componentes de sistemas eletropneumaticos

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<p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro- Hidráulicos Prof. Raphael dos Santos Descrição Conceitos fundamentais de pneumática e de hidráulica integrados a circuitos elétricos. Propósito Os sistemas pneumáticos e os sistemas hidráulicos são fundamentais para os processos industriais, dada a sua versatilidade, fácil implementação, força e velocidade, assim como os circuitos elétricos, pela rapidez de produção de sinal e o baixo tempo de resposta, a baixa perda de carga em circuitos bem dimensionados, entre outras vantagens; e a integração desses sistemas permite integrar aos sistemas de natureza mecânica (pneumáticos e hidráulicos) às vantagens dos sistemas elétricos. Objetivos Módulo 1 Componentes de sistemas 1/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos eletropneumáticos Identificar os principais componentes dos sistemas eletropneumáticos. Módulo 2 Integração por válvulas Descrever a integração entre circuitos elétricos e sistemas pneumáticos. Módulo 3 Componentes Identificar os principais componentes dos sistemas eletro- hidráulicos. Módulo 4 Integração entre circuitos elétricos e sistemas eletro-hidráulicos Descrever a integração entre circuitos elétricos e sistemas eletro- hidráulicos. Introdução Veja agora os componentes fundamentais na integração entre sistemas eletropneumáticos e sistemas eletro-hidráulicos, e também os principais assuntos que serão abordados em cada módulo. 2/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Para assistir a um vídeo sobre assunto, acesse a versão online deste conteúdo. Orientação sobre unidade de medida Em nosso material, unidades de medida e números são escritos juntos (ex.: 25km) por questões de tecnologia e didáticas. No entanto, o Inmetro estabelece que deve existir um espaço entre o número e a unidade (ex.: 25 km). Logo, os relatórios técnicos e demais materiais escritos por você devem seguir o padrão internacional de separação dos números e das unidades. 1 - Componentes de sistemas eletropneumáticos Ao final deste módulo, você será capaz de identificar os principais componentes dos sistemas eletropneumáticos. Vamos começar! Os componentes de um sistema 3/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos eletropneumático Veja agora os principais conceitos e aspectos que devem ser observados sobre os componentes de um sistema eletropneumático. Para assistir a um vídeo sobre o assunto, acesse a versão online deste conteúdo. -0- Válvulas direcionais Os sistemas pneumáticos são utilizados nos processos produtivos para desenvolverem ações específicas que demandam rapidez e repetição de ações com precisão, nas quais a utilização de um processo manual é indesejável ou inviável. Em linhas gerais, os sistemas pneumáticos utilizam de instrumentação em seu funcionamento. o fornecimento desse ar de instrumentação para as válvulas e atuadores pneumáticos é realizado pelos compressores, responsáveis por capturar o ar atmosférico e comprimi-lo em cilindros de alta pressão. Figura 1: Exemplo de sistema pneumático industrial. o direcionamento adequado desse ar ao longo dos componentes que formam o sistema (máquinas, atuadores, motores, entre outros) é fundamental para garantir o seu funcionamento de maneira correta. 4/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Assim, os cilindros pneumáticos (fundamentais para as máquinas de produção), para desempenharem corretamente suas ações produtivas, precisam ser alimentados ou drenados convenientemente, de acordo com a pressão adequada e no tempo apropriado. Figura 2: Exemplo de um tipo de válvula solenoide. As válvulas são utilizadas para orientar, bloquear e/ou controlar os fluxos de ar de acordo com as necessidades específicas de cada projeto. As válvulas direcionais, especificamente, são utilizadas para orientar a direção do fluxo de ar, a fim de que os equipamentos sejam capazes de realizar o trabalho proposto. A correta representação e orientação de uma válvula direcional deve levar em consideração as seguintes informações: sua posição inicial; o número de posições; o número de vias; o tipo de acionamento (comando necessário para que a válvula saia da posição inicial); tipo de retorno; vazão. Número de posições Define a quantidade de manobras possíveis para determinada válvula direcional. 5/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Como exemplo, imagine uma torneira. Em determinada posição, ela permite a passagem da água e, na posição oposta, bloqueia a passagem. Assim, é possível definir que a torneira possui 2 posições. De maneira similar, as válvulas direcionais possuem diversas posições. Para saber a quantidade de manobras possíveis para uma válvula, sua representação em diagrama é feita por meio de um retângulo, como pode ser visto na figura: Figura 3: Representação geral de uma válvula direcional. Para definir a quantidade de posições possíveis para a válvula direcional, o retângulo principal é dividido em quadrados menores, onde cada quadrado representa uma posição de manobra possível. Veja na figura: (a) (b) Figura 4: Representação do número de manobras de uma válvula direcional: (a) 2 posições e (b) 3 posições. Número de vias o número de vias faz referência às conexões de trabalho que a válvula possui. As vias podem ser consideradas: de entrada; de saída (escape); de utilização. Quanto ao status, as vias podem ser: 6/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos de fluxo; bloqueadas. Em condição de fluxo (linha de fluxo), 2 vias estão conectadas internamente, permitindo a passagem do ar. Vale destacar que a linha representa a conexão entre vias, mas não o sentido do fluxo. Exemplos de linhas de fluxo podem ser vistos abaixo: Figura 5: Linhas de fluxo de válvulas direcionais. Vale destacar que cada linha de fluxo representa 2 vias da válvula direcional. Na situação de bloqueio, as válvulas se encontram interrompidas e não permitem a passagem do ar. Veja na próxima figura: Figura 6: Bloqueio de vias nas válvulas direcionais. Cabe ressaltar que as válvulas também necessitam de escape para o ar drenado do interior da válvula, que podem ser separadas em canalizadas ou não canalizadas. Nos escapes não canalizados, a válvula não apresenta conexões para drenos que permitam direcionar o ar retirado do interior da válvula, como pode ser visto a seguir: Figura 7: Escape desprovido de conexão 7/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Com os escapes canalizados, as vias apresentam conexões, podendo o ar drenado ser direcionado para descarte, veja: Figura 8: Escape provido de conexão Assim, uma válvula direcional com 5 vias e 2 posições pode ser vista na Figura 9: Figura 9: Válvula direcional de 5 vias e 2 posições As identificações das vias são feitas de acordo com as normas DIN 24300 ou ISO 1219 e seguem os padrões observados na Tabela: Funcionalidade Normas DIN 24300 Pressão P Utilização A B Escape R S 8/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Funcionalidade Normas DIN 24300 Pilotagem X Y Tabela 1: Identificação das vias de uma válvula direcional Normas DIN 24300 e ISO 1219. Identificação das válvulas A identificação das válvulas é feita por meio do seu número de vias seguido de seu número de posições, de acordo com o padrão: número de vias/número de posições Dessa forma considere a válvula direcional da Figura 10. o número de quadrados representa a quantidade de posições. Quanto às vias, por sua vez, deve-se observar apenas 1 das posições. Figura 10: Válvula direcional com 2 vias e 2 posições A posição da direita apresenta uma linha de fluxo. Como cada linha de fluxo representa 2 vias, a válvula direcional possui 2 vias. De maneira similar, como cada bloqueio representa 1 via, também é possível identificar que a válvula possui 2 vias através da posição da esquerda. Tipos de acionamentos ou comandos As válvulas necessitam de um acionamento externo ou interno que seja responsável por movimentar sua estrutura interna e fazer com que ocorra a mudança de uma posição para outra. Essa alteração de 9/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos posição permite as mudanças nas direções de fluxo, os bloqueios e as liberações de escape, dependendo da estrutura interna das válvulas. São dois, os tipos de acionamentos, responsáveis pelas mudanças nas posições: comando direto; comando indireto. Confira a seguir a explicação para cada comando: 2 2 1 3 1 3 Figura 11: Comando direto para acionamento de uma válvula. Comando direto Esse tipo de acionamento é definido pela aplicação de uma força diretamente sobre o mecanismo utilizado para a mudança na posição da válvula. Na figura é possível observar a ilustração de uma válvula de operação manual (acionamento muscular). Figura 12: Válvula direcional comandada por um sinal elétrico. Comando indireto Como diz o nome, esse tipo de acionamento é realizado por meio de um dispositivo intermediário. A força é aplicada sobre o dispositivo intermediário, o qual libera o comando principal, 10/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos responsável pela mudança de posição na válvula. Esses comandos também são denominados de combinados ou servos. Classificação dos acionamentos ou comandos Os acionamentos podem ser de diferentes tipos, veja a seguir como eles podem ser classificados: Musculares Exemplo: puxar uma alavanca com sua mão. Mecânicos Exemplo: liberar uma mola para fazer algo se mover. 11/72</p><p>, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Pneumáticos Exemplo: uma parafusadeira encontrada em oficina mecânica que funciona a comprimido. Elétricos Exemplo: botão interruptor que liga um computador ou qualquer outro equipamento. Combinados 12/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Exemplo: mais de um tipo dos acionamentos descritos, juntos no mesmo circuito. o tipo de acionamento é escolhido de acordo com a necessidade da aplicação da válvula direcional. Acionamento muscular o acionamento muscular é realizado por meio da atuação direta do operador sobre a válvula. Essa atuação é responsável por realizar a mudança de posição da válvula direcional. Por tal motivo. esse acionamento é do tipo comando direto. Os diversos tipos de acionamento manuais podem ser vistos na Tabela 2: Tipo Símbolo Acionamento genérico Acionamento por botão Acionamento por botão com retenção H Acionamento por alavanca Acionamento por alavanca com retenção Acionamento por pedal Acionamento por pedal com retenção Tabela 2: Tipos de acionamentos musculares. 13/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos ABNT NBR 8896. Acionamento mecânico acionamento mecânico é realizado por meio da interação mecânica entre a válvula e um atuador. Como a ação é realizada com a parte mecânica e transferida para a válvula, por uma chave de fim de curso ou por uma mola, esse tipo de acionamento é considerado indireto. Veja a seguir os diversos tipos de acionamento mecânico: Mecânicos Símbolo Acionamento por pino Acionamento por rolete Acionamento por gatilho ou rolete escamoteável Acionamento por mola Tabela 3: Tipos de acionamentos mecânicos. ABNT NBR 8896. Acionamento pneumático No acionamento pneumático, o ar comprimido em interação com a válvula é responsável pela mudança de posição. Essa interação pode ser no sentido de aumentar a pressão sobre o dispositivo, aplicando uma força (pressão positiva) ou pelo alívio da pressão (pressão negativa), como pode ser visto na próxima tabela: Pneumáticos Símbolo Acionamento direto Acionamento por piloto positivo 14/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Pneumáticos Símbolo Acionamento por piloto negativo Acionamento por servo piloto positivo Acionamento indireto Acionamento por servo piloto negativo Tabela 4: Tipos de acionamentos pneumáticos. ABNT NBR 8896. Acionamento elétrico ou combinado Em sistemas eletropneumáticos, os acionamentos das válvulas pneumáticas são essencialmente elétricos e aplicados a uma válvula solenoide. Em alguns casos, os acionamentos são combinados, utilizando um e uma válvula de servocomando. Essas válvulas são capazes de ser acionadas diretamente por meio de controladores analógicos/digitais. Os tipos de acionamento elétrico e combinado podem ser vistos a seguir: Pneumáticos Símbolo Acionamento elétrico Por e válvula de servocomando Acionamento combinado Por ou válvula de servocomando Tabela 5: Tipos de acionamentos elétricos ou combinados. ABNT NBR 8896. 15/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Atuadores pneumáticos Por fim, os sistemas pneumáticos devem incluir um dispositivo capaz de transformar energia fornecida pelo ar de instrumentação em trabalho. Esses dispositivos são os atuadores. Na estrutura de um sistema pneumático, as válvulas direcionais são controladas pelos acionadores. Por sua vez, elas encaminham o ar de instrumentação para os atuadores pneumáticos, que serão responsáveis por transformar aquela energia fornecida pelo an em movimentos. Tais movimentos podem ser divididos em: lineares; rotativos; oscilantes; válvulas pneumáticas. Figura 13: Cilindro linear de ação simples. Atuadores lineares São aqueles que convertem a energia pneumática em movimentos lineares ou angulares, como os casos dos cilindros pneumáticos. Os cilindros pneumáticos podem apresentar diferentes forças, velocidades e funcionalidades. 16/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Figura 14: Atuador pneumático rotativo. Atuadores rotativos São aqueles que convertem a energia pneumática em energia mecânica rotatória por meio de um momento torsor contínuo. Figura 15: Atuador pneumático oscilante. Atuadores oscilantes De maneira similar aos rotativos, também convertem energia pneumática em mecânica por um movimento torsor. Contudo, esse movimento é limitado em determinado número de graus. 17/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Figura 16: Válvula pneumática. Válvulas pneumáticas Outro tipo de atuador pneumático extensamente utilizado nos processos industriais são as válvulas pneumáticas. Elas apresentam algumas vantagens quando comparadas com as válvulas mecânicas e as eletroválvulas, entre elas, o controle de posição. Seus movimentos de abertura e fechamento são feitos por pressão positiva ou negativa (dependendo da natureza da válvula - normalmente fechada ou normalmente aberta). 18/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Falta pouco para atingir seus objetivos. Vamos praticar alguns conceitos? Questão 1 A válvula direcional representada abaixo pode ser utilizada no controle do avanço e do recuo de um cilindro linear em um sistema pneumático. Observando-se o número de vias e posições dessa válvula, ela pode ser identificada como: T A 5 vias e 1 posição. 19/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos 10 vias e 1 posição. C 10 vias e 2 posições. D 5 vias e 2 posições. E 2 vias e 5 posições. Parabéns! A alternativa D está correta. Para a identificação do número de posições, basta observar o número de quadrados dentro do retângulo principal que representa a válvula direcional (2 para a figura mostrada). Para contabilizar o número de vias, observa-se 1, e somente 1, das posições. Identificando-se o número de linhas de fluxo e interrupções, é possível contabilizar o número de vias da válvula (5 vias para a válvula do exemplo). Questão 2 A classificação do acionamento ou do comando que as válvulas direcionais apresentam é definida pela natureza da grandeza física necessária para promover sua mudança de posição. Uma válvula que possa ser acionada diretamente pela saída de um controlador digital é classificada como uma válvula A elétrica. pneumática. C mecânica. D muscular. 20/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos E combinada entre pneumática e muscular. Parabéns! A alternativa A está correta. Controladores são dispositivos eletrônicos capazes de produzirem sinais analógicos e/ou digitais em suas saídas, baseando-se em sua programação e nos sinais de entrada recebidos. Como o controlador só é capaz de produzir sinais elétricos na saída, a única válvula que pode ser acionada diretamente por um controlador possui uma natureza elétrica. 2 - Integração por válvulas Ao final deste módulo, você será capaz de descrever a integração entre circuitos elétricos e sistemas pneumáticos. Vamos começar! Os sistemas eletropneumáticos 21/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Veja os principais conceitos e aspectos que devem ser observados durante a leitura deste módulo. Para assistir a um vídeo sobre o assunto, acesse a versão online deste conteúdo. -0- As Solenoides As solenoides são dispositivos eletromecânicos capazes de transformar a energia elétrica em energia mecânica. Para realizar a conversão da energia elétrica em mecânica, as solenoides utilizam um campo magnético responsável por atrair/repelir estruturas mecânicas. Princípio de funcionamento Campo magnético Os campos magnéticos utilizados pelas solenoides são produzidos pela passagem da corrente elétrica (contínua ou alternada) por enrolamentos de fios condutores (bobinas), como pode ser visto na figura abaixo: 0000000 0000000 22/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Figura 17: Bobina de um fio condutor Quando a bobina é percorrida pela corrente elétrica, ela passa a funcionar como um eletroímã. campo magnético produzido por esse produz um campo magnético em seu interior. Princípio de funcionamento da solenoide campo magnético criado é capaz de atrair ou repelir estruturas metálicas que estejam ao alcance do campo produzido. Quando o fio (bobina) do solenoide recebe uma corrente elétrica, o campo magnético atrai fortemente a estrutura metálica ao seu alcance. Esse princípio de funcionamento se assemelha ao de um relé, veja: Figura 18: Relé eletromecânico. A bobina permanece atraindo o metal até que a corrente elétrica seja interrompida. Como as solenoides dependem de energia elétrica para seu funcionamento correto, eles podem funcionar com corrente alternada ou corrente contínua. As solenoides de corrente alternada, ao permanecerem energizados durante um tempo prolongado, podem queimar ou sofrerem danos A corrente alternada, ao energizar a bobina, começa com um pico de corrente e, após a estabilização, os valores de corrente retornam a valores normalizados. Essa oscilação pode ocasionar danos à solenoide. o solenoide do tipo corrente contínua não apresenta picos de corrente e, por consequência, não apresenta risco de dano. 23/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Atenção! Vale destacar que as solenoides de corrente alternada podem ser utilizadas em circuitos de corrente contínua sem problema. Entretanto, as solenoides de corrente contínua não podem ser utilizadas em circuitos de corrente alternada. Agora que você já leu sobre os principios básicos de funcionamento da solenoide, veja a seguir mais informações específicas sobre as válvulas solenoides. As válvulas solenoides As válvulas solenoides apresentam inúmeras aplicações nas mais diversas áreas. Por apresentarem uma integração entre circuitos elétricos e estruturas mecânicas (metálicas), as válvulas solenoides são denominadas válvulas eletromecânicas. Figura 19: Válvula solenoide. Como as válvulas apresentam 2 partes: o corpo e a bobina solenoide. corpo das válvulas é responsável pela função mecânica da válvula, sendo composto, basicamente, por um corpo, uma mola, uma tampa e um diafragma. As válvulas solenoides podem ser adaptadas para serem aplicadas em áreas diversas (hidráulica, pneumática, GNV, GLP, entre outras). As válvulas solenoides apresentam um papel fundamental na automatização de processos industriais, sendo utilizadas para permitir ou bloquear a passagem de fluidos que podem estar associados a sistemas de dosagem, distribuição ou mistura de líquidos, gases etc. Também são amplamente utilizadas em sistemas de proteção. 24/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Funcionamento de uma válvula solenoide As válvulas solenoides utilizam suas bobinas para promoverem a movimentação do êmbolo responsável por permitir ou bloquear a passagem dos fluidos. Quando uma corrente elétrica atravessa a bobina da válvula solenoide, uma força é produzida no centro da bobina fazendo com que o êmbolo da válvula seja atraído ou repelido. Em uma válvula solenoide normalmente fechada, a mola é o elemento responsável por manter o êmbolo dessa válvula em posição. Essa mola permite a válvula assumir dois tipos de estados: Estado 1 Quando a bobina é energizada, a mola é responsável por deslocar o êmbolo e permitir a passagem do fluido. Estado 2 Quando a corrente elétrica é interrompida, a mola leva o êmbolo novamente para a posição de repouso. As válvulas eletropneumáticas As válvulas eletropneumáticas são utilizadas para permitir ou bloquear a passagem do ar de instrumentação em um sistema pneumático. Por exemplo, uma válvula do tipo 2/2 (Figura 20) apresenta 2 vias (1 entrada e 1 saída) e 2 posições (aberta ou fechada). A mudança entre as posições aberta e fechada é definida pelo acionamento da válvula solenoide. Em uma válvula normalmente fechada, uma mola garante a válvula na posição fechada. Quando a solenoide é energizada, a válvula muda sua posição para aberta, veja: 25/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Estado Estado Energizado Desenergizado 2 / 2 Vias Normalmente Fechada Figura 20: Ilustração de uma válvula pneumática 2/2 normalmente fechada. Tipos de operação das válvulas eletropneumáticas As válvulas solenoides podem ser classificadas de acordo com seu modo de operação em: operação direta e operação indireta. Confira a seguir mais informações sobre cada modo de operação. Operação direta As válvulas solenoides de operação direta possuem um êmbolo cuja posição é definida pela ação de um solenoide. Quando as válvulas apresentam uma posição inicial, ela é definida por uma mola que mantém o êmbolo posicionado mecanicamente. Ao energizar a bobina, o êmbolo é deslocado e a válvula é aberta (Figura 21). A válvula apresenta 5 vias e 2 posições. A via 1 é a de alimentação, também conhecida como via primária. Ela é responsável por receber o suprimento de do compressor ou tanque. As vias 3 e 5 são utilizadas para escape ou dreno, permitindo a remoção do ar de instrumentação do sistema. As vias 2 e 4 são as vias de operação (trabalho) para onde o ar fornecido, por meio da via 1, é direcionado dependendo do processo industrial onde a válvula está sendo utilizada, observe: 26/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos 4 2 4 2 solenoide solenoide desligada ligada 5 1 3 5 1 3 (a) (b) Figura 21: Ilustração de uma válvula pneumática de operação direta: (a) válvula fechada e (b) válvula aberta Na Figura 21(a), o ar flui da via 1 para a via 2. De maneira similar, as vias 2 e 4 estão interligadas, permitindo a drenagem do do sistema. Por fim, a via 3 está bloqueada. Quando a solenoide é acionada na Figura 21(b), o êmbolo é deslocado, por atuação da solenoide, pressionando a mola. Esse deslocamento permite a ligação entre as vias 1 e 4 e entre as vias 2 e 3. A via 5 é bloqueada. Em geral, as válvulas de grande porte podem ser acionadas diretamente por solenoides. Contudo, a tendência tecnológica é a produção de válvulas de pequeno porte acionadas por solenoides e que são responsáveis por produzir um "pré-comando" capaz de acionar as válvulas maiores. Essas válvulas de pré-comando são denominadas válvulas piloto, e as válvulas maiores são denominadas válvulas principais. Esse tipo de válvula é identificado pelo símbolo da figura a seguir: 2 1 3 Figura 22: Diagrama de uma válvula eletropneumática com comando direto. Operação indireta As válvulas solenoides podem ser de operação indireta, também denominada servo, acionada ou pilotada. As válvulas solenoides com operação indireta usam a pressão diferencial do próprio fluido para abrir e fechar. A via de entrada e a via 27/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos de saída são separadas por uma membrana de borracha denominada diafragma. Veja na figura: solenoide solenoide desligada ligada entrada saída (a) (b) Figura 23: Ilustração de uma válvula pneumática de operação indireta: (a) válvula fechada e (b) válvula aberta. Como pode ser visto na Figura 23(a), enquanto a solenoide permanecer desligada, a membrana bloqueará a passagem da água da entrada para a saída, sendo mantida nessa condição de bloqueio por uma mola. Por tal motivo, essa é a posição inicial da válvula (válvula normalmente fechada). Quando a válvula solenoide é acionada, ela recua abrindo o escoamento da água no interior da válvula para a saída (Figura 23(b)), por meio de uma pequena passagem em destaque na próxima figura: solenoide ligada Figura 24: Ilustração de uma válvula pneumática de operação indireta em abertura. Esse escoamento da água é suficiente para permitir a abertura da membrana e, consequentemente, da válvula. Existem, ainda, as válvulas semidiretas que combinam as tecnologias das válvulas direta e indireta. Dessa maneira, é possível observar como as válvulas pneumáticas podem ser adaptadas para acionamento por meio de comandos 28/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos elétricos. É possível compreender, também, que as válvulas de acionamento combinado associam essas topologias, podendo utilizar o acionamento direto ou o acionamento de uma solenoide combinado com uma pressão positiva ou negativa (acionamento indireto). Esse tipo de válvula é identificada pelo símbolo da figura abaixo: 2 1 3 Figura 25: Diagrama de uma válvula eletropneumática com comando indireto e pressão positiva Veja a imagem de uma válvula eletropneumática: Figura 26: Válvula eletropneumática. Outros tipos de válvulas 29/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Outros tipos de válvulas também são amplamente utilizados em sistemas eletropneumáticos industriais. Veja a seguir as especificações de pelo menos 3 tipos: 2 3 1 Figura 27: Diagrama de uma válvula eletropneumática do tipo pistão e haste. Válvula solenoide do tipo pistão e haste As válvulas do tipo pistão e haste comandadas por solenoide simples utilizam a solenoide para acionar o êmbolo e fazer com que a válvula mude de posição. Quando a solenoide é desligada, o próprio suprimento de ar da válvula (via de alimentação) faz com que o êmbolo retorne à posição 2 3 1 Figura 28: Diagrama de uma válvula eletropneumática do tipo pressão negativa. Válvula solenoide por pressão negativa Nesse tipo de válvula eletropneumática, quando a solenoide é acionada, ocorre um escape de ar, fazendo com que o êmbolo mude de posição e a válvula se abra. É interessante que esse diagrama apresenta uma válvula que também apresenta um acionamento manual com trava. Esse tipo de 30/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos combinação é bastante importante, caso a solenoide apresente algum problema. 4 2 5 1 3 Figura 29: Diagrama de uma válvula eletropneumática do tipo duplo solenoide. Válvula acionada por duplo solenoide Em alguns casos, as válvulas podem necessitar de um duplo acionamento por solenoide, em que os acionamentos elétricos são responsáveis por comandar o acionamento da válvulas em ambas as posições. 31/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Falta pouco para atingir seus objetivos. Vamos praticar alguns conceitos? Questão 1 Observando a figura abaixo, é possível afirmar que a válvula direcional indicada é do tipo: I T A 2/2 normalmente aberta. 2/2 normalmente fechada. 32/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos C 4/2 normalmente aberta. D 4/2 normalmente fechada. E 3/2 normalmente aberta. Parabéns! A alternativa A está correta. Observando o diagrama da válvula, é possível identificar que a posição de repouso é garantida pela mola. Nessa posição, a válvula apresenta 1 linha de fluxo entre as suas vias, sendo definida como normalmente aberta. Como o diagrama é dividido em 2 quadrados, a válvula possui 2 posições. Observando a posição de repouso, a válvula apresenta 1 linha de fluxo, sendo identificadas 2 vias. Questão 2 o símbolo do diagrama eletropneumático, apresentado a seguir, representa uma válvula solenoide direcional com 3 vias do tipo: 2 1 3 A operação indireta. operação direta. 33/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos C pistão e haste. D pressão negativa. E Duplo solenoide. Parabéns! A alternativa B está correta. Observando o símbolo ilustrado, é possível identificar que a válvula solenoide apresentada possui uma solenoide responsável pela movimentação do êmbolo da válvula. 3 - Componentes Ao final deste módulo, você será capaz de identificar os principais componentes dos sistemas eletro-hidráulicos. Vamos começar! 34/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Os componentes de um sistema eletro-hidráulico Veja agora os principais conceitos e aspectos que devem ser observados durante a leitura deste módulo. Para assistir a um vídeo sobre o assunto, acesse a versão online deste conteúdo. As bombas hidráulicas Enquanto os sistemas pneumáticos utilizam ar de instrumentação em seu funcionamento, os sistemas hidráulicos trabalham com óleo. As bombas hidráulicas convertem a energia mecânica (transmitida a elas pelos motores) em energia hidráulica (capaz de realizar trabalho). Em um aspecto mais amplo, as bombas são responsáveis por converterem energia elétrica (utilizada para alimentar os motores) em energia hidráulica. Entre os diversos tipos de bombas existentes, as utilizadas pelos sistemas hidráulicos são as bombas de deslocamento positivo. Bombas de deslocamento positivo Entre as bombas de deslocamento positivo, aquelas mais comuns em sistemas hidráulicos são as de engrenagem, de palheta e de pistão. Veja a seguir mais detalhes sobre esses tipos de bombas. Bombas de engrenagem A bomba de engrenagem é equipada com uma entrada, uma saída e um mecanismo formado por duas engrenagens, responsável pelo bombeamento. Uma das engrenagens é denominada motora, sendo conectada ao eixo principal do motor. A outra é impulsionada pela 35/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos engrenagem motora. Essa movimentação das engrenagens é responsável pelo bombeamento do óleo para o sistema hidráulico, como pode ser visto na figura abaixo: Figura 30: Representação de uma bomba de engrenagem externa. A bomba representada na Figura 30 é do tipo engrenagem externa. Em seu funcionamento, os fluidos a serem bombeados são colocados na entrada da bomba e conduzidos pelos espaços entre os dentes das engrenagens e a carcaça da bomba, até a saída da bomba. Figura 31: Representação do funcionamento de uma bomba de engrenagem externa. A bomba da figura anterior é do tipo engrenagem externa. Em seu funcionamento, os fluidos a serem bombeados são colocados na entrada da bomba e conduzidos pelos espaços entre os dentes das engrenagens e a carcaça da bomba, até a saída da bomba, como pode ser visto na figura ao lado. As bombas de engrenagem também podem ser do tipo engrenagem interna ou gerotor. Nesse tipo específico de bomba, uma engrenagem interna é movida pelo eixo do motor principal e movimenta uma engrenagem externa (de diâmetro maior). A engrenagem interna possui menos dentes do que a engrenagem externa para permitir o bombeamento do fluido. 36/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Figura 32: Representação de uma bomba de engrenagem interna. Bombas de palheta As bombas de palheta são formadas por um conjunto de bombeamento composto por palhetas que são movidas por um rotor e uma carcaça. Veja: Figura 33: Representação de uma bomba de palhetas. rotor é responsável pela movimentação (giro) e suporte das palhetas. Conforme o rotor se movimenta, as palhetas, por inércia, também o 37/72</p><p>01/10/2024. 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos fazem, acompanhando o contorno da carcaça. Essa movimentação promove o bombeamento do fluido da entrada para a saída da bomba. Observe: 1 2 Figura 34a: Representação do funcionamento de uma bomba de palhetas. 3 4 Figura 34b: Representação do funcionamento de uma bomba de palhetas. 5 6 Figura 34c: Representação do funcionamento de uma bomba de palhetas. 38/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos 7 8 Figura 34d: Representação do funcionamento de uma bomba de palhetas. Produção de bombas pistão As bombas do tipo pistão produzem bombas pistão. Neste tipo de bomba, ocorre o bombeamento do fluido por meio de um movimento alternado entre os pistões dentro da carcaça, como representado na figura ao lado. o movimento rotacional do pistão dentro da carcaça faz com que ele alterne sua posição dentro do cilindro. Na metade do ciclo, o pistão sai e permite a entrada do fluido, e na outra metade do ciclo, o pistão entra e empurra o fluido. Figura 35: Imagem de uma bomba de pistão axial. Eficiência volumétrica Embora as bombas apresentem velocidade constante, a liberação de fluxo do fluido não é constante. Isso acontece devido a vazamentos internos que promovem perdas de carga, produzindo um fluxo menor na saída. o grau em que essa perda de eficiência ocorre é denominado eficiência volumétrica. 39/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos A eficiência volumétrica é definida pela equação: Saída real X 100 Eficiência Volumétrica (%) = Saída Teórica Atuadores hidráulicos No caminho contrário às bombas, os atuadores hidráulicos convertem a energia hidráulica em energia mecânica. Eles são responsáveis pela execução das atividades efetivamente atuantes sobre o processo, modificando as grandezas e operações. São peças fundamentais nos processos hidráulicos, estando no extremo oposto de um projeto hidráulico que se inicia pela bomba. Veja a seguir uma ilustração desse precesso. Válvula Bomba Atuador direcional Figura 36: Diagrama em blocos de um sistema eletro-hidráulico. Alguns detalhes são fundamentais para a correta especificação e uso consciente de um atuador hidráulico. Vamos lá! Cilindros Os atuadores lineares são também chamados de cilindros. Os cilindros hidráulicos transformam o trabalho hidráulico em energia linear, que pode ser realizada na execução de um trabalho. Um cilindro consiste essencialmente de um cilindro de revestimento, um pistão móvel e uma haste ligada ao pistão. Os cabeçotes (colocados na extremidade da haste) são presos ao cilindro por meio de roscas, prendedores, tirantes ou soldas, como pode ser visto abaixo: 40/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Pistão móvel Cilindro de revestimento Haste para 0 cabeçote Figura 37: Imagem de um atuador linear A haste é guiada nos movimentos para dentro e para fora do cilindro por "embuchamentos". Isso reduz o atrito da haste com a parede do cilindro. lado para o qual a haste avança é chamado de dianteira do cilindro e é o lado da cabeça do cilindro. lado oposto é chamado de lado traseiro. Existem orifícios de entrada e saída de óleo nos lados dianteiro e traseiro da haste. Vedações Os cilindros são equipados com vedações, por vezes denominadas de guarnições, que garantem a movimentação da haste, mas conservando a vedação, impedindo assim o vazamento do óleo utilizado na movimentação do cilindro. Essas vedações devem ser capazes de suportar a pressão do óleo e o atrito com a haste. As guarnições de limpeza, localizadas na extremidade no lado dianteiro do cilindro, apresentam 2 funções distintas: A borda externa impede a entrada de sujeira no cilindro, contribuindo para um aumento na vida útil dos mancais e vedações. A borda interna atua na vedação, retendo o fluido hidráulico na câmara. Mancais de drenagem Um dos problemas associados aos atuadores lineares é o acúmulo de óleo atrás da guarnição de limpeza do mancal do cilindro. A remoção desse óleo pode ser feita por meio de um dreno nesse mancal, que 41/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos consiste em um orifício capaz de conduzir (escoar) o óleo até um reservatório. Choque hidráulico Quando o pistão em movimento encontra um bloqueio (fim do curso ou obstáculo), a inércia do líquido do sistema é transformada em choque mecânico, também conhecido como choque hidráulico ou batida. Como esse choque representa a conversão de energia hidráulica em energia mecânica, uma quantidade substancial de energia (excesso de carga ou mudança brusca de sentido) pode causar danos ao cilindro. Amortecimento de fim de curso Para reduzir os impactos produzidos pelo fim de curso de avanço e recuo de um pistão, é utilizado um amortecedor capaz de controlar a velocidade do cilindro e promover um processo de desaceleração. Esse amortecedor consiste em uma válvula de agulha para controle do fluxo e de um plugue ligado ao pistão. Essa válvula promove a redução da velocidade do cilindro, evitando ruídos e choques hidráulicos. o amortecimento aumenta a vida útil do cilindro, reduz ruídos e choques hidráulicos. o amortecedor recebe nomes diferentes, dependendo de sua posição. Confira: Luva escalonada Quando o plugue de amortecimento é colocado no lado da haste. Batente de amortecimento Quando o plugue de amortecimento é colocado no lado traseiro. Tipos de montagem do cilindro Os pistões podem ser arranjados de diversas maneiras distintas. A maneira como são fixados podem variar entre: 42/72</p><p>18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Flange Veja na imagem uma ilustração da montagem de pistão tipo flange. Tipo JB Tipo HB Flange quadrado dianteiro Flange quadrado traseiro (NFPA Tipo MF5) (NFPA Tipo MF6) Figura 38: Montagem tipo flange de um cilindro Extensão dos tirantes Veja na imagem uma ilustração da montagem tipo extensão dos tirantes. Tipo TB Tipo TC Tipo TD Extensão dos tirantes dianteiros Extensão dos tirantes traseiros Extensão dos tirantes ambos os lados (NFPA Tipo MX3) (NFPA Tipo MX2) (NFPA Tipo MX1) Figura 39: Montagem tipo extensão dos tirantes de um cilindro. Articulação com rótula Veja na imagem uma ilustração da montagem tipo articulação com rótula. Tipo SBa Tipo SBb Articulação traseira macho com rótula Articulação traseira macho com rótula (ISO 6982 e CETOP RP88H) Figura 40: Montagem tipo articulação com rótula de um cilindro. Outras posições de centro das válvulas podem ser observadas nos materiais de referência. 43/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Atuadores rotativos Apesar de uma ampla variedade de atuadores lineares ser explorada nos processos industriais, desde cilindros de ação simples até os cilindros de dupla ação, os atuadores rotativos também são bastante utilizados. Esses mecanismos simples, compactos e eficientes são capazes de produzir um torque elevado mesmo com uma montagem simples e com pouco espaço. Os atuadores rotativos encontram espaço em sistemas de indexação de ferramental, máquinas, operações de dobragem, rotação de objetos pesados, máquinas de leme, entre outros. Osciladores hidráulicos Similar aos atuadores lineares, são responsáveis por converterem energia hidráulica em movimento. A diferença é que os osciladores apresentam uma quantidade limitada de graus. Oscilador de cremalheira e pinhão Essa estrutura possui um atuador rotativo com uniformidade bidirecional do torque. Esse oscilador possui um pistão acionado pelo fluido e conectado à cremalheira que rotaciona o pinhão. Veja na figura: Figura 41: Oscilador de cremalheira e pinhão. 44/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Oscilador de palheta Os osciladores do tipo palheta são capazes de produzir um valor de torque máximo de saída, mesmo com tamanho reduzido. Esses osciladores podem ser do tipo: palheta simples; palheta dupla. Cabe destacar que a palheta dupla produz o dobro do torque (comparado ao de palheta simples), mas com giro limitado em 100°. Os osciladores de palheta simples apresentam ângulo máximo de rotação de 280°. Motores hidráulicos De maneira simplificada, os motores hidráulicos funcionam de maneira similar às bombas hidráulicas. Enquanto as bombas transformam energia elétrica em energia hidráulica, os motores são responsáveis por transformarem energia hidráulica em energia mecânica rotativa. Os motores hidráulicos são divididos de acordo com seu princípio de funcionamento. Veja a seguir as especificações referentes a cada tipo de motor hidráulico. Motor palheta Esse motor é formado por um rotor deslocado do centro da carcaça. Quando o fluido hidráulico passa pela entrada do motor, ele fornece energia ao conjunto de palhetas, promovendo um movimento de rotação. Observe na figura: 45/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Palheta Anel Eixo Rotor Figura 42: Motor do tipo palheta. Motor de engrenagem Este tipo de motor apresenta um torque de saída promovido pela ação da pressão hidráulica nos dentes da engrenagem. Motor do tipo geromotor Os motores do tipo geromotor apresentam baixa velocidade e alto torque. Seu aspecto construtivo em muito se assemelha aos das bombas de engrenagem interna. o rotor, parte responsável pelo movimento de rotação do motor, efetua o giro acompanhando o movimento da engrenagem interna. Motor de pistão Os motores do tipo pistão, por sua vez, apresentam um motor de deslocamento positivo, isto é, desenvolvem um torque a partir da pressão hidráulica que atua sobre os pistões. Esses motores podem ser do tipo axial ou radial. Dreno dos motores Os motores hidráulicos industriais são equipados com drenos responsáveis por protegerem as suas vedações. Como esses equipamentos são projetados para movimentos bidirecionais, quaisquer 46/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos movimentos bruscos ou de restrição ao giro promovem um aumento na pressão interna do fluido no motor. Essa pressão pode ser aliviada pelo dreno do motor. Veja: Figura 43: Dreno do motor. 47/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Falta pouco para atingir seus objetivos. Vamos praticar alguns conceitos? Questão 1 Os sistemas eletro-hidráulicos possuem diversas partes importantes para o seu funcionamento. Uma delas é responsável pelo recebimento da energia elétrica, para posterior conversão em energia hidráulica. Esse componente fundamental do sistema é denominado A atuador linear. atuador rotativo. C motor. D bomba hidráulica. E oscilador. 48/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos Parabéns! A alternativa D está correta. As bombas são fundamentais para o funcionamento de qualquer sistema eletro-hidráulico. São elas que fornecem a energia hidráulica para movimentar o sistema. Elas recebem energia elétrica para alimentação de seus motores e a convertem em energia mecânica, para, posteriormente, transformá-la em energia hidráulica. Questão 2 Durante a operação de um cilindro hidráulico, os cuidados com o posicionamento dos objetos com os quais o sistema eletro- hidráulico irá interagir é fundamental. Isso acontece tendo em vista que interações repentinas com objetos duros ou pesados podem provocar uma mudança abrupta da energia hidráulica em energia mecânica, denominada A choque hidráulico. drenagem. C amortecimento. D batente. E guarnição. Parabéns! A alternativa A está correta. A conversão abrupta de energia hidráulica em mecânica é denominada choque hidráulico. Ela ocorre quando o cilindro interage de maneira repentina ou em alta velocidade, com um objeto duro ou resistente, e pode ocasionar danos aos sistema eletro-hidráulico. 49/72</p><p>01/10/2024, 18:27 Introdução aos Sistemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos 4 - Integração entre circuitos elétricos e sistemas eletro- hidráulicos Ao final deste módulo, você será capaz de descrever a integração entre circuitos elétricos e sistemas eletro-hidráulicos. Vamos começar! As principais válvulas utilizadas em um sistema eletro-hidráulico Veja agora os principais conceitos e aspectos que devem ser observados durante a leitura deste módulo. Para assistir a um vídeo sobre o assunto, acesse a versão online deste conteúdo. -0- 50/72</p>