Aula_07_Pneumatica e seus controlos_.ppt

UNIFEI
Sistemas
Hidropneumáticos I
Pneumática 01
EME-26 Aula 07 06-09-2007
Prof. José Hamilton Chaves Gorgulho Júnior

Sistemas Pneumáticos
Gerador: compressores (êmbolo, palhetas,
pistões, parafusos etc.);
Distribuidor: válvulas direcionais, válvulas de
pressão, válvulas de bloqueio etc.
Consumidor: cilindros lineares, motores,
cilindros rotativos, válvulas de vácuo, bicos
sopradores etc.
Fluido de Trabalho: ar atmosférico.
Pressão de operação: 1 até 15 bar (normal 6 bar).

Características
O fluido de trabalho (ar atmosférico) sem custo;
Facilidade de condução do fluido de trabalho;
Proteção simples contra sobrecargas;
Movimentos rápidos;
Geração de vácuo utilizando o ar comprimido;
Armazenamento fácil do fluido de trabalho;
Escape de fluido “não causa” poluição ambiental
(lubrificado com óleo mineral);
Construção simples dos elementos de trabalho;
Alto custo de preparação do ar comprimido;

Características
Compressibilidade do fluido de trabalho;
Forças reduzidas, quando comparado a
hidráulica;
Escape do fluido de trabalho causa ruído e
“perda de energia” (furo ou vedação na
tubulação);
Atualmente existem sistemas com
servoposicionamento (exatidão máxima de
parada 0,1 mm).

Uso do Ar Comprimido
No Velho Testamento há referências ao emprego do ar
comprimido na fundição de prata, ferro, chumbo e
estanho;
No século III a.C., em Alexandria, o grego Ktesíbios
fundou a Escola de Mecânicos, tornando-se o
precursor da técnica de comprimir o ar para realizar
trabalhos mecânicos;
No século III d.C. o grego Hero escreveu um trabalho
em dois volumes sobre as aplicações do ar
comprimido;
O desenvolvimento da pneumática renasceu nos séculos
XVI e XVII com os grandes pensadores (Galileu, Otto Von
Guericke, Robert Boyle, Bacon etc.).

Conceito de pressões
As indicações de pressão podem ter
como referência o zero absoluto (vácuo)
ou a pressão atmosférica.
Pressão absoluta;
Pressão relativa:
• Positiva (manométrica); •
Negativa (vacuométrica).

Conceito de pressões
Pressão
P1
Pressão relativa
positiva
Pressão
atmosférica Pa
Pressão relativa
Pressão
negativa
absoluta
P2
Zero
0
absoluto

Lei dos gases perfeitos
Na pneumática pode-se tratar o ar como
um gás perfeito com suficiente exatidão,
sujeito a:
Pressão
Volume

Constante
Temperatura
Para o processo de quase-equilíbrio, é necessário que
as propriedades do sistema sejam uniformes em
qualquer instante do processo, e que sofram variações
muito pequenas.

Lei dos gases perfeitos
Em um processo isotérmico, como em
uma compressão lenta, tem-se:
P1V1
P2V2
No processo No processo
isobárico, como na isométrico, como o
expansão de um gás, aquecimento de um
tem-se: reservatório, tem-se :
V1 V2 P1 P2
 
T1 T2 T1 T2

Exemplo
O reservatório de ar
comprimido de um
compressor tem um
volume de 10 m3. O
reservatório se encontra
preenchido com ar
comprimido com uma
pressão relativa igual à 7
bar e uma temperatura
de 20ºC.

Exemplo
1. Qual a quantidade de ar no estado normalizado
(1 bar, 20ºC) contido no reservatório?
Pabsoluta = Prelativa + Patmosférica
Pabsoluta = 7 + 1 = 8 bar
Processo isotérmico
Tinicial = Tfinal = 20ºC
P1xV1 = P2xV2 8x10
= 1xV2 V2 = 80 m3

Exemplo
2. Qual a máxima quantidade de ar utilizável?
Vútil = Vtotal - Vreservatório
Vutil = 80 - 10
Vutil = 70 m3

Exemplo
3. Desprezando a dilatação do reservatório, que
pressão se forma em seu interior estando
fechado e com um aumento da temperatura
para 65ºC?
P1xV1 / T1 = P2xV2 / T2
V1 = V2 = 10 m3 Processo isométrico
P1 / T1 = P2 / T2
8 / (273+20) = P2 /
(273+65) P2 = 8x338 / 293
P2 = 9.23 bar

Composição do Ar
78,08% de Nitrogênio (N2);
20,95 % de Oxigênio (O2);
0,97% outros gases:
Argônio (Ar); Dióxido de Carbono (CO2);
Neon (Ne); Monóxido de Nitrogênio (NO);
Hélio (He); Kriptônio (Kr);
Metano (CH4); Hidrogênio (H2);
Xenônio (Xe); Ozônio (O3);
Radônio (Rn).

Vapor de Água
T (ºC) Água (g/m3)
A capacidade de
-20 0.9
absorção de vapor d’água
-10 2.1
pelo ar depende da
0 4.9
temperatura;
10 9.4
Quando a capacidade
20 17.2
máxima for ultrapassada
30 30
o vapor se condensa
40 51
(ponto de orvalho);
50 83
60 130
Umidade relativa é o valor
80 292
real dividido pelo valor
100 600
máximo.

Propriedades do ar
Compressibilidade
Elasticidade

Propriedades do ar: difusibilidade
Ar Gases Mistura homogênea
Válvula fechada Válvula aberta

Propriedades do ar: expansibilidade
Válvula fechada
Ar Vácuo

Propriedades do ar: expansibilidade
Válvula aberta
Ar Ar

Qualidade do ar comprimido
As seguintes variáveis são importantes
na geração e distribuição do ar
comprimido:
Pressão;
Compressor
Vazão;
Teor de água;
Teor de partículas sólidas;
Teor de óleo.

Preparação do ar comprimido
Quando o ar é comprimido sua temperatura se
eleva;
O vapor de água contido no ar (umidade relativa)
é concentrado e transforma-se em vapor com
alta temperatura;
No resfriamento do ar comprimido o vapor se
condensa;
Partículas sólidas também podem estar
presentes (fragmentos de óleo queimado,
partículas metálicas do compressor e partículas
aspiradas pelo compressor).

Preparação do ar comprimido
Consiste em:
Compressão;
Redução da temperatura;
Remoção de água;
Remoção de partículas sólidas;
Controle da pressão;
Adição de lubrificante.

Produção e distribuição do ar
comprimido
Filtros; Controle de umidade;
Compressor; Controle de temperatura;
Lubrificador; Rede de distribuição.
Reservatório;

Tipos de compressores
Deslocamentos dinâmicos:
Ejetor;

Ejetor;
Fluxo radial;

Ejetor;
Fluxo radial;
Fluxo axial;

Ejetor;
Fluxo radial;
Fluxo axial;
Deslocamentos positivos:
Rotativos:
• Roots;

Ejetor;
Fluxo radial;
Fluxo axial;
Rotativos:
• Roots;
• Palhetas;

Ejetor;
Fluxo radial;
Fluxo axial;
Rotativos:
• Roots;
• Palhetas;
• Parafuso.

Ejetor;
Fluxo radial;
Fluxo axial;
Rotativos:
• Roots;
• Palhetas; •
Parafuso.
Alternativos: •
Pistão;

Ejetor;
Fluxo radial;
Fluxo axial;
Rotativos:
• Roots;
• Palhetas; •
Parafuso.
Alternativos: •
Pistão;
• Diafragma.

Turbocompressor radial
Engrenagens
Rotor para elevação de
Motor
rotação
elétrico

Compressor de parafuso
Compressor de
parafuso
Motor
Elevação de elétrico
rotação

Tamanhos de compressores
Pequenos: até 40 litros por minuto e
potência de entrada menor que
15 kw.
Médios: de 40 até 300 litros por minuto
e potência de entrada entre 15 e
100 kW;
acima de 300 litros por Grandes:
minuto e potência de entrada acima
de 100 kW.

Escolha de compressores
psig: pounds per
square inch
gauge - libras
por polegada
quadrada
manométrica.
pcm: pés cúbicos
por minuto
Região de atuação de cada compressor no gráfico: Pressão x Vazão

Resfriador posterior
Permite retirar entre 75% a 90% do vapor de água do ar, bem
como vapores de óleo do compressor.
Entrada da água de
Saída
refrigeração
do ar
Entrada
do ar
Saída da
água de
refrigeração
Separador
Fluxo
do ar
Símbolo
Dreno

Secagem por absorção
Secagem química.
O ar passa por material
higroscópico (Cloreto de
Cálcio, Cloreto de Lítio,
Dry-o-Lite) e reage.
O material higroscópico
pode ser insolúvel ou
deliquescente (reage e se
torna líquido).
É necessário substituir o
material de tempos em
tempos.

Reservatório
1. Manômetro
2. Válvula registro
3. Saída do ar comprimido
4. Entrada do ar
5. Placa de identificação
6. Válvula de alívio
7. Escotilha para inspeção
8. Dreno

Reservatório
Válvula de alívio
Manômetro
Saída do ar
Ar
saturado
Entrada do ar
Condensado
Dreno

Distribuição do Ar
Comprimido

Distribuição de ar comprimido
Rede em circuito aberto
É a mais simples. Deve ser montada com um declive
de 1 a 2% na direção do fluxo (para garantir a
eliminação da água que se condensa).

Rede em circuito fechado
Permite que o ar flua nas duas direções, reduzindo
o problema de condensação. Neste caso a
distribuição deriva diretamente do anel.
Reservatório
secundário

Permite que o ar flua nas duas direções, reduzindo
o problema de condensação. Neste caso a
distribuição deriva de tubulações transversais.
Reservatório
secundário

Válvulas de fechamento de linha permitem o
isolamento de seções para inspeção,
manutenção e modificação.

Pernas com dreno
para coletar e
remover água;
Inclinação da
tubulação;
Conecções no topo
das tubulações
principais para
evitar água;
Unidade de
condicionamento
(Lubrefil) antes de
cada aplicação.

Eliminação da água
(condensado)

Drenos (Purgadores)
Devem ser instalados em
todos os locais baixos da
tubulação;
Os drenos podem ser
manuais ou automáticos;
Devem possuir válvulas de
fechamento de linha para
manutenção do dreno.

Dreno semi-automático
Quando a pressão é
desligada a válvula abre-se
automaticamente;
Na maior parte das
aplicações o copo não se
encherá durante o ciclo
diário;
O dreno pode ser aberto
manualmente se
necessário.

Sem pressão a mola
mantém o dreno aberto e
a água pode fluir
livremente.

Com pressão a mola é
comprimida e mantém o
dreno fechado.

Durante a operação o copo
vai recolhendo a água.

Quando a pressão se
encerra a água flui.

Dreno automático
1 2 3 Mesmo com
pressão uma bóia
abre a saída da
água quando o
nível está alto (2).
Independente do
nível a bóia se abre
quando a pressão
cessa (3).

Símbolos de separadores de água
Com drenagem
manual
Com drenagem
automática

Válvula reguladora de pressão
Reduz a pressão P1
para a pressão de
trabalho desejada P2.
4 6
80
40 8
2 120
lbf/in2
bar 10
P1 P2

Quando não há vazão
4 6 a válvula fica fechada.
80 8
2 40
120
lbf/in2
bar 10
P1 P2

Para elevar a pressão
4 6 ajustada deve-se
80 8
2 40
120 puxar o botão de
lbf/in2
bar 10
ajuste para cima e
girar no sentido
horário.
P1 P2

Para reduzir a pressão
4 6 ajustada deve-se
80 8
2 40
120 puxar o botão de
lbf/in2
bar 10
ajuste para cima e
girar no sentido anti-
horário.
O excesso de pressão
P1 P2
é liberado para a
atmosfera.

Simbologia da válvula reguladora de
pressão

Limita a pressão de um
reservatório,
compressor, linha de
pressão etc.
O aumento de pressão
vence a força de uma
mola que libera o
excesso para a
Entrada Saída
atmosfera.

Lubrificador de ar comprimido
Os componentes
pneumáticos possuem
partes móveis,
sujeitas à desgastes.
O correto acréscimo
de óleo no ar
comprimido permite
que os componentes
tenham grande
durabilidade.

Lubrificador de ar comprimido
Ajuste da taxa de gotejamento.
O gotejamento de óleo ocorre
pelo diferencial de pressão. É
P2
visível para permitir o ajuste.
P1 P2 Válvula de retenção evita o
retorno do óleo quando não
há fluxo.
O copo de policarbonato permite
P1
inspecionar o nível do óleo.
Copos de metal possuem uma
janela de vidro.

Simbologia do lubrificador de ar
comprimido

Unidade de
Condicionamento
(Lubrefil)

Unidade de condicionamento
Lubrefil - Lubrificação, Regulação de
pressão e Filtro (FRL - Filter, Regulator
and Lubricator);
Devem ser usadas antes de cada
aplicação pneumática para garantir ar
seco, limpo, na pressão correta e com
lubrificação adequada;
Modular e com sistema de conecção
rápida.

Filtro e
regulador de
pressão Lubrificador

Visor de nível

Filtro
Separa e coleta
contaminantes (água e
partículas sólidas).
Elemento filtrante;
Copo de policarbonato;
Água retida;
Dreno manual (1/4 de volta);

Filtro com copo metálico
Usado quando:
Temperatura acima de 50ºC;
Pressão acima de 10 bar;
Ambiente com solventes.
Visor

Filtro com indicador de estado
Com o uso o fluxo através
do filtro vai sendo reduzido.
O diferencial de pressão
eleva o diafragma que vai
cobrindo o indicador verde
com o indicador vermelho.

Filtro coalescente
Coalescência é a
união de pequenas
gotículas e
gotículas maiores.
Retém 99,9% de
todas as partículas
entre 0.3 e 0.6
m. Reduz a
contaminação de
óleo de 20 ppm para
0.004 ppm.

Filtro coalescente
Contato firme de
intertravamento
entre os meios e
retentor
Retentor
Secção coalescente rígido
moldada em uma
Tela de
única peça
manuseio
(contínua)
Camada
sintética de
Saída do
drenagem
Entrada do fluxo
fluxo

Simbologia
Filtro
Filtro com dreno manual
Filtro com dreno automático

Unidade de ar comprimido
Símbolo para compressor integrado
M
Válvula de
seguranç
a
Tubulação de
Indicador de distribuição
pressão
Compressor e
resfriador
integrados
SWP
Válvula de isolamento
10bar
Reservatóri
o de ar
Válvula de
dreno
Dreno de
condensad
o

Resumo
Introdução;
Características;
Exemplos de aplicação;
Conceito de pressão;
Umidade do ar;
Produção do ar comprimido:
• Bombas; • Resfriador;
• Secador; • Reservatório;
• Drenos; • Filtros;
• Lubrificador; • Lubrefil.

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