Aula 4 - Atuadores lineares_CORRIGIDO

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Disciplina de Sistemas Hidráulicos e Disciplina de Sistemas Hidráulicos e 
PneumáticosPneumáticos
Atuadores lineares: funções, características e 
critérios de seleção
(Aula 4)
Prof. Fabiano Brites
Atuadores hidráulicosAtuadores hidráulicos
lineares:lineares:
- Convertem o trabalho
hidráulico em energia
mecânica;
- Promovem deslocamento
linear, diferente dos
atuadores rotativos.
Atuadores hidráulicos lineares:Atuadores hidráulicos lineares:
Atuadores hidráulicos lineares:Atuadores hidráulicos lineares:
Conceito: equipamento de um sistema hidráulico em que uma
quantidade de óleo é admitida, sob pressão, para dentro de um
cilindro (ou camisa), empurrando o pistão (ou êmbolo), que por sua
vez está conectado a uma haste, movimentando-a.
Atuadores hidráulicos lineares:Atuadores hidráulicos lineares:
Diferenças em relação ao atuador pneumático:
- Fluido utilizado (óleo);
- São submetidos a maiores esforços;
- São mais robustos (mais resistentes);
- Indicados para situações que aliam força
e controle de velocidade/parada;
- Exige dimensionamento a partir do diâmetro da haste (dh), pelo
Critério de Euler para evitar a deformação por flambagem da haste,
já que em geral são projetados unicamente para suportar cargas
axiais (de tração ou compressão);
- Dependendo de como eles são conectados às montagens
mecânicas, podem propiciar outros tipos de movimentos mecânicos.
Lembrando do conceito geral de flambagem:Lembrando do conceito geral de flambagem:
- Ocorre em peças esbeltas (seção transversal muito menor que o
comprimento) quando submetidas ao esforço de compressão axial;
- É considerada uma instabilidade elástica do componente, perdendo
sua estabilidade sem que o material atinja a tensão de escoamento;
- Tal colapso ocorre na direção de menor momento de inércia (J)
considerando sua seção transversal.
Atuadores lineares Atuadores lineares -- tipos de cilindros:tipos de cilindros:
Atuadores lineares Atuadores lineares -- tipos de cilindros:tipos de cilindros:
Dimensionamento básico de um atuador:Dimensionamento básico de um atuador:
- Definir a aplicação;
- Definir a força de avanço (Fa);
- Definir as extremidades de fixação (como será fixado?);
- Dimensionar o diâmetro da haste (dh) via cálculos (dhcalculado);
- Escolher via catálogo dos fabricantes o atuador com dhcomercial igual
ou superior ao calculado;
- Dimensionar as pressões e vazões relacionadas ao avanço e
retorno (Qr), e às condições especificadas ao projeto;
- Dimensionar as tubulações e outros componentes: válvulas,
bomba, reservatório, etc.
dhcomercial ≥ dhcalculado
Critério para seleção do diâmetro da haste (Critério para seleção do diâmetro da haste (dhdh):):
Conforme o Critério de Euler (deformação por flambagem):
- Carga de flambagem (K): - Força de avanço (Fa) máxima permissível
Atenção: a flambagem depende do módulo de Young do material e não 
da sua tensão de escoamento!
Sendo:
λ = comprimento livre de flambagem (cm);
E = módulo de elasticidade do aço (módulo de Young) = 2,1 . 107 N/cm2;
S = coeficiente de segurança (em geral, 3,5);
J = momento de inércia axial para seção circular (cm4).
Critério para seleção do diâmetro da haste (Critério para seleção do diâmetro da haste (dhdh):):
- Compilando as equações, tem-se:
Obs.: o comprimento livre de flambagem (λ) depende, logicamente,
do comprimento da haste (Lh) em “cm” e de como é fixado o
atuador nas suas extremidades (condição funcional).
Atenção: pois em alguns catálogos de fabricantes o comprimento da 
haste (Lh) pode estar em “mm”!
Comprimento livre de flambagem (Comprimento livre de flambagem (λλ) ) –– Tabela 1.2Tabela 1.2
Outros tipos de fixações Outros tipos de fixações 
das extremidades:das extremidades:
- Fonte: manual da empresa
Parker;
- NFPA: National Fluid Power
Association.
Tabela 1.3 Tabela 1.3 -- DiâmDiâm. da haste comercial . da haste comercial ((dhdhcomercialcomercial))
Exercício resolvido:Exercício resolvido:
Pressão de trabalho (Ptb) e pressão nominal (Pn) de Pressão de trabalho (Ptb) e pressão nominal (Pn) de 
um atuador:um atuador:
- No cálculo da Ptb considera-se o rendimento do atuador (ηat), que
em geral, é da ordem de 90%, e aplica-se a equação abaixo:
- Para o cálculo da Pn deve-se considerar a Ptb, já calculada, e as
perdas do sistemas (singularidades, etc.), que em geral situam-se
em 65%. Logo a Pn do atuador deverá ser:
Exercício resolvido (continuação):Exercício resolvido (continuação):
Lembre-se que não há movimento se não existir vazão do fluido (óleo) 
decorrente da variação de pressão, e assegurando o avanço e o retorno 
do sistema!
Cálculo da vazão necessária para os atuadores:Cálculo da vazão necessária para os atuadores:
- Vazão de avanço (Qa): - Vazão de retorno (Qr)
Unidades: m3/s ; cm3/s ; litros por minuto (LPM) ; galões por minuto
(GPM)
Sendo:
Volca = volume da câmara anterior (m3, cm3 ou L);
Volcp = volume da câmara posterior (m3, cm3 ou L);
ta = tempo de avanço (s ou min);
tr = tempo de retorno (s ou min).
Exercício resolvido (continuação):Exercício resolvido (continuação):
Exercício resolvido (continuação):Exercício resolvido (continuação):
Cálculo da pressão induzida (Cálculo da pressão induzida (PiPi) nos atuadores:) nos atuadores:
- Pressão induzida no avanço (Pia):
-Pressão induzida no retorno (Pir): Força de retorno do atuador (Fr):
- Resultante da resistência à passagem do fluido, decorrente de
um duto, filtro ou outro componente mal dimensionado que
acarrete resistência à saída do fluido do cilindro.
Exercício resolvido (continuação):Exercício resolvido (continuação):
Cálculo da vazão induzida (Cálculo da vazão induzida (QiQi) nos atuadores:) nos atuadores:
- Vazão induzida no avanço (Qia): - Vazão induzida no retorno (Qir):
- Ocorre em atuadores (cilindros) de duplo efeito;
- Na zona de saída do fluido haverá uma vazão que pode ser maior
ou menor que a vazão de entrada (indução de ΔQ).
Va = Velocidade de avanço (cm/s);
Vr = Velocidade de retorno (cm/s).
Exercício resolvido (continuação):Exercício resolvido (continuação):
Amortecedor de fim de curso:Amortecedor de fim de curso:
- Ao final do curso (avanço ou retorno) o atuador desenvolve
energia cinética elevada que poderá comprometer a estrutura do
êmbolo, sendo necessário o uso de amortecedores de fim de
curso.
Choque hidráulico (ou batida):Choque hidráulico (ou batida):
- Se uma quantidade substancial de energia cinética não é
estancada, o choque hidráulico (ou batida) pode causar dano ao
cilindro;
- Os amortecimentos podem ser instalados em ambos os lados de 
um cilindro (na dianteira – avanço; ou na traseira – retorno).
Processo de amortecimento nos atuadores:Processo de amortecimento nos atuadores:
- Consiste de uma válvula de agulha de controle de fluxo e de um plugue ligado
ao pistão;
- O plugue de amortecimento pode estar no lado da haste (nesta posição ele é
chamado de colar), ou pode estar no lado traseiro (onde é chamado de batente
de amortecimento);
- Conforme o pistão do cilindro se aproxima do seu fim de curso, o batente
bloqueia a saída normal do líquido e obriga o fluido a passar pela válvula
controle de vazão;
- Nesta altura, algum fluxo escapa pela válvula de alívio de acordo com a sua
regulagem. O fluido restante adiante do pistão é expelido através da válvula
controle de vazão e retarda o movimento do pistão;
- A abertura da válvula controle de vazão determina a taxa de desaceleração;
- Na direção inversa, o fluxo passa pela linha de bypass da válvula de controle de
vazão onde está a válvula de retenção ligada ao cilindro;
- Como regra geral, os amortecimentos são colocados em cilindros cuja
velocidade da haste exceda a 600 cm/min.
Exercícios propostos:Exercícios propostos:
ReferênciasReferências
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[Minha Biblioteca]. 
Retirado de https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788536505121/
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BONACORSO, N. G.; NOLL, V. Automação eletropneumática. 12 ed. São Paulo: Érica, 2013. 160 p. 
BUSTAMENTE, A. F. Automação pneumática: projetos, dimensionamento e análise de circuitos. 7 ed. São Paulo: Érica, 2007. 324 p. 
SANTOS, A. A.; SILVA, A. Ferreira da. Automação pneumática: produção, tratamento e distribuição de ar comprimido, técnicas de 
comando de circuitos combinatórios e sequenciais. 2 ed. Porto: Publindústria, 2009. xv, 319.
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[Minha Biblioteca]. 
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MACINTYRE, Joseph, A. Instalações Hidráulicas Prediais e Industriais. 4 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2017. 
[Minha Biblioteca]. Retirado de https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/978-85-216-1964-2/
Além de catálogos, manuais e sites das empresas: Parker, Rexroth, Festo, PCL, Hennings, Manuli, IMI Norgren, Rotork, etc.