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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):

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

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

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

1. Abrir novo projecto → seleccionar tipo (pneumático, hidráulico, eléctrico)
2. Da biblioteca, arrastar: FRL (ar) ou bomba (hidráulico) → posicionar no canto superior esquerdo
3. Arrastar a válvula direccional → posicionar no centro
4. Arrastar o cilindro → posicionar à direita
5. Ligar os condutores: P da FRL → P da válvula; A da válvula → câmara A do cilindro; B da válvula → câmara B; R → silenciador
6. Adicionar sensores magnéticos nos fins de curso do cilindro
7. Criar o circuito eléctrico de comando (em separado ou integrado)
8. Editar os parâmetros: pressão de trabalho, diâmetro do cilindro, caudal da FRL
9. Clicar Run → observar a simulação

Sebenta elaborada para a UC02950 do curso TMIM — Aulify Platform Versão 1.0 — 2026