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Um circuito pneumático ou hidráulico pode ser facilmente interpretado quando trabalhamos com cores, identificando linhas e equipamentos.

As cores utilizadas pela American National Standard Institute (ANSI) são:

Vermelho: Pressão de alimentação, pressão normal do sistema. Ex.: compressor.

Violeta: Pressão do sistema de transformação de energia intensificada. Ex.: intensificador de pressão.

Laranja: Linha de comando, pilotagem ou a pressão básica reduzida. Ex.: pilotagem de uma válvula.

Amarelo: Restrição no controle de passagem do fluxo. Ex.: utilização de válvula de controle do fluxo.

Azul: Fluxo em descarga, escape ou retorno. Ex.: exaustão para a atmosfera.

Branco: Fluido inativo. Ex.: armazenagem.

Verde: Sucção ou linha da drenagem. Ex.: sucção do compressor.

Definição dos compressores

Compressores são máquinas destinadas a elevar a pressão de um certo volume de ar, admitido nas condições atmosféricas, até uma determinada pressão exigida para a execução de trabalhos com ar comprimido.

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Critérios para a escolha de compressores

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Critérios para a escolha de compressores

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Critérios para a escolha de compressores

Na especificação ou aquisição de compressores devem ser considerados diversos fatores, entre eles: volume de ar e pressão (que são os dois fatores principais na seleção de máquinas), acionamento e controle.

Volume de ar fornecido

É a quantidade de ar fornecida pelo compressor.

O volume fornecido é indicado em m3/h; m3/min; PCM.

Pressão

Pressão de regime

É a pressão fornecida pelo compressor, bem como a pressão do reservatório e a pressão na rede de distribuição até o ponto de consumo.

Pressão de trabalho

É a pressão necessária nos pontos de trabalho. Em sistemas pneumáticos comuns varia de 6 a 8 bar. Os elementos de trabalho estão construídos para esta faixa de pressão, que é praticamente considerada como pressão norma- lizada ou pressão econômica.

Para garantir um funcionamento confiável e preciso dos sistemas pneumáticos, é necessário que a pressão tenha um valor constante. Desta depende:

1. A velocidade dos cilindros e a rotação dos motores pneumáticos.

2. As forças desenvolvidas pelos elementos pneumáticos.

3. Os movimentos temporizados dos elementos de trabalho e comando.

Acionamento

Conforme as necessidades fabris, o acionamento dos compressores é feito por motor elétrico ou motores a explosão. Em instalações industriais, comer- ciais e domésticas são acionados, na maioria dos casos, com motor elétrico.

Tratando-se de um compressor móvel, emprega-se, para o acionamento, geralmente, o motor a explosão (gasolina ou óleo diesel). Em unidades industriais, que necessitam de ar comprimido em grandes volumes, podemos encontrar compressores acionados por turbinas a vapor com potências de

400 cv ou maiores.

Regulagem

Para combinar o volume fornecido com o consumo de ar, é necessária uma regulagem da pressão dos compressores, sendo normalmente estabelecida uma pressão máxima e mínima.

Existem diferentes tipos de regulagem:

• Regulagem de marcha em vazio;

• Regulagem de carga parcial;

• Regulagem intermitente.

Dentre as regulagens descritas acima a mais empregada é a regulagem intermitente.

Regulagem intermitente

Com esta regulagem, o compressor funciona em dois campos (carga máxima e parada total). Ao alcançar a pressão máxima Pmáx, o motor acionador do compressor é desligado e, quando a pressão chega ao mínimo Pmin, O motor é ligado e o compressor trabalha normalmente.

A frequência de comutação pode ser regulada num pressostato e, para que os períodos de comando possam ser limitados a uma média aceitável, é necessário um grande reservatório de ar comprimido.

Manutenção do compressor

Esta é uma tarefa importante dentro do setor industrial. É imprescindível seguir as instruções recomendadas pelo fabricante que, melhor do que nin- guém, conhece os pontos vitais de manutenção.

Devem ser consultados os manuais de fabricantes e montado um plano de manutenção periódico, verificando-se qual o melhor sistema de manutenção e controle da máquina.

Resumo

Na aula estudamos os compressores, e vimos que possuem muitos tamanhos e modelos, e são aplicados conforme a necessidade do processo. Vimos também os sistemas de resfriamento dos compressores, a água e a ar, bem como sua forma de acionamento, regulagem e manutenção.

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Uma máquina é composta basicamente por duas partes bem definidas:

A parte operativa

Também chamada de parte de potência, formada pelo conjunto de elementos que realizam o processo de trabalho.

E O comando

Também chamado de parte de comando, onde no qual são geradas as ordens que governam o conjunto de elementos da parte operativa. Esses conceitos já foram estudados em outras disciplinas do curso. A representação de circuitos pneumáticos pode ser realizada de diversas formas.

5.2 Representações dos movimentos dos

cilindros

5.2.1 Representação com símbolos

Neste caso, os movimentos dos cilindros ou atuadores são representados com os símbolos:

(+) mais representa o avanço da haste de um cilindro.

(-) menos - representa o recuo da haste de um cilindro.

5.2.2 Representação em forma de diagrama

5.2.2.1 Diagrama espaço-fase (trajeto-passo)

Neste diagrama são representadas todas as sequências das ações dos cilindros e dos sinais de comando. As representações são feitas através de eixos coordenados utilizando-se valores binários (0-1) para eixo vertical.

Adota-se o valor 0 para indicar a posição de repouso do elemento - motor parado, cilindro com haste recuada, ausência de sinal.

Adota-se o valor 1 para identificar o estado do elemento atuado - motor funcionando, cilindro com haste avançada, sinal atuado.

O outro eixo (horizontal) indica as fases ou passos em que se subdivide o ciclo de trabalho. Esses passos ou fases estão caracterizados pela modificação ou troca de estado de um elemento. Essas trocas são indicadas com linhas verticais auxiliares sobre o diagrama (linhas de fases).

5.2.2.2 Regras básicas da representação de diagramas

Os atuadores são representados por linhas. As linhas horizontais representam o estado de repouso dos elementos, e as linhas inclinadas representam os movimentos dos mesmos. As linhas com diferentes inclinações indicam diferentes velocidades (avanço rápido ou lento e retorno rápido ou lento).

As partidas e paradas de motores são representadas com linhas verticais, desde o estado 0 a 1.

Quando existem vários elementos no sistema pneumático, os mesmos são representados individualmente, um abaixo do outro.

5.3 Circuitos pneumáticos

Um circuito pneumático é representado em forma gráfica, demonstrando a relação entre os componentes do comando, o que evidencia a operação do

mesmo.

O circuito é considerado um elemento de grande valor de manutenção para o homem, pois é através desse que se inicia o processo para a deteção de falhas no sistema. É importante que o circuito pneumático seja projetado de forma clara, de modo que sua interpretação seja fácil e que possa ser entendido por todos. Por isso, deve-se representar o circuito com símbolos normalizados, respeitando certas regras quanto à disposição dos elementos.

5.3.2 Disposição dos elementos em um circuito pneumático

A disposição indicada é respeitada na medida do possível, exceto em casos particulares em que, provavelmente, uma outra disposição resulta, de forma favorável, atendendo à realização, interpretação e leitura do circuito.

A posição de atuação dos finais de curso é indicada por um pequeno traço vertical ou um pequeno triângulo, na posição em que será atuado. O elemento de comutação (válvula de fim de curso) é representado, conforme a disposição do bloco de entrada e na posição mais adequada ao circuito, com o fim de simplificar o traçado das linhas de conexão. Os elementos são representados na posição de repouso e prontos para dar início ao trabalho (partida). As linhas de condução de ar são desenhadas nas formas retas, horizontais e verticais. As tubulações de trabalho (pressão) são representadas com linhas contínuas e as de pilotagem com linhas tracejadas.

5.3.3 Denominação dos elementos no circuito

Existem duas formas para identificar os componentes de um circuito pneu- mático: literal e numérica.

Baseando-se nas combinações dessas duas formas, surgiu o método alfanumérico, o qual adotaremos, conforme a tabela abaixo.

5.4 Exemplos de circuitos pneumáticos

5.4.1 Circuito com cilindro simples ação

A Figura 5.2 mostra um circuito pneumático de acionamento de um cilindro de simples ação com retorno por mola. Neste circuito é utilizada uma válvula 3/2 (3 vias e 2 posições) com acionamento por alavanca.

Ao ser acionada, a válvula permite a passagem do ar, conectando a entrada "1" com a saída “2”, fazendo com que o cilindro avance. Ao ser desacionada, a válvula impede a passagem do ar, bloqueando a entrada "1". A conexão de serviço "2" é então conectada ao escape "3", permitindo a saída do ar para a atmosfera e, com isso, o retorno do cilindro sob a ação de sua mola interna.

O circuito é chamado de ação direta, pois o comando atua diretamente sobre a válvula direcional do cilindro.

5.4.2 Circuito com cilindro dupla ação

A Figura 5.5 mostra um circuito pneumático de acionamento de um cilindro de dupla ação. Neste circuito é utilizada uma válvula 5/2 (5 vias e 2 posições) com acionamento por alavanca.

Ao ser acionada, a válvula conecta a entrada de pressão "1" com a saída de serviço "4", direcionando o ar comprimido para a parte traseira do cilindro, fazendo com que este avance. Porém, para ocorrer o avanço do cilindro, o ar que se encontra na parte dianteira do mesmo precisa ser liberado para a atmosfera, o que é feito através da conexão da saída de serviço "2" com a saída de escape "3".

Ao ser desacionada, a válvula inverte as conexões, direcionando a pressão para a parte dianteira do cilindro, permitindo que o ar da parte traseira seja liberado para a atmosfera através da saída de escape "5′′.

O circuito é chamado de ação direta, pois o comando atua diretamente sobre a válvula direcional do cilindro.

5.4.3 Circuito com cilindro de dupla ação com retorno automático

A Figura 5.9 mostra um circuito pneumático de acionamento de um cilindro de dupla ação, no qual a partida é feita por um botão e o retorno do cilindro é automático. Neste circuito é utilizado um sistema de acionamento indireto, ou seja, a válvula direcional 5/2 é acionada por piloto pneumático, controla- do pelo ar comprimido vindo de válvulas de controle.

Ao ser acionada, a válvula "SO" envia o ar comprimido para o piloto pneu- mático da válvula "A1" (válvula direcional 5/2). Esse comando aciona a válvula, fazendo a mesma alterar a sua posição (o movimento de acionamento da válvula, ao invés de ser feito pela força do operador em uma alavanca, é feito pelo próprio ar comprimido).

O ar comprimido é então direcionado para a parte traseira do cilindro "A" (cilindro de dupla ação), de forma que a realize o avanço da haste, e o ar da parte dianteira é liberado para a atmosfera através da conexão de escape.

A válvula "A3" (3/2 de acionamento mecânico por rolete) está montada de forma que seja acionada pela própria haste do cilindro quando esta estiver totalmente estendida. Esse tipo de montagem chama-se válvula de fim de curso, conforme a Figura 5.8.

Quando o cilindro termina o avanço da haste, esta pressiona a válvula "A3", a qual envia pressão para a válvula "A1", alterando a sua posição para realizar o retorno do cilindro "A".

Resumo

Nessa aula iniciamos o contato com o projeto de sistemas pneumáticos. Estudamos as partes de uma máquina pneumática, a simbologia dos elementos do circuito e a representação dos circuitos em diagramas.

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Tipos de contaminantes: Água, óleo e poeira.

Consequências da contaminação: Oxidação de tubulações, desgaste prematuro de peças, aumento de manutenção, entre outros.

Resfriador Posterior (After Cooler)

Equipamento usado para resfriar o ar comprimido.

Retira 75% a 90% do vapor de água e óleo do ar comprimido.

Evita dilatação das linhas de distribuição devido à alta temperatura.

Reservatório de Ar Comprimido

Funções: Armazenar ar comprimido, resfriar o ar, estabilizar fluxo e controlar compressores.

Localização e manutenção: Deve ser de fácil acesso e possuir drenos automáticos, manômetro, válvulas de segurança, e ser submetido a testes periódicos de pressão.

Desumidificação do Ar

Necessidade de reduzir ao máximo a umidade do ar comprimido.

Métodos de secagem:

Secagem por refrigeração: Resfria o ar para condensar e remover a água.

Secagem por absorção: Utiliza substâncias higroscópicas que absorvem a umidade.

Secagem por adsorção: Substâncias adsorventes que são regeneradas para reutilização.

Rede de Distribuição

Funções: Comunicar a fonte produtora com os equipamentos consumidores e funcionar como reservatório.

Requisitos de um bom sistema: Pequena perda de pressão, ausência de vazamentos, capacidade de separação de condensado.

Layout e formato da rede:

Circuito fechado (anel) para manutenção de pressão constante.

Circuito aberto para pontos isolados ou distantes.

Válvulas de bloqueio: Permitem isolar seções para manutenção.

Ligações entre tubos: Roscadas, soldadas ou com flanges, devem garantir vedação perfeita.

Inclinação das tubulações: Entre 0,5% e 2% para direcionar condensado para pontos de coleta.

Tomadas de ar comprimido: Feitas pela parte superior para evitar coleta de condensado.

Vazamentos de Ar Comprimido

Pequenos furos e vedações defeituosas podem representar perdas significativas.

Manutenção preventiva regular é crucial para minimizar vazamentos.

Materiais dos Tubos

Metálicos: Aço inoxidável, cobre, latão, usados em condições severas.

Não metálicos: Polietileno, poliuretano, nylon, borracha, usados pela flexibilidade e resistência a certos ambientes.

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Atuadores pneumáticos são dispositivos que convertem a energia contida no ar comprimido em trabalho. Eles se dividem em atuadores lineares e rotativos:

Atuadores lineares

Convertem a energia pneumática em movimento linear ou angular.

Incluem cilindros pneumáticos que variam conforme a natureza dos movimentos, velocidade, força, e curso.

Atuadores rotativos

Convertem a energia pneumática em movimento torsor contínuo ou limitado.

Incluem motores pneumáticos e oscilantes.

Tipos de cilindros pneumáticos

Cilindro de simples efeito ou ação

Retorno por mola ou força externa.

Avanço por mola e retorno por ar comprimido.

Cilindro de duplo efeito ou ação

Produz trabalho em ambos os sentidos de movimento.

Muito utilizado na indústria devido à sua eficiência.

Construções derivadas

Cilindro de haste dupla ou passante: Duas hastes unidas ao êmbolo para trabalho e comando de fins de curso.

Cilindro duplex ou tandem: Dois êmbolos unidos por uma haste comum para maior força em áreas restritas.

Cilindro duplex geminado: Possui 3 ou 4 posições distintas para seleção, distribuição e posicionamento.

Cilindro telescópico ou de múltiplos estágios: Utilizado em espaços limitados.

Cilindros normalizados e especiais: Normas como ISO 6431 e DIN 24335 permitem intercambiabilidade.

Amortecimento

Controla movimentos de grandes massas e desacelera o pistão nos fins de curso.

Controle da velocidade de deslocamento do cilindro pneumático

Utilizar válvulas de escape rápida.

Válvulas de maior capacidade.

Tubos curtos e de maior diâmetro.

Válvulas pneumáticas

Válvulas são elementos que orientam os fluxos de ar, impõem bloqueios e controlam a vazão ou pressão do ar comprimido.

Classificação das válvulas

Válvulas de controle direcional

Orientam a direção do fluxo de ar.

Características incluem número de posições, número de vias, vazão, tipo de acionamento, retorno e tipo construtivo.

Válvulas de controle direcional

Número de posições: Manobras distintas que uma válvula pode executar.

Número de vias: Conexões de trabalho que a válvula possui.

Tipos de acionamentos ou comandos: Podem ser musculares, mecânicos, pneumáticos, elétricos ou combinados.

Vazão das válvulas: Volume de fluido fornecido pela válvula em uma unidade de tempo.

Tipo de comando de retorno das válvulas: Retornos podem ser mecânicos, elétricos ou combinados.

Válvulas de bloqueio

Válvula de retenção

Impede o fluxo de ar em um sentido.

Válvula de escape rápido

Aumenta a velocidade normal de deslocamento de um pistão.

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Classificações dos compressores:

Deslocamento positivo;

Deslocamento dinâmico.

Deslocamento positivo

Baseia-se fundamentalmente na redução de volume. O ar é admitido em uma câmara isolada do meio exterior, na qual o seu volume é gradualmente diminuído, processando-se a compressão.

Quando uma certa pressão é atingida, ocorre a abertura de válvulas de descarga ou, simplesmente, o ar é empurrado para o tubo de descarga. Além disso, o ar também pode ser empurrado para o tubo de descarga durante a contínua diminuição do volume da câmara de compressão. São representa- dos pelos compressores alternativos de pistões e os compressores de parafusos assimétricos.

Tipos de compressores alternativos

Compressor de um estágio

Este compressor pode ser de simples efeito (S.E) ou de duplo efeito (D.E). Comprime o ar até a pressão final de utilização em um único cilindro. O ar é resfriado somente por circulação, ou seja, pelas aletas laterais. É projetado, geralmente, para pressões de até 700 kPa, mas também pode ser empregado para pressões acima destas. No caso de ser aplicado um compressor de mais estágios, a economia de energia será maior devido à eficiência e ao rendimento.

Compressor de dois estágios ou biestágio

Para limitar a elevação de temperatura e melhorar a eficiência da com- pressão, esta é processada em estágios com ar resfriado Este tipo de compressor possui uma câmara de baixa pressão e outra de alta pressão. Entre essas duas câmaras existe um resfriamento (Inter resfriador ou in- tercooler) feito por ar ou água, sendo a água mais eficiente.

O ar é admitido através de um filtro na entrada do cilindro de baixa

pressão e é comprimido entre 350 e 500 kPa. Em seguida, passa por um Inter resfriador, no qual o calor é parcialmente absorvido pela água ou ar e parte da umidade existente no ar é condensada e eliminada. O ar é comprimido no primeiro estágio e é admitido no cilindro de alta pressão, sofrendo nova compressão e atingindo entre 750 e 880 kPa. Depois, o ar comprimido é conduzido para as outras fases de preparação.

Compressor de múltiplos estágios ou poli cilíndricos

Este tipo de compressor tem vários cilindros e, entre eles, resfriadores intermediários. A compressão em múltiplos estágios aumenta a eficiência volumétrica, conforme a relação de compressor do primeiro estágio e a pressão aproximada das condições isotérmicas. Este tipo de compressor é utilizado quando são necessárias altas pressões; porém, para cada faixa de pressão, existe um número adequado de estágios, dependendo da aplicação pretendida.

Compressor de parafuso

Este compressor é dotado de uma carcaça na qual giram dois rotores helicoidais em sentidos opostos. Um dos rotores possui lóbulos convexos, o outro pressões côncavas. São denominados, respectivamente, rotor macho e fêmea.

Os rotores são sincronizados por meio de engrenagens. A partir da década de 1980, este tipo de compressor tem apresentado desenvolvimento e aplicação cada vez maior, devido à facilidade de sua instalação e custo de aquisição relativamente baixo para potências acima de 25 cv.

Deslocamento dinâmico

A elevação da pressão é obtida por meio da conversão de energia cinética em energia de pressão, durante a passagem do ar através do compressor. O ar admitido é colocado em contato com impulsores (rotor laminado) dotados de alta velocidade. Este ar é acelerado, atingindo velocidades elevadas e, consequentemente, os impulsores transmitem energia cinética ao ar. Posteriormente, seu escoamento é retardado por meio de difusores, obrigando a uma elevação de pressão.

Difusor - é uma espécie de duto que provoca diminuição na velocidade de escoamento de um fluido, causando aumento de pressão.

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Sistema de refrigeração dos compressores 

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Sistema de refrigeração dos compressores 

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Os sistemas de refrigeração de máquinas são utilizados para remover o calor gerado no processo de compressão e o calor gerado por atritos diversos. O resfriamento pode ser através de água ou por ar.

O sistema de refrigeração dos compressores de deslocamento positivo compreende duas etapas principais:

1. Resfriamento dos cilindros de compressão.

2. Resfriamento intermediário.

O resfriamento pode ser complementado por uma refrigeração posterior, ou seja, após o processo de compressão. O resfriamento intermediário remove o calor gerado entre os estágios de compressão, visando:

Manter baixa a temperatura das válvulas, do óleo lubrificante e do ar que está sendo comprimido. Com a queda da temperatura do ar, a umidade é parcialmente condensada e pode ser removida.

Aproximar as condições de compressão do processo isotérmico, embora esta dificilmente possa ser atingida devido a pequenas superfícies de

troca de calor.

Resfriamento dos cilindros de compressão

No processo de compressão do ar, boa parte da energia é convertida em calor. Os cilindros, nos compressores de deslocamento positivo, são os responsáveis pela compressão propriamente dita e, desta maneira, recebem esta carga térmica (calor).

A refrigeração dos cilindros é necessária para manter os componentes sem deformação e sem desgaste dos lubrificantes.

Um sistema de refrigeração ideal é aquele cuja temperatura de ar na saída do resfriador intermediário é igual à temperatura de admissão deste ar. O resfriamento pode ser realizado por meio de ar em circulação, ventilação forçada e água.

Resfriamento à água

Normalmente, a refrigeração por água é empregada em máquinas de grande porte. Os blocos dos cilindros são dotados de paredes duplas entre as quais circula água. A superfície que exige melhor resfriamento é a dos cabeçotes, pois permanece em contato com o ar aquecido ao fim da compressão.

A água utilizada para refrigeração de máquinas deve ter baixa temperatura e pressão suficiente para evitar a formação de vapor. Quando em contato com partes superaquecidas, deve estar livre de impurezas e ser mole, isto é, conter baixo teor de sais de cálcio e magnésio.

Em compressores resfriados a água, deve ser previsto um sistema de proteção contra falta de água, baixa pressão, alta temperatura e possibilidades de entupimentos.

Resfriamento a ar

É indicado para compressores de pequeno e médio porte, devido ao menor custo em relação ao sistema resfriado a água e, também, por ser de maior .

Nos sistemas resfriados a ar, deve ser observado que grande parte da potência consumida pelo compressor é transformada em calor. Desta maneira, compressores de grande potência não podem trabalhar em locais fechados ou com pouca circulação de ar.

Circulação - os cilindros e cabeçotes, geralmente, são alertados, a fim de proporcionar maior troca de calor, o que é feito por meio da circulação do ar ambiente e com auxílio de hélices nas polias da transmissão.

Ventilação - a refrigeração interna dos cabeçotes e do resfriador intermediário é realizada através de ventilação forçada, proporcionada por uma ventoinha, obrigando o ar a circular no interior do armário do compressor.