Desenho Técnico de Esquemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos
Sebenta UC02950 — Esquemas Eletropneumáticos e Eletro-Hidráulicos
1. Norma ISO 1219 — Simbologia Pneumática e Hidráulica
1.1 Princípios da Norma
A norma ISO 1219 define a simbologia para componentes pneumáticos, hidráulicos e eletropneumáticos. Os símbolos são independentes das dimensões e construção física dos componentes — representam apenas a função.
Regras gerais: - Símbolos são desenhados na posição de repouso (não actuado) - As vias são indicadas por letras: P (pressão/alimentação), T (tanque/escape), A e B (ligações de trabalho), X e Y (pilotagem) - Condutores de fluido: linhas sólidas (alimentação/retorno); linhas traçadas (pilotagem/sinal)
1.2 Válvulas Direccionais — Notação X/Y
2/2: 2 vias, 2 posições (aberto ou fechado) 3/2 NA: 3 vias, 2 posições, normalmente aberta (P ligado a A em repouso) 3/2 NF: 3 vias, 2 posições, normalmente fechada (P bloqueado em repouso) 4/2: 4 vias, 2 posições (P-A e B-T ou P-B e A-T) 4/3: 4 vias, 3 posições (centro bloqueado, centro em deriva, centro conectado a T) 5/2: 5 vias, 2 posições (mais versátil; tem 2 saídas de escape separadas) 5/3: 5 vias, 3 posições
Métodos de accionamento: - Manual: botão, alavanca, pedal - Mecânico: came, mola, rebatedor - Pneumático: piloto, piloto diferencial - Eléctrico: solenoide (bobine) - Combinado: solenoide + retorno mola; solenoide duplo
1.3 Válvulas de Caudal
Estrangulador fixo: resistência fixa ao fluxo (seta bloqueada) Estrangulador ajustável: resistência ajustável Válvula reguladora de caudal unidireccional (check + throttle): estrangula num sentido, caudal livre no outro — muito usada em circuitos de controlo de velocidade de cilindros
1.4 Outros Componentes Pneumáticos
Unidade FRL (Filtro-Regulador-Lubrificador): Tripla unidade de preparação do ar comprimido: 1. Filtro: remove condensados e partículas sólidas (malha 5–40 µm) 2. Regulador: mantém pressão constante a jusante independentemente das variações de consumo 3. Lubrificador: nebuliza óleo no ar para lubrificar válvulas e cilindros com vedantes de borracha (NÃO usar em cilindros com vedantes PTFE!)
Silenciador: reduz o ruído da exaustão (obrigatório em instalações industriais com nível de ruído controlado)
2. Circuitos Pneumáticos
2.1 Circuito de Cilindro Simples Acção
Componentes: compressor + FRL + válvula 3/2 NF (botão) + cilindro simples acção (com mola)
Sequência: - Botão não premido: válvula 3/2 em posição NF → câmara de pistão ligada ao escape → mola retrai o êmbolo - Botão premido: válvula comuta → P ligado a A → ar entra → êmbolo avança contra a carga - Soltar botão: mola da válvula retorna → câmara escape → mola do cilindro retrai
Forças num cilindro pneumático:
$$F_{avançar} = P \times A_{pistão} - F_{carga} - F_{atrito}$$ $$F_{recuar} = P \times A_{anel} - F_{carga} - F_{atrito}$$
Onde A_anel = A_pistão - A_haste
2.2 Circuito de Dupla Acção com Controlo de Velocidade
Componentes: FRL + válvula 5/2 solenoide duplo (Y1/Y2) + 2 válvulas reguladoras de caudal unidirec. + cilindro dupla acção + 2 sensores magnéticos (S1, S2)
Controlo de velocidade por meter-out: - Válvula reguladora na linha de retorno - O ar de saída é estrangulado → cria contra-pressão → cilindro move-se lentamente mesmo com pressão alta na entrada - Estável mesmo com variações de carga
Diagrama espaço-fase (x-t):
Posição A:
0 ─── avanço lento ─── 1 ─── retorno rápido ─── 0
└─ Y1 activo └─ S2 detecta fim de curso → Y2 activo
2.3 Circuito de Sequência A+ B+
Sequência pretendida: Cilindro A avança (A+), depois cilindro B avança (B+), depois A recua (A-), depois B recua (B-).
Componentes: - 2 cilindros de dupla acção (A, B) - 2 válvulas 5/2 solenóide duplo (VA com Y1/Y2, VB com Y3/Y4) - 4 sensores magnéticos: a0 (A recuado), a1 (A avançado), b0 (B recuado), b1 (B avançado) - PLC ou relés de controlo
Tabela de lógica (com PLC — linguagem Ladder):
| Passo | Condição de activação | Acção |
|---|---|---|
| 1 → 2 | S_start AND a0 AND b0 | Y1 = ON (A avança) |
| 2 → 3 | a1 | Y1 = OFF; Y3 = ON (B avança) |
| 3 → 4 | b1 | Y3 = OFF; Y2 = ON (A recua) |
| 4 → 1 | a0 | Y2 = OFF; Y4 = ON (B recua); depois Y4 = OFF |
3. Controlo Eléctrico — Electroválvulas e Sensores
3.1 Sensores de Posição para Pneumática
Sensores magnéticos (reed switch ou Hall effect): - Montados na calha do corpo do cilindro - Detectam o anel magnético incorporado no êmbolo - Saída: NA ou NC; 5–30V DC; corrente ≤ 100 mA - Ajuste: deslizar ao longo da calha até posição desejada; apertar parafuso de fixação
Sensores indutivos: - Detectam metais ferrosos (e alguns não ferrosos) - Não adequados para detecção interna de cilindro - Usados para posição de mesas, batentes mecânicos
Sensores ópticos (reflexão ou barreira): - Detecção sem contacto de qualquer material - Mais caros; adequados para detecção de peça em posição
3.2 Diagrama Trajectória-Passo (x-t Diagram)
O diagrama trajectória-passo é uma ferramenta de análise que representa graficamente: - No eixo X: passos sequenciais da operação - No eixo Y: posição de cada cilindro (0 = recuado, 1 = avançado)
Regras de construção: 1. Listar todos os movimentos em sequência temporal 2. Para cada movimento, indicar qual cilindro se move e em que direcção 3. Marcar os sinais dos sensores que activam cada transição 4. Derivar a lógica de comando a partir do diagrama
Exemplo para A+ B+ A- B-:
Passo: 0 1 2 3 4 0
│ │ │ │ │ │
A: ─────┤ ──┤────┤── ┤ │────┤
rec. │A+ │avç │ A-│rec.│
│ │ │ │ │ │
B: ─────┼────┤ ──┼────┤── ┼────┤
rec. │ B+│avç │ B-│rec.│
Sensores: a0 a1 b1 a0 b0
4. Simbologia e Circuitos Hidráulicos
4.1 Diferenças entre Pneumática e Hidráulica
| Aspecto | Pneumática | Hidráulica |
|---|---|---|
| Fluido | Ar comprimido | Óleo mineral |
| Pressão típica | 4–12 bar | 50–350 bar |
| Força típica | até 30 kN | até 10 000 kN |
| Compressibilidade | Alta (ar) | Baixa (óleo) |
| Velocidade actuador | Alta (0,1–1,5 m/s) | Média (0,01–0,5 m/s) |
| Precisão de posição | Baixa | Alta |
| Custo de instalação | Baixo | Alto |
| Risco ambiental | Baixo | Alto (derrame de óleo) |
4.2 Símbolos Hidráulicos — Detalhes
Válvula de alívio (pressure relief valve): - Símbolo: quadrado com linha de cruzamento + mola + piloto interno - Função: limita a pressão máxima no circuito (protecção contra sobrepressão) - Liga a linha de pressão ao tanque quando P > P_setpoint
Válvula redutora de pressão: - Símbolo: semelhante à válvula de alívio mas com piloto externo a jusante - Função: mantém pressão constante (inferior) num ramal do circuito
Válvula de sequência: - Abre apenas quando a pressão a montante atinge o valor de setpoint - Garante que o cilindro 1 completou o seu avanço (com carga) antes do cilindro 2 começar
Válvula de equilíbrio (counterbalance valve): - Evita que carga vertical (peso) faça o cilindro descer de forma não controlada - Pressão de abertura = pressão gerada pela carga × 1,3 (margem de segurança)
4.3 Cálculo de Forças e Velocidades
Força de avanço de um cilindro hidráulico: $$F = P \times A = P \times \frac{\pi D^2}{4}$$
Velocidade de avanço: $$v = \frac{Q}{A} \quad [m/s] \text{ se Q em } m^3/s, A \text{ em } m^2$$
Potência hidráulica: $$P_{hid} = Q \times \Delta P \quad [W] \text{ se Q em } m^3/s, \Delta P \text{ em } Pa$$
Rendimento global de um sistema hidráulico: $$\eta = \eta_{vol,bomba} \times \eta_{mec,bomba} \times \eta_{vol,motor} \times \eta_{mec,motor}$$
5. Fluidodinâmica Básica
5.1 Lei de Continuidade e Equação de Bernoulli
Lei de continuidade: $$Q = A_1 \times v_1 = A_2 \times v_2 = \text{constante}$$
Implicação: Numa secção estreita (A pequeno), a velocidade é maior.
Efeito nas válvulas de estrangulamento: Ao reduzir a secção de passagem, a velocidade do fluido aumenta e a pressão diminui (Bernoulli). O caudal que passa é função da diferença de pressão e da área de estrangulamento:
$$Q = C_d \times A_v \times \sqrt{\frac{2\Delta P}{\rho}}$$
Onde Cd é o coeficiente de descarga (tipicamente 0,6–0,8) e ρ é a densidade do fluido.
5.2 Viscosidade e Selecção de Óleo Hidráulico
| Classe ISO VG | Viscosidade a 40°C (cSt) | Temperatura de trabalho típica | Aplicação |
|---|---|---|---|
| VG32 | 28–35 | -10°C a +50°C | Máquinas leves, circuitos de alta velocidade |
| VG46 | 41–51 | 0°C a +65°C | Uso geral industrial |
| VG68 | 61–75 | +10°C a +80°C | Máquinas pesadas, temperatura elevada |
| VG100 | 90–110 | +20°C a +90°C | Prensas, cilindros de alta pressão |
6. Utilização do Software FluidSIM
6.1 Interface e Elementos Principais
FluidSIM (Festo) é um software de simulação para circuitos pneumáticos, hidráulicos e eléctricos, com os seguintes módulos: - Editor: arrastar componentes da biblioteca para a área de trabalho; ligar com condutores - Biblioteca: todos os componentes ISO 1219; parâmetros editáveis - Simulador: botão Run → anima o circuito em tempo real - Medições: adicionar instrumentos (manómetro, caudalímetro, etc.) em qualquer ponto
6.2 Procedimento para Criar um Circuito no FluidSIM
- Abrir novo projecto → seleccionar tipo (pneumático, hidráulico, eléctrico)
- Da biblioteca, arrastar: FRL (ar) ou bomba (hidráulico) → posicionar no canto superior esquerdo
- Arrastar a válvula direccional → posicionar no centro
- Arrastar o cilindro → posicionar à direita
- Ligar os condutores: P da FRL → P da válvula; A da válvula → câmara A do cilindro; B da válvula → câmara B; R → silenciador
- Adicionar sensores magnéticos nos fins de curso do cilindro
- Criar o circuito eléctrico de comando (em separado ou integrado)
- Editar os parâmetros: pressão de trabalho, diâmetro do cilindro, caudal da FRL
- Clicar Run → observar a simulação
Sebenta elaborada para a UC02950 do curso TMIM — Aulify Platform Versão 1.0 — 2026