2. Out/2007
O que é Automação
Automação (do inglês Automation), é um sistema automático de
controle pelo qual os mecanismos verificam seu próprio funcionamento,
efetuando medições e introduzindo correções, sem a necessidade da
interferência do homem.
Existem diversas maneiras de explicar o que é pneumática, mas
basicamente, observando as atuais aplicações, pneumática é a técnica
de transformar a pressão e o deslocamento de ar em movimentos
mecânicos
Automação pneumática, é utilizar de componentes pneumáticos
(movidos por ar comprimido), para criar sistemas automáticos que
facilitarão/dispensarão o auxílio do homem em processos de produção.
3. Out/2007
COMPOSIÇÃO DO AR ATMOSFÉRICO
O ar é um conjunto de gases formado por Oxigênio(21%), Nitrogênio(77%), Hidrogênio(1%),
vapores de água, monóxido de carbono, dióxido de carbono, partículas sólidas e gases
nobres como Argônio, Xenônio, Criptônio, Neônio, Radônio e Hélio(1%)
O ar não tem forma definida e se adapta facilmente a qualquer recipiente
O ar se deforma ao menor esforço aplicado sobre o mesmo
Estado físico da matéria:
SÓLIDO: Moléculas entrelaçadas sem espaço entre elas. Incompressível. Sua
estrutura molecular é rígida.
LÍQUIDO: Praticamente incompressível. Sua estrutura molecular apresenta fluidez.
GASOSO: Moléculas separadas e com tendência a separação. Muito compressível.
4. Out/2007
O que é Ar comprimido
Uma das principais propriedades físicas do ar é a compressibilidade, que é a redução do
volume da estrutura molecular. O AR, assim como todos os gases não tem forma definida e
se adapta à qualquer recipiente, adquirindo seu formato. Assim podemos confiná-lo num
recipiente com volume determinado e posteriormente provocar-lhe uma redução de volume
usando de suas propriedades. As demais propriedades físicas do ar são:
ELASTICIDADE: Propriedade que possibilita o ar retornar ao seu volume inicial
uma vez extinto o efeito (força) responsável pela redução de seu volume. Deformação
elástica, é o inverso da compressibilidade
5. Out/2007
PROPRIEDADES FÍSICAS DO AR
DIFUSIBILIDADE: Propriedade do ar que lhe permite misturar-se
homogeneamente com qualquer meio gasoso que não esteja saturado.
EXPANSIBILIDADE: Propriedade do ar que lhe possibilita ocupar
totalmente o volume de qualquer recipiente,adquirindo seu formato
6. Out/2007
Histórico da evolução do ar comprimido
Origem da palavra – Pneumática
Pneuma (do grego – Alma/sopro)
Eventos importantes
250 aC – Ktesíbios: primeiro engenheiro da história, viveu em Alexandria e
foi o primeiro homem a se interessar pela pneumática, ou seja. A utilização
do ar para executar trabalhos do cotidiano
10 a 70 dC – Heron: engenheiro, matemático e geômetra, Heron criou uma
série de dispositivos e equipamentos envolvendo a aplicação de ar
comprimido e vapor. Dentre alguns de seus inventos estão o primeiro motor
à vapor, as primeiras portas automáticas, o autômato de Heron, dentre
outros.
1688 – Denis Papin – Primeira máquina à pistão – Panela de pressão
1762 – John Smeaton – Cilindro soprador (bomba de bicicleta)
1776 – John Wilkinson – Protótipo do compressor
1869 – Primeiro freio Pneumático – Westinghouse
1888 – Distribuição de ar em Paris – Victor Pop
7. Out/2007
Principais Vantagens da Pneumática
Simples construção dos elementos
Fácil armazenamento e transporte
Tecnologia limpa
Alta velocidade dos atuadores
Não possui propriedades explosivas
Variações de temperatura não influenciam nas características de
funcionamento
Baixo custo dos elementos de automatização
8. Out/2007
Principais Aplicações da Pneumática
Atuação de válvulas de processo para vapor, água, produtos químicos, etc.
Movimentação de portas pesadas e/ou quentes
Siderurgia
Manipulações de peças e equipamentos nas industrias em geral
Industria de mineração
Industrias automobilística
Industrias Navais
Industrias Alimentícias
Industrias Químicas e farmacêuticas
e muito mais... A Limitação está vinculada à criatividade do usuário.
9. Out/2007
Sistema Pneumático Básico
Um Sistema Pneumático Básico é composto por dois subsistemas:
Produção Consumo
Compressor
Motor Elétrico
PressostatoVálv. Retenção
Reservatório
Manômetro
Dreno Automático
Válv. Segurança
Secador de Ar
Filtro de linha
Ponto de rede
Dreno Automático
Unidade de prep. ar
Válv. Direcional
Cilindro
Regulador de Fluxo
10. Out/2007
Sistema de Produção de Ar
01 – Compressor – equipamento que irá pegar o ar atmosférico e comprimi-lo à pressão de
trabalho dos sistemas pneumáticos.Transforma a energia mecânica em energia pneumática.
02 – Motor elétrico – Fornece a energia mecânica para o compressor. Transforma a
energia elétrica em energia mecânica.
03 – Pressostato – responsável pelo acionamento e desacionamento do motor elétrico, de
acordo com a pressão do ar comprimido dentro do tanque reservatório.
04 – Válvula de retenção – Impede que o ar comprimido do reservatório retorne para o
compressor
05 – Reservatório – Tem a função de armazenar o ar comprimido, reduzir a pulsação do
fornecimento de ar proveniente do compressor de pistão e é responsável por aumentar a
pressão do ar.
06 – Manômetro – Indica a pressão do ar no reservatório.
07 – Dreno automático – Drena o condensado do reservatório, sem supervisão
08 – Válvula de segurança – Caso a pressão do reservatório esteja superior aos valores de
segurança, ela liberará para exaustão o ar do reservatório.
09 – Secador de ar por refrigeração – Reduz a temperatura do ar comprimido para
evidenciar a umidade relativa e eliminá-la da rede.
10 – Filtro de linha – Ajuda a eliminar partículas, água e óleo da rede de ar comprimido
11. Out/2007
Sistema de Consumo de Ar
01 – Ponto de rede – É a saída de ar da tubulação principal e ocasionalmente pode
conduzir alguma impureza, umidade e óleo.
02 – Dreno automático – Elimina o condensado acumulado no ponto mais baixo da rede.
Há alguns diferentes modelos de dreno para diferentes tipos de aplicação.
03 – Unidade de preparação de ar / FRL – equipamento responsável por filtrar, regular
ajustando à pressão de trabalho o ar comprimido da rede e ocasionalmente, quando
necessário, adicionar lubrificante ao ar comprimido
04 – Válvula Direcional – É o equipamento que irá direcionar o fluxo de ar para
determinadas utilizações
05 – Atuador – É o equipamento que irá transformar o ar comprimido em energia
mecânica / movimentos retilíneos, angulares ou rotativos.
06 – Controladores de velocidade / Reguladores de fluxo – Responsável por controlar a
velocidade dos atuadores pneumáticos.
18. Out/2007
- Grande variedade de acessórios
- Grau de filtragem padrão de 5µm (opções 40µm, 0,3µm e 0,01µm)
- Diversas possibilidades de montagem modular
- Manômetro embutido opcional
- Dreno automático opcional
- Fácil montagem/desmontagem
- Tamanho compacto
- Trava para a manopla do regulador opcional
- Válvula de fechamento com possibilidade de travamento com cadeado
Unidade de Preparação de Ar – F.R.L.
19. Out/2007
Filtros Modulares
O filtro modular têm a função de proteger os
equipamentos que estão instalados nos dispositivos
pneumáticos.
Para uma melhor compreensão os filtros modulares são
normalmente divididos em duas categorias : filtros
padrão e filtros coalescentes.
O filtro padrão é o mais largamente aplicado na indústria,
e tem seu grau de filtragem variando de 5 a 40 µm.
Os filtros coalescentes são mais específicos e são
utilizados para aplicações onde se requer uma maior
qualidade no ar, como por exemplo aplicações em
instrumentos de precisão, salas limpas,
20. Out/2007
Filtro Padrão - AF
O Filtro Padrão utiliza o princípio de ciclone, motivo pelo
qual também é conhecido com filtro ciclônico ou de
turbilhão.
O ar entra no filtro e passa pelo defletor superior, que gera
um movimento ciclônico do ar. Este movimento arremessa
as partículas mais pesadas e as gotículas de água que
estiverem sendo carregadas pelo ar contra a parede do
copo.
O defletor inferior impede que o ar comprimido carregue
as partículas e a água acumulada no fundo do copo e força
o ar a subir, passando pelo elemento filtrante (de fora para
dentro).
21. Out/2007
Filtro Coalescente – AFM/AFD
O filtro coalescente é utilizado para filtragem mais fina do
ar comprimido.
O ar passa pelo elemento filtrante de dentro para fora. O
elemento possui várias camadas que possibilitam atingir
um grau de filtragem de até 0,01 µm.
O grau de filtragem atingido pelos filtros coalescentes é
indicado para aplicações que requerem maior qualidade
do ar comprimido, tais como : instrumentação, processos
de pintura de alta qualidade, salas limpas, processos de
embalagem e transporte de pó.
22. Out/2007
Regulador de Pressão - AR
O Regulador de Pressão é um equipamento
indispensável para qualquer aplicação onde se utiliza o
ar comprimido como fonte de energia.
Suas funções básicas é a regulagem da pressão do ar
comprimido a ser utilizado e sua estabilidade.
23. Out/2007
Regulador de Pressão de Precisão - IR
O regulador de Pressão de Precisão é um equipamento
indispensável para aplicações onde não pode haver
variação na pressão do ar comprimido.
Suas funções básicas é a regulagem da pressão do ar
comprimido a ser utilizado em equipamentos precisos
(posicionadores precisos,equipamentos de teste e etc...)
25. Out/2007
Filtro Regulador AW
Função
Eliminar o condensado e filtrar impurezas
Regular a pressão de rede para pressão de utilização
Grau de filtragem – 5 microns
Pressão de funcionamento - de 0.1 a 1.0Mpa (1 a 10 bar)
Modelos
AW1000 M5
AW2000 1/8 1/4
AW3000 1/4 3/8
AW4000 1/4 3/8 1/2
AW4000-06 3/4
Fluido – Ar comprimido
Temperatura de trabalho – de -5°C a 60°C
Tamanho reduzido
Montagem modular
Vazões de 150 a 4000 l/min
26. Out/2007
Lubrificador para Ar Comprimido - AL
O Lubrificador (AL) é utilizado para enviar o lubrificante
até os componentes internos moveis equipamentos
pneumáticos diminuindo assim o atrito entre eles e
tendo como conseqüência o aumento do rendimento e
sua vida útil.
Utilizar Lubrificantes somente em equipamentos que
realmente necessitam, e sempre usando instruções do
fabricante do mesmo.
Obs: O lubrificante além do custo é prejudicial ao meio
ambiente.
27. Out/2007
Válvula Manual 3/2 vias com Trava de Segurança - VHS
Válvula utilizada para a despressurização
segura de sistemas pneumáticos.
Este equipamento é indispensável na
aplicação de sistemas automatizados que
visa a segurança dos equipamentos de
manipulação e operadores.
29. Out/2007
Transdutores de fluxo PF2W/PF2A
Medidor / indicador de fluxo(variável do ar
comprimido responsável pela velocidade
dos atuadores pneumáticos)
Transforma um sinal programado de fluxo
em sinal elétrico
Interface amigável de fácil e rápida programação
Sinal de saída digital e/ou analógico
Melhor opção custo/benefício do mercado
Medição “In Line” do fluxo, sem desperdício
do ar comprimido (Rotâmetro)
30. Out/2007
Pressostatos/Vacuostatos ISE30/ZSE30
Medidor/indicador de pressão(variável do ar comprimido
responsável pela força dos atuadores pneumáticos)
Transforma o sinal de pressão ou vácuo em sinal elétrico
Design compacto – facilita instalação
Função de manômetro/vacuômetro
Display de 2 cores que pode ser programado de acordo
com a aplicação
Interface amigável de fácil e rápida programação
Saída digital ou analógica
Para ar comprimido, gases inertes e gases não inflamáveis
Classe de proteção IP40
31. Out/2007
Reguladores de pressão proporcional ITV
Controle de regulagem de pressão mediante a
uma variação analógica
Possui sensor para calibração
Classe de proteção IP65
Display de LED – fácil visualização
Não possui consumo de ar em condições de equilíbrio
Interface amigável de fácil e rápida programação
Melhor custo/benefício do mercado
Saída analógica ou digital
Dimensões reduzidas
Comunicação com protocolo DEVICENET ou CClink
Montagem em bloco manifold para até 8 válvulas
Opção para controle de vácuo
Alta velocidade de resposta: menos de 0.1 segundo
Alta estabilidade
34. Out/2007
O ar comprimido é uma importante forma de energia, insubstituível em diversas
aplicações. Atualmente cerca de 5 bilhões de toneladas de ar são comprimidas por
ano em todo planeta , gerando um consumo de 400 bilhões de kWh a um custo de 20
bilhões de dólares. ( Aproximadamente 32.2 bilhões de reais )
São números astronômicos, que provocam um grande impacto no meio ambiente ,
mas que poderiam ser substancialmente reduzidos com medidas racionais.
O sistema pneumático é uma transmissão de energia e um sistema de consumo
sendo assim pesquisas e desenvolvimentos de sistemas de redução de consumo de
energia é um tema muito importante do ponto de conservação ambiental.
A SMC como fabricante de componentes pneumáticos fornece componentes
altamente avançados e diversificados onde um dos principais focos é o baixa
potência de consumo dos produtos eletro/eletrônicos e a máxima eficiência dos
equipamentos pneumáticos.
Introdução
35. Out/2007
Introdução ao SMC “ Energy Saving”
O conceito do energy saving foi criado em 1997 pelo “Professor” Nakamura, baseado
no protocolo de Kyoto buscando a redução de emissão de CO2.
Desde esse período a SMC Mundial, tem informado seus clientes sobre as vantagens
em economia de energia que os produtos SMC aferecem
Clientes nos EUA, Japão, Coréia, Europa e América do Sul, através da implantação
dos produtos SMC Energy Saving, tem coneguido resultados significativos na
economia de energia elétrica.
37. Out/2007
(Custos de 10 anos de um sistema de ar comprimido)
Custo dos equipamentos e instalações
(compressores, filtros, etc):
Custos de manutenção do sistema de compressão no
período:
Custo de energia elétrica consumida pelo sistema no
período:
80%
15%
5%
38. Out/2007
Custo dos Vazamentos
1 - Para calcular os custos de uma vazamento de ar é necessário saber a pressão
na qual estamos trabalhando, e utilizar a tabela abaixo para sabermos qual o
consumo de energia para então convertermos o consumo em gastos com
desperdício
VAZAMENTO EM
l/min
PRESSÃO DE
TRABALHO 0,6 MPa
CV KW
1 60 0,4 0,3
3 600 4,2 3,1
4 1600 11,2 8,3
10 6300 44 33
φ DO FURO
(mm)
POTÊNCIA GASTA PARA
COMPRESSÃO
Como calcular o desperdício :
Volume em m3 * taxa de conversão de KW * horas trabalhadas * dias trabalhados * Preço do kWh
Taxa de conversão : Para gerar 1000 l/min a 0,6 MPa são necessários 5,17 KW
40. Out/2007
Atuadores Pneumáticos
São os equipamentos que irão transformar o ar comprimido em deslocamento,
energia mecânica.
Através dos atuadores pneumáticos, é possível conseguir movimentos retilíneos
giratórios e angulares.
41. Out/2007
Atuadores Pneumáticos
Cilindros de ação simples
Nos atuadores de ação simples, o ar comprimido executa uma única tarefa, um
único movimento, o de avanço ou o de retorno.
Quando interrompemos o fluxo de ar para o cilindro pneumático, uma mola se
encarrega de reposicionar o atuador à sua posição inicial.
Dessa forma, classificamos os atuadores de duas formas:
Cilindro de ação simples – Retorno por mola
Cilindro de ação simples – Avanço por mola
42. Out/2007
Atuadores Pneumáticos
Cilindros de ação dupla
Nos atuadores de ação dupla, o ar comprimido é responsável pelos dois
movimentos do atuador, o de avanço e o de retorno. Os atuadores de ação dupla
podem ser construídos seguindo diversas normas internacionais, dentre elas as
normas ISO-6431, ISO-6432, DIN-24562, dentre outras, essas são as principais.
Os atuadores/cilindros pneumáticos também podem ser construídos com
algumas características especiais, como haste passante, sistema anti-giro, guias
lineares, compactos, sem haste... Dentre outros, visando atender as reais
necessidades do usuário.
43. Out/2007
Atuadores Pneumáticos
Descrição das partes de um cilindro pneumático
Haste
Raspador da
Haste
Cabeçote
Dianteiro Cabeçote
Traseiro
Bucha de
amortecimento
Camisa
Conexão
de avanço
Conexão
de retorno
Tirantes
Embolo
Vedação do
amortecimento
Anel Magnético
Anel guia da Haste
Vedação do
Embolo
Anel guia do
Embolo
45. Out/2007
Atuadores Pneumáticos
Cilindro Sem Haste
Neste tipo de construção de atuadores de ação dupla, não há uma haste que se
movimenta e sim um carrinho preso ao corpo do cilindro
46. Out/2007
Cilindro sem haste MY3A/3B
Design diferenciado – maior resistência à cargas de torção
Opcional de rótula de compensação Mecânica
Redução da altura em até 36% se comparado com os concorrentes
Redução do comprimento total em até 140mm
Opcionais de amortecimento de final de curso elástico ou pneumático
Diâmetros de 16 a 63mm
Velocidade média de funcionamento de até 300mm/seg.
Curso de até 3000mm
52. Out/2007
Válvulas Direcionais
As válvulas direcionais são responsáveis pelo
direcionamento do fluxo de ar para a condição de
trabalho do sistema pneumático. São as válvulas
direcionais que irão determinar se um atuador irá
avançar ou retornar, girar no sentido horário ou anti-
horário.
As válvulas direcionais também podem ser utilizadas
para acionar outras válvulas, de acordo com as
condições do circuito de comando do sistema
pneumático.
São classificadas pelo número de vias, número de
posições, tipo de acionamento, característica construtiva
e bitola.
53. Out/2007
Função :
Direcionar o fluxo de ar para a execução de uma tarefa
Informações necessárias para se identificar uma válvula :
- Número de vias
- Número de Posições
- Informações Adicionais *
- Tipo de Acionamento
- Tipo de retorno *
54. Out/2007
Vias :
Pontos de pressão , utilização e escape de ar de uma válvula
As vias, são os caminhos por onde passará o fluxo de ar
comprimido
Posições :
Quantidade condições que a válvula pode assumir,
passagem do fluxo para a saída A ou B da válvula.
55. Out/2007
Válvulas Direcionais
Tipos de acionamento
A válvula direcional pode ter quatro tipos de acionamento
Acionamento Muscular: é todo acionamento que o operador irá acionar
Acionamento Mecânico: é todo acionamento que a máquina/dispositivo irá
acionar
Acionamento Elétrico: é o acionamento por uma bobina/solenóide – corrente
elétrica
Acionamento Pneumático: é o acionamento por ar comprimido - piloto
59. Out/2007
VÁLVULAS DE ACIONAMENTO PNEUMÁTICO (PILOTADAS)
O acionamento da válvula é feito através da conexão de pilotagem. Quando o piloto é
acionado, o carretel se movimenta e a pressão é direcionada para a via desejada.
CONEXÕES DE PILOTAGEM
CONEXÃO DE PILOTAGEM
63. Out/2007
TIPOS DE VEDAÇÃO
Quanto ao tipo de vedação as válvulas podem ser:
- VÁLVULAS COM VEDAÇÃO METÁLICA:
A vedação é feita entre duas peças de aço inoxidável com folga de 0,03mm.
Possui um vazamento interno normal na ordem de 1 l/min. A durabilidade
destas válvulas pode atingir os 200 milhões de ciclos.
- VÁLVULAS COM VEDAÇÃO EM BORRACHA:
A vedação é feita por anéis de borracha. Devido ao desgaste a durabilidade
este tipo de válvula é menor, porém pode alcançar os 50 milhões de ciclos.
66. Out/2007
TIPOS DE MONTAGENS ELÉTRICAS
Corpo Roscado – Para montagem direta
Montagem em Base – Com ligações elétricas individuais
Montagem em Base – Com ligações elétricas Plug-in
67. Out/2007
VÁLVULAS DE CORPO ROSCADO
As válvulas de Corpo Roscado podem tanto ser utilizadas sozinhas como
montadas em “manifold’s” ou “ilhas de válvulas”.
68. Out/2007
VÁLVULAS PARA MONTAGEM EM BASE
As válvulas para montagem em base deve ser montadas em bases individuais
(sub plate) ou em “manifold’s” ou “ilhas de válvulas”
69. Out/2007
VÁLVULAS PARA MONTAGEM PLUG-IN
A montagem em base ligações plug-in dispensa as ligações elétricas
individuais das válvulas. O manifold recebe uma única ligação elétrica de
entrada e a distribuição para as válvulas é feita por dentro do bloco, através de
fiação ou de conectores elétricos.
71. Out/2007
Abaixo temos um quadro comparativo do desempenho de
equipamentos de diferentes fabricantes
Fabricante Série Consumo
(W)
Resposta Tempo de vida
útil em ciclos
SY 0,35W 10ms 50 000 000
VQC vedação
metálica
1,0W
(0,5W) 10ms 200 000 000
CPE 1,5W 16ms 15 000 000
CPV 1,5W 16ms 15 000 000
MFH 4,5W 10ms 15 000 000
B3 1,2W 22ms 15 000 000
PVL 1,2W 22ms 15 000 000
SMC
Válvulas solenóide 1/8
Concorrente
nº2
Concorrente
nº1
72. Out/2007
Em um sistema com os seguintes componentes
500 válvulas com acionamentos em 1Hz , 24h
500 x 4,5 = 2,250kW x 24h = 54 kWh/dia x 30dias = 1620 kWh kWh/mês x R$0,25 =
Válvulas de outros fabricantes 4.5W
R$405,00 por mês!
R$4.860,00 por ano!
Valor por cada kWh: R$0,25
Válvulas SMC série VQC vedações metálicas 0.5W:
500 x 0,5 = 0,25KW x 24h = 6 KWh/dia x 30dias = 180 KWh/mês x R$0,25 =
R$45,00 por mês!!!
R$540,00 por ano!
