AULA 10 - SISTEMAS PNEUMÁTICOS

Transcrição

1 AULA 10 - SISTEMAS PNEUMÁTICOS Pneumática Definição Dicionário: Ramo da Física que trata das propriedades físicas (peso, pressão, elasticidade etc.) do ar e dos outros gases; pneumodinâmica. Prof. Fabricia Neres Pneumática Definições: É derivada da palavra grega Pneuma, que significa fôlego, vento ou sopro. Logo pneumática é conceituada como a matéria que trata dos movimentos e fenômenos dos gases. Fluido: Pode ser definido como qualquer substância capaz de escoar e assumir a forma do recipiente que ela está; Pressão: pode ser definida como a força exercida em função da compressão do ar em um recipiente; Eletropneumática: parte da pneumática que utiliza energia elétrica (CC ou CA) como fonte de energia para o acionamento de válvulas direcionais. Essas são denominadas eletroválvulas; Breve Histórico Ato de respirar inspirou o funcionamento dos sistemas pneumáticos, ou seja, o uso de ar comprimido como fonte de energia; A primeira utilização de ar comprimido registrada foi a cerca de 2000 anos por Ctesibios, fundador da Escola de Mecânicos em Alexandria; A nível industrial surge com a necessidade de fundir metais e na ventilação das minas; A primeira aplicação em grande escala de ar comprimido foi em 1861 na perfuração de um túnel sob os Alpes Suíços; Após a Segunda Guerra Mundial a pneumática passou a substituir na indústria de grande parte do esforço muscular. Pneumática na Indústria A pneumática utiliza o ar comprimido como meio de transmissão de potência para atuadores lineares (cilindros pneumáticos lineares) e/ou atuadores rotativos (motores pneumáticos e cilindros de rotação). 1

2 Pneumática Atualmente Furar; Abrir; Prensar; Empurrar; Levantar; Pintar. Está ao lado da mecânica e da eletricidade como meio de transmissão e controle de energia; Essas tecnologias, em parte concorrentes, são complementares e frequentemente são utilizadas em conjunto. Vantagens da Pneumática Incremento da produção com investimento relativamente pequeno; Redução dos custos operacionais: A rapidez nos movimentos pneumáticos e a libertação do homem de operações repetitivas; Robustez dos componentes pneumáticos: torna-os relativamente insensíveis a vibrações e golpes; Fácil Manutenção; Facilidade de implantação: são necessários apenas pequenas modificações nas máquinas e disponibilidade de ar comprimido; Vantagens da Pneumática Resistência a ambientes hostis; Simplicidade de manipulação: não necessita de operários com grandes conhecimentos em pneumática; Segurança: Como os equipamentos pneumáticos envolvem sempre pressões moderadas, tornam-se seguros contra possíveis acidentes, com pessoas ou até mesmo explosões; Redução do número de acidentes: a implantação de controles pneumáticos reduz sua incidência de fadiga (operações repetitivas). Desvantagens da Pneumática É necessário remover as impurezas do ar; Não é um sistema para ser utilizado em aplicações que requerem força. Exemplo: extração de metais; Compressibilidade: o ar permite reduzir o seu volume quando sujeito à ação de uma força exterior Não muito simples obter baixas velocidades; O ar é um fluido altamente compressível, portanto, impossível se obterem paradas intermediárias e velocidades uniformes; O ar comprimido é um poluidor sonoro quando são efetuadas exaustões para a atmosfera. 2

3 Elasticidade: Propriedade que possibilita ao ar voltar ao seu volume inicial uma vez extinto a força responsável pela redução do volume. Difusibilidade: Propriedade do ar que lhe permite misturar-se de forma homogênea com qualquer meio gasoso que não esteja saturado.. E x p a n s i b i l i d a d e : Propriedade do ar que lhe possibilita ocupar totalmente o volume de qualquer recipiente, adquirindo o seu formato Peso do Ar Temos dois balões idênticos, hermeticamente fechados, contendo ar com a mesma pressão e temperatura. Colocando-os numa balança de precisão, os pratos se equilibram. De um dos balões, retira-se o ar através de uma bomba de vácuo. Coloca-se outra vez o balão na balança (já sem o ar) e haverá o desequilíbrio causado pela falta do ar. Um litro de ar, a 0 C e ao nível do mar, pesa 1,293 x 10-3 kgf. O Ar Quente é Mais Leve que o Ar Frio Princípio de Pascal Expondo-se um dos balões em contato com uma chama, o ar do seu interior se aquece, escapa pela boca do balão, tornando-se assim, menos denso. Conseqüentemente há um desequilíbrio na balança. "A pressão exercida em um líquido confinado em forma estática atua em todos os sentidos e direções, com a mesma intensidade, exercendo forças iguais em áreas iguais" 3

4 Propriedades do ar Comprimido na Indústria Custos: Baixos custos, pois o ar comprimido encontra-se em quantidades praticamente ilimitadas; Transporte: Facilidade de transporte através de tubulações para distâncias quando dimensionado de forma correta; Armazenamento: Fácil armazenamento no local de utilização em reservatórios de pressão móveis ou fixos. Facilidade de transporte; Variação de temperatura: não é sensível a pequenas variações de temperatura; Segurança: Não existe risco de explosões ou incêndios com o uso de ar comprimido. Propriedades do ar Comprimido na Indústria Limpeza: o ar utilizado quando escapa não polui o meio ambiente; Economia: sistemas de segurança simples pois não existe a necessidade de sistemas contra explosões e risco de incêndio; Velocidade: o ar comprimido é um meio de trabalho rápido permitindo velocidades entre 1 e 2 m/s; Regulação: Velocidades e força de trabalho dos elementos são reguláveis mas sem escala. Fatores que Influenciam os Sistemas Pneumáticos Preparação: o uso de ar comprimido requer a eliminação de impurezas e de umidade, para evitar desgastes nos elementos pneumáticos; Fiabilidade: impossibilidade de manter uniforme e constante a velocidade dos cilindros mediante ar comprimido; Forças: o valor limite varia entre e N; Custos: fonte de energia cara, mas compensada pelos vantajosos preços dos elementos e pela elevada rentabilidade do ciclo de trabalho. Produção de Ar Comprimido Para produção de ar comprimido são necessários compressores; A função do compressor é aspirar ar atmosférico e comprimi-lo até a pressão de trabalho desejada; O ar comprimido deverá ser armazenado em reservatórios possibilitando a sua posterior utilização; O compressor central fornece o ar comprimido para os lugares necessários através de uma rede de tubulação. Compressores Secagem do Ar Comprimido O ar possui água na forma de vapor; Este vapor d'água é aspirado pelo compressor junto com o ar; A água acumulada pode ser eliminada através de filtros separadores de água e drenos dispostos ao longo da linha; No entanto um filtro não pode eliminar vapor d'água e para isso são necessários secadores. 4

5 Secagem do Ar Comprimido Resfriamento: Consiste em se resfriar o ar o que reduz o seu ponto de orvalho As tubulações pneumáticas exigem manutenção regular, e não devem ser mantidas dentro de paredes ou cavidades estreitas, pois isto dificulta a detecção de fugas de ar; Linhas principais são feitas de tubos de Cobre, latão, aço liga, etc Conectadas; Linhas secundárias em geral são de mangueiras de borracha ou material sintético. Rede em circuito aberto: é a mais simples e deve ser montada com um declive de 1% a 2% na direção do fluxo para garantir a eliminação da água que condensa no interior da linha Rede em circuito fechado: permite que o ar flua nas duas direções e que fique circulando na linha reduzindo o problema de condensação Rede combinada: são instalações em circuito fechado. Mas as válvulas de fechamento permitem bloquear determinadas linhas de ar comprimido quando a elas não estiverem sendo usadas ou em manutenção. Para entrar em uma máquina pneumática o ar passa por uma unidade de tratamento composta por um filtro, uma válvula reguladora de pressão e um lubrificador. O objetivo ajustar é as características do ar de forma específica para cada máquina 5

6 Filtro: serve para eliminar partículas sólidas e líquidas (impurezas, água, etc..). O filtro apresenta um dreno (manual ou automático) para a eliminação de água. Válvula Reguladora de Pressão: tem a função de manter constante a pressão no equipamento. Ela somente funciona quando a pressão a ser regulada (pressão secundária) for inferior que a pressão de alimentação da rede (pressão primária). Lubrificador : tem a função de lubrificar os aparelhos pneumáticos de trabalho e de comando. Atuadores Pneumáticos As principais características dos atuadores pneumáticos são: Apresentam baixa rigidez devido à compressibilidade do ar; Não há precisão na parada em posições intermediárias; Apresentam uma favorável relação peso/potência; Dimensões reduzidas; Segurança à sobrecarga; Facilidade de inversão; Proteção à explosão. Atuadores Pneumáticos (classificação) Lineares: São constituídos de componentes que convertem a energia pneumática em movimento linear ou angular. São representados pelos Cilindros Pneumáticos. Dependendo da natureza dos movimentos, velocidade, força, curso, haverá um mais adequado para a função. Rotativos: Convertem energia pneumática em energia mecânica, através de momento torsor contínuo. Atuadores Pneumáticos Lineares Cilindros de simples ação Consiste de um pistão com uma mola. Ao se reduzir a pressão a mola retorna o pistão. Entre as suas características temos: q Consumo de ar em um sentido; q Forças de avanço reduzida (em 10%) devido à mola; q Maior comprimento e cursos limitados; q Baixa força de retorno (devido à mola) Aplicação: Freios de caminhão travando o mesmo quando ocorre falha no motor. Oscilantes: Convertem energia pneumática em energia mecânica, através de momento torsor limitado por um determinado número de graus. 6

7 Atuadores Pneumáticos Lineares Cilindro de Dupla Ação A atuação é feita por ar comprimido nos dois sentidos. Entre as suas características temos: q Não permite cargas radiais na haste; q Atuação de força nos dois sentidos, porém com força de avanço maior do que a de retorno. Aplicação: prensas, fixadores. O curso não pode ser muito grande pois surgem problemas de flambagem. Atuadores Pneumáticos Rotativos Transformam o movimento linear do cilindro de dupla ação num movimento rotativo com ângulo limitado de rotação. Sistema pinhão-cremalheira: a rotação tem ângulo limitado podendo ser regulada de 45º até 720º. Cilindro de alerta giratória: Seu ângulo é limitado em 300º e apresentam problemas de vedação. São aplicados para girar peças, curvar tubos, acionar válvulas. Atuadores Pneumáticos Alinhar objetos Montar objetos 7