Helder Anibal Hermini
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A história da Automação
Desenvolvimento
comprimido
da
técnica
do
ar
Propriedades do ar comprimido
Vantagens e desvantagens da utilização
da pneumática
Unidades de medida e fundamentos
físicos
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Prólogo
O Homem no decorrer do seu pro
cesso evolutivo, em determinado momento
necessitou de fontes de energia para
produzir trabalho.
No inicio, utilizou a própria força
muscular, Em seguida utilizou a energia de
animais,
e
de
elementos
da
natureza: Tração animal (Cavalos, Mul
as), Força Eólica (Moinhos de Ventos,
Caravelas), e a Força Hidráulica (Rodas de
água).
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Prólogo
Dominando os elementos da natureza,
o homem prospectou minérios, descobriu o
ferro e os metais, aprendeu a moldar estes
metais, e criou a metalurgia. Que associada
ao fogo e a água, passou a gerar energia
através
da
pressão
do
vapor.
E foi esta energia
que passou a
impulsionar as máquinas e veículos do
mundo.
Contemos um pouco desta
evolução…
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Arquimedes
Matemático,astrônomo
e inventor. Notabilizou-se pela
descoberta
de
princípios
matemáticos para a medida de
áreas
e
volumes,
pela
invenção de máquinas para a
defesa
de
sua
cidade,
Siracusa,
e
de
diversos
princípios da mecânica dos
fluidos.
Chegaram até nossos
dias várias obras a respeito de
Geometria,
Hidrostática
e
outros ramos da Física que
exerceram grande influência
durante
Renascimento.
O
famoso
Princípio
de
Arquimedes é válido até hoje.
Mosaico do Período Greco-Romano que
mostra Arquimedes sentado à mesa,
estudando, interrompido por um
soldado romano.
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Arquimedes
No ano 212 A.C., a cidade de Siracusa foi
defendida por Arquimedes que, utilizando
espelhos côncavos formados por segmentos de
espelhos planos, incendiara a esquadra de
Marcelus. A invasão romana havia sido
derrotada pelo sol!. O foco formado pelo
conjunto de espelhos fora dirigido para as velas
das embarcações, cuja temperatura fora
suficiente para queimá-las.
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Ctesíbios
A utilização do ar para a
transmissão de energia
remonta ao terceiro século
antes de Cristo. Desta
época cito-se o uso da força
do ar como auxiliar no
acionamento de um órgão
de água, construído pelo
mecânico Ctesíbios (C. 270), em Alexandria.
O músico da E toca um órgão movido
a água; o da D, um chifre (cornu),
espécie de trombeta curva. Consta
que o órgão foi inventado pelo grego
Ctesíbios (c. -270).
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Heron de Alexandria
Heron de Alexandria (Egito) constrói
um dispositivo esférico, que girava movido
pela pressão de escape do vapor (Princípio
de ação e reação).
Denominou o seu
invento
de
Eulópila.
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Heron de Alexandria
Uma das grandes façanhas de
Heron foi o projeto um
dispositivo para a abertura dos
portais de um templo egípcio.
O ar aquecido pela chama do
templo,
pressurizava
um
recipiente subterrâneo com
água,
provocando
o
escoamento de porte dela para
um balde, cujo peso finalmente
movia o dispositivo de abertura.
As portas do templo ficavam,
portanto,
“automaticamente”,
abertas enquanto a chama
sagrada, no interior do altar,
permanecesse acesa!
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Heron de Alexandria
É de Heron também o desenvolvimento de
um órgão acionado pneumaticamente:
Um pistão movido por uma hélice do tipo
moinho de vento comprimia ar para dentro de um
reservatório em forma de sino, do qual se
encaminhava o ar para os tubos do árgão. É o
primeiro registro de construção de um reservatório
de ar comprimido objetivando a uniformização da
pressão e do fluxo do ar.
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Pascal
Em 1663 Blaise
Pascal publicou seus
trabalhos
sobre
o
multiplicação de forças
baseada no distribuição
homogêneo da pressão
estática.
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Dênis Papin
“Já que a água goza da propriedade
de que uma pequena quantidade dela
transformada em vapor por meio do
calor tem uma força elástica similar à
do ar, e de que por meio do frio se
transforma de novo em água, de
maneira que não sobra nem rastro
daquela força elástica, cheguei à
conclusão de que é possível construir
máquinas que no seu interior, por
meio de um calor não muito intenso,
se pode produzir um vazio perfeito,
que de maneira nenhuma poderia se
conseguido através da pólvora”.
Esta idéia se constituiu no ponto de partida
para aqueles que inventaram a máquina a vapor.
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Dênis Papin
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James Watt
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James Watt
Algumas máquinas a
vapor
foram
projetadas
aplicando a teoria de Papin,
porém estas apresentavam:
•Alto consumo de vapor,
•Ausência de válvulas de
segurança
•Funcionamento
sem
lubrificação,
•Abertura manual dos registros
de válvulas
Pensando
em sanar
estas deficiências, James Watt
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Grandes Eventos
A construção do túnel de 13,6 km em Mt. Cernis, nos
Alpes Suíços, em 1857, ensejou um marco importante na
evolução da tecnologia do ar comprimido. Com a perfuração
manual, previa-se um prazo de 30 anos para o término da
obra. A energia do vapor, para mover máquinas perfuratrizes,
não poderia ser transmitida com facilidade ao longo das
grandes distâncias em jogo, por causa dos problemas de
condensação. Em 1861 instalaram-se perfuratrizes de rocha
pneumáticas, do tipo de Impacto de Germano Sommeiller.
Quando as obras terminaram, em 1871, havia duas linhas
instaladas, de 7 km cada, marcando com grande sucesso a
utilização da transmissão de energia através do ar comprimido,
que não só reduziu drasticamente o tempo de execução da
obra, como também absorveu grande parcela da árdua tarefa
dos trabalhadores da construção do túnel.
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Século XIX
As experiências adquiridas na pneumática estimularam a
mecanização de diversos atividades em Paris como:
•Sistemas postais de distribuição de pacotes,
•Elevadores,
•Teares,
•Máquinas ferramentas.
Estes equipamentos pneumáticos eram alimentados por
uma rede urbana de ar comprimido, com uma potência
instalada que chegou a 18.000 kw em 1891. Porém, com o
advento do motor elétrico, também no fim do século passado,
persistiram apenas os equipamentos pneumáticos usados em
locais com perigo de explosões.
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Década de 50
A década de 50 ficou marcada pelas incursões
da pneumática na construção de elementos lógicos,
quando se percebeu que a transmissão de sinais no
ar pode ser feita a altas velocidades.
Iniciaram-se movimentos técnológicos para o uso
Intensivo de elementos lógicos fluídicos invés de
relês na automatização industrial, associando-os
aos sensores pneumáticos então já disponíveis
robustos confiáveis e duráveis.
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Década de 60
A pneumática começa a tomar vulto como um
recurso a mais, ao lado da hidráulica e da
eletricidade, para apoiar a mecanização e a
automatização industrial.
Quais foram os motivos por esta opção???
1. SIMPLICIDADE e BAIXO CUSTO de seus
componentes básicos,
2. VERSATILIDADE de seu uso para múltiplas
funções e sistemas de acionamento.
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Década de 70
Com a introdução de solenóides para o
acionamento da válvula de comando dos
atuadores pneumáticos, passou-se a usar
intensivamente os relês e as técnicas de
comando digital a eles associadas, para
reatar a lógica dos sinais dos sistemas de
comando.
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Década de 70
Até o final da década de setenta
predominava o uso dos elementos
pneumáticos em sistemas pneumáticos
puros e o dos relês em sistemas
eletropneumáticos.
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Década de 80
•A microeletrônica e a informática começam ser
implementadas maciçamente em equipamentos mecânicos e
no projeto de comandos pneumáticos.
•Os microprocessadores, microcontroladores e PLCs, a preços
cada vez mais competitivos substituem gradativamente os
elementos de processamento de sinal pneumáticos e os relês
da eletropneumática, provocando conseqüentemente também
o crescente uso dos sensores elétricos ou eletrônicos como
elementos de sinal.
•A combinação dos atuadores e suas válvulas de comando
pneumáticas com a microeletrônica e a informática acarretam
uma grande revolução na automação industrial.
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Pneumática
Vantagens e
desvantagens
Matéria que estuda o
movimento dos gases e
fenômenos
a
ele
relacionados.
As vantagens como
também as limitações
do uso da pneumática
resultam basicamente
de duas importantes
propriedades do ar:
Compressibilidade e
Baixa viscosidade.
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Principais vantagens da Pneumática
Energia facilmente
transportável;
armazenável
e
O meio de transporte de energia, o ar é
constantemente renovado pela sucção do
compressor,
sem
problemas
de
envelhecimento, e não são necessárias
canalizações de retorno;
O ar, como fluido de trabalho, não
causa problemas ao meio ambiente;
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Principais vantagens da Pneumática
Velocidades dos atuadores relativamente
grandes;
Fácil integração com a microeletrônica;
Possibilidade de integração com sistemas
de automação e controle;
Boa relação potência/peso;
Padronização e robustez dos componentes
pneumáticos;
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Principais vantagens da Pneumática
Enorme flexibilidade de usos e aplicações;
Fácil variação, contínua, das forças e
velocidades de atuação;
Durabilidade, segurança e facilidade de
operação;
Utilizável em ambientes explosivos;
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Principais vantagens da Pneumática
A sobrecarga não causa problemas de danos
nos componentes;
Praticamente insensíveis às mudanças de
temperatura, os componentes pneumáticos
podem ser usados em altas temperaturas.
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Principais desvantagens ou limitações
do uso da Pneumática
Desuniformidade de deslocamento do atuador
quando as forças são variáveis, devida à
compressibilidade do ar;
Limitação das forças máximas de trabalho;
Pouco
amortecimento,
devido
à
baixa
viscosidade do ar, propiciando o surgimento de
oscilações no movimento;
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Principais desvantagens ou limitações
do uso da Pneumática
Maiores custos da energia com o ar comprimido,
comparado com os da energia elétrica;
Ruídos;
Liberação de óleo nebulizado no ambiente de
trabalho quando não se usam canalizações para
o retorno do ar.
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As velocidades usuais nos atuadores
lineares são da ordem de 30 a 1500
mm/s, podendo-se em casos especiais,
atingir-se valores da ordem de 4 a 5
m/s. Para velocidades menores de 100
mm/s devem ser usados os cilindros
hidropneumáticos para se obter uma
melhor uniformidade de deslocamento
com forças variáveis. Neste caso podese chegar a valores de até 0,5 mm/s.
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As forças usuais obtíveis nos atuadores
pneumáticos são limitadas pelas máximas
pressões e diâmetros disponíveis.
Os custos para a obtenção do ar comprimido
crescem com o aumento da pressão de
trabalho.
Para se evitar consumos excessivos de ar
comprimido
utilizam-se
cilindros
com
diâmetros não maiores que 200 a 250 mm.
Conseqüentemente ficam limitadas as forças
de trabalho.
Os valores máximos usuais são de 30.000
Newtons.
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