Atuadores Pneumáticos (2)

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SISTEMAS 
HIDRÁULICOS 
E 
PNEUMÁTICOS
Prof. Francisco Sobrinho
2021.2
TECNOLOGIA PNEUMÁTICA 
INDUSTRIAL
AULA 05 – ATUADORES PNEUMÁTICOS 
ATUADORES PNEUMÁTICOS
Os atuadores pneumáticos são dispositivos que proporcionam força e movimento 
para sistemas automatizados, máquinas e processos. 
▪ Principais características dos atuadores pneumáticos são: 
• Baixa rigidez devido à compressibilidade do ar; 
• Não há precisão na parada em posições intermediárias; 
• Apresentam uma favorável relação peso/potência; 
• Dimensões reduzidas; 
• Segurança à sobrecarga; 
• Facilidade de inversão; 
• Proteção à explosão. 
ATUADORES PNEUMÁTICOS - SIMBOLOGIA
ATUADORES PNEUMÁTICOS
• Principal função : transformar a energia pneumática em força e movimento. 
• São classificados em três grupos:
- Lineares: Convertem a energia pneumática em movimento linear ou angular. São
representados pelos cilindros pneumáticos.
- Rotativos: Convertem energia pneumática em energia mecânica, através de momento
torsor contínuo.
- Oscilantes: Convertem energia pneumática em energia mecânica, através de
momento torsor limitado por um número de graus.
ATUADORES PNEUMÁTICOS
• Tipos de Cilindros Pneumáticos
Os cilindros se diferenciam entre si por detalhes construtivos, em função de suas
características de funcionamento e utilização.
Basicamente, existem dois tipos de cilindros:
- Simples Efeito ou Simples Ação
- Duplo Efeito ou Dupla Ação, com e sem amortecimento.
• Além de outros tipos de construção derivados
como:
- Cilindro de D.A. com haste dupla
- Cilindro duplex contínuo (Tandem)
- Cilindro duplex geminado (múltiplas posições)
- Cilindro de impacto
- Cilindro de tração por cabos
ATUADORES PNEUMÁTICOS
• Atuadores Lineares:
• Cilindros compactos
• Cilindros mini ISO reparáveis
ATUADORES PNEUMÁTICOS
• Cilindro de Simples Efeito ou Simples Ação:
ATUADORES PNEUMÁTICOS
• Cilindro de Duplo Efeito ou Dupla Ação
ATUADORES PNEUMÁTICOS
• Cilindro com Amortecimento
ATUADORES PNEUMÁTICOS
• Cilindro de Haste Dupla
ATUADORES PNEUMÁTICOS
Cilindro Duplex Contínuo ou Cilindro Tandem
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• Cilindro Duplex Geminado
ATUADORES PNEUMÁTICOS
• Cilindro de Impacto, Guias Lineares e Cilindro sem Haste
ATUADORES PNEUMÁTICOS
ATUADORES PNEUMÁTICOS
• OUTROS DISPOSITIVOS PNEUMÁTICOS:
• MESA PNEUMATICA
• PINÇA PNEUMATICA
• MOTORES ROTATIVOS
• MOTORES DE PISTÃOS
• MOTORES DE TURBINAS
ATUADORES PNEUMÁTICOS
MESA PNEUMÁTICA
MOTOR PNEUMÁTICO DE PISTÃO RADIAL
MOTOR PNEUMÁTICO PISTÃO AXIAL
MOTOR ROTATIVO PNEUMÁTICO
PINÇA PNEUMÁTICA
ATUADORES PNEUMÁTICOS
ATUADORES PNEUMÁTICOS
• VEDAÇÕES NOS ATUADORES:
• GUARNIÇÕES ESTÁTICAS;
• GUARNIÇÕES DINÂMICAS. 
ATUADORES PNEUMÁTICOS
✓ Quanto aos Materiais
• Neoprene
• Buna-N
• Teflon®
• Viton®
✓ Quanto à Temperatura
• Neoprene -10°C a 80°C
• Buna-N -10°C a 80°C
• Teflon® -30°C a 180°C
• Viton® -10°C a 180°C
Nota:
Ao se especificar o material de uma
guarnição, não devemos nos esquecer que,
além de o mesmo atender a uma faixa de
temperatura, deverá ser compatível
quimicamente com o fluido em utilização.
ATUADORES PNEUMÁTICOS
▪ DIMENSIONAMENTO DO CILINDRO:
A força teórica de avanço ou retorno de um cilindro é calculada pela multiplicação da
área efetiva do êmbolo pela pressão de trabalho. A área efetiva para o avanço é a área
total do cilindro “D”. A área efetiva para o retorno é reduzida pela secção da área da
haste “d”.
F= A x P
• Força no avanço
Onde:
D = Diâmetro do cilindro em centímetros 
P = Pressão em cm²
Fa = Força de avanço em kgf
Fc = Fator de Correção da força 
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• Força no Retorno
Onde:
D = Diâmetro do cilindro em centímetros 
d = Diâmetro da haste em centímetros
P = Pressão em cm²
Fr = Força do retorno em kgf
Fc= Fator de correção da força
ATUADORES PNEUMÁTICOS
• Flambagem da haste.
Outro ponto importante a se considerar no dimensionamento dos cilindros é a
questão da flambagem da haste que é crítica para grandes cursos.
• A força crítica de flambagem (Fcrit) é dada pela equação:
Onde:
• (E) é o módulo de elasticidade, 
• (J) o momento de inércia da haste, 
• (d) o diâmetro da haste, 
• (C) um coeficiente de segurança (2,5 a 5). 
• (Sk) é o comprimento total livre definido na figura para 
diferentes montagens do pistão, 
• (L) é o comprimento real submetido a flambagem. 
ATUADORES PNEUMÁTICOS
• Controle de velocidade. 
A velocidade natural máxima de um cilindro é determinada por: 
• diâmetro do cilindro, 
• orifício de entrada, 
• fluxo de entrada e exaustão da válvula, 
• pressão do ar, 
• diâmetro e comprimento do tubo, 
• carga contra a qual o cilindro está trabalhando. 
A válvula controladora no orifício frontal regula a velocidade de avanço e no orifício
traseiro a velocidade de retorno.
Circuito com válvulas controladoras de fluxo. 
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• Cilindro de simples ação .
A força do cilindro de simples ação é calculada através da Equação a seguir:
Onde:
Fn = Força efetiva do êmbolo (N)
A = Superfície útil do êmbolo (cm2)
P = Pressão de trabalho (KPa, 105 N/ m 2 , bar)
Fa = Fator de atrito
Ff = Força da mola de retorno (N)
Fn = P x A x Fa + Ff
ATUADORES PNEUMÁTICOS
ATUADORES PNEUMÁTICOS
• Velocidade de um cilindro pneumático.
A velocidade do cilindro pneumático não depende tanto do tipo do cilindro, mas sim a
velocidade que o ar entra no cilindro quando a válvula for atuada.
ATUADORES PNEUMÁTICOS
• A velocidade do cilindro pneumático depende de vários fatores, entre eles:
- Tamanho da válvula: se a válvula for muito pequena, com um orifício de
passagem que restrinja a passagem de ir, reduzira a velocidade potencial do
cilindro
- Tubulação: a tubulação também deve ser adequada para não restringir a
passagem de ar, quanto maior o diâmetro do tubo, maior será a passagem de ar
- Distância dos componentes: quanto maior a distância que o ar terá que percorrer
para entrar no cilindro ou sair do cilindro para atmosfera, menor será a distância
do cilindro. Veja em um vídeo de nosso canal abaixo como conseguimos aumentar
a velocidade do cilindro simplesmente colocando uma válvula de escape rápido e
assim fazendo o caminho do ar para atmosfera muito mais curto.
- Volume de ar disponível: se o cilindro for muito grande pode tornar-se necessário
colocar um reservatório de ar perto do cilindro para garantir uma alta velocidade
de atuação.
-Pressão de ar: quanto maior a pressão de ar, maior será a velocidade de atuação
do cilindro pneumático. Portanto, uma maneira fácil de aumentar a velocidade é
aumentar a pressão
ATUADORES PNEUMÁTICOS
Velocidade (mm/s) = 16666,7 * Fluxo (l/min) / Área (mm2)
Sendo:
Fluxo(l/min): a quantidade de ar que entra no cilindro pneumático. Para saber o fluxo de
ar, basta ver a tabela de fluxo de ar da válvula usada em seu sistema.
Área: a área útil de atuação do cilindro.
Gráfico de Fluxo de Ar de válvulas pneumáticas.
ATUADORES PNEUMÁTICOS
• Para selecionar um cilindro, deve-se partir de algumas informações básicas como:
• a força que este deverá desenvolver,
• sua pressão de trabalho,
• seu curso máximo,
• o tempo que este tem para executar o trabalho,
• como ele será montado
• e se não ocorrerá flambagem de sua haste.
• Coeficiente de segurança entre (2 a 2,5)
• CONSIDERAÇÕES PARA SELEÇÃO DE CILINDROS.
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO
1) Calcular a força exercida no avanço e no retomo de um cilindro de 76,2 mm (3")
de diâmetro de pistão e 38,1 cm (1 ½") de diâmetro de haste, sabendo que a
pressão fornecida é de 7 bar 1bar= 0,1N/mm2
• Solução:
F= A x P Fa = π x (76,2)² x 7
4 10
Fa = 3,192kN
Fr = π x 4.385,31 x 7
4 10
Fr = 2,410kNF = A x P
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO
2) Precisamos elevar uma carga de 500 kgf com uma talha pneumática. Sabendo que a
pressão de trabalho é de 80 psi. Qual deve ser o diâmetro do cilindro?
Força = F x Fc (kgf)
Pressão = kgf/cm²
F = 500 x 1,35 = 675 kgf
F = A x P
A =
𝐹
𝑃
=
675
6
= 112,5𝑐𝑚²
A = π x r² = 𝑟2 =
𝐴
𝜋
= 𝑟 =
𝐴
𝜋
=
112,5
𝜋
= 5,98 𝑐𝑚
r = 5,98 cm
D = 5,98 x 2 = 11,96 cm = 119,6 mm
Diâmetro comercial do cilindro: 120 mm
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO
3) Sabendo que para efetuar uma força de avanço de 6000 kgf, precisamos de um
cilindro de diâmetro de pistão igual a 10,16 cm e uma força de retorno de 2000 kgf. O
cálculo nos forneceu um diâmetro de haste igual a 3,81 cm.
Calcular as vazões necessárias para o avanço e retorno do cilindro, sabendo que o curso
do mesmo é de 50 cm e o tempo de ida é de 3 segundos e o retorno é igual a 1,5 s.
- Solução:
Q = A x V
A = π(D)²/4
A1 = 81,073cm²
A2 = 69,67cm²
V = S/t
V1 = 16,66cm/s
V2 = 33,33cm/s
Qa = 81,073cm² x 16,66cm/s
Qa = 1.350,68cm³/s = 1,35 l/s
Qr = 69,67cm² x 33,33cm/s
Qr = 2.322,20cm³/s = 2,32 l/s
PROBLEMA DE ENGENHARIA
1- Sabendo que o cilindro de curso igual a 370 mm leva 3 segundos para avançar e 2
segundos para retornar a partir de uma vazão fornecida de 102,20 L/min, calcular as
áreas de pistão, coroa e haste, assim como, os respectivos diâmetros para que isso
ocorra.
2- Calcular o diâmetro do cilindro de uma prensa de chapas de 0,1 cm de espessura,
sabendo que a força necessária a prensagem será de 150 toneladas força.
P = 7 bar
• Bibliografia 
1. Hasebrink, J.P, "Manual de Pneumática - Fundamentos", Vol.1 Parte 1, Rexroth -
Divisão Pneumática, Diadema, SP, Brasil, 1990. 
2. Meixner, H. e Kobler, R., "Introdução à Pneumática", Livro Didático, FESTO Didactic, 
São Paulo, SP, Brasil, 1977. 
3. "Manutenção de Instalações e Equipamentos Pneumáticos", Livro Didático, FESTO 
Didactic, São Paulo, SP, Brasil, 1977. 
4. Moreira, I. S., "Técnicas de Comando Pneumático", SENAI-SP, São Paulo, SP, Brasil, 
1991. 
5. FIALHO, Arivelto Bustamante. Automação pneumática: projetos, dimensionamento e 
análise de circuitos. 3. ed. São Paulo: Érica, 2005. 324 p.