apostila pneumatica-eliseu
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PNEUMTICA
INDUSTRIAL
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SUMRIO
PNEUMTICA INDUSTRIAL .............................................................................................................. 1
1. CAPTULO 1 TECNOLOGIA PNEUMTICA INDUSTRIAL ............................................................................ 8
1.INTRODUO ...................................................................................................................................................... 8 1. O AR COMPRIMIDO NA INDSTRIA ................................................................................................................. 10 2. PROPRIEDADES FSICAS DO AR ....................................................................................................................... 11
Compressibilidade .................................................................................................................................... 11 Figura 1 Processo de compresso do ar realizado pelo mbolo do cilindro (PARKER, 2000). ........ 12
Elasticidade .............................................................................................................................................. 12 Figura 2 Processo de elasticidade do ar devido a sua expanso para retornar ao estado inicial (PARKER, 2000). .................................................................................................................................. 12
Difusibilidade ........................................................................................................................................... 12 Figura 3 Processo de difusibilidade do ar, no qual uma mistura homognea de ar com qualquer meio gasoso causada pela abertura de uma vlvula conectora (PARKER, 2000). ............ 12
Expansibilidade ........................................................................................................................................ 13 Figura 4 Processo de expansibilidade do ar (PARKER, 2000). .......................................................... 13
3. PESO DO AR ............................................................................................................................................... 13 Figura 5 Dois bales contendo o mesmo peso de ar colocados em uma balana de preciso a fim de promover o equilbrio entre eles (PARKER, 2000). .................................................................. 13 Figura 6 Retirada de ar em um dos bales com uso de uma bomba de vcuo (PARKER, 2000). ..... 14 Figura 7 Desequilbrio na balana causada pela ausncia de peso no balo esquerda (PARKER, 2000). .................................................................................................................................. 14
4. O AR QUENTE MAIS LEVE QUE O AR FRIO ..................................................................................................... 14 Figura 8 Experincia com dois bales com gargalos abertos onde um deles entra em contato com uma chama ocasionando aquecimento de ar em seu interior e a sada deste ar. Da o ar quente torna-se mais leve que o ar frio gerando desequilbrio na balana (PARKER, 2000). ............. 15
5. A ATMOSFERA TERRESTRE ............................................................................................................................. 15 Figura 9 Ilustrao da atmosfera terrestre formada por diferentes camadas gasosas em funo das distncias em relao superfcie do planeta (PARKER, 2000). ....................................... 15
6. PRESSO ATMOSFRICA ................................................................................................................................ 16 Figura 10 Aplicao da presso atmosfrica em todos os corpos a qual atua em todos os sentidos e direes (PARKER, 2000). .................................................................................................. 16 Figura 11 Variao de presso atmosfrica em funo da altitude e da profundidade (PARKER, 2000). .................................................................................................................................. 17
7. MEDIO DA PRESSO ATMOSFRICA ............................................................................................................. 18 Figura 12 Ilustrao do barmetro de Torricelli (PARKER, 2000). .................................................... 18
8. EFEITOS COMBINADOS ENTRE AS TRS VARIVEIS FSICAS DO GS ........................................................................ 18 9.1 Lei Geral dos Gases Perfeitos ................................................................................................................. 18
Figura 13 Variao de presso, volume e temperatura do ar contido no cilindro com mbolo (PARKER, 2000). .................................................................................................................................. 19
9.2 Princpio de Pascal ................................................................................................................................ 19 Figura 14 Sistema pneumtico onde a presso interna atua em todas as paredes com a mesma direo e sentido (PARKER, 2000). ......................................................................................... 20
9. EXEMPLOS EXPERIMENTAIS............................................................................................................................ 21 10.1 Exemplo de Aplicao da Lei Geral dos Gases Perfeitos ...................................................................... 21 10.2 Exemplo de Aplicao do Princpio de Pascal ..................................................................................... 22
Figura 15 Ilustrao do tijolo com as suas respectivas dimenses em vistas obtidas nas partes superior (rea A1), frontal (rea A2)e lateral esquerdo (rea A3). ....................................................... 23
10. EXERCCIOS DE FIXAO ................................................................................................................................ 24 Figura 16 Cilindro com mbolo em seu estgio inicial ( esquerda); cilindro com corpo M sobre o mbolo comprimindo o gs ( direita) (VILLAS BOAS et al., 2004). ....................................... 24 Figura 17 Sistema mbolo-cilindro contendo gs ideal a um volume V0 (VILLAS BOAS et al., 2004). .................................................................................................................................................. 25 Figura 18 Sistema mbolo-cilindro com peso igual a 2P (VILLAS BOAS et al., 2004). ...................... 26
11. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................................................................................ 28
2. CAPTULO 2 - TECNOLOGIA DE ACIONAMENTO PNEUMTICO ............................................................. 29
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Figura 19 - Sistema de acionamento pneumtico. ............................................................................. 29 A tabela 01 mostra uma comparao entre os sistemas eltrico, pneumtico, hidrulico e mecnico do ponto de vista de energia, comando e acionamento. ................................................... 30 Tabela 02 - Comparao da energia, comando e acionamento entre os sistemas eltrico, pneumtico, hidrulico e mecnico. ................................................................................................... 30
3. CAPTULO 3 - CARACTERSTICAS DOS SISTEMAS PNEUMTICOS .......................................................... 31
Tabela 3.1 - Comparao da tecnologia de acionamento para os sistemas eltrico, pneumtico e hidrulico. ........................................................................................................................................ 32 Tabela 3.2 - Comparao da tecnologia de sistemas de comando para os sistemas eltrico, pneumtico e hidrulico. .................................................................................................................... 32
4. CAPTULO 4 - CIRCUITOS PNEUMTICOS .............................................................................................. 33
1. SISTEMA DE AR COMPRIMIDO ........................................................................................................................ 33 Figura 20 Constituio de um sistema de ar comprimido. ............................................................... 33 Figura 21 Diagrama de blocos. ......................................................................................................... 34
1.1. Elementos de Produo de Ar Comprimido - Compressores ....................................................................... 35 Figura 22 Exemplo ilustrativo de um compressor de ar (em detalhe, sua simbologia). .................. 35
1.2 Sistema de Produo e Preparao do Ar Comprimido ................................................................................ 35 Figura 23 - Gerao, tratamento e distribuio do ar comprimido. ................................................... 36
2. COMPRESSORES .......................................................................................................................................... 37 Figura 24 - Classificao dos compressores existentes. ...................................................................... 37 Figura 25 - Regio de atuao de cada compressor no grfico presso X volume. ............................ 38
1.3.1. Compressor de Deslocamento Positivo ......................................................................................... 39 Figura 26 Ilustrao do compressor de deslocamento positivo. ...................................................... 39
1.3.2.Compressor de Deslocamento Dinmico ........................................................................................ 39 Figura 27 Ilustrao do compressor de deslocamento dinmico..................................................... 39
1.3.3. Compressor Dinmico de Fluxo Radial ........................................................................................... 40 Figura 28 Compressor dinmico de fluxo radial. .............................................................................. 40
1. Compressor de Parafuso................................................................................................................................. 41 Figura 29 Esquema ilustrativo para o ciclo de trabalho do compressor tipo parafuso. ................... 42
2. Compressor de Simples Efeito (ou Tipo Tronco)............................................................................................. 42 Figura 30 Etapas do ciclo de trabalho de um compressor de simples efeito. .................................. 43
3. Compressor de Duplo Efeito (ou Tipo Cruzeta) .............................................................................................. 43 Figura 31 Etapas do ciclo de trabalho de um compressor de duplo efeito. ..................................... 44
3. COMPLEMENTAO SOBRE OS COMPRESSORES ................................................................................................. 44 1. Cilindros (ou Cabeotes) ................................................................................................................................. 44 2. mbolo (ou Pisto) ......................................................................................................................................... 44
Figura 32 Formatos dos mbolos em funo das articulaes existentes: em A, para mbolos de simples efeito; em B, para mbolos de duplo efeito. .................................................................... 45
3. Sistema de Refrigerao dos Compressores (ou Resfriamento Intermedirio) .............................................. 45 3.1. Resfriamento a gua ......................................................................................................................... 46
Figura 33 Esquema de funcionamento de um sistema de refrigerao intermedirio a gua com compressor de dois estgios e duplo efeito. .............................................................................. 46
3.2. Resfriamento a Ar ............................................................................................................................. 47 3.2.1. Circulao ............................................................................................................................ 48 3.2.2. Ventilao Forada .............................................................................................................. 48
3.3. Manuteno do Compressor ............................................................................................................. 48 4. Consideraes sobre Irregularidades na Compresso .................................................................................... 48 5. Preparao do Ar Comprimido ....................................................................................................................... 49
5.1 Umidade ............................................................................................................................................. 49 5.2 Resfriador Posterior ........................................................................................................................... 52
Figura 34 Ilustrao do resfriador posterior. ................................................................................... 52 5.3 Resfriador de Ar Comprimido ............................................................................................................ 54
Figura 35 Ilustrao de um resfriador de ar comprimido e seus respectivos componentes. .......... 54 5.4 Desumidificao do Ar ....................................................................................................................... 55 5.5 Secagem por Refrigerao ................................................................................................................. 56
Figura 36 Ilustrao do processo de secagem do ar comprimido por refrigerao e seus respectivos componentes. .................................................................................................................. 57
5.6 Secagem por Absoro ....................................................................................................................... 57 Figura 37 Ilustrao do processo de secagem de ar por absoro. ................................................. 58
5.7 Secagem por Adsoro ....................................................................................................................... 58
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Figura 37 Ilustrao do processo de secagem de ar por adsoro. ................................................. 59 Figura 38 Instalao de produo de ar comprimido e seus respectivos componentes.................. 60
6. Rede de Distribuio ....................................................................................................................................... 61 7. Layout ............................................................................................................................................................. 61 8. Formato .......................................................................................................................................................... 62
Figura 39 Rede de distribuio em anel fechado. ............................................................................ 62 9. Vlvulas de Fechamento na Linha de Distribuio ......................................................................................... 63
Figura 39 Ilustrao de uma linha de distribuio pneumtica com vrias vlvulas de fechamento. ....................................................................................................................................... 63
10. Ligaes entre os Tubos ............................................................................................................................... 63 11. Curvadas ....................................................................................................................................................... 64
Figura 40 Ilustrao de uma curvatura em 90. ............................................................................... 64 12. Inclinao ...................................................................................................................................................... 64 13. Drenagem de Umidade ................................................................................................................................. 65
Figura 41 Esquema do processo de drenagem de condensados. .................................................... 65 14. Tomadas de Ar .............................................................................................................................................. 66
Figura 42 Ilustrao de tomadores de ar comprimido. .................................................................... 66 15. Vazamentos .................................................................................................................................................. 66
Figura 43 Tipos de vazamentos causadores de perdas de potncia. ............................................... 67 16. Tubulaes Secundrias ............................................................................................................................... 67 17. Conexes para Tubulaes Secundrias ....................................................................................................... 68
Figura 44 Ilustrao de uma conexo instantnea. ......................................................................... 69 18. Exerccios de Fixao .................................................................................................................................... 70 19. Referncias Bibliogrficas ............................................................................................................................. 74
4. MOTORES PNEUMTICOS ............................................................................................................................. 75 Figura 45 - Classificao dos motores pneumticos. .......................................................................... 75
2.1. Motores Rotativos ................................................................................................................................ 77 2.1.1.Motor de Palhetas ..................................................................................................................................... 77
Figura 46 - Motor de palhetas. ........................................................................................................... 77 2.1.2 Motor de Engrenagens e Motor Roots ...................................................................................................... 77
2.2. Motores de Pistes ............................................................................................................................... 78 Figura 47 - Motor de pistes radiais. .................................................................................................. 78 Figura 48 - Motor de pistes axiais. .................................................................................................... 78 Figura 49- Esquema de funcionamento do motor de pistes axiais. .................................................. 79
2.3 Motores de Turbina ............................................................................................................................... 79 5. ATUADORES LINEARES .................................................................................................................................. 79
5.1. Cilindro de Simples Ao ....................................................................................................................... 79 Figura 50 - Cilindro de simples ao. .................................................................................................. 80
5.1.2. Cilindro de Dupla Ao ............................................................................................................................. 80 Figura 51 - Cilindro de dupla ao. ..................................................................................................... 81
5.1.3. Cilindros de Membrana ............................................................................................................................ 81 Figura 52 - Cilindro de membrana. ..................................................................................................... 81
5.1.4. Cilindro de Dupla Ao com Haste Passante ............................................................................................ 82 Figura 53 - Cilindro de dupla ao com haste passante. ..................................................................... 82
5.1.5. Cilindro Sem Haste ................................................................................................................................... 82 Com tubo fendido .................................................................................................................................... 82
Figura 54 - Cilindro sem haste com tubo fendido. .............................................................................. 83 Com im ................................................................................................................................................... 83
Figura 55 - Cilindro sem haste com im. ............................................................................................. 83 Com cabo ou fita ...................................................................................................................................... 83
Figura 56 - Cilindro sem haste com cabo ou fita. ................................................................................ 83 5.1.6. Cilindro de Mltiplas Posies .................................................................................................................. 84
Figura 57 - Cilindro de mltiplas posies. ......................................................................................... 84 5.1.7. Cilindro Tandem ....................................................................................................................................... 84
Figura 58 - Cilindro tandem. ............................................................................................................... 84 5.1.8. Cilindro de Percusso ............................................................................................................................... 85
Figura 59 - Cilindro de percusso. ....................................................................................................... 85 5.1.9. Cilindro Telescpico .................................................................................................................................. 85
Figura 60 - Cilindro telescpico........................................................................................................... 86 5.1.10. Cilindros de Impacto ............................................................................................................................... 86 5.1.11. Cilindros com Amortecimento ................................................................................................................ 86
5.2. Atuadores Oscilantes ............................................................................................................................ 86
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Figura 61 Ilustrao do atuador oscilante e sua respectiva simbologia. .......................................... 86 5.3. Atuadores Rotativos ............................................................................................................................. 87
Figura 62 - Cilindro rotativo. ............................................................................................................... 87 Figura 63 - Cilindro de aleta giratria. ................................................................................................ 87
5.4. Unidades Hidropneumticas ................................................................................................................ 88 Figura 64- Unidade hidropneumtica. ................................................................................................ 88
5.5. Execuo Prtica de um Cilindro Pneumtico ...................................................................................... 88 Figura 65 - Execuo construtiva de um cilindro de dupla ao. ........................................................ 89 Figura 66 - Tipo de vedao para mbolos. ........................................................................................ 90 Figura 67- Tipos de fixao dos cilindros nas mquinas. .................................................................... 91
5.6. Amortecimento de Fim de Curso .......................................................................................................... 91 Figura 68 - Sistema de amortecimento do cilindro. ............................................................................ 92
5.7. Dimensionamento e Caractersticas de um Cilindro Pneumtico ......................................................... 92 5.7.1. Exerccios .................................................................................................................................................. 92
Exerccio 01 .............................................................................................................................................. 92 Figura 69 - Cilindro de dupla ao. ..................................................................................................... 92
Exerccio 02 .............................................................................................................................................. 94 Figura 70 - Cilindro de dupla ao. ..................................................................................................... 94
5.7.2. Flambagem nos cilindros .......................................................................................................................... 95 Figura 71 - Condies de flambagem no cilindro. ............................................................................... 96
6. OUTROS DISPOSITIVOS PNEUMTICOS ............................................................................................................. 96 6.1. Mesa Pneumtica ........................................................................................................................................ 96
Figura 72 - Mesa pneumtica. ............................................................................................................ 97 6.2. Pina Pneumtica ........................................................................................................................................ 97
Figura 73 - Pina pneumtica.............................................................................................................. 97 7. VLVULAS PNEUMTICAS .............................................................................................................................. 98
Figura 74 - Esquema de um cilindro com vlvulas. ............................................................................. 98 Figura 75 - Simbologia de comutao da vlvula. ............................................................................... 99 Tabela 76 - Tipos de vlvulas direcionais. ......................................................................................... 100 Tabela 77 - Denominao das conexes das vlvulas. ...................................................................... 101
7.1. Vlvulas Direcionais ............................................................................................................................ 101 7.1.1. Princpio de Funcionamento ................................................................................................................... 101
Figura 78 Funcionamento de uma vlvula 3/2 vias acionada por boto e com retorno por mola. ................................................................................................................................................. 101
7.1.2. Acionamento das Vlvulas Direcionais ................................................................................................... 101 Figura 79 - Tipos de acionamento manual, mecnico, pneumtico e eltrico. ................................ 102 7.1.3 Execuo Construtiva das Vlvulas .......................................................................................... 102
7.1.3.1. Vlvulas de assento ............................................................................................................................. 102 Figura 80 - Execuo em assento. ..................................................................................................... 102
7.1.3.2. Vlvulas de mbolo deslizante ............................................................................................................ 103 Figura 81 - Execuo em mbolo. ..................................................................................................... 103
7.1.4. Exausto Cruzada ................................................................................................................................... 104 Figura 82 - Vlvula 3/2 vias com exausto cruzada. A parte escura representa ar. .......................... 104 Figura 83 - Vlvula 3/2 vias sem exausto cruzada. A parte escura representa ar. .......................... 105
7.1.5. Tipos de Vlvulas Direcionais ................................................................................................................. 105 Figura 84 - Vlvula 3/2 vias com acionamento pneumtico e exemplo de circuito. A parte escura representa ar. ........................................................................................................................ 106 Figura 85 - Vlvula 5/2 vias bi-estvel e exemplo de circuito. A parte escura representa ar. .......... 107 Figura 86 - Vlvula 3/2 vias servo-comandada. ................................................................................ 108 Figura 87- Vlvula 3/2 vias servo-comandada acionada por boto. ................................................. 108 Figura 88 Vlvula 5/2 vias de mbolo acionada pneumaticamente. ............................................. 109 Figura 89 - Vlvulas 3/2 vias acionadas por solenide. ..................................................................... 109
7.1.6. Especificao das Vlvulas Direcionais ................................................................................................... 109 7.2.Vlvulas de Bloqueio ........................................................................................................................... 110
7.2.1. Vlvula de Reteno ............................................................................................................................... 110 Figura 90 - Vlvula de reteno. ....................................................................................................... 110
.................................................................................................................... 110 Figura 91 - Vlvula alternadora e exemplo de circuito. .................................................................... 110
7.2.3. Vlvula de Duas Presses ( ............................................................................................................... 111 Figura 92 - Vlvula de duas presses. ............................................................................................... 111
7.2.4. Vlvula de Escape Rpido ....................................................................................................................... 111 Figura 93 - Vlvula de escape rpido. ............................................................................................... 112
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7.3. Vlvulas de Fluxo ................................................................................................................................ 112 Figura 94 - Sees de passagem. ...................................................................................................... 113
7.3.1. Vlvula Reguladora Unidirecional ........................................................................................................... 113 Figura 95 - Vlvula reguladora de fluxo unidirecional. ..................................................................... 113 Figura 96 - Diferentes montagens da vlvula reguladora no circuito pneumtico. .......................... 114
7.3.2. Vlvulas de Fechamento ......................................................................................................................... 114 Figura 97 - Vlvula de fechamento. .................................................................................................. 114
7.4. Vlvulas de Presso ............................................................................................................................ 114 7.4.1 Vlvula Regulador de Presso .................................................................................................................. 114 7.4.2 Vlvula Limitadora de Presso ................................................................................................................. 115
Figura 92 - Vlvula limitadora de presso. ....................................................................................... 115 7.4.3 Conversores pneumtico-eltrico ou pressostatos ................................................................................. 115
Figura 93 - Pressostatos de calibragem fixa e varivel. .................................................................... 116 7.5. Regulagem dos compressores ............................................................................................................ 116
7.5.1. Regulagem de marcha vazio ................................................................................................................... 116 Figura 94 - Regulagem por descarga. ................................................................................................ 117 Figura 95 - Regulagem por fechamento............................................................................................ 117 Figura 97 - Regulagem por garras. .................................................................................................... 118
7.5.2. Regulagem de carga parcial .................................................................................................................... 118 7.5.3 Regulagem intermitente .......................................................................................................................... 118
Figura 98 - Regulagem intermitente. ................................................................................................ 119 8. TEMPORIZADORES PNEUMTICOS ................................................................................................................. 119
Figura 99 - Vlvula temporizadora que retarda a emisso do sinal. ................................................. 120 Figura 100 - Vlvula temporizadora que retarda a interrupo do sinal. ......................................... 120
9. AMPLIFICADORES PNEUMTICOS .................................................................................................................. 121 9.1 Amplificador de Presso Mono estgio ................................................................................................. 121
Figura 101 - Amplificador de Presso Mono estgio. ....................................................................... 121 9.2 Amplificador de Presso de Duplo Estgio ................................................................................................. 121
Figura 102 - Amplificador de presso de duplo estgio. ................................................................... 122 10. CIRCUITOS PNEUMTICOS ........................................................................................................................... 122
Figura 103 - Circuito real e sua representao simblica. ................................................................ 123 Figura 104 - Circuito para motores pneumticos. ............................................................................ 124 Figura 105 - numerao dos elementos pneumticos no circuito. ................................................... 125 Figura 106 - Numerao de um circuito pneumtico. ...................................................................... 126
10.1. Seqncia de Movimento dos Pistes ..................................................................................................... 126 Figura 107 - Diagramas de trajeto-tempo (esquerda) e trajeto-passo (direita). ............................... 127 Figura 108 - Diagrama de comandos. ............................................................................................... 127
10.2 Mtodos de Projeto de Circuitos Pneumticos ........................................................................................ 128 10.2.1 Mtodo Intuitivo ................................................................................................................................... 128
Figura 109 - Representao da vlvula acionada. ............................................................................. 132 Figura 110 - Vlvula com rolete escamotevel. ................................................................................ 133
10.2.2 Mtodo Passo-a-Passo .......................................................................................................................... 134 11. EXEMPLOS DE APLICAO DE PNEUMTICA .................................................................................................... 139
Figura 111 - Prensa de dobra e estampagem e seu circuito pneumtico. ........................................ 140 Figura 112 - Rebitador e seu circuito pneumtico. ........................................................................... 141 Figura 113 - Dispositivo de montagem de rolamentos e seu circuito pneumtico. .......................... 142 Figura 114 - Dispositivo de injeo para decorao de bolos e seu circuito penumtico. ................ 143
12. ELETROPNEUMTICA .................................................................................................................................. 143 Figura 115 - Botes fechador, abridor e comutador......................................................................... 144 Figura 116 - Rel. .............................................................................................................................. 144 Figura 117 - Circuito eletropneumtico simples. .............................................................................. 145 Figura 118 - Circuito de controle e de potncia. ............................................................................... 145 Figura 119 - Circuito eletropneumtico. ........................................................................................... 146 Figura 120 - Circuitos ligar e desligar dominante e exemplo de circuito. ......................................... 147 Figura 121 - Circuito eletropneumtico que realiza a seqncia direta A+B+A-B-. .......................... 147 Figura 122 - Subcircuito responsvel por um evento da seqncia no mtodo passo-a-passo. ...... 148 Figura 123 - Circuito eletropneumtico que comanda a seqncia A+B+C+C-A-B-. ......................... 148
13. SENSORES PNEUMTICOS ............................................................................................................................ 149 Figura 124- Princpios de reflexo (a), barreira de ar (b) e pressosttico (c), respectivamente. ...... 149
13.1. Sensor de Reflexo .................................................................................................................................. 149 Figura 125 - Sensor de reflexo e seu smbolo. ................................................................................ 150 Figura 126 - Curva caracterstica do sensor pneumtico. ................................................................. 151
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Figura 127 - Curvas caractersticas para a distncia radial e axial. ................................................... 152 Figura 128 - Exemplo de circuito pneumtico com o sensor. ........................................................... 152
13.2. Barreira de ar ........................................................................................................................................... 153 Figura 129 - Sensor barreira de ar com bico receptor passivo e alimentado e seus respectivos smbolos. ........................................................................................................................................... 153 Figura 130 - Funcionamento do sensor. ........................................................................................... 154 Figura 131 - Montagem garfo. .......................................................................................................... 154 Figura 132 - Exemplo de circuito pneumtico com o sensor. ........................................................... 155
13.3. Sensores e interruptores pressostticos ................................................................................................. 155 Bico pressosttico ............................................................................................................................. 155 Figura 133 - Sensor tipo bico pressosttico. ..................................................................................... 155 Figura 134 - Interruptor pressosttico. ............................................................................................. 156
14. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................................... 157 HIDRULICA E TCNICAS .................................................................... Erro! Indicador no definido. DE COMANDO .................................................................................... Erro! Indicador no definido.
15. INTRODUO HIDRULICA ....................................................................... ERRO! INDICADOR NO DEFINIDO. 15.1. Histrico ......................................................................................................... Erro! Indicador no definido.
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1. CAPTULO 1 TECNOLOGIA PNEUMTIC A INDUSTRIAL
Introduo
"Pelas razes mencionadas e vista, posso chegar concluso de que o homem
dominar e poder elevar-se sobre o ar mediante grandes asas construdas por si, contra
a resistncia da gravidade".
A frase, de Leonardo Da Vinci, demonstra apenas uma das muitas possibilidades
de aproveitamento do ar na tcnica, o que ocorre hoje em dia em grande escala. Como
meio de racionalizao do trabalho, o ar comprimido vem encontrando, cada vez mais,
campo de aplicao na indstria, assim como a gua, a energia eltrica, etc.
Somente na segunda metade do sculo XIX que o ar comprimido adquiriu
importncia industrial. No entanto, sua utilizao anterior a Da Vinci, que em diversos
inventos dominou e usou o ar.
No Velho Testamento, so encontradas referncias ao emprego do ar comprimido:
na fundio de prata, ferro, chumbo e estanho. A histria demonstra que h mais de 2000
anos os tcnicos construam mquinas pneumticas, produzindo energia pneumtica por
meio de um pisto. Como instrumento de trabalho, utilizavam um cilindro de madeira
dotado de mbolo.
Os antigos aproveitavam ainda a fora gerada pela dilatao do ar aquecido e a
fora produzida pelo vento. Em Alexandria (centro cultural vigoroso no mundo helnico),
foram construdas as primeiras mquinas reais, no sculo III a.C.. Neste mesmo perodo,
Ctesibios fundou a Escola de Mecnicos, tambm em Alexandria, tornando-se, portanto,
o precursor da tcnica para comprimir o ar. A Escola de Mecnicos era especializada em
Alta Mecnica, e eram construdas mquinas impulsionadas por ar comprimido.
No sculo III d.C., um grego, Hero, escreveu um trabalho em dois volumes sobre
as aplicaes do ar comprimido e do vcuo.
Contudo, a falta de recursos materiais adequados, e mesmo incentivos, contribuiu
para que a maior parte destas primeiras aplicaes no fosse prtica ou no pudesse ser
convenientemente desenvolvida. A tcnica era extremamente depreciada, a no ser que
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estivesse a servio de reis e exrcitos, para aprimoramento das mquinas de guerra.
Como consequncia, a maioria das informaes perdeu-se por sculos.
Durante um longo perodo, o desenvolvimento da energia pneumtica sofreu
paralisao, renascendo apenas nos sculos XVI e XVII, com as descobertas dos grandes
pensadores e cientistas como Galileu, Otto Von Guericke, Robert Boyle, Bacon e outros,
que passaram a observar as leis naturais sobre compresso e expanso dos gases. Leibinz,
Huyghens, Papin e Newcomem so considerados os pais da Fsica Experimental, sendo
que os dois ltimos consideravam a presso atmosfrica como uma fora enorme contra o
vcuo efetivo, o que era objeto das Cincias Naturais, Filosficas e da Especulao
Teolgica desde Aristteles at o final da poca Escolstica.
Encerrando esse perodo, encontra-se Evangelista Torricelli, o inventor do
barmetro, um tubo de mercrio para medir a presso atmosfrica. Com a inveno da
mquina a vapor de Watts, tem incio a era da mquina. No decorrer dos sculos,
desenvolveram-se vrias maneiras de aplicao do ar, com o aprimoramento da tcnica e
novas descobertas. Assim, foram surgindo os mais extraordinrios conhecimentos fsicos,
bem como alguns instrumentos.
Um longo caminho foi percorrido, das mquinas impulsionadas por ar
comprimido na Alexandria aos engenhos pneumo-eletrnicos de nossos dias. Portanto, o
homem sempre tentou aprisionar esta fora para coloc-la a seu servio, com um nico
objetivo: control-la e faz-la trabalhar quando necessrio. Atualmente, o controle do ar
suplanta os melhores graus da eficincia, executando operaes sem fadiga,
economizando tempo, ferramentas e materiais, alm de fornecer segurana ao trabalho.
O termo pneumtica derivado do grego Pneumos ou Pneuma (respirao, sopro)
e definido como a parte da Fsica que se ocupa da dinmica e dos fenmenos fsicos
relacionados com os gases ou vcuos. , tambm, o estudo da conservao da energia
pneumtica em energia mecnica, atravs dos respectivos elementos de trabalho.
Embora a pneumtica seja um dos mais velhos conhecidos da Humanidade, somente na
segunda metade do Sculo XIX que o ar comprimido adquiriu importncia industrial.
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1. O Ar Comprimido na Indstria
A utilizao do ar comprimido de grande interesse industrial, pois considerada
uma fonte de energia limpa e de simples utilizao. Mas, como toda instalao industrial,
a pneumtica possui vantagens e desvantagens.
Vantagens
- incremento da produo com investimento relativamente pequeno;
- reduo dos custos operacionais;
- robustez dos componentes pneumticos;
- facilidade de implantao;
- resistncia a ambientes hostis;
- simplicidade de manipulao;
- segurana;
- reduo do nmero de acidentes.
Desvantagens
- o ar comprimido necessita de uma boa preparao para realizar o trabalho proposto:
remoo de impurezas, eliminao de umidade para evitar corroso nos equipamentos,
engates ou travamentos e maiores desgastes nas partes mveis do sistema;
- os componentes pneumticos so normalmente projetados e utilizados a uma presso
mxima de 1.723,6 kPa. Portanto, as foras envolvidas so pequenas se comparadas a
outros sistemas. Assim, no conveniente o uso de controles pneumticos em operao
de extruso de metais. Provavelmente, o seu uso vantajoso para recolher ou transportar
as barras extrudadas;
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- velocidades muito baixas so difceis de ser obtidas com o ar comprimido devido s
suas propriedades fsicas. Neste caso, recorre-se a sistemas mistos (hidrulicos e
pneumticos);
- o ar um fluido altamente compressvel, portanto, impossvel se obterem paradas
intermedirias e velocidades uniformes;
- o ar comprimido um poluidor sonoro quando so efetuadas exaustes para a
atmosfera. Esta poluio pode ser evitada com o uso de silenciadores nos orifcios de
escape.
2. Propriedades Fsicas do Ar
Apesar de inspido, inodoro e incolor, percebemos o ar atravs dos ventos, avies
e pssaros que nele flutuam e se movimentam; sentimos tambm o seu impacto sobre o
nosso corpo. Conclumos facilmente que o ar tem existncia real e concreta, ocupando
lugar no espao.
Compressibilidade
O ar, assim como todos os gases, tem a propriedade de ocupar todo o volume de
qualquer recipiente, adquirindo seu formato, j que no tem forma prpria. Assim,
podemos encerr-lo num recipiente com volume determinado e, posteriormente,
provocar-lhe uma reduo de volume usando uma de suas propriedades: a
compressibilidade (Figura 1).
Podemos concluir que o ar permite reduzir o seu volume quando sujeito ao
de uma fora exterior.
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Figura 1 Processo de compresso do ar realizado pelo mbolo do cilindro
(PARKER, 2000).
Elasticidade
a propriedade que possibilita ao ar voltar ao seu volume inicial uma vez
extinto o efeito (fora) responsvel pela reduo do volume (Figura 2).
Figura 2 Processo de elasticidade do ar devido a sua expanso para retornar ao
estado inicial (PARKER, 2000).
Difusibilidade
a propriedade do ar que lhe permite misturar-se homogeneamente com
qualquer meio gasoso que no esteja saturado (Figura 3).
Figura 3 Processo de difusibilidade do ar, no qual uma mistura homognea de ar
com qualquer meio gasoso causada pela abertura de uma vlvula
conectora (PARKER, 2000).
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Expansibilidade
a propriedade do ar que lhe possibilita ocupar totalmente o volume de qualquer
recipiente, adquirindo o seu formato (Figura 4).
Figura 4 Processo de expansibilidade do ar (PARKER, 2000).
3. Peso do Ar
Como toda matria concreta, o ar tem peso.
A experincia da Figura 5 mostra a existncia do peso do ar. Temos dois bales
idnticos, hermeticamente fechados, contendo ar com a mesma presso e temperatura.
Colocando-os numa balana de preciso, os pratos se equilibram.
Figura 5 Dois bales contendo o mesmo peso de ar colocados em uma balana de
preciso a fim de promover o equilbrio entre eles (PARKER, 2000).
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De um dos bales, retira-se o ar atravs de uma bomba de vcuo (Figura 6).
Figura 6 Retirada de ar em um dos bales com uso de uma bomba de vcuo
(PARKER, 2000).
Coloca-se outra vez o balo na balana (j sem o ar) e haver o desequilbrio
causado pela falta do ar (Figura 7). Um litro de ar, a 0C e ao nvel do mar, tem o seu
peso igual a 1,293 x 10-3
kgf.
Figura 7 Desequilbrio na balana causada pela ausncia de peso no balo
esquerda (PARKER, 2000).
4. O Ar Quente Mais Leve que o Ar Frio
Uma experincia que mostra este fato a seguinte: Uma balana equilibra dois
bales idnticos, abertos (Figura 8). Expondo-se um dos bales em contato com uma
chama, o ar do seu interior se aquece, escapa pela boca do balo tornando-se, assim,
menos denso. Conseqentemente, h um desequilbrio na balana.
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Figura 8 Experincia com dois bales com gargalos abertos onde um deles entra
em contato com uma chama ocasionando aquecimento de ar em seu
interior e a sada deste ar. Da o ar quente torna-se mais leve que o ar
frio gerando desequilbrio na balana (PARKER, 2000).
5. A Atmosfera Terrestre
A camada atmosfrica do nosso planeta formada por gases, principalmente por
oxignio (O2) e nitrognio (N2), que envolve toda a superfcie terrestre, responsvel pela
existncia de vida no planeta. A Figura 9 ilustra as distintas camadas que compem a
atmosfera da Terra em funo das suas respectivas distncias.
Figura 9 Ilustrao da atmosfera terrestre formada por diferentes camadas
gasosas em funo das distncias em relao superfcie do planeta
(PARKER, 2000).
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Pelo fato do ar ter peso, as camadas inferiores so comprimidas pelas camadas
superiores. Assim, as camadas inferiores so mais densas que as superiores. Conclumos,
portanto, que um volume de ar comprimido mais pesado que o ar presso normal ou
presso atmosfrica. Quando dizemos que um litro de ar pesa 1,293 x 10-3
kgf ao nvel do
mar, isto significa que, em altitudes diferentes, o peso tem valor diferente.
6. Presso Atmosfrica
Sabemos que o ar tem peso. Portanto, vivemos sob esse peso.
A atmosfera exerce sobre ns uma fora equivalente ao seu peso, mas no a
sentimos, pois ela atua em todos os sentidos e direes com a mesma intensidade
(Figura 10).
Figura 10 Aplicao da presso atmosfrica em todos os corpos a qual atua em
todos os sentidos e direes (PARKER, 2000).
A presso atmosfrica varia proporcionalmente altitude considerada. Esta
variao pode ser notada na Figura 11, onde, em regies mais altas, a presso atmosfrica
menor que em regies ao nvel do mar. Da mesma forma que, em regies mais
profundas, a presso torna-se maior que a das demais regies.
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Figura 11 Variao de presso atmosfrica em funo da altitude e da
profundidade (PARKER, 2000).
Para facilitar ainda mais este entendimento, apresentada uma tabela contendo os
valores da presso atmosfrica em funo da altitude em que esta presso se encontra.
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7. Medio da Presso Atmosfrica
Ns geralmente pensamos que o ar no tem peso. Mas, o oceano de ar cobrindo a
terra exerce presso sobre ela.
Torricelli, o inventor do barmetro (Figura 12), mostrou que a presso
atmosfrica pode ser medida por uma coluna de mercrio. Enchendo-se um tubo com
mercrio e invertendo-o em uma cuba cheia com mercrio, ele descobriu que a atmosfera
padro, ao nvel do mar, suporta uma coluna de mercrio de 760 mm de altura.
Figura 12 Ilustrao do barmetro de Torricelli (PARKER, 2000).
A presso atmosfrica ao nvel do mar mede ou equivalente a 760 mm de
mercrio. Qualquer elevao acima desse nvel deve medir evidentemente menos do que
isso. Num sistema hidrulico, as presses acima da presso atmosfrica so medidas em
kgf/cm2. As presses abaixo da presso atmosfrica so medidas em unidade de
milmetros de mercrio.
8. Efeitos Combinados entre as Trs Variveis Fsicas do Gs
8.1 Lei Geral dos Gases Perfeitos
As leis de Boyle-Mariotte, Charles e Gay Lussac referem-se a transformaes de
estado, nas quais uma das variveis fsicas permanece constante.
Geralmente, a transformao de um estado para outro envolve um relacionamento
entre todas sendo, assim, a relao generalizada expressa pela frmula:
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2
22
1
11 T
Vp
T
Vp (Eq.01)
onde p1 e p2 so as presses nos estados 1 e 2, V1 e V2 so os volumes nos estados 1 e 2 e
T1 e T2 so as temperaturas nos estados 1 e 2.
De acordo com a Equao 1, so conhecidas as trs variveis do gs (presso,
volume e temperatura). Por isso, se qualquer uma delas sofrer alterao, o efeito nas
outras poder ser previsto, conforme ilustra a Figura 13.
Figura 13 Variao de presso, volume e temperatura do ar contido no cilindro
com mbolo (PARKER, 2000).
8.2 Princpio de Pascal
Constata-se que o ar muito compressvel sob ao de pequenas foras. Quando
contido em um recipiente fechado, o ar exerce uma presso igual sobre as paredes, em
todos os sentidos (Figura 14).
Por Blaise Pascal temos: "A presso exercida em um lquido confinado em forma
esttica atua em todos os sentidos e direes, com a mesma intensidade, exercendo
foras iguais em reas iguais".
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Figura 14 Sistema pneumtico onde a presso interna atua em todas as paredes
com a mesma direo e sentido (PARKER, 2000).
A expresso matemtica que define a presso num ponto da superfcie da parede
dada por:
A
F p (Eq. 02)
onde p a presso dada pela aplicao de uma fora F sobre a superfcie da parede de
rea A.
No Sistema Internacional (SI), a grandeza fsica fora F dada em newton (N), a
rea A dada em metro quadrado (m2) e a presso p dada em newton por metro
quadrado (N/m2).
J no Sistema Metro-Quilograma-Segundo (MKS), a fora F dada em
quilograma-fora (kgf), a rea A dada em centmetro quadrado (cm2) e a presso p
dada em quilograma-fora por centmetro quadrado (kgf/cm2).
-
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Nota: Pascal no faz meno ao fator atrito existente quando o lquido est em
movimento, pois baseia-se na forma esttica e no nos lquidos em movimento.
9. Exemplos Experimentais
9.1 Exemplo de Aplicao da Lei Geral dos Gases Perfeitos
1. Um recipiente provido de mbolo contm um gs ideal, de tal forma que V1 = 2,0 l,
p1 = 3,495 atm e T1 = 233 K. O mbolo comprimido, reduzindo o volume em 40 %. De
quanto devemos aquecer esse gs para que a presso se torne igual a 7,825 atm?
Soluo:
J que a massa do gs no varia, pode-se usar a Lei Geral dos Gases (Eq. 01):
2
22
1
11 T
Vp
T
Vp
Porm:
V2 = V1 0,4V1 = 0,6 V1 = 0,6 * 20 l V2 = 1,2 l
Com os dados disponveis, podemos, portanto, calcular T2:
K 31303,0
39,939,903,0
2,1*825,7
233
0,2*495,322
22
TTTT
Como o problema pede de quanto devemos aquecer o gs, temos:
T = T2 T1 = (313 233) K T = 80 K (RESPOSTA)
2. Certa massa de gs perfeito colocada, a 27 C, num recipiente de 5,0 l de capacidade,
exercendo em suas paredes uma presso equivalente a 2,0 atm. Mantendo-se a massa e
transferindo-se o gs para um outro recipiente de 3,0 l de capacidade, quer-se ter esse gs
sob presso de 5,0 atm. Para tanto, a que temperatura deve-se levar o gs?
-
22
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Soluo:
Antes de tudo, preciso converter a temperatura na escala kelvin atravs da seguinte
expresso:
TK = TC + 273 = (27 + 273) C * C
K TK = T1 = 300 K
Com a Lei Geral dos Gases, temos:
2
22
1
11 T
Vp
T
Vp
Assim:
K 54,454033,0
0,150,15033,0
0,3*0,5
300
0,5*0,222
22
TTTT
Passando para a escala Celsius, temos, portanto:
TC = TK - 273 = (454,54 + 273) K * K
C TC = T2 = 181,54 C (RESPOSTA)
9.2 Exemplo de Aplicao do Princpio de Pascal
3. Uma fora de intensidade 2,00 N aplicada perpendicularmente a uma superfcie
atravs de um pino de 1,00 mm2 de rea. Determine a presso, em N/m
2, que o pino
exerce sobre a superfcie.
Soluo:
Como a presso pedida em N/m2, a rea da superfcie deve ser expressa em m
2. Assim:
A = 1,00 mm2 (sendo 1 mm = 1,00 * 10
-3 m)
A = 1,00 * (1,00 * 10-3
m)2 A = 1,00 * 10
-6 mm
2.
Sendo F = 2,00 N, a presso dada na Eq. II :
-
23
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26
26N/m 10*00,2
m
N
10*00,1
00,2
A
F pp (RESPOSTA)
4. Um tijolo tem dimenses 5 cm x 10 cm x 20 cm e massa 200 g (Figura 15). Determine
as presses, expressas em N/m2, que ele pode exercer quando apoiado sobre uma
superfcie horizontal. Adote 2m/s 10 g .
Figura 15 Ilustrao do tijolo com as suas respectivas dimenses em vistas obtidas
nas partes superior (rea A1), frontal (rea A2)e lateral esquerdo (rea
A3).
Soluo:
O tijolo exerce sobre a superfcie horizontal uma presso devida ao seu peso: g*m P
Sendo m = 200 g = 0,2 kg e 2m/s 10 g , temos: N 2,0 01*0,2 PP (I)
Como o tijolo possui trs faces sobre as quais pode ser apoiado, ele pode exercer trs
presses diferentes:
A1 = 10 cm x 20 cm = 200 cm2 = 200 x (10
-2)2 m
2 = 200 x 10
-4 m
2 = 2,0 x 10
2 x 10
-4 m
2
A1 = 2,0 x 10-2 m
2 (II)
A2 = 5 cm x 20 cm = 100 cm2 = 100 x (10
-2)2 m
2 = 100 x 10
-4 m
2 = 1,0 x 10
2 x 10
-4 m
2 A2
= 1,0 x 10-2
m2 (III)
A3 = 5 cm x 10 cm = 50 cm2 = 50 x (10
-2)2 m
2 = 50 x 10
-4 m
2 = 0,5 x 10
2 x 10
-4 m
2
A3 = 0,5 x 10-2
m2 (IV)
-
24
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Portanto:
22
322
33
22
222
22
22
122
11
N/m 10*0,4m
N
10*5,0
0,2P
N/m 10*0,2m
N
10*0,1
0,2P
N/m 10*0,1m
N
10*0,2
0,2P
pA
p
pA
p
pA
p
(RESPOSTAS)
10. Exerccios de Fixao
1 Um cilindro contendo uma amostra de gs perfeito, temperatura ambiente, vedado
por um mbolo por um mbolo que pode deslizar livremente, sem qualquer atrito (Figura
16, esquerda). O volume inicialmente ocupado pelo gs V0 e a presso exercida sobre
ele, pelo mbolo e pela coluna de ar acima dele, igual a 12 N/cm2. Colocando-se sobre
ele o mbolo, cuja rea de 100 cm2, um corpo de massa 40 kg (Figura 16, direita), o
gs comprimido, sua presso aumenta e seu volume passa a ser V.
Dado: acelerao gravitacional no local: 2m/s 10 g .
Figura 16 Cilindro com mbolo em seu estgio inicial ( esquerda); cilindro com
corpo M sobre o mbolo comprimindo o gs ( direita) (VILLAS
BOAS et al., 2004).
a) Determine, em N/cm2, a presso adicional exercida sobre o gs pelo peso do corpo de
massa 40 kg.
-
25
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b) Demonstre que, se a transformao sofrida pelo gs for isotrmica, vale a relao
4
3V
v0.
2 (Vunesp-SP) Um cilindro reto, contendo gs ideal temperatura de 300 K, vedado
por um mbolo pesado que pode deslizar livremente. O volume ocupado pelo gs V0 e a
presso exercida sobre ele pelo peso do mbolo e da coluna de ar acima dele igual a 12
N/cm2. Quando a temperatura passa para 350 K, o gs expande-se e seu volume aumenta.
Para que ele volte ao seu valor original, V0, mantendo a temperatura de 350 K, aplica-se
sobre o mbolo uma fora adicional F , vertical, como mostra a Figura 17.
Figura 17 Sistema mbolo-cilindro contendo gs ideal a um volume V0 (VILLAS
BOAS et al., 2004).
a) Calcule a presso do gs na situao final, isto , quando est temperatura de 350 K,
ocupando o volume V0.
b) Sabendo que o pisto tem rea de 255 cm2, calcule o valor da fora adicional F que
faz o volume ocupado pelo gs voltar ao seu valor original.
3 (MACK SP) Um gs perfeito, a 27 C, est aprisionado em um cilindro indilatvel
(Figura 18), por um mbolo de peso P . Coloca-se sobre o mbolo um peso 2P e aquece-
se o gs a 127 C.
-
26
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Figura 18 Sistema mbolo-cilindro com peso igual a 2P (VILLAS BOAS et al.,
2004).
Sendo V o volume inicial do gs, o seu volume final ser:
a) 2
V. b)
9
8V. c)
9
4V. d)
3
4V. e)
3
2V.
4 A cpsula de um toca-discos tem 2 g de massa e a ponta da agulha apresenta rea
igual a 10-6
cm2. Determine a presso que a agulha exerce sobre o disco, expressa em
N/m2. Adote, para a acelerao da gravidade, o valor
2m/s 10 g .
5 Nos Jogos Olmpicos de Inverno de Vancouver, realizados recentemente no ms de
Fevereiro, os atletas da patinao artstica exerciam sobre a superfcie do gelo A uma
fora-peso P com os patins gerando, assim, a presso p. Vale ressaltar que a rea de
contato entre as lminas dos patins e o gelo mnima e, com isso, a presso p tende a ser
maior.
Vamos supor que a fora-peso exercida pela campe olmpica da patinao artstica
feminina, a sul coreana Yu Na Kim, seja de 440 N, e que a superfcie de contato no gelo
com a ponta de um dos patins seja de 2,58 mm2 para executar o giro em torno de seu
eixo. Em seguida, ao patinar para uma dada direo, a rea de contato no gelo com uma
das lminas seja de 15,0 mm2. Calcule:
a) as duas presses exercidas pela patinadora, dadas em N/m2;
b) faa a comparao entre as duas presses a fim de saber qual delas tem a maior
presso. Justifique a sua resposta.
-
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6 Um paraleleppedo de massa 5 kg tem 2 m de comprimento, 0,5 m de largura e 0,2 m
de altura. Sendo 2m/s 10 g , determine as presses que esse paraleleppedo pode exercer
quando apoiado sobre uma superfcie horizontal.
7 (CESGRANRIO-RJ) Voc est em p sobre o cho de uma sala. Seja p a presso
mdia sobre o cho debaixo das solas dos seus sapatos. Se voc suspende um p,
equilibrando-se numa perna s, essa presso mdia passa a ser:
a) p b) p2
1 c) p
2 d) 2p e)
2p
1
8 (Acafe SC) Um prego colocado entre dois dedos que produzem a mesma fora, de
modo que a ponta do prego pressionada por um dedo e a cabea do pego pelo outro. O
dedo que pressiona o lado da ponta sente dor em funo de:
a) a presso ser inversamente proporcional rea para uma mesma fora.
b) a fora ser diretamente proporcional acelerao e inversamente proporcional
presso.
c) a presso ser diretamente proporcional fora para uma mesma rea.
d) a sua rea de contato ser menor e, em conseqncia, a presso tambm.
e) o prego sofrer uma presso igual em ambos os lados, mas em sentidos opostos.
9 (UCSal BA) Um recipiente, de paredes rgidas e forma cbica, contm gs
presso de 150 N/m2. Sabendo-se que cada aresta do recipiente igual a 10 cm, a fora
resultante sobre cada uma das faces do recipiente, em newtons, tem intensidade:
a) 1,5 x 10-1
. b) 1,5. c) 1,5 x 10. d) 1,5 x 102. e) 1,5 x 10
3.
10 Num frasco de paredes indeformveis e volume interno igual a 5,0 l encontramos
um gs perfeito temperatura de -73 C. Nessas condies, a presso exercida equivale a
38 cm Hg. Mudando-se esse gs para um reservatrio de capacidade igual a 2,0 l, de
-
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quanto devemos aquec-lo para que a presso torne-se igual a 2,0 atm? Dado: 1 atm = 76
cm Hg.
11. Referncias Bibliogrficas
VILLAS BOAS , N.; DOCA, R. H. & BISCUOLA , G. J. Tpicos de Fsica 2 -
Termologia, Ondulatria, ptica. So Paulo, SP, 2004. Editora Saraiva. Pp. 102:104.
PARKER TRAINING . Tecnologia Pneumtica Industrial Apostila M1001 BR.
1. Introduo. Agosto/2000. Pp. 4.
PARKER TRAINING . Tecnologia Pneumtica Industrial Apostila M1001 BR.
1. Implantao. Agosto/2000. Pp. 5:9.
RAMALHO Jr., F; FERRARO, N. G. & SOARES, P. A. T. Os Fundamentos da
Fsica, Volume 1, Mecnica. So Paulo, SP, 2004, 8 Edio. Pp. 383:384.
-
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2. CAPTULO 2 - TECNOLOGIA DE ACIONA MENTO PNEUMTICO
Assim, como no caso dos motores eltricos, o sistema de acionamento pneumtico
constitudo pelos elementos mostrados na figura 19.
Figura 19 - Sistema de acionamento pneumtico.
Os sistemas de comando so os responsveis por controlar o atuador pneumtico
mediante a informao dos sensores. Pode consistir num microcomputador por exemplo.
J o sistema de comando de potncia vai converte os sinais recebidos do sistema de
comando em sinais de nveis de energia coerente para acionar os atuadores.
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A tabela 01 mostra uma comparao entre os sistemas eltrico, pneumtico,
hidrulico e mecnico do ponto de vista de energia, comando e
acionamento.
Tabela 02 - Comparao da energia, comando e acionamento entre os sistemas
eltrico, pneumtico, hidrulico e mecnico.
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3. CAPTULO 3 - CARACTERSTICAS DOS SISTEMAS PNEUMTICOS
Analisando as caractersticas do ar comprimido comentadas anteriormente podemos
entender as caratersticas dos sistemas pneumticos.
Entre as vantagens da utilizao do ar comprimido temos:
Facilidade de obteno (volume ilimitado);
No apresenta riscos de fasca em atmosfera explosiva;
Fcil armazenamento;
No contamina o ambiente (limpo e atxico);
No necessita de linhas de retorno (escape para a atmosfera), ao contrrio de sistemas
eltricos e hidrulicos;
Acionamentos podem ser sobrecarregados at a parada.
No entanto, o ar apresenta vapord'gua (umidade) como comentado. Esse vapor d'gua
pode se condensar ao longo da linha pneumtica dependendo das condies de presso e
temperatura ao longo da linha. Se no houver um sistema para retirar a gua, ela pode se
acumular causando corroso das tubulaes.
O ar apresenta tambm uma baixa viscosidade. A viscosidade mede a facilidade com que
um fluido (gs ou lquido) escoa. Se um fluido tem baixa viscosidade implica que ele
pode escoar por pequenos orficios e portanto a chance de ocorrer vazamentos muito
grande. Assim, vazamentos de ar em linhas pneumticas so muito comuns.
Outro ponto importante a compressibilidade do ar. Se considerarmos um atuador
pneumtico que essencialmente um pisto acionado pelo ar no conseguimos fazer esse
pisto parar em posies intermedirias com preciso, pois o esforo na haste do pisto
comprime o ar retirando o pisto da sua posio inicial de parada. Por isso, os atuadores
pneumticos possuem apenas duas posies limitadas por batentes mecnicos, uma vez
que no possvel atingir posies intermedirias com preciso. Esse problema j no
ocorre com os atuadores hidrulicos, pois o leo incompressvel. Alis, algumas
mquinas que exigem alta preciso de posicionamento usam atuadores hidrulicos.
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Nesse sentido os circuitos pneumticos so anlogos aos circuitos eletrnicos digitais e os
circuitos hidrulicos so anlogos aos circuitos eletrnicos analgicos. Outra dificuldade
imposta pela compressibilidade do ar o controle e estabilidade da velocidade dos
atuadores. Os atuadores pneumticos no apresentam velocidades uniformes ao longo de
seu curso.
As tabelas 3.1 e 3.2 comparam as caractersticas das tecnologias de acionamento e
sistemas de comando para os sistemas hidrulico, eltrico e pneumtico.
Tabela 3.1 - Comparao da tecnologia de acionamento para os sistemas eltrico,
pneumtico e hidrulico.
Tabela 3.2 - Comparao da tecnologia de sistemas de comando para os sistemas
eltrico, pneumtico e hidrulico.
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4. CAPTULO 4 - CIRCUITOS PNEUMTICO S
1. Sistema de Ar Comprimido
Um sistema de ar comprimido tpico consiste na compresso, refrigerao,
armazenamento e em equipamento da distribuio, como ilustra a Figura 20.
Figura 20 Constituio de um sistema de ar comprimido.
Pelo sistema acima ilustrado, tm-se os seguintes itens:
a) Filtro de entrada: o ar drenado deve ser filtrado para remoo de poeira e demais
impurezas contaminantes.
b) Compresso: o ar filtrado comprimido por compressores que podem ser de
deslocamento positivo ou dinmico.
c) Refrigerao: uma importante etapa do processo a refrigerao, pois durante o
processo de compresso o ar tem sua temperatura elevada. Nessa etapa, ocorre a
condensao secando o ar, tornando fcil o dreno da gua.
d) Armazenamento: um tanque receptor colocado, tipicamente abaixo do refrigerador
para atender a demanda de ar requerida. Alguns sistemas fornecem tanques adicionais.
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e) Secagem: o ar refrigerado pressurizado carrega ainda uma quantidade significativa de
umidade e de lubrificantes do processo da compresso, que deve ser removido antes que
o ar possa ser usado.
f) Distribuio: um sistema de tubulaes e seus reguladores distribuem ar levando-os
aos pontos de uso. A distribuio inclui vlvulas de isolao, filtros de impurezas, drenos
de lquidos, receptores intermedirios para armazenamento. As perdas da presso na
distribuio so compensadas tipicamente por uma presso mais elevada na descarga do
compressor.
g) Ponto do uso: uma tubulao guia o ar comprimido, do alimentador a uma vlvula de
isolao final, um filtro, um regulador e, finalmente, s mangueiras que fornecem
processos ou ferramentas pneumticas.
1.1. Cadeia de Comando
O diagrama de blocos (Figura 21) mostra a disposio dos elementos em um
circuito pneumtico. O fluxo de sinais de baixo para cima, a alimentao um fator
importante e deve ser representada. recomendvel representar elementos necessrios
alimentao na parte inferior e distribuir a energia.
Figura 21 Diagrama de blocos.
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1.1. Elementos de Produo de Ar Comprimido - Compressores
Os compressores so mquinas destinadas a elevar a presso de um certo volume
de ar, admitido nas condies atmosfricas, at uma determinada presso, exigida na
execuo dos trabalhos realizados pelo ar comprimido (Figura 22).
Figura 22 Exemplo ilustrativo de um compressor de ar (em detalhe, sua
simbologia).
Basicamente existem dois tipos de compressores, classificados de acordo com o
processo de compresso de ar: compressores de deslocamento positivo e compressores de
deslocamento dinmico.
1.2 Sistema de Produo e Preparao do Ar Comprimido
A figura 23 mostra as etapas que o ar comprimido passa desde a sua gerao e tratamento
at
ser distribudo nas mquinas. Em geral, o ar comprimido produzido de forma
centralizada e
distribudo na fbrica. Para atender s exigncias de qualidade, o ar aps ser
comprimido
sofre um tratamento que envolve:
Filtrao
Resfriamento
Secagem
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Separao de impurezas slida e lquidas inclusive vapor d'gua
Figura 23 - Gerao, tratamento e distribuio do ar comprimido.
Nessa figura cada equipamento por onde o ar passa representado, por um smbolo. Em
pneumtica existe uma simbologia para representar todos os equipamentos pneumticos.
Assim esto representados na figura por exemplo, os smbolos do filtro, compressor,
motor (eltrico ou de combusto), resfriador, secador e reservatrio.
Na figura 23 vemos que o ar aspirado pelo compressor, que a mquina responsvel
por comprimir o ar. A taxa de compresso em geral 1:7, ou seja, o ar atmosfrico 1
bar comprimido para 7 bar. Na entrada do compressor existe um filtro para reter
partculas slidas do ar do meio ambiente. Ao ser comprimido, o ar aquece aumentando a
temperatura em 7 vezes, como j visto. Assim necessrio resfri-lo, pois a alta
temperatura pode danificar a tubulao. Aps o resfriamento o ar passa por um processo
de secagem na tentativa de remover a gua do ar que est sob a forma de vapor, alm
disso sofre uma filtrao para eliminar partculas slidas introduzidas pelo compressor,
por exemplo. O ar ento armazenado num reservatrio que tem duas funes:
Garantir uma reserva de ar de maneira a garantir que a presso da linha se mantenha
constante, evitando que o compressor tenha que ser ligado e desligado vrias vezes.
Note que o consumo de ar na fbrica varivel ao longo do expediente.
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Alguns compressores, como o compressor de mbolo (ver adiante) geram pulsos de
presso na compresso do ar. O reservatrio evita que esses pulsos de presso sejam
transmitidos para linha pneumtica da fbrica.
Do reservatrio, o ar distribudo na fbrica e em cada mquina existe uma unidade de
tratamento de ar (descrita adiante no tem 5.7) que ir ajustar as caractersticas do ar
comprimido de acordo com as necessidades especficas da mquina. O ar comprimido
ento convertido em trabalho mecnico pelos atuadores pneumticos.
2. Compressores
O compressor uma mquina responsvel por transformar energia mecnica (ou eltrica)
em energia penumtica (ar comprimido), atravs da compresso do ar atmosfrico. A
figura 24 mostra a classificao dos compressores existentes que sero descritos a seguir.
Figura 24 - Classificao dos compressores existentes.
Os compressores de mbolo e rotativo se caracterizam por comprimir mecanicamente um
volume fixo de ar em cada ciclo. J o turbo-compressor comprime o ar forando o seu
escoamento por um bocal (difusor), ou seja, transforma a sua energia cintica em energia
de presso.
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A figura 25 indica a regio de atuao de cada compressor no grfico presso em funo
da vazo de operao.
Figura 25 - Regio de atuao de cada compressor no grfico presso X volume.
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