Aula XX Atuadores Pneumáticos e Dimensionamento

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Aula 12 – Atuadores 
Pneumáticos 
Curso: Engenharia Mecânica. 
Disciplina: Hidráulica e Pneumática. 
Prof.: Msc. Eng. Cristian Pohl Meinhardt. 
cpohl@live.com 
Lajeado, Maio de 2017. 
Centro Universitário Univates 
Curso de Engenharia Mecânica 
Disciplina de Hidráulica e Pneumática 
Conceito 
Definição: Dispositivos que convertem em trabalho a energia contida no AC. 
Tipos: 
Lineares: convertem a EAC em movimento retilíneo. (↑custo de motores retil. Elétr.) 
Rotativos: convertem EAC em EMEC através do momento torçor contínuo. 
Oscilantes: convertem EAC em EMEC, através do momento torçor limitado por um 
determinado número de graus. 
Atuadores pneumáticos são elementos mecânicos que, por meio de movimentos lineares ou 
rotativos, transformam em energia pneumática a energia cinética gerada pelo ar pressurizado e em 
expansão, produindo trabalho. 
Atuadores Pneumáticos Lineares 
Cilindros Pneumáticos 
Regídos por normas internacionais. 
ISO 6431 e 6432 (Internacional) 
DIN ISO 6431 e VDM 24562 (Alemenha) 
NF E 49003.1 (França) 
UNI 20.290 (Itália) 
 
Basicamente classificados em duas famílias: 
Cilindros de simples efeito (Basicamente 2 tipos) 
Cilindros de duplo efeito. 
Cilindros Especializados. 
 
Emprego (Leve, Industrial e Pesado) 
Diâmetro (miniaturizado, médio, grande) 
Curso (Breve, Normal) 
Base funcionamento (simples efeito, duplo 
efeito) 
Base nas características construção (pistão, 
haste passante, duplex contínuos, duplex 
geminados, haste, eixos lineares) 
Cilindro de Simples Efeito 
Fornecem movimento Linear em um só sentido (realizam W em um sentido). 
Movimento contrário por mola (ou FEXT). 
Só um orifício entrada e saída do AC. 
Geralmente para cursos breves e normais/limitados pelo comprimento máximo da 
mola. (desaconselháveis para aplicações com curso maior que 100 mm) 
Principio de Funcionamento: Enquanto a pressão do ar continua atuando no 
interior do cilindro, mantêm a haste distendida. 
Geralmente, a mola é dimensionada para um rápido retorno. 
Cilindro de Simples Efeito 
Dispositivos de Fixação, marcação, rotulação, gavetas de moldes de injeção, 
expulsão de peças, prensagem, elevação e alimentação de 
componentes/dispositivo. 
Cilindro de Simples Efeito 
Abaixo a representação simbólica normalizada (DIN/ISO 1929 – Apêndice A – 
Tabela A.1) 
 
 
 
 
 
 
 Avanço por mola e retorno por AC são empregados em alguns sistemas de freio, 
segurança, posições de travamento e trabalhos leves em geral. 
Atuador linear simples efeito 
normalmente retraído com 
retorno por mola 
Atuador linear simples efeito 
normalmente distendido com 
retorno por mola 
Cilindro de Simples Efeito 
Intercambialidade entre 
fornecedores, favorecendo 
montagem, manutenção e 
assistência técnica em 
todo o mundo 
Camisa redonda 
Cabeçotes com 
construção especial que 
facilita a fixação em 
máquinas ou dispositivos. 
Maior resistência a 
ambientes corrosivos e 
facilidade de limpeza 
Cilindro de Simples Efeito 
Normalmente para cursos 
pequenos, dedicado à 
montagem em espaços 
reduzidos. Economia de 
espaço até 75% 
 
Como cartucho, podendo ser 
aparafusado diretamente no 
corpo. 
Multimontagem: montado de 
vários lados, dispensandos 
peças adicionais de fixação 
(exceto parafusos) 
 
Com unidade de bloqueio, 
com objetivo de reter a haste 
após alcançar a posição 
desejada. Sinal por piloto 
pneumático. 
Aplicações que necessitem 
auxílio de segurança para 
manter a haste estática. 
 
Cilindro de Duplo Efeito/Ação 
Fornecem movimento Linear nos dois sentidos (Realizam W nos 2 sentidos). 
Denominado assim, pois tanto no percurso de avanço como no de retorno há força 
de AC nos dois sentidos (realiza trabalho no avanço e no retorno). 
As forças de avanço e de retorno são diferentes, pela presença da haste. 
Favanço > Fretorno porque Aavanço > Aretorno (devido a haste) 
AC é adimitido e liberado por 2 orifícios. 
Qdo uma câmara está amitindo ar, a outra está liberando ar para atmosfera. 
Curso (comprimento) da haste limitada de acordo com o tipo de carga aplicada e 
a força de avanço. 
Cilindro de Duplo Efeito 
Os diâmetros dos cilindros são unificados conforme norma CETOP, segundo uma 
regra de progressão geométrica: 8,12, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 100, 125, 160, 
200, 250, 320, 400, 500 mm. 
Os cilindros com diâmetros de 8 a 25 mm são chamados de microcilindros (Série 
Mini) (construção conforme a norma ISO 6432, que garante uma interoperatividade 
em nível internacional) 
Cilindro com Amortecimento 
Para controlar movimentos de grandes massas e desacelerar o pistão nos fins de 
curso. 
Evita impactos e cargas de choque. 
Para cilindros com Ø > 30 mm e curso > 50 mm. 
Amortecimento só funciona no fim de curso. 
Tempo de ciclo aumenta. 
 
Cilindro de Duplo Efeito com 
Amortecimento 
 
Desenho 
Cilindro de Duplo Efeito com 
Amortecimento 
 
Representação Simbólica 
Cilindros Especializados 
Recentemente, para satisfazer a demanda da Automação Industrial, surgiu uma 
séria de Cilindros chamados de Especializados. 
Em alguns casos em sistemas de controle muito sofisticados. 
Com poucas modificações, é possível ter modelos de cilindros como: 
Cilindro Haste Passante 
Cilindro Duplex Contínuo 
Cilindro Duplex Geminado 
Entre outros. 
Cilindros de Haste Passante 
Haste passante: É um cilindro de duplo efeito com duas hastes contrapostas, 
enquanto uma haste avança a outra recua (2 hastes unidas pelo mesmo êmbolo). 
Enquanto uma haste realiza trabalho, a outra pode comandar fins de curso e 
outros dispositivos. 
As áreas do êmbolo de avanço e de retorno são iguais, por isso a força de avanço e 
de retorno são iguais. (Tb igualdade de velocidades, pode ser modificada p válvulas) 
Permite executar trabalhos alternadamente, em direções opostas. 
O cilindro é utilizado quando é necesária uma melhor guia da haste. 
Suporta cargas laterais mais elevadas. 
Maior capacidade de suportar solicitações mecânicas na fase de avanço, em 
comparação com os anteriores (Mancais). 
Cilindros de Haste Passante 
As 2 faces do êmbolo têm área igual – F iguais em ambos sentidos de movimento 
Com 2 mancais de guia são mais resistentes à cargas laterais e dão melhor 
alinhamento. 
Uso em automação de mesas de máquinas operatrizes e máquinas de injeção. 
Cilindros de Haste Passante 
Cilindros Duplex Contínuo (Tandem) 
Cilindro Duplex Contínuo: Dois cilindros de duplo efeito são montados em série. 
2 êmbolos unidos por uma haste comum, separados por cabeçote intermediário. 
Possui entradas de ar independentes. 
Temos assim um Favanço multiplicada pela quantidade de cilindros (82 a 97%). 
O cilindro é utilizado quando há a necessidade de uma força de avanço muito elevada, 
com tamanho do cilindro aceitável. A aplicação mais comum é em prensas 
pneumáticas. 
Cilindros Duplex Contínuo (Tandem) 
Cilindros Duplex Contínuo 
(Tandem) 
Cilindro Duplex Contínuo: 
c/ P simultânea nos 2 êmbolos – F = ∑f de cada cilindro – 
Maior F no avanço e no retorno. 
Uso em casos de ↑F, mas com espaço ↓ onde não cabe 
cilindro de Ømaior e que não pode ↑Ptrabalho – ou seja, ↑F 
com ↓Ø. 
Geralmente usados para pequenos cursos. 
Muito empregado em sistemas de sincronismo de 
movimento. 
 
Cilindros Duplex Geminado 
Cilindro Duplex Geminado: É a combinação de dois cilindros duplo efeito 
montado de costas um para o outro. 
Variação do Duplex, modificado para atender a grandes deslocamentos e 
deslocamentos escalonados, sem a necessidade de aplicação de força elevada. 
Muito utilizadopara a movimentação de esteiras transportadoras, o comando de 
alavanca de alta potência ou manipulação de peças em robôs pneumáticos. 
Cilindro Duplex Geminado 
É aplicado em circuitos de seleção, distribuição, posicionamentos, comandos de 
dosagens e transportes de peças para operações sucessivas. 
Diversos cilindros podem ser comandados independemente, permitindo diversas 
posições. Ligando dois cilindros de curso igual, obtemos três posições. Ao passo 
que se ligarmos dois cilindros com curso diferente, obtemos quatro posições. 
 
M 
Cilindros de Impacto 
Cilindros de Impacto. 
Dispõe de uma pré-câmara. 
O AC é acumulado na pré-câmara atuando na pequena área do prolongamento 
do êmbolo. Quando a pressão atinge um valor suficiente, inicia-se o 
deslocamento lentamente. 
Quando o prolongamento do êmbolo se desaloja da parede, permite que todo o 
ar armazenado escoa rapidamente, atuando sobre o êmbolo. 
Quando ocorre a expansão brusca do ar, o pistão adquire velocidade crescente. 
O impacto é produzido através da transformação de energia cinética fornecida ao 
pistão, acrescida da ação do AC sobre o êmbolo. 
Apresenta pequeno curso. Aplicado em prensas pneumáticas para forjamento, 
britadeiras, rebitadeiras, gravações, cortes – necessidade de ↑F em ↓Δt. 
Cilindros Rotativos 
Cilindros Rotativos / Atuadores Oscilantes. 
O estudo da cinemática demonstra a impossibilidade da utilização dos cilindros 
lineares para realizar movimentos superiores a 120º. 
Cilindros Rotativos 
São utilizados quando é necessário realizar um movimento rotativo alternativo. 
Cilindros Rotativos 
Construídos em um cilindro normal de duplo efeito, no qual, a haste contém uma 
cremalheira que se engrena em uma roda dentada. 
Normalmente podemos ter rotações de 0 a 300 graus. 
Cilindros Rotativos 
Muito utilizados para trabalhos c/ eletrônicos, alimentos, embalagens e salas 
limpas. 
Mancais termoplásticos autolubrificantes e compostos especiais de vedação 
operam mesmo sem lubrificação (ar seco), 
Muito usado para manuseio de materias e robótica devido revestimento de 
Teflon que diminui atritos de vedação e proporciona menor P de partida. 
Cilindros Rotativos 
Cilindros Especializados 
Cilindros Sem Haste 
Movimentação transmitida por corda/roldana. 
Cilindros Magnéticos. 
Somentes em aplicações especiais. 
Cilindros Sem Haste 
Movimentação transmitida por corda/roldana. 
Sistema mecânico corda/roldana fixado no êmbolo. 
Cilindros de grande porte, alta desgaste mecânico e elevado custo. 
Usados em curso elevado como o caso de Portão Industrial. 
Cilindros Especializados 
Acoplador Geométrico. 
Favanço do êmbolo é transmitida a carga por meio de um suporte que se desloca 
em uma fenda longitudinal. 
No suporte são fixados dispositivos, cargas, etc. 
Cilindros particulares e caros. 
Cilindros Sem Haste 
Cilindros Magnéticos 
Êmbolo comporta como um magneto permanente, por meio de seu campo, 
transmite a força de avanço a um anel externo magnético, deslocando-a. 
A força de avanço é limitada. 
Eixos Lineares 
Cilindros de duas hastes em paralelo, ligadas a um jogo que garante a máxima 
precisão no posicionamento e no transporte de peças. 
Duplo cilindro assegura Favanço dobrada. 
Combinando diferentes eixos lineares, é possivel realizar manipuladores (pick-and-
place) inteiramente pneumáticos. Muito usado em automação. 
Atuadores rotativos 
Dimensões < motor elétrico de mesma capacidade. 
Perimite uso em área classificada (Risco de explosão). 
Geralmente reversíveis a rotação. 
Pode partir e parar sem danificar. 
Construções simples, fácil manutenção. 
Geralmente motor de palhetas. 
Motor Pneumático de Palhetas 
Diâmetro externo pequeno dos motores de palhetas permite incorporá-los facilmente 
em todas as aplicações. 
Lima rotativa – 20.000 a 30.000 rpm. 
Motor Pneumático de Pistão 
Motores para aplicações pesadas onde necessita-se alta resistência e torque. 
Exemplo de aplicações: Dragas, Máquinas para mineração, etc. 
Motor Pneumático Tipo Turbina 
Motor Pneumático Tipo Turbina 
Os turbo-motores são empregados somente em trabalhos leves . 
Equipamentos dentários que podem chegar a 500.000 rpm. 
Modo de trabalhar é o contrário de um trubo-compressor. 
Aplicação 
Dimensionamento dos Atuadores 
É uma função de: 
Diâmetro Pistão(DP): 
- L ≥ 500 mm. 
- Fabricantes disponibilizam 2 tamanhos 
 
Dimensionamento da Haste e Verificação do Critério de Euler: 
- Fa (Força de Projeto corrigida fator φ 
– tab. 3.4) 
- Pressão de trabalho (Pt = 6 kp/cm²) 
- *Se o trabalho for realizado no 
retorno, substituir Ap por Ac. 
 
carga de flambagem: carga máxima de trabalho, 
normal, intermediário e pesado 
Dimensionamento dos Atuadores 
Exercício Exemplo (Fialho, pág. 101): 
- A figura abaixo, representa a mesa de um dispositivo, que é movimentada por 
deslizamento sobre prismas lubrificados, perfazendo um deslocamento total de 100 cm. 
Dimensionar comercialmente o atuador pneumático considerando a situação de 
montagem de acordo com o caso 2, Tabela A.10 – Apêndice A. Verificar o critério de 
Euler qual o diâmetro mínimo necessário para a haste. Considere a força peso da mesa 
como 150 kp e a pressão com 6 kp/cm². 
Dimensionamento dos Atuadores 
Exercício Exemplo (Fialho, pág. 101): 
Dimensionamento dos Atuadores 
Exercício Exemplo (Fialho, pág. 101): 
Dimensionamento dos Atuadores 
Exercício Exemplo (Fialho, pág. 101): 
Dimensionamento dos Atuadores 
XX) (Fialho, pág. 108) Determine a força de avanço e velocidades de um atuador 
pneumático linear de haste passante, cujos dados são: L = 350 mm, ta = 5s; Dp = 80 
mm; dh = 25 mm e Pr = 6 bar.