contrário, o ar passa livre através da válvula de retenção aberta.
  49. 49. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 51 Figura 37 – Válvula Reguladora de Fluxo Unidirecional Fonte: Festo Didactic (2001, p. 130). Válvula reguladora de fluxo unidirecional (Festo). Regulagem fluxo primária (entrada do ar) Estas válvulas podem ser montadas para a regulagem da entrada do ar. O ar em exaustão sai, através de retenção, no lado do escape. Ligeiras os-cilações de carga na haste do pistão, provocadas, por exemplo, ao passar pela chave fim de curso, resultam em grandes diferenças de velocidade do avanço. A regulagem na entrada emprega-se em atuadores de simples ação e atuadores de dupla ação de pequeno volume. Figura 38 – Regulagem Fluxo Primária Fonte: SAGGIN (2004, p. 64). Estas válvulas podem ser monta-das para a regulagem da saída do ar. O ar da exaustão, porém, será regulado. Nisto, a haste do êm-bolo está submetida entre duas pressões de ar. Esta montagem da válvula reguladora de fluxo, me-lhora muito a conduta do avanço. Em atuadores de dupla ação, de-vemos, sempre, usar regulagem na exaustão. Figura 39 – Regulagem Fluxo Secun-dária Fonte: SAGGIN (2004, p. 65). Válvula limitadora de pressão É formada por uma vedação de assento cônico, mola e um para-fuso de ajuste. Quando a pres-são em P assume um valor que corresponde à tensão da mola, o cone de vedação se desloca de seu assento e libera o caminho ao escape. São, também, conhecidas como válvulas de sobrepressão ou válvulas de segurança.
  50. 50. 52 CURSOS TÉCNICOS SENAI Figura 40 – Válvula Limitadora de Pressão Fonte: SAGGIN (2004, p. 65). Temporizador pneumático N F. Esta unidade consiste de uma válvula direcional de 3/2 vias, com acio-namento pneumático, de uma válvula reguladora de fluxo unidirecional e um reservatório de ar. O ar de comando flui da conexão 12 para a válvula reguladora de fluxo que controlara o tempo e, de lá, através de área regulada, com velocidade e pressão mais baixa, para o reservatório. Alcançada a pressão necessária de comutação, o êmbolo de comando afasta o prato do assento da válvula, dando passagem ao ar principal de P para A. Figura 41 – Temporizador Pneumático Fonte: Festo Didactic (2001, p. 127).
  51. 51. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 53 Exemplo de aplicação: Figura 42 – Circuito com Temporização Fonte: SAGGIN (2004, p. 69). Seção 8 Atuadores para sistemas pneumáticos Os atuadores pneumáticos convertem energia pneumática em energia mecânica linear ou rotativa, dependendo de seu tipo construtivo. A se-guir, veremos os tipos mais comuns utilizados na indústria. ATUADORES PNEUMÁTICOS ATUADORES LINEARES ATUADORES ROTATIVOS SIMPLES AÇÃO DUPLA AÇÃO MOTORES PNEUMÁTICOS OCILADORES PNEUMÁTICOS Figura 43 – Atuadores Pneumáticos Fonte: SAGGIN (2004, p. 72). Atuador linear de sim-ples ação com retorno por mola: realiza trabalho em um sentido. Observe! Figura 44 – Atuador Linear de Simples Ação Fonte: Festo Didactic (2001, p. 36).
  52. 52. Atuador linear de dupla ação: realiza trabalho nos dois sentidos Figura 45 – Atuador Linear de Simples Ação Fonte: Festo Didactic (2001, p. 36). Amortecimento de fim de curso Quando volumes grandes e pesados são movimentados por um atuador, emprega-se um sistema de amortecimento para evitar impactos secos ou até danificações. Antes de alcançar a posição final, um êmbolo de amortecimento interrompe o escape direto do ar, deixando, somente, uma passagem pequena, geralmente, regulável. Figura 46 – Atuador Linear de Dupla Ação com Amortecimento. Fonte: Festo Didactic (2001, p. 37). Atuador rotativo de palhetas unidirecional: realiza movimento rotativo em um sentido. Figura 47 – Atuador Rotativo Fonte: Festo Didactic (2001, p. 40). 54 CURSOS TÉCNICOS SENAI Atuador rotativo de palheta bidi-recional (oscilador): realiza movi-mento rotativo nos dois sentidos, com ângulo de rotação limitado. Figura 48 – Oscilador Fonte: Festo Didactic (2001, p. 40). Características dos atuadores ro-tativos pneumáticos: ▪▪ regulagem, sem escala, de ro-tação e do momento de torção; ▪▪ construção leve e pequena; ▪▪ seguro contra sobrecarga; ▪▪ insensível contra poeira, água, calor e frio; ▪▪ seguro contra explosão; ▪▪ grande escolha de rotação e facilidade de inversão; ▪▪ conservação e manutenção insignificantes. Seção 9 Designação de elemen-tos Os circuitos pneumáticos são compostos de elementos que são identificados por números ou le-tras. Designação por números: os nú-meros identificam os elementos pela função.
  53. 53. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 55 Elementos de trabalho. Ex.: cilíndros (atuadores lineares) Elementos auxiliares. Ex.: Con-trole de Fluxo. Para Avanço. Elementos processadores de sinal. E, OU, Temporiza-dor Influenciam o avanço do atuador. Elementos de sinal. Para o avanço do atuador. Elementos auxiliares do circito. 1.0 1.02/1.03 1.1 1.4 1.5 1.2 1.3 0.1 Elementos auxiliares. Ex: Contro-le de Fluxo. Para Retorno. Elementos de comando. Ex.: V.D.3/2 vias NF, 43, 5/2 vias. Elementos processadores de si-nal. E,OU, temporizador. Influen-ciam o retorno do atuador. Elementos de sinal. Para o Retor-no do Atuador. Figura 49 – Identificação dos Elementos Fonte: SAGGIN (2004, p. 85). 0.1, 0.2, 0.3... Elementos auxilia-res influenciam em todo o cir-cuito. Ex.: Lubrefil, válvulas de fechamento. 1.2, 1.4, 2.2, 2.4... Elementos de sinal, com número final par, in-fluenciam no avanço dos atua-dores lineares ou no sentido de rotação à direita dos atuadores rotativos (motores). Ex.: válvulas direcionais 3/2 acionadas por bo-tão, pedal, rolete. 1.3, 1.5, 2.3, 2.5... Elementos de sinal, com número final ímpar, influenciam no retorno dos atu-adores lineares (cilindros) ou no sentido de rotação à esquerda dos atuadores rotativos (motores). Ex.: válvulas direcionais 3/2 acio-nadas por botão, pedal, rolete. 1.6, 2.6... Elementos processa-dores de sinal, com número final par, influenciam no avanço dos atuadores lineares (cilindros) ou no sentido de rotação à direita dos atuadores rotativos (moto-res). Ex.: válvulas E, válvulas OU, temporizadores. 1.7, 2.7... Elementos de sinal, com número final ímpar, influenciam no retorno dos atuadores lineares (cilindros) ou no sentido de rota-ção à esquerda dos atuadores ro-tativos (motores). Ex.: válvulas E, válvulas OU, temporizadores. 1.1, 2.1, 3.1... Elementos de co-mando influenciam nos dois sen-tidos de movimentos dos atuado-res (o primeiro número indica o atuador a ser comandado). Ex.: válvulas direcionais. 1.02, 1.04... Elementos auxiliares, com número final par, influen-ciam no avanço dos atuadores lineares (cilindros) ou no sentido de rotação à direita dos atuadores rotativos (motores). Ex.: válvulas reguladoras de fluxo, escape rápi-do. 1.03, 1.05... Elementos auxiliares, com final ímpar, influenciam no retorno dos atuadores lineares (ci-lindros) ou no sentido de rotação à esquerda dos atuadores rotati-vos (motores). Ex.: válvulas regu-ladoras de fluxo, escape rápido. 1.0, 2.0... Elementos de trabalho. Ex.: atuadores lineares ou rotati-vos, (motores pneumáticos, osci-ladores, atuadores lineares).
  54. 54. Seção 10 Elaboração de esque-mas de comando Sequência de movi-mentos Quando os procedimentos de comando são um pouco mais complicados e se devem reparar instalações de certa envergadura, é uma grande ajuda para o técni-co de manutenção dispor dos es-quemas de comando e sequências, segundo o desenvolvimento de trabalho das máquinas. Quando o pessoal de manutenção não os utiliza de forma correta, o motivo deve encontrar-se na má confecção dos mesmos, em sua simbologia incompreensível ou na falta de conhecimento técnico. A insegurança na interpretação de esquemas de comando torna impossível, por parte de muitos, a montagem ou a busca de defeitos de forma sistemática. Atingindo este ponto, pode-se considerar pouco rentável ter que basear a montagem ou busca de defeitos em testes e adivinhações. É preferível, antes de iniciar qual-quer montagem ou busca de ava-ria, realizar um estudo de esque-ma de comando e da sequência da máquina, para ganhar tempo, posteriormente. Para poder levar os esquemas de comando e sequ-ências para a prática, é necessário conhecer as possibilidades e pro-cedimentos normais de represen-tação dos mesmos. 56 CURSOS TÉCNICOS SENAI Movimentação de um circuito como exemplo Pacotes chegam sobre um transportador de rolos e são levados por um cilindro pneumático A e empurrados por um segundo cilindro B sobre um segundo transportador. Nisto, devido ao enunciado do problema, o cilindro B deverá retornar apenas quando A houver alcançado a posição final recuada. Figura 50 – Representação em Sequência Cronológica Fonte: SAGGIN (2004, p. 90). Acompanhe a sequência de movimentos possíveis de um circuito. O cilindro A avança e eleva os pacotes; O cilindro B empurra os pacotes sobre o segundo transportador; O cilindro A desce; O cilindro B retrocede. Representação abreviada em sequência algébrica Neste tipo, a letra maiúscula representa o atuador, enquanto que, o sinal algébrico representa o movimento. Sinal positivo (+) para o avanço e negativo (-) para o retorno. Exemplo: A +, B +, A -, B -. Representação gráfica em diagrama de trajeto e pas-so Neste caso, se representa a sequência de operação de um elemento de trabalho, levando-se ao diagrama o valor percorrido em dependência de cada passo considerado.
  55. 55. Se existirem diversos elementos de trabalho para um comando, estes são representados da mesma maneira e desenhados uns sob os outros. A correspondência é realizada através dos passos. O diagrama de trajeto e passo, para o exemplo apresentado, possui cons-trução, COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 57 segundo a figura abaixo: Figura 51 – Representação Gráfica em Diagrama de Trajeto e Passo Representação gráfica em diagrama de trajeto e tem-po O trajeto de uma unidade construtiva é representado em função do tem-po. Contrariamente ao diagrama de trajeto e passo, o tempo é repre-sentado, linearmente, neste caso, e constitui a ligação entre as diversas unidades. Diagrama de trajeto e tempo para o exemplo: Figura 52 – Representação Gráfica em Diagrama de Trajeto e Tempo Passo: Variação do estado de qualquer unidade construti-va.
  56. 56. Tipos de esquemas Tal como no diagrama de movimentos, temos, também, na construção de esquemas de comando, duas possibilidades: o esquema de comando de posição e o esquema de comando de sistema. A diferença entre eles está na maneira de representação dos elementos nos circuitos. Esquemas de comando de posição Os elementos, aqui, são desenhados na posição, conforme serão instala-dos nas máquinas e equipamentos. Figura 53 – Circuito Pneumático Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009). Esquema de comando de sistema Este tipo de esquema está baseado em uma ordenação. Os símbolos são desenhados na horizontal e divididos em cadeias de comandos individu-ais. Os elementos fins de curso são representados por traços. 58 CURSOS TÉCNICOS SENAI
  57. 57. Figura 54 – Circuito Pneumático Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009). Seção 11 Tecnologia do vácuo Utilizando o mesmo raciocínio anterior para ilustrar como é gerada a pressão dentro de um recipiente cilíndrico, cheio de ar: se aplicarmos uma força contrária na tampa móvel do recipiente em seu interior, te-remos como resultante uma pressão negativa, isto é, inferior à pressão COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 59 atmosférica externa. Figura 55 – Princípio de Geração do Vácuo Fonte: Parker ( 1998, p. 7). Aplicações do vácuo As aplicações do vácuo na indústria são limitadas, apenas, pela criativi-dade e pelo custo. As mais comuns envolvem o levantamento e deslo-camento de peças e materiais, como os exemplos mostrados a seguir: A palavra vácuo, originária do latim vacuus, signifi-ca vazio. Entretanto, podemos definir, tecnicamente, que um sistema se encontra em vácuo quando está submetido a uma pressão inferior à pressão at-mosférica.
  58. 58. Figura 56 – Aplicações do Vácuo Fonte: Parker (1998, p. 7). Aplicações do vácuo (PARKER, 1998): ▪▪ movimentação de cargas, . substitui o esforço humano; ▪▪ manipulação de peças frágeis, evita danos; ▪▪ manipulação de peças com temperatura elevada (usando ventosas de silicone); ▪▪ operações que requerem condições de higiene; (abertura de embala-gens); ▪▪ movimentação de peças muito pequenas, como, por exemplo, . com-ponentes eletrônicos; ▪▪ movimentação de materiais com superfícies lisas (chapas de vidro). No projeto de um sistema de vácuo é importante definir, corretamente, o desempenho do sistema e suas características para, então, selecionar a instalação mais adequada. Considerar os seguintes fatores: ▪▪ efeito do ambiente sobre os componentes; ▪▪ forças necessárias para movimentação das peças ou materiais; ▪▪ tempo de resposta; ▪▪ permeabilidade dos materiais a serem manipulados; ▪▪ como as peças ou materiais serão fixados; ▪▪ distância entre os componentes; ▪▪ custos. Seleção de componentes para uma instalação de vácuo em geral: ▪▪ ventosas; ▪▪ geradores de vácuo; ▪▪ válvulas principais de controle; 60 CURSOS TÉCNICOS SENAI ▪▪ tubos ou mangueiras; ▪▪ conjunto mecânico com o suporte das ventosas, dispositivos de montagem acessórios. Ventosas As duas formas mais comuns usa-das para fixação e levantamento de materiais ou peças são: ▪▪ sistema mecânico através, por exemplo, de garras; ▪▪ por meio do vácuo, utilizan-do‑se ventosas. As vantagens do sistema mecâni-co incluem: a facilidade na deter-minação da força necessária para sustentação e o fato de que área a ser comprimida é, relativamen-te, pequena. Como desvantagens, temos: a peça que está sendo fixa-da pode ser danificada se a garra não estiver corretamente dimen-sionada, se as dimensões da peça variarem ou se ela for frágil. Te-mos, ainda, que os sistemas me-cânicos quase sempre apresentam alto custo de aquisição, instalação e manutenção. A grande vantagem das ventosas, como sistemas de movimentação, é que elas não danificam as peças. Outras vantagens que podem ser mencionadas são: o baixo custo, manutenção simples, bem como, a velocidade de operação. As ven-tosas podem ser projetadas em diversas formas, dependendo de sua aplicação, entretanto, generi-camente, podemos classificá‑las em 3 tipos principais. Veja:
  59. 59. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 61 Ventosa padrão O tipo mais comum, para uso em superfícies planas ou ligeiramente curvas. As ventosas padrão po-dem ser produzidas com diferen-tes formas. Em função de suas aplicações, as características que podem variar são: tamanho, mate-rial, abas duplas para vedação, lu-vas de atrito, molas de reforço etc. Figura 57 – Ventosa Padrão Fonte: Parker (1998, p. 8). Ventosa com fole Este tipo de ventosa destina‑se, principalmente, à aplicações que requerem ajuste para diferentes alturas/níveis. As ventosas com fole podem ser usadas em siste-mas de levantamento de peças com diversos planos e diferentes formas, como, por exemplo, cha-pas corrugadas. Elas, também, dão certo grau de flexibilidade ao sistema, que pode ser utiliza-do para separar películas finas. As ventosas com fole podem ser de fole simples ou duplo. A ventosa com fole não é adequa-da para movimentação de superfí-cies verticais. Figura 58 – Ventosa com Fole Fonte: Parker (1998, p. 9). Caixa de sucção Este tipo de ventosa pode ser oval, quadrada ou retangular, de-pendendo da forma da peça a ser movimentada. Figura 59 – Caixa de Sucção Fonte: Parker (1998, p. 9).
  60. 60. Geradores de vácuo Os geradores pneumáticos de vácuo operam sob o princípio Venturi, (descrito anteriormente, quando estudamos os lubrificadores de ar) e são alimentados por um gás pressurizado, geralmente, o ar comprimido. Figura 60 – Geradores de Vácuo Fonte: Parker (1998, p. 11). O efeito Venturi O efeito Venturi, é obtido através da expansão do ar comprimido que alimenta o gerador de vácuo, através de um ou mais bocais. Esta expan-são, converte a energia potencial do ar, em forma de pressão, para ener-gia cinética, em forma de movimento. A velocidade do fluxo aumenta e pressão e temperatura caem, criando uma pressão negativa no lado da sucção. Os geradores de vácuo pneumáticos apresentam dimensões reduzidas, ausência de peças móveis, baixo custo de manutenção e respostas rápi-das. 62 CURSOS TÉCNICOS SENAI Figura 61 – Efeito Venturi Fonte: Parker (1998, p. 12).
  61. 61. Comparação entre geradores, ventiladores e bombas COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 63 de deslocamento positivo Gerador pneumático Ventilador Bomba de deslocamento positivo ▪▪ Baixo custo de aqui-sição ▪▪ Respostas rápidas ▪▪ Pouco peso e dimen-sões reduzidas (facilitam a instalação) ▪▪ Montagem sobre ou próximo a ventosa reduz o volume de vácuo e o consumo de energia ▪▪ Alto nível de ruído ▪▪ Custo de operação re-lativamente alto, se usa-do em serviço contínuo ▪▪ Baixo custo de aqui-sição ▪▪ Alta capacidade de sucção (importante quando o material a ser deslocado, apresenta alta permeabilidade ao ar) ▪▪ Alto nível de ruído ▪▪ Baixo nível de vácuo ▪▪ Baixo custo de operação ▪▪ Baixo nível de ruído ▪▪ Alto custo de aquisição ▪▪ Alto custo de manutenção Quadro 2 – Comparação entre as Fontes de Vácuo Fonte: Parker (1998, p. 13). Concluímos a quarta unidade de estudos desta unidade curricular. Mas, não pense que acabou! Há muitas descobertas ainda pela frente!
  62. 62. Unidade de estudo 5 Seções de estudo Seção 1 – Fluidos hidráulicos Seção 2 – Reservatório Seção 3 – Bombas hidráulicas Seção 4 – Filtros para sistemas hidráulicos Seção 5 – Válvulas direcionais Seção 6 – Atuadores Seção 7 – Válvulas de bloqueio Seção 8 – Válvulas reguladoras de vazão Seção 9 – Válvulas reguladoras de pressão Seção 10 – Elemento lógico Seção 11 – Trocador de calor Seção 12 – Acumuladores Seção 13 – Intensificador de pressão Seção 14 – Instrumentos de medição e controle
  63. 63. Composição de um Sistema Pneumático SeçÃo 1 Fluidos hidráulicos Um sistema hidráulico independente do trabalho que irá realizar é com-posto COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 65 dos seguintes grupos: Figura 62 – Composição do Sistema Hidráulico Fonte: Parker ( 2008, p. 5). As fontes de energias, normalmente utilizadas, são: energia elétrica (mo-tor elétrico) e energia térmica (motor a combustão). O grupo de geração que transforma energia mecânica em energia hidráulica é constituído pelas bombas hidráulicas, entre outros componentes; o grupo de con-trole que controla e direciona a energia hidráulica, compõe-se de válvu-las direcionais e reguladoras de vazão e pressão. No grupo de atuação, encontraremos os atuadores, que podem ser os cilindros, osciladores e motores. O grupo de ligação responsável pela transmissão da energia hidráulica é composto por conexões, tubos e mangueiras. Figura 63 – Sistema Hidráulico Fonte: Software Automation Studio 5.6 (2009). É o elemento vital de um sistema hidráulico industrial, pois é um meio de transmissão de energia, um lubrificante, um vedador e um meio de transferência de calor. O fluido hidráulico, à base de petró-leo, é o mais usado.
  64. 64. 66 CURSOS TÉCNICOS SENAI Figura 64 – Fluidos Hidráulicos Fonte: Racine (1987, p. 130). Um bom fluido hidráulico, com uma boa filtragem, contribuirá, muito, para o aumento na vida útil dos componentes dos sistemas hidráulicos. O mais usado é o óleo mineral à base de petróleo que recebe aditivos em sua composição para adequá-lo ao uso em sistemas hidráulicos. Tipos de fluidos e suas características: Figura 65 – Características dos Fluidos Fonte: Festo Didactic (2001, p. 59).
  65. 65. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 67 Informações gerais ▪▪ Nunca devemos misturar dois fluidos de fabricantes diferentes, pois os aditivos podem reagir entre si, deteriorando o óleo e envelhecendo-o, precocemente; ▪▪ A limpeza do sistema deve ser bem feita, pois testes precisos reve-laram que 10% do óleo “velho” deixado no interior do sistema reduz 70% das qualidades do óleo novo; ▪▪ Não utilizar método de somente completar o nível; ▪▪ Quando o fluido hidráulico ficar parado, pelo período aproximado de dois meses após ter sido usado, convém substituí-lo; ▪▪ O tipo de óleo, bem como o período da troca, são recomendados pelo fabricante; ▪▪ Para determinar, precisamente, as condições de um fluido (grau de oxidação e quantidade de contaminantes) devem ser realizados testes de laboratório; ▪▪ Guarde o óleo, sempre, em recipientes limpos e protegidos contra as intempéries; ▪▪ Mantenha as tampas dos recipientes hermeticamente fechadas. Aditivos São produtos químicos que, adicionados ao óleo, melhoram suas carac-terísticas ou criam novas características. Ex.: antiespumante, inibidores de corrosão, antedesgaste etc. Apesar de não existirem normas nem di-retrizes legais que definam a compatibilidade de um fluido com o meio ambiente, já se verifica, na prática, a utilização dos fluidos não poluentes. Ex.: biodegradáveis. Viscosidade É a resistência do fluido ao escoar, ou seja, se um fluido escoa facilmen-te, sua viscosidade é baixa, pode-se dizer que o fluido é fino ou pouco encorpado. Um fluido que escoa com dificuldade tem alta viscosidade, é grosso ou muito encorpado. Resumindo, viscosidade é uma medida inversa a de fluidez. Métodos para definição da viscosidade Alguns métodos para definir a viscosidade, em ordem de exatidão de-crescente são: viscosidade absoluta (Poise); viscosidade cinemática em centistokes; viscosidade relativa em S.U.S e SAE. Para efeito prático, na maioria dos casos, a viscosidade relativa já é suficiente. Determina-se a viscosidade relativa cronometrando-se o escoamento de uma dada quan-tidade de fluido, através de um orifício calibrado, a uma determinada temperatura. Observe a imagem:
  66. 66. 68 CURSOS TÉCNICOS SENAI ▪▪ Viscosímetro de Saybolt Figura 66 – Viscosímetro de Saybolt Fonte: Parker (2008, p. 5). ▪▪ Número SAE Os números SAE foram estabelecidos pela Sociedade Americana dos Engenheiros Automotivos para especificar as faixas de viscosidade SUS do óleo, às temperaturas de testes SAE. Os números de inverno (5W, 10W, 20W) são determinados pelos testes a 0°F (-17°C). Os números para óleo de verão (20, 30, 40, 50 etc.) desig-nam a faixa SUS a 212°F (100°C). ▪▪ Viscosidade ISO VG O sistema ISO estabelece o número médio para uma determinada faixa de viscosidade cinemática (cSt), a temperatura de 40°C. Existem, ainda, outras unidades, porém, não vemos como necessário estudarmos, no nosso contexto. Usando a tabela seguinte podemos converter um valor em centistokes para segundos Saybolt Universal.
  67. 67. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 69 ISO standard 3448 ASTM D-2422 Ponto médio de viscosidade cSt Viscosidade cinemática, cSt Equivalência aproximada SUS mínimo máximo ISO VG 2 2,2 1,98 2,42 32 ISO VG 3 3,3 2,88 3,52 36 ISO VG 5 4,6 4,14 5,06 40 ISO VG 7 6,8 6,12 7,48 50 ISO VG 10 10 9,00 11,0 60 ISO VG 15 15 13,5 16,5 75 ISO VG 22 22 19,8 24,2 105 ISO VG 32 32 28,8 35,2 150 ISO VG 46 46 41,4 50,6 215 ISO VG 68 68 61,2 74,8 315 ISO VG 100 100 90,0 110 465 ISO VG 150 150 135 165 700 ISO VG 220 220 198 242 1000 ISO VG 320 320 288 352 1500 ISO VG 460 460 414 506 2150 ISO VG 680 680 612 748 3150 ISO VG 1000 1000 900 1100 4650 ISO VG 1500 1500 1350 1650 7000 Tabela 7 – Conversão de Unidades de Viscosidade Fonte: Parker (2008, p. 24). ▪▪ Índice de viscosidade – IV O índice de viscosidade é uma medida relativa da mudança de viscosi-dade de um fluido como consequência das variações de temperatura. Um fluido que tem uma viscosidade relativamente estável, a temperatu-ras extremas, tem um alto índice de viscosidade (IV). Um fluido que é espesso quando frio e fino quando quente, tem um baixo IV. A tabela abaixo mostra uma comparação entre um fluido de IV 50 e um de IV 90: Comparação das viscosidades em 3 temperaturas: IV (-17ºC) 0º F (37ºC) 100ºF (100ºC) 210ºF 50 12.000 SUS 150 SUS 41 SUS 90 8.000 SUS 150 SUS 43 SUS Tabela 8 – Índice de Viscosidade Fonte: SAGGIN (2004, p. 37).
  68. 68. Nota-se que o óleo de 90 IV é mais fino a -17°C e mais espesso a 100°C, porém, ambos têm a mesma viscosidade a 37°C. Seção 2 Reservatório Sua principal função é armazenar o fluido hidráulico e, como regra geral (prática), deve conter duas a três vezes a vazão da bomba. Conectados ao reservatório encontraremos linhas de sucção, retorno e dreno. Quando as linhas não possuírem filtros nas extremidades, devem ser cortadas a 45° e montadas para a parede do reservatório, facilitando o fluxo normal do fluido. Figura 67 – Reservatório Fonte: Festo Didactic (2001, p. 76). 70 CURSOS TÉCNICOS SENAI No reservatório, encontraremos a tampa de inspeção, bocal de en-chimento, respiro, visor de nível e, no seu interior, a placa defletora (chicana) que tem a função de re-duzir a turbulência e evitar que o fluido de retorno seja succionado sem antes ter circulado pelo reser-vatório para trocar calor e decan-tar impurezas. Os reservatórios podem ser: ▪▪ aberto: quando a pressão no interior do mesmo for igual à pressão atmosférica; ▪▪ pressurizado: quando a pressão no interior do mesmo for maior que a pressão atmosférica.
  69. 69. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 71 Simbologia Reservatório aberto Reservatório pressurizado Seção 3 Bombas hidráulicas Bombas hidráulicas são componentes utilizados para fornecer vazão ao sistema, fornecendo energia necessária ao fluido. Bomba de deslocamento não positivo São, também, chamadas de roto dinâmicas, não possuem vedação mecâ-nica entre a entrada e a saída, um pequeno aumento da pressão reduz a vazão na saída. Exemplo: bombas centrífugas que possuem fluxo radial. Existem, também, as que possuem fluxo axial e são constituídas por uma hélice rotativa. Fluxo Radial - Centrífuga Fluxo Axial - Hélice Fluxo Misto - Turbina Figura 68 – Bombas Hidráulicas Fonte: Vickers (1983 p. 11-1). Características das bombas hidráulicas ▪▪ vazão uniforme; ▪▪ dimensões reduzidas; ▪▪ baixo custo de manutenção; ▪▪ ausência de válvulas;
  70. 70. ▪▪ apresentam menores vibra-ções; ▪▪ trabalham com fluidos conta-minados; ▪▪ baixo poder de sucção; ▪▪ necessidade da retirada do ar (escorva); ▪▪ baixo rendimento (60%); ▪▪ desaconselhável para pequenas vazões e elevadas pressões. Bombas de desloca-mento positivo Nestas, existe vedação entre a entrada e a saída; teoricamente, fornecem vazão independente da pressão. Basicamente, possuem três tipos construtivos:, engrena-gens, palhetas e pistões. Bomba de engrena-gem Com o desengrenamento das en-grenagens, o fluido é conduzido da entrada para a saída, nos vãos formados pelos dentes das engre-nagens e as paredes internas da carcaça da bomba. Com o reen-grenamento, o fluido é forçado para a saída. Figura 69 – Bomba de Engrenagem Fonte: Festo Didactic (2001, p. 72). 72 CURSOS TÉCNICOS SENAI Características das bombas de deslocamento positi-vo ▪▪ Rendimento de 80 a 85%; ▪▪ Pressão típica de 250 Kgf/cm2; ▪▪ Deslocamento típico de 250 cm3/r; ▪▪ Compacta e de pouco peso; ▪▪ Geralmente ruidosa; ▪▪ Baixo custo; ▪▪ Apenas deslocamento fixo, boa resistência à contaminação; ▪▪ Pouca possibilidade de manutenção; ▪▪ Resistente aos efeitos da cavitação. Simbologia Bomba de deslocamento fixo unidirecional. Bomba de palhetas As bombas de palheta produzem uma ação de bombeamento, fazendo com que as palhetas acompanhem o contorno de um anel. Seu mecanismo de bombeamento é composto de um rotor, palhetas, anel e placas com aberturas de entra-das e saídas, além do mecanismo de ajuste de pressão e vazão.
  71. 71. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 73 Bomba de palhetas de vazão variável com compensação de pressão Figura 70 – Bomba de Palheta Fonte: Racine (1987, p. 141). Características das bombas de palhetas ▪▪ Rendimento 75 a 80%; ▪▪ Deslocamento típico 100 cm3/r; ▪▪ Pressão de trabalho: até 210 kgf/cm² - bombas de vazão fixa e 70 kgf/cm² - bombas vazão variável; ▪▪ Montagem múltipla e simples; ▪▪ Possuem controle de vazão e pressão; ▪▪ Baixo custo e pouca tolerância às impurezas; ▪▪ Pouco ruidosa e vazão uniforme. Simbologia Bomba de deslocamento fixo unidirecional. Bomba de deslocamento variável unidirecional com compensação de pressão. Bombas de pistões Estas bombas geram uma ação de bombeamento, devido ao desloca-mento de pistões no interior de um tambor cilíndrico.
  72. 72. Bombas de pistões de eixo inclinado Figura 71 – Bomba de Pistões Fonte: Racine (1987, p. 144). Bombas de pistões de placa inclinada Figura 72 – Bomba de Pistões Fonte: Racine (1987, p. 145). Características das bombas de pistões de placa inclinada ▪▪ Rendimento que gira em torno de 95%; ▪▪ Deslocamento típico 500 cm3/r; ▪▪ Alta eficiência total. Podem ser de vazão fixa ou variável; ▪▪ São as que menos toleram impurezas; ▪▪ Pressão típica 700 bar; ▪▪ Possibilidade de montagem múltipla. Compacta. 74 CURSOS TÉCNICOS SENAI Simbologia Bomba de deslocamento fixo unidirecional. Bomba de deslocamento variável unidirecional com compensação de pressão. Bomba de deslocamento variável bidirecional com compensação de pressão. Como qualquer equipamento elétrico ou mecânico, requer uma série de cuidados para garantir uma vida útil mais longa. Para isso, devemos alinhar, corretamente, o motor de acionamento à bomba e utilizar aco-plamentos flexíveis. O sentido de rotação e a retirada do ar da bomba (escorva) deverão ser observados, com atenção, sob pena de danificar a bomba em pouco tempo. Cavitação Para cada líquido, numa determinada temperatura, existe uma pressão, abaixo da qual se inicia sua vaporização. A essa pressão dá-se o nome de pressão de vapor do líquido. Se isso ocorrer na sucção de uma bomba, o líquido irá vaporizar, parcialmente, sob forma de bolhas de vácuo que, ao serem arrastadas pelo rotor para uma zona de maior pressão, irão se condensar, bruscamente, provocando uma erosão no rotor. Para evitar a cavitação, podemos proceder das seguintes maneiras: ▪▪ diminuir a perda de carga na linha de sucção; ▪▪ aumentar a pressão do reservatório; ▪▪ reduzir a rotação da bomba; ▪▪ reduzir a distância entre a bomba e o reservatório; ▪▪ redimensionar tubulações. Aeração É a entrada de ar na bomba. Este fenômeno é similar ao da cavitação, inclusive seus efeitos sobre a bomba e demais componentes do sistema, diferindo-se, apenas, que nesta ocorre a formação de bolhas de ar e não de vácuo. A condição de aeração, também, é detectada pelo elevado ruí-do metálico. Quando há aeração, as medidas a ser tomadas são: ▪▪ verificar se as ligações entre os componentes da linha de sucção estão bem vedadas; ▪▪ evitar que a bomba arraste fluido com bolhas de ar do reservatório.
  73. 73. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 75 Bombas em série Quando a bomba hidráulica tem baixo poder de sucção, instala-se uma bomba auxiliar (Bomba de carga) cuja função é alimentar a bomba principal. Figura 73 - Bombas em Paralelo São utilizadas, em casos onde se necessita de duas velocidades em atuadores, uma rápida e outra len-ta. O rápido com pouca força e o lento com grande força. Se apli-ca, também, em casos de sistemas com circuitos independentes. Seção 4 Filtros para sistemas hidráulicos Tem a função de reter as partículas insolúveis do fluido. Os filtros, bem como os elementos filtrantes, podem ser de diversos tipos e modelos. É recomendável que o filtro seja dimensionado para permitir a passagem por três vezes da vazão da bomba. Figura 74 – Filtros para Sistemas Hidráulicos Fonte: Festo Didactic (2001, p. 79). Visibilidade da contaminação O menor limite de visibilidade para o olho é de 40 mícron. Em outras palavras, uma pessoa normal pode enxergar uma partícula que mede 40 mícron, no mínimo. Isto significa que, embora uma amostra de fluido hidráulico pareça estar limpa, ela não está, necessariamente, limpa.
  74. 74. 76 CURSOS TÉCNICOS SENAI Figura 75 – Visibilidade da Contaminação Fonte: Festo Didactic (2001, p. 82). Tipos de filtros ▪▪ Filtro de sucção - 100 a 150 mícron, montados entre o reservatório e a bomba. ▪▪ Filtro de pressão - 0,1 a 20 mícron são filtros montados antes de alguns componentes que requeiram um grau de filtragem mais apurado como: servo-válvulas, motores de pistões axiais, válvulas proporcionais, entre outros.
  75. 75. ▪▪ Filtro de retorno - 40 a 80 mícron, são os filtros montados na linha de retorno do fluido para o reservatório. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 77 Folga típica de componentes hidráulicos Componente Mícrons Rolamentos antifricção de rolos e esferas 0,5 Bomba de palheta 0,5-1 Bomba de engrenagem (engrenagem com a tampa) 0,5-5 Servo válvulas (carretel com a luva) 1-4 Rolamentos hidrostáticos 1-25 Rolamentos de pistão (pistão com camisa) 5-40 Servo-válvulas 18-63 Atuadores 50-250 Orifício de servo-válvula 130-450 Tabela 9 – Folga típica de componentes hidráulicos Fonte: Parker (2008, p. 25). Razão beta O grau do meio filtrante, expresso em razão beta, indica a eficiência média de remoção de partículas. A razão beta é definida pela equação a seguir:
  76. 76. Razão Beta = nº de partículas do lado não filtrado Β = 50000 = 78 CURSOS TÉCNICOS SENAI nº de partículas do lado filtrado Exemplo: 5 10000 Eficiência = (1 1 )x100 Β − (1− 1 x = Eficiência = ) 100 80% 5 Para uma razão beta menor que 75, temos um filtro nominal (baixa efi-ciência) e para uma razão b,eta maior ou igual a 75 temos um filtro ab-soluto (alta eficiência). Indicadores de impurezas Um indicador de impurezas mostra a condição de um elemento filtrante. Ele indica quando o elemento está limpo, quando precisa ser trocado ou se está sendo utilizado o desvio. Sinal Elétrico Indicador Óptico Figura 76 – Indicadores de Impurezas Fonte: Festo Didactic (2001, p. 80). Seção 5 Válvulas direcionais São constituídas de um corpo com ligações internas que são conectadas e desconectadas por uma parte móvel, o carretel. Para identificar a simbologia de uma válvula devemos considerar o nú-mero de posições, vias, posição normal e o tipo de acionamento.
  77. 77. COMANDOS HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 79 Figura 77 – Válvulas Direcionais Fonte: Parker. (2008, 71). ▪▪ Válvula direcional 4/3 vias acionada por solenóide, centrada por molas, com centro fechado. ▪▪ Número de posições: identificamos pelo número de quadrados da simbologia e devemos saber que, para ser uma válvula direcional, deve ter, no mínimo, duas posições. Número de vias: corresponde ao número de cone-xões úteis que uma determinada válvula possui

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