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CARLOS FERNANDO DE OLIVEIRA SOUSA

Prof. José Antônio Poletto

Faculdade de Tecnologia de Graça (FATEC) Caixa Postal 17400-000- Garça/SP

Tecnologia em Mecatrônica Industrial

carlosdoutrinador@hotmail.com

ABSTRACT

A long road has been traveled, the machines driven by compressed air in

Alexandria to pneumo-electronic devices of today. The refore, man has always tried to trap this strength to put it in his service, with a single goal: to control it and make it work when needed. Currently, control of air supplants the best grades of effciency, running operations without fatigue, saving time, tools and materials, in addition to security defornecer work.The term is derived from the Greek pneumatic Pneumos or Pneuma (breath, breath) and is defined as the part of physics that deals with the dynamics and physical phenomena related to gases or vacuums. It is also the study of energy conservation pneumatic energy into mechanical energy, through their work elements.

Key words: pneumatic, force, energy, compressed

RESUMO

Um longo caminho foi percorrido, das máquinas impulsionadas por ar comprimido na Alexandria aos engenhos pneumo-eletrônicos de nossos dias. Portanto, o homem sempre tentou aprisionar esta força para colocá-la a seu serviço, com um único objetivo: controlá-la e fazê-la trabalhar quando necessário. Atualmente, o controle do ar suplanta os melhores graus da eficiência, executando operações sem fadiga, economizando tempo, ferramentas e materiais, além de fornecer segurança ao trabalho. O termo pneumático é derivado do grego Pneumos ou Pneuma (respiração, sopro) e é definido como a parte da física que se ocupa da dinâmica e dos fenômenos físicos relacionados com os gases ou vácuos. É também o estudo da conservação da energia pneumática em energia mecânica, através dos respectivos elementos de trabalho.

Palavras chave: pneumática, força, energia, comprimido.

1- INTRODUÇÃO

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(Segundo Silva), apesar da base da pneumática ser um dos mais velhos

conhecimentos da humanidade, apenas no século XIX o seu desenvolvimento

se tornou sistemático. Por outro lado, apenas após o ano 1950 é que ela foi

realmente introduzida na produção industrial, devido à necessidade, cada vez

maior, de automatização e racionalização dos processos de trabalho. A sua

característica mais básica, é que emprega o ar comprimido para a transmissão

de potência. Assim, a pneumática, por definição, é a soma de aplicações onde

a energia da compressão do ar é utilizada, notadamente em atuadores

(cilindros e motores).

O controle do trabalho executado pela energia da compressão do ar é

efetuado por meio de válvulas. As aplicações são incontáveis, o trabalho

realizado com ar comprimido é insensível ás oscilações de temperatura. Isto

garante, também em situações térmicas extremas, um funcionamento seguro,

em termos de segurança não existe o perigo de explosão ou incêndio, portanto

não são necessárias custosas proteções contra explosões. O ar comprimido é

limpo, e o ar, que eventualmente escapa das tubulações ou outros elementos

inadequadamente vedados, não polui o ambiente. esta limpeza é uma

exigência, por exemplo, nas indústrias alimentícias, madeireiras, têxteis e em

curtumes (SILVA, 2012)

1.1 - OBJETIVOS

Projetar um protótipo prensa latas a fim de esclarecer seus componentes

elétricos e mecânicos detalhadamente, esclarecendo assim um sistema eletro-

pneumatico sem maiores dificuldades para o entendimento geral.

2 - JUSTIFICATIVA

Elaborar um sistema pneumático a fim de esclarecer o conhecimento

adquirido no curso de tecnologia em mecatrônica, usando artifícios da

pneumática e eletro-pneumatica por meio de um protótipo de prensa latas.

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Contando com a união de rele, temporizador, cilindro de dupla ação,

conexões pneumáticas sensor indutivo e montagem do sistema, viabilizando a

explicação de um circuito relacionado com força eletro-pneumática.

3 - REVISÃO BIBLIOGRAFICA

Em meio conteúdo referente ao tema, foram pesquisados diversos

elementos que compõem a montagem do sistema, desta forma o

esclarecimento sobre os componentes da montagem do protótipo fica

detalhado por dados encontrados através de pesquisas.

3.1 – Pistão

(Segundo Loureiro). Os atuadores pneumáticos, também conhecidos por

cilindros ou pistões pneumáticos, são na verdade elementos de trabalho, pois

são os elementos que transformam a energia do ar comprimido em trabalho

mecânico através de movimentos lineares e ou giratórios.

Os de movimento giratório, de aleta ou pinhão-cremalheira, podem ser

classificados de cilindros alternativos de giro limitado (até ±270º) e de motores

pneumáticos quando de giro continuo.

Atuadores lineares

Os cilindros pneumáticos, construídos nas mais diversas formas e

tamanhos, são os mais comuns e os mais utilizados nas instalações de

automação pneumáticas e se dividem em dois grupos principais

De simples ação, que realizam trabalho em uma direção, possuindo uma

única conexão de ar, sendo que o retorno à posição inicial pode se dar por

ação de mola ou de outra força externa.

De dupla ação ou duplo efeito, quando realizam trabalho em ambas

direções de avanço e de retorno, possuindo duas conexões de ar.

Cilindros de simples ação

Os cilindros de simples ação realizam trabalho em uma só direção do

curso, podendo ser do tipo haste avançada quando ele “puxa” a carga ou de

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haste recuada quando ele “empurra” a carga. O consumo de ar é menor que os

de dupla ação, uma vez que o retorno se dá por ação de uma mola ou de uma

força externa.

Cilindro de simples ação retorno por mola, tipo “empurra” a carga.

Devido à mola interna, a força deste cilindro é menor do que de um

cilindro de dupla ação do mesmo diâmetro e tem um curso de trabalho limitado

devido ao tamanho da mola.

A principal aplicação destes cilindros está em segurar, fixar, expulsar

peças, carimbar etc.

As medidas externas, para um mesmo curso, são maiores devido à mola

de retorno, por isto hoje em dia só se utilizam cilindros de ação simples de

tamanhos pequenos (Ø 2,5 a 25mm), cursos de até 50mm.

Cilindros de dupla ação:

Com este cilindro o trabalho se desenvolve nos dois sentidos do curso

de avanço e de retorno, uma vez que a pressão do ar comprimido atua nos

dois lados do êmbolo, sendo que quando a pressão atua no lado da haste a

força resultante é menor pois a área de atuação é menor devido a área da

haste do cilindro. Esta consideração é válida somente quando a mesma carga

é transportada nos dois sentidos. Em cilindros de haste passante as forças

resultantes são iguais. (LOUREIRO, 2011)

3.1.1 - Válvula pneumática

As válvulas pneumáticas, também conhecidas como válvulas em ângulo

ou válvulas operadas externamente constituem as válvulas de eleição nos

casos em que uma válvula solenoide não é adequada , as válvulas

pneumáticas constituem uma solução verdadeiramente eficaz em condições

difíceis; permitem grandes caudais e são capazes de funcionar com um

diferencial de pressão de zero, meios com temperaturas elevadas, valores

elevados de viscosidade e meios com níveis elevados de sujidade, podendo

ainda funcionar em áreas.

Estas válvulas possuem inúmeras possibilidades de aplicação:

Refrigeração,

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Pré-aquecimento,

Esterilizadores e autoclaves,

Lubrificação a alta pressão,

Distribuição de vapor

Engarrafamento

Equipamento de produção têxtil

Equipamento industrial de prensagem a vapor

Mistura de tintas e cores

Equipamento industrial de lavagem e limpeza e muito mais.

As válvulas são operadas através de um meio de controle pressurizado;

este meio consiste geralmente em ar comprimido. (DANFOS 2013)

3.1.2 - Rele

Os relés são dispositivos comutadores eletromecânicos, nas

proximidades de um eletroímã é instalada uma armadura móvel que tem por

finalidade abrir ou fechar um jogo de contatos. Quando a bobina é percorrida

por uma corrente elétrica é criado um campo magnético que atua sobre a

armadura, atraindo-a. Nesta atração ocorre um movimento que ativa os

contatos, os quais podem ser abertos, fechados ou comutados, dependendo de

sua posição. (BRAGA 2010)

Os relés se dizem energizados quando estão sendo percorridos por uma

corrente em sua bobina capaz de ativar seus contatos, e se dizem

desenergizados quando não há corrente circulando por sua bobina. Outra

característica importante dos relés é a segurança dada pelo isolamento do

circuito de controle em relação ao circuito que está sendo controlado. Não

existe contato elétrico entre o circuito da bobina e os circuitos dos contatos do

relé, o que significa que não há passagem de qualquer corrente do circuito que

ativa o relé para o circuito que ele controla, se o circuito controlado for de alta

tensão, por exemplo, este isolamento pode ser importante em termos de

segurança, do mesmo modo, podemos controlar circuitos de características

completamente diferentes usando relés: um relé, cuja bobina seja energizada

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com apenas 6 ou 12V, pode perfeitamente controlar circuitos de tensões mais

altas como 110V ou 220V. (BRAGA 2010)

O princípio do funcionamento do rele esta representado na Figura 1.

Figura 1 - Principio de funcionamento de um rele

Fonte: Braga (2010)

3.1.3 - Temporizador

Os temporizadores eletrônicos com função “retardo na desernigização”,

são aparelhos projetados para aplicações industriais onde qualidade,

confiabilidade, robustez e baixo custo são requisitos fundamentais.

Estes aparelhos de montagem interna são fixados através de trilho DIN

46277 ou por parafusos. Fabricados em diversas escalas e voltagens, facilitam

o trabalho do projetista e do montador.

O temporizador com a função “retardo na desergenização” comuta seu

contato de saída para a posição de trabalho quando o aparelho é energizado,

este é o modelo de preferência em linhas de montagens industriais.(AGUIAR

2013.)

3.1.4 – Conexão pneumática

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O método mais comum para conectar uma válvula é rosquear uma

conexão em cada orifício de pressão e pilotagem e um silenciador em cada

escape e posteriormente interligar estas com o atuador através de mangueiras.

(LOUREIRO 2011)

As mangueiras são conectadas em engates compostos na saída das

válvulas pneumáticas, os engates são usados como ligações desconectáveis

entre a mangueira e o equipamento (a ferramenta pneumática). É feita uma

distinção entre:

•Engates com rosca;

•Engates de encaixe;

Entretanto existem conexões que em sua saída são conectadas com

roscas ao invés de engates rápido, os acoplamentos com rosca são usados,

geralmente, quando o equipamento é instalado em local permanente. Os

engates de encaixe (engate rápido)permitem desconectar a mangueira de

forma mais fácil e sem uso de ferramentas, p.ex., da rede de tubulações ou da

ferramenta pneumática. Portanto, eles são empregados onde se requer

flexibilidade de uso. (BOSCH 2013)

Modelos de conexões pneumáticas estão demonstrados na figura 2.

Figura 2 - Diversos modelos de conexões pneumáticas.

Fonte: FESTO (2011)

3.1.5 – Sensor indutivo

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Segundo o fabricante Sense, os sensores indutivos são equipamentos

eletrônicos capazes de detectar a aproximação de peças metálicas,

componentes, elementos de máquinas, etc, em substituição às tradicionais

chaves fim de curso. (SENSE 2012)

A detecção ocorre sem que haja o contato físico entre o sensor e o

acionador, aumentando a vida útil do sensor por não possuir peças móveis

sujeitas a desgastes mecânicos, o seu princípio de funcionamento, baseia-se

na geração de um campo eletromagnético de alta frequência, que é

desenvolvido por uma bobina ressonante instalada na face sensora.

A bobina faz parte de um circuito oscilador que em condição normal

(desacionada) gera um sinal senoidal. Quando um metal aproxima-se do

campo, este por correntes de superfície (Foulcault) absorve a energia do

campo, diminuindo a amplitude do sinal gerado no oscilador.

A variação de amplitude deste sinal é convertida em uma variação

contínua que comparada com um valor padrão, passa a atuar no estágio de

saída, em sua face Sensora é o local onde a superfície o campo

eletromagnético, levando em parâmetro a distância em que se aproximando o

acionador da face sensora, o sensor muda o estado da saída. A distância de

acionamento é em função do tamanho da bobina. Assim, não se pode

especificar a distância sensora e o tamanho do sensor simultaneamente.

(SENSE 2012)

3.1.6 – Fonte 24 vcc

A fonte de alimentação CC é um dos mais importantes circuitos da

Eletrônica, uma vez que ela é a responsável pela conversão da tensão

alternada VCA, disponível na rede elétrica, em uma tensão contínua VCC

regulada, adequada para o funcionamento correto dos demais circuitos

eletrônicos de um sistema. (PEREIRA 2012)

A tensão fornecida pela concessionária de energia elétrica é alternada

ao passo que os dispositivos eletrônicos operam com tensão contínua. Então é

necessário retificá-la e isto é feito através dos circuitos retificadores que

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convertem corrente alternada em corrente contínua. Temos os retificadores

monofásicos para uso em aparelhos eletrônicos de um modo geral e os

retificadores polifásicos para uso em circuitos industriais de alta potência.

Destacarei neste artigo os três tipos de retificadores monofásicos que são:

• Retificador de meia onda;

• Retificador de onda completa, utilizando transformador com derivação

central.

• Retificador de onda completa em ponte.

Para transformar a tensão alternada disponível na tomada em tensão

contínua, temos que utilizar um circuito normalmente conhecido como fonte de

alimentação. Veja na figura 3 o diagrama de blocos de uma fonte de

alimentação. (PEREIRA 2011)

Figura 3 - Diagrama de blocos em uma fonte de alimentação.

Fonte – PEREIRA (2011)

4 - MATERIAIS E METODOS

Com a utilização de um conjunto de peças pneumáticas, foi montado um

sistema que torna a maquete totalmente semi-automático no uso de

prensagem de latas, ou seja, a energia consumida por um compressor de ar

movimentará o pistão através de uma válvula 5/2 vias que por fim efetuará o

trabalho final prensando as latas, fazendo com que este trabalho fique continuo

e repetitivo, mantendo o sistema sempre funcionando.

O protótipo foi desenvolvido visando obter o máximo de eficiência de

todos os dispositivos, aumentando a autonomia do sistema de um possível

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protótipo para auxilio na reciclagem de latas de alumínio, garantindo a

eficiência de trabalho sem meios poluentes ao meio ambiente.

4.1 – Modelo do pistão

O modelo usado em questão o protótipo é o pistão de dupla ação sendo

que o mesmo é acionado pelo ar comprimido em ambos os cursos, portanto

tem duas entradas de ar, realiza um trabalho aproveitável nos dois sentidos de

movimento seu funcionamento consiste em transformam a energia potencial do

ar comprimido em energia cinética ou em prensores,. basicamente consistem

em um recipiente cilíndrico provido de um êmbolo ou pistão, ao introduzir-se

uma certa vazão de ar comprimido, este se expande dentro da câmara e

provoca um deslocamento linear. Se for acoplada uma haste rígida ao êmbolo,

proporcional à pressão do ar e à superfície do pistão este mecanismo será

capaz de empurrar um corpo, ou simplesmente prendê-lo. (Microautomacion

2010)

Calculo de avanço e recuo do pistão

Dados diâmetro do pistão 45mm 0,045m

Dados diâmetro da haste 10mm 0,010m

Pressão de trabalho 6 bar, 1 bar = 10^5 N M² P=F F= PxA A Fa=PxAp Fr=PxAh Ap= π . Dp² 4 Ac=Ap-Ah Ac= π . dp² - π.dh²

4 4

Ap= π.dp² = π.0.045² = 0,001589625 M²

4 4

30

Fa=PxAp = 6 x 10^5N x 0,001589625M² = 953,775N M² Ah= π.dh² 4 Ah= π.0.010²

4

Ah=0,000078539816M²

Ac= Ap-Ah

Ac= 0,001589625 - 0,000078539816 = 0,0015110851M²

Fr= = 6 x 10^5N . 0,0015110851M ² = 906.651N

M²

Figura 4-pistão de dupla ação

Fonte-FESTO (2011)

4.1.2 – Válvula pneumática

Dentro do uso da valvula pneumatica se adequa usar a valvula com as

seguintes caracteristicas e dimensionamento:

5 vias de trabalho

2 posições de comando

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Acionamento por pulso de pressão piloto direta, de ambos os lados

Acionamento manual auxiliar

Comportamento de memória (bi-estável)

Pressão de trabalho: de 0 a 10 bar

Vazão nominal: 600 lpm conexões de engate rápido tipo quick star, para

tubos flexíveis, equipada com silenciadores nos pórticos de exaustão para a

atmosfera, montada sobre base de fixação rápida no tampo do painel, sem o

uso de ferramentas (Festo 2011)

Figura 5 -Valvula 5/2 vias

Fonte – FESTO (2011)

Figura 6 - Demonstração das linhas de ar interna

Fonte - Autor (2013)

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Figura 7 – Desenho técnico de uma válvula 5/2 vias

acionamento por duplo solenóide

Fonte – Autor (2013)

4.1.3 - Relê

Componente de rele usado na construção do protótipo é com base de:

24Vcc, rele auxiliar HH52P

HH54P pinos quadrado,

Disposição de contato(2NA/4NF)reversíveis,

Capacidade dos contatos 5ª-250V / 10ª-127V,

Potencia de comutação 1200VA /

Resistência de 50 ohms, material dos contato de liga de prata,

temperatura de operação de 55° a 80°, 14 pinos no total ( JMT, 2013).

Figura 8 - Rele de 24Vcc

Fonte- JMT (2013)

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4.1.4 – Temporizador

Contendo as seguintes as características mencionadas de

dimensionamento, para este protótipo será usado um temporizador, com

alimentação de 94 a 242 vca quando ligado os pinos a e A2 e B e A2 quando

ligado em tensão de 24 vcc/vca, temporizador cíclico com regulagens de

tempos independentes com varias escalas de tempos disponíveis, contendo no

dispositivo caixa em ABS V0, DIN 22,5 x75 mm com fixação por trilho DIN

35mm. (COEL 2013)

Figura – 9 temporizador fabricante COEL

Fonte - COEL (2013)

4.1.5 – Conexão

Conexão em L modelo festo, modelo com melhor adaptação e

deslocamento fácil para engate dos tubos, modelo pelo qual usado consta com

características de medidas de rosca de ¼ BSP e saída para tubo flexível de

6mm, interno com engate rápido, acompanhado de anilha para deslocamento

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do tubo, esta conexão será usada como entradas e saídas de ar nas válvulas e

saida da unidade compressora. ( Festo 2011)

Figura 10 – Conexão em L ¼ x 6mm

Fonte - FESTO (2011)

4.1.6 – Sensor indutivo

Os sensores indutivos são equipamentos eletrônicos capazes de

detectar a aproximação de peças metálicas, componentes, elementos de

máquinas, etc, em substituição às tradicionais chaves fim de curso.

A detecção ocorre sem que haja o contato físico entre o sensor e o

acionador, aumentando a vida útil do sensor por não possuir peças móveis

sujeitas a desgastes mecânicos, o seu princípio de funcionamento, baseia-se

na geração de um campo eletromagnético de alta freqüência, que é

desenvolvido por uma bobina ressonante instalada na face sensora.(Sense

2012)

Figura 11 - Sensor usado no protótipo

Fonte - SENSE (2013)

4.1.7 – Fonte 24 vcc

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Para o protótipo será usado uma fonte montada da seguinte forma:

Segundo Filipe Pereira na maior parte das fontes de alimentação, o

transformador baixa o nível da tensão de entrada para valores eficazes na faixa

de 5 V a 24 V.

O retificador converte tensão alternada em tensão contínua pulsante.

Um retificador pode ser de meia onda, onda completa ou em ponte. O

dispositivo utilizado nos retificadores é o diodo, devido à sua característica de

conduzir a corrente elétrica num único sentido. Fonte – PEREIRA 2011

4.1.8 - Ligações mecânicas e elétricas.

Segundo fabricante Festo, o Fluidsim que é uma moderna ferramenta

agora está disponível em Língua Portuguesa. Com o FluidSIM você pode

desenhar seus circuitos de Pneumática e Eletropneumática ou Hidráulica e

Eletro-hidráulica, além de Blocos Lógicos e Diagrama Ladder com toda a

facilidade que só um ambiente Windows proporciona. Os símbolos

normalizados são extraídos de uma biblioteca de fácil acesso por um simples

"clicar e arrastar". (Os modelos das partes elétricas e mecânicas estão

descritos nas figuras 12 e 13 respectivamente).

Neste programa pode simular o funcionamento de todos os circuitos

desenhados, além de acompanhar os valores das principais variáveis

envolvidas, tais como: Pressão, Vazão, Posição, etc. Fonte (FESTO 2010)

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Figura 12 – esquema eletro pneumático do protótipo.

Fonte – AUTOR (2013)

Figura 13 – esquema mecânico pneumático do protótipo.

Fonte AUTOR (2013)

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5 - CONSIDERAÇÕES FINAIS

O protótipo foi desenvolvido visando obter o máximo de eficiência de

todos os dispositivos, aumentando a autonomia do sistema de um possível

protótipo para auxilio na reciclagem de latas de alumínio, garantindo a

eficiência de trabalho sem meios poluentes ao meio ambiente.

6- REFERÊNCIAS

AGUIAR 2013, disponível em catalogo em, < http://www.mundoeletrico. com/downloads/Hlt00147%20DTDA1.pdf> Acesso em 23/04/2013.

BOSCH,2013, disponível em <http://www.bosch.com.br/br/ferramentas

_pneumaticas/produtos/downloads/75_perg_resp_pneumaticas.pdf>. Acesso em 25/04/2013

BRAGA 2010, disponível em <http://www.newtoncbraga.com.br

/index.php/como-funciona/597-como-funcionam-os-reles> Acesso em 23/04/2013.

COEL, 2013, disponível em catalogo de produtos <www.coel.com.br>

acesso em 26/02/2013 DANFOS, 2013, disponível em <http://danfos.com/latin-america-

portuguese/BusinessAreas/IndustrialAutomation/Products_pdf-Angle+seat+valves.htm> Acesso em 23/04/2013.

FESTO, 2011, disponível em <http://www.festo.com/cms/pt-

br_br/5675.htm > acesso em 25/03/2013. JMT, 2013, disponível em , <http://www.eletricajmt.com.br

/product.php?id_product=318> acesso em 26/02/2013. MARIO 2011, disponível em <http://www.marioloureiro.net/tecnica /pneumatica/fundamentos3.pdf> acesso em 23/04/2013. MICROAUTOMACION 2010, disponível em catalogo de cilindros

<http://www.microautomacion.com/catalogo/Cilindros.pdf> Acesso em 13 de março de 2013.

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Pereira 2011, disponível em <http://www.sabereletronica.com.br /secoes/leitura/1820>; Pereira. F, Artigo fonte de alimentação, Acesso

em 25/04/2013. SENSE 2012, disponível em <http://www.sense.com.br/idiomas/pt_BR //arquivos/produtos/arq2/Indutivos.pdf> acesso em 10/04/2013.

SILVA, D, A, S 2012, disponível em <http://www.ebah.com.br/content/ ABAAAAgfgAB/pneumatica-basica> (Diego Almir Silva da Silva ) Acesso em 13 de março de 2013.