Aula 1 - IFPB - Introdução e Conceitos - Eletropneumática.pdf

ELETROPNEUMÁTICA
Aula 1 – Introdução e Conceitos da
Pneumática
Prof.: Me. Caio Tácito M. Castro
João Pessoa – PB

SISTEMAS HIDRÁULICOS E
PNEUMÁTICOS

 Na maioria das fábricas, existem vários tipos de máquinas. Além das
polias, correias, engrenagens e alavancas dos sistemas mecânicos, a
maioria das máquinas têm sistemas hidráulicos e pneumáticos.
 A utilização da hidráulica e pneumática é bastante intensa não
somente na indústria. Na área mobil (ônibus, caminhões, tratores,
etc.) tem-se várias aplicações.
 Por sua natureza os sistemas hidráulicos e pneumáticos constituem-
se de uma forma concreta de aplicação dos príncipios de mecânica
dos fluidos compressíveis e incompressíveis a qua embasa o
desenvolvimento dos componentes e circuitos.
SISTEMAS HIDRÁULICOS E
PNEUMÁTICOS

Elevador Hidráulico
Automação Pneumática
Máquina Injetora
Hidráulica

Sistema de Automação:
Emprega-se esta denominação quando se interpreta que um conjunto de
componentes interconectados tem como função principal a realização de
uma ou mais ações segundo uma lógica pré-determinada e em resposta à
ocorrência de eventos.
As ações podem ser o avanço ou recuo de um cilindro, o acionamento ou
não de uma ventosa, o acionamento ou parada de um motor elétrico,
pneumático ou hidráulico.

 A pneumática, assim como a hidráulica, trabalha com o princípio de fluidos
pressurizados forçando uma ação mecânica.
 Os sistemas pneumáticos são parecidos com os sistemas hidráulicos. Enquanto
os sistemas hidráulicos funcionam com óleo sobre pressão, os sistemas
pneumáticos utilizam o ar sobre pressão (ar comprimido).
 Esses dois sistemas permitem que as máquinas e os equipamentos operem de
forma mais rápida e segura.
INTRODUÇÃO À PNEUMÁTICA

 Os compressores de ar comprimido, os atuadores e as válvulas são alguns dos
componentes que formam os sistemas pneumáticos.
 Um sistema pneumático instalado sobre uma máquina é chamado de circuito
pneumático.
 O sistema pneumático substitui o trabalho repetitivo em processos
industriais. A pneumática fornece uma energia mais adequada ao trabalho de
vários tipos de equipamentos e máquinas.

 Na pneumática industrial o ar
comprimido é utilizado nos
atuadores, nos cilindros e motores.
São as válvulas que controlam o
trabalho em um circuito pneumático.
Por isso é sempre necessário faze a
manutenção nos sistemas de ar
comprimido, eles precisam apresentar
vazão e pressão constante, precisam
estar limpos, livres de qualquer
impureza e água.

RELEMBRANDO:
 FLUIDO: É qualquer substância capaz de escoar, deformar e assumir a forma
do recipiente que o contém (líquidos e gases).
 MASSA ESPECÍFICA OU DENSIDADE (ρ):
 PESO ESPECÍFICO (γ):
 TEMPERATURA:
𝜌𝜌 =
𝑚𝑚
𝑉𝑉
𝑔𝑔
𝑐𝑐𝑚𝑚3 𝑜𝑜𝑜𝑜
𝑘𝑘𝑘𝑘
𝑚𝑚3
𝛾𝛾 = 𝜌𝜌 � 𝑔𝑔
𝑁𝑁
𝑚𝑚𝑚
𝑇𝑇 °𝐶𝐶 + 273,15 = 𝑇𝑇(𝐾𝐾)

Para entender as características dos sistemas pneumáticos é necessário
estudar o comportamento do ar.
Para isso o estudo do comportamento dos gases é de grande importância,
assim como o conceito de pressão.
CONCEITOS

Os gases são formados por moléculas em agitação (movimento) que
produzem forças de pressão no recipiente em que o gás está contido.
Os gases podem ser entendidos como vapores superaquecidos e obedecem
aproximadamente às leis físicas dos gases. No estudo dos gases é comum o
termo gases ideais.
CONCEITOS

A pressão atmosférica é produzida pela camada de ar que envolve a terra e
depende da densidade e da altitude, portanto esta não tem um valor
constante. A pressão atmosférica ao nível do mar vale 1,013 bar = 1,013x103
N/m2 = 1kPa = 103 Pa). Nos equipamentos pneumáticos a pressão mais usada
é 6 bar ou 600 kPa.
CONCEITOS

 Comparativamente a hidráulica, a pneumática é, sem dúvida, o
elemento mais simples, de maior rendimento, e de menor custo que
pode ser utilizado na solução de problemas de automatização, fato
devido a uma série de características próprias de seu fluido de
utilização, que nosso caso é o ar.
 As vantagens como também as limitações do uso da pneumática
resultam basicamente de duas importantes propriedades do ar, as quais
são a sua compressibilidade e a sua viscosidade.
VANTAGENS DA PNEUMÁTICA

 Quantidade de ar;
 Energia facilmente armazenável e transportável;
 O meio de transporte de energia, o ar, é constantemente renovado pela
sucção do compressor, sem problemas de envelhecimento;
 O ar, como fluído de trabalho, não causa riscos de explosão ou incêndios
nem problemas ao meio ambiente (empresa alimentícia e
farmacêutica);
 Fácil construção, podendo ser utilizados materiais mais leves gerando
menores custos.
 Velocidades dos atuadores relativamente grandes (1 – 10 m/s ou 500000
rpm);

 Fácil integração com a microeletrônica;
 Possibilidade de integração com sistemas de automação e controle;
 Boa relação potência/peso;
 Enorme flexibilidade de usos e aplicações;
 Fácil variação contínua das forças e velocidades de atuação;
 Durabilidade, segurança e facilidade de operação;
 Utilizável em ambiente explosivo;
 A sobrecarga não causa problemas de danos nos componentes;
 Praticamente insensíveis às mudanças de temperatura, os componentes
pneumáticos podem ser usados em altas temperaturas.

 Preparação para remoção de impurezas e umidade
 Deslocamento não uniforme/constante do atuador quando as forças são
variáveis, devido à compressibilidade do ar;
 Limitações das forças máximas de trabalho (48250 N à 6 bar usando
atuador de 320mm (erguer massa de 494 kg));
 Pouco amortecimento, devido à baixa viscosidade do ar, propiciando o
surgimento de oscilações no movimento;
 Ruído devido ao escape de ar.
 Custo de implantação deste tipo de energia ainda significativo.
Entretanto, compensada pelos elementos de preços vantajosos e
rentabilidade do equipamento.
DESVANTAGENS DA
PNEUMÁTICA

Para melhor compreensão das vantagens da utilização da pneumática como
meio de automação, são estudadas em seguida as TRÊS PROPRIEDADES
FÍSICAS DO AR que conferem à pneumática o status de meio de automação
de custo baixo, limpo e altamente rentável.
1. EXPANSABILIDADE
O ar não tem forma definida adquirindo a forma do recipiente que o
contém.
PROPRIEDADES FÍSICAS DO
AR

2. COMPRESSIBILIDADE A TEMPERATURA CONSTANTE (ISOTERMIA)
AR

Compressão isotérmica
𝑃𝑃1𝑉𝑉1 = 𝑃𝑃2𝑉𝑉2 = 𝑃𝑃3𝑉𝑉3 = 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐
AR

Mesma Temperatura:
Volume Diminui - Pressão Aumenta
Mesmo Volume:
Pressão Aumenta - Temperatura
Aumenta e Vice-Versa
Mesma Pressão:
Volume Aumenta - Temperatura
Aumenta e Vice-Versa
T1
V1
P1
T2
V2
P2
T3
V3
P3
T4
V4
P4
AR

Camadas Gasosas da Atmosfera
A Pressão Atmosférica Atua em Todos os
Pressão Atmosférica
Medição da Pressão Atmosférica
0,710 kgf/cm
1,033 kgf/cm
1,067 kgf/cm
AR

3. ELASTICIDADE
É a propriedade que possibilita ao ar retornar a seu volume inicial, uma vez
cassado o esforço que havia comprimido.
AR

LEI DE GAY-LUSSAC
1.1 TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA
 Um recipiente com uma quantidade de gás é aquecido causando uma
expansão térmica. Essa expansão resulta na elevação do êmbolo.
Entretanto, se não houver nenhuma carga crescente atuando sobre o
êmbolo a pressão permanece inalterada (P1 = P2).
𝑉𝑉1
𝑇𝑇1
=
𝑉𝑉2
𝑇𝑇2
= 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐
AR

LEI DE GAY-LUSSAC
1.1 TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA
AR

LEI DE GAY-LUSSAC
1.2 TRANSFORMAÇÃO ISOCÓRICA (ISOVOLUMÉTRICA)
 Na transformação isocórica o volume permanece constante (V1 = V2)
enquanto variam temperatura e pressão. Para isso o recipiente deve ser
rígido.
𝑃𝑃1
𝑇𝑇1
=
𝑃𝑃2
𝑇𝑇2
= 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐
AR

LEI DE GAY-LUSSAC
1.2 TRANSFORMAÇÃO ISOCÓRICA (ISOVOLUMÉTRICA)
AR

LEI DOS GÁSES IDEAIS
Pode haver situações em que haja a variação das 3 variáveis citadas (P,V,T).
Desta forma, a relação entre elas para os estados final e inicial de um
processo é representada pela Lei dos Gases Ideais.
𝑃𝑃1 � 𝑉𝑉1
𝑇𝑇1
=
𝑃𝑃2 � 𝑉𝑉2
𝑇𝑇2
AR

1) Calcule a variável 𝑇𝑇1 em um processo cujo 𝑇𝑇2 = 120°𝐶𝐶, 𝑉𝑉1 = 𝑉𝑉2, 𝑃𝑃1 = 𝑃𝑃2/3.
a) 295,15 K
b) 131,05 K
c) 318,15 K
2) A figura representa um gás ideal contido num cilindro
hermeticamente fechado por um êmbolo que se pode mover
livremente. A massa do êmbolo é de 0,5 𝑘𝑘𝑘𝑘 e a área em contato com
o gás tem 10 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐. Admita 𝑔𝑔 = 9,81 𝑚𝑚/𝑠𝑠𝑠.
a) Qual a pressão que o êmbolo exerce sobre o gás?
b) Se ℎ = 5 𝑐𝑐𝑐𝑐 a 27°𝐶𝐶, qual será a altura se o gás for aquecido a
177°𝐶𝐶?
EXERCÍCIOS

3) Um recipiente que resiste até a pressão de 3,0 � 105
𝑃𝑃𝑃𝑃 contém oxigênio
sob pressão de 1,0 � 105
𝑃𝑃𝑃𝑃 e temperatura de 27°𝐶𝐶. Desprezando o efeito da
dilatação térmica do recipiente, calcule a máxima temperatura que o
oxigênio pode atingir antes da explosão eminente.
4) Uma bolha de ar com 1,0 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 de volume forma-se no fundo de uma
lago de 5,0 𝑚𝑚 de profundidade e sobe a superfície. A temperatura no
fundo do lago é de 17°𝐶𝐶 e na superfície de 27°𝐶𝐶.
a) Qual a pressão no fundo do lago?
b) Admitindo que o ar seja um gás ideal, calcule o volume da bolha
quando ela atingir a superfície do lago.
Assuma: 𝑃𝑃1 = 1 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎, 𝑔𝑔 = 9,81 𝑚𝑚/𝑠𝑠𝑠 , 𝜌𝜌𝐻𝐻2𝑂𝑂 = 1000 𝑘𝑘𝑘𝑘/𝑚𝑚𝑚
EXERCÍCIOS

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