Atuadores Pneumáticos: Cilindros e Motores

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Escola Politécnica da 
Depto. de Engenharia Mecânica
PMC-496 - Projeto Auxiliado por Computador 
(CAD/CAE) II
Aluno: Fábio Pavan da Silva NUSP 942391
Professor: Marcos Barreto
07/12/ 1998
11.1.ATUADORES PNEUMÁTICOS
Os atuadores pneumáticos convertem energia de pressão contida no ar comprimido 
em trabalho mecânico (pressão e vazão em força e velocidade).
Estão divididos em dois grupos:
- Os que produzem movimentos lineares;
- Os que produzem movimentos rotativos.
11.1.1.LINEARES
Os atuadores lineares são conhecidos como cilindros. As forças desenvolvidas pelo 
cilindro dependem de seu diâmetro e da pressão. Nos cilindros pneumáticos não existe a 
possibilidade de posicionamento infinito (em qualquer posição desejada).
A figura 1, abaixo, indica a denominação das principais partes que compõem um 
cilindro pneumático:
Figura 1 – Cilindro
1 – Mancal
2 – Guarnição de limpeza da haste
3 – Guarnição “U” Cup
4 – Haste
5 – Êmbolo 
6 – Cabeçote traseiro
7 – Camisa 
8 – Tirantes com porca parlok
9 – Tampa de fixação do mancal
10 – Válvula de controle de fluxo do amortecimento
11 – Colar do amotecedor dianteiro
12 – Cabeçote dianteiro
As funções das principais partes são:
 Êmbolo: Proporciona a força oriunda do ar sob pressão;
 Haste: Transmite a força exercida pelo êmbolo até o ponto de aplicação;
 Camisa: É uma parte importante , devendo ser lisa, perfeitamente circular e com parede 
de espessura adequada para não permitir deformação com o manuseio e batidas sofridas 
em serviço;
 Tampas: Fecham as extremidades do cilindro, proporcionam meios de apoio e montagem;
 Guarnições: Previnem vazamentos;
 Tirantes: São usados para manter o conjunto, prendendo as tampas.
As dimensões dos cilindros pneumáticos são da ordem de :
- Diâmetro: 6 a 320mm;
- Curso: 1mm até 2m;
- Força: 2 a 50.000N;
- Velocidade avanço: 0,02 a 1m/s .
Alguns tipos diferentes de cilindros pneumáticos estão disponíveis:
A – Cilindro de simples ação ou de simples efeito:
Recebe esta denominação porque o ar comprimido age somente de um lado, 
permitindo exercer a força em um único sentido. 
Este tipo de cilindro possui somente um orifício por onde o ar entra e sai do seu 
interior, comandado por uma válvula.
O retorno do pistão para sua posição normal , em geral , é efetuado por ação de mola 
(figura 2) ou força externa (figura 3). Quando o ar é exaurido , o pistão (haste +êmbolo) volta 
para a posição inicial.
As principais características desse cilindro são:
- Posição definida mesmo sem energia;
- Força de avanço reduzida (aproximadamente 10%) devido à mola;
- Maior comprimento;
- Cursos limitados;
- Baixa força de retorno (aproximadamente 10% da força de avanço)
- A mola é peça adicional de desgaste.
Figura 2 e 3 –Cilindro de simples ação
Tais cilindros são utilizados para fixação, extração, acionamento de comportas e 
escotilhas, etc .
B – Cilindro de dupla ação
O cilindro de dupla ação utiliza o ar comprimido para produzir trabalho em ambos 
os sentidos de movimento (avanço e retorno). Entretanto, o fato das áreas efetivas de atuação 
da pressão serem diferentes devido a haste , a força de retorno é inferior a força de avanço.
As principais características desse cilindro são:
- Não é possível atuação de cargas radiais sobre a haste;
- Haste de tamanho reduzido, para permitir uma suficiente elevada força de 
retorno;
- Montagem simples.
Figura 4 – Cilindro de dupla ação
Os cilindros de dupla ação podem ser utilizados nas seguintes aplicações: Fixar,
usinar, aproximar, selecionar, juntar, conformar, prensar, estampar, dobrar, vibrar, abrir e 
fechar escotilhas ou comportas, levantar, abaixar e bascular.
11.1.2.ROTATIVOS
Os atuadores rotativos são comumente chamados de motores. 
Os motores pneumáticos são preferidos para instalações em ambientes úmidos, 
corrosivos, quentes, ácidos, explosivos, com predominância de pó, etc.
Os principais tipos são:
A – Motor Pneumático de Engrenagem
Basicamente é constituído por um par de rodas dentadas e engrenadas, uma ligada ao 
eixo motor e a outra apoiada nos mancais internos.
O momento de torção é gerado quando o ar comprimido atua sobre os flancos do 
dentes, forçando a rotação das engrenagens que podem ser de dentes retos ou helicoidais. 
Entre ambos existe pequena diferença:
- Dentes retos – não permitem expansão do ar;
- Dentes helicoidais – permitem expansão do ar.
O momento de torção dos dois tipos permanece constante, porém o sistema
helicoidal é mais silencioso.
Figura 5 – Motor de engrenagens
Tais motores trabalham numa faixa de potência de até 70 Kw e numa faixa de rotação 
de 1000 a 3000 rpm.
Podem ser utilizados em acionamento de transportadores e bobinadeiras, bombas, 
torres giratórias, etc .
B – Motor de palhetas
Na alimentação, o ar comprimido é admitido pela tampa traseira do cilindro, sendo 
dirigido para o interior deste. A câmara do cilindro é limitada pelas faces do rotor e pelas 
tampas.
O torque é desenvolvido pela expansão que sofre o ar comprimido, exercendo pressão 
contra a superfície das palhetas, que deslizam nas ranhuras do rotor acoplado ao eixo de 
transmissão. Com a expansão o rotor é obrigado a girar. Ao adquirir velocidade, as palhetas 
são mantidas encostadas contra a parede interna do cilindro pela ação de força centrífuga, 
criando sucessivas câmaras onde o ar atua. Chegando a um certo ponto da revolução, o ar é 
exaurido para a atmosfera e as palhetas são forçadas a voltar para o interior da ranhura do 
rotor.
As principais características desses motores são:
- Possibilidade de rotação à direita, à esquerda ou operação reversível;
- As perdas por vazamento são inevitáveis, por isso o rendimento é limitado;
- Reduzidos custos de manutenção, boa confiabilidade;
- Deve ser lubrificado.
Figura 6 – Motor de palhetas
A faixa de potência de trabalho vai de 50w até 20Kw, e a faixa de rotação é de 200 
até 80.000 rpm.
Podem ser utilizados em ferramentas pneumáticas, aparelhos de elevação, agitadores, 
máquinas especiais entre outras.
C – Motor de Turbina 
Formado por uma pequena turbina que utiliza toda a energia cinética transmitida pelo 
ar comprimido.
A potência é obtida pelo aproveitamento da velocidade de circulação do ar. Sua gama 
de rotação é muito alta chegando a atingir de 250.000 a 400.000 rpm. Devido à alta 
velocidade, é difícil o ajustamento com as velocidades encontradas, por esta razão é 
geralmente empregado é geralmente empregado em trabalhos leves com equipamentos 
odontológicos e retíficas com altas velocidades.
Figura 7 – Motor de turbina
D – Motores de Pistão
Podem ser de dois tipos:
- Pistões Axiais;
- Pistões Radiais.
`=> Motores de pistões axiais
Esse tipo de motor possui de 5 a 7 pistões, dispostos axialmente no interior de um 
bloco de cilindro, unidos a uma placa oscilante e a um eixo ranhurado que liga todo o 
conjunto com um sistema planetário de engrenamento.
O ar comprimido admitido atua nas extremidades dos pistões que possuem movimento 
alternativo no interior do bloco de cilindros.
A pressão atuante nos pistões faz com que estes reajam contra a placa oscilante, 
provocando rotação em todo o conjunto (bloco, placa oscilante e eixo ranhurado). Este 
conjunto transmite para o engrenamento planetário, transferindo um maior torque ao 
eixo de transmissão.
=> Motores de pistões radiais
Figura 8 – Motor de pistões radiais
Constituído de uma carcaça, onde existem de 4 a 6 cilindros (1) providos de pistões 
(2), posicionados radialmente e que estão ligados a um virabrequim através de bielas 
(3).
O ar comprimido é distribuído aos cilindros por uma válvula rotativa (4), sendo 
conduzido por meio de canais (5).Noscilindros, o ar sofre expansão, pressionando os 
pistões para o seu ponto inferior e causando a transmissão do movimento.
11.1.3.A PNEUMÁTICA NA AUTOMAÇÃO
As aplicações dos sistemas pneumáticos na automação abragem praticamente todas as 
atividades industriais conhecidas. Desde os simples mecanismos criados para a substituição 
de tarefas manuais, repetitivas e enfadonhas, melhorando a produtividade do processo e a 
qualidade do produto, até os sistemas de manipulação e robôs, nas modernas células flexíveis 
de manufatura, todos tem encontrado boas soluções na pneumática.
A transição do trabalho manual para a produção plenamente automatizada, quer seja 
em empresas grandes, médias, ou pequenas, ocorre, na maioria das vezes através da 
Automação de Baixo Custo. Neste contexto a pneumática tem ampla contribuição a dar. 
Dessas, destacam-se a mecanização de tarefas manuais, a automatização ou semi-
automatização de máquinas simples dos mais diversos tipos, a modernização de máquinas 
ferramentas e a construção de dispositivos que executam automaticamente sequências de 
tarefas simples ou mais complexas.
As características que irão justificar o uso da pneumática em uma aplicação são:
- Grande velocidade – o que permite obter dispositivos de montagem automática 
com alta repetibilidade. No entanto as forças aplicadas são limitadas;
- Meio limpo – é utilizada, por exemplo, na indústria têxtil e alimentícia, onde 
não pode haver contaminação durante o processamento;
- Não sensível as variações de temperatura – alta confiabilidade;
- Custo relativamente baixo e fácil manutenção.
A seguir são listadas várias tarefas, executadas por dispositivos pneumáticos, as quais, 
isolada ou combinadamente, constituem importantes ferramentas para a automatização 
de processos industriais.
Figura 9 – Manipulador de peças de cinco eixos, com elementos pneumáticos
Figura 10 – Encaixotamento ordenado, com atuadores lineares e garras pneumáticas
Figura 11 – Furação automática de pequenas peças
Figura 12 – Colocação rápida de frascos em pacotes, com atuadores lineares e ventosas
Esquema , diagrama de passo e circuito de um dispositivo de fresagem.
As modernas exigências de flexibilidade na programação de posições e de 
velocidades, exigidas nas máquinas CNC e nas células flexíveis de manufatura podem ser 
também atendidas combinando-se os comandos binários da pneumática tradicional com os 
acionamentos servopneumáticos ou da pneumática proporcional, que são muito rápidos, 
possuem boa precisão de posicionamento além das vantagens próprias dos componentes 
pneumáticos, quais sejam, construção modular e compacta, durabilidade, e flexibilidade de 
usos. As operações de manipulação de ferramentas, matéria prima e de peças acabadas ou 
semiacabadas são perfeitamente realizadas com os atuadores pneumáticos, inclusive na forma 
de robos pneumáticos. Em máquinas CNC para pequenos esforços, como por exemplo na 
indústria moveleira, a própria usinagem também é feita com acionamentos servopneumáticos.
11.2.ATUADORES HIDRÁULICOS
Os atuadores hidráulicos convertem a energia contida no fluido hidráulico em 
trabalho mecânico. Podem ser lineares ou rotativos.
11.2.1.LINEARES
Os cilindros hidráulicos seguem a mesma classificação dos cilindros pneumáticos, 
apresentando no entanto parâmetros diferentes destes. Os cilindros hidráulicos desenvolvem 
maior força, mas com velocidades menores.
A – Cilindro de simples ação 
Neste cilindro a força age em uma única direção. O retorno é feito por mola ou por 
aplicação de força externa. Seu funcionamento é o mesmo do cilindro de simples ação 
pneumático.
B – Cilindro de dupla ação
No cilindro de dupla ação hidráulico o fluido hidráulico age dos dois lados do êmbolo, 
permitindo atuação de força tanto no avanço como no retorno. A força no retorno é menor que 
a de avanço devido a área da haste. Seu funcionamento é idêntico ao cilindro de dupla ação 
pneumático.
11.2.2.ROTATIVOS
Os atuadores rotativos são os motores. Neles o fluido hidráulico “empurra” o motor 
desenvolvendo torque e movimento rotativo contínuo. Como ambos os pórticos dos motores 
podem, as vezes, ser pressurizados (bi-direcionais), a maioria dos motores hidráulicos é 
drenado externamente.
Os motores hidráulicos são caracterizados de acordo com o deslocamento (quantidade 
de fluido que o motor aceitará por revolução), torque e limite de pressão máxima. 
Os principais tipos de motores hidráulicos são:
A – Motor de engrenagens
Seu funcionamento é o mesmo do motor de engrenagens pneumático, utilizando no 
entanto, fluido hidráulico na realização do movimento. 
São limitados à pressões de operação de até 140 bar.
B – Motor de palhetas
Num motor de palhetas, o torque se desenvolve pela pressão nas superfícies expostas 
das palhetas retangulares, que deslizam nas ranhuras de um rotor acoplado ao eixo. 
Existe ainda o motor de palhetas balanceado que devido à sua construção, permite o 
balanceamento das cargas laterais.
C – Motor de pistões
=> Radiais: Apresentam os pistões dispostos radialmente. Trabalham com altas 
vazões e altas pressões.
=>Axiais: Apresentam os pistões em linha. A transmissão do movimento pode ocorrer 
utilizando placa inclinada ou eixo inclinado.
Os motores de pistões são os mais eficientes e geralmente tem capacidade tanto para 
altas velocidades, como para altas pressões. Devido à favorável proporção de alta força e 
baixo peso, esses motores são os mais usados em aplicações aero-espaciais.
Os motores de pistão em linha (axiais) estão sendo cada vez mais utilizados em 
aplicações de máquinas-ferramenta assim como em equipamento móbil. 
11.2.3.A HIDRÁULICA NA AUTOMAÇÃO 
O ar comprimido é compressível o que torna difícil realizar posicionamento exato 
utilizando sistemas pneumáticos. Além disto, as forças desenvolvidas na pneumática são 
limitadas.
Assim quando deseja-se realizar automação de processos e máquinas que exijam altas 
forças ou posicionamento exato recorre-se a hidráulica. Como exemplos podemos citar: 
máquinas injetoras, prensas, máquinas para cunhagem e furação, tornos automáticos,
máquinas operatrizes com avanço rápido e trabalho lento, etc. 
11.3.BOMBAS E VÁLVULAS COMO ATUADORES EM PROCESSOS 
INDUSTRIAIS
As válvulas utilizadas em processos industriais podem ser de 4 tipos:
 De bloqueio: São as que trabalham em condições de abertura ou fechamento total 
das passagens do fluido, bem como em posições intermediárias de abertura, 
fixadas através de comando externo. Sua operação pode ocorrer manualmente ou 
por dispositivos mecânicos, elétricos, pneumáticos, hidráulicos ou combinados. 
Alguns exemplos são:
- Válvulas borboleta – O princípio de funcionamento constitui-se na rotação de 
um disco, em torno de um eixo perpendicular à direção de escoamento do 
fluido. São leves, compactas, com capacidade para grandes vazões de líquidos 
ou gases. São adaptáveis a comando remoto;
- Válvulas esfera – Utilizada para bloqueio em linhas de uso geral, é 
caracterizada pela forma esférica do elemento de vedação. Oferece ótima 
estanqueidade, mesmo em alta pressão. Têm acionamento rápido.
- Válvulas gaveta – Sua principal característica é a baixa perda de carga quando 
aberta. São empregadas em processos onde não há frequentes aberturas e 
fechamentos. Têm acionamento lento.
- Válvula solenóide – Combinação de um solenóide (eletromagnético) com seu 
núcleo e uma válvula contendo um orifício no qual um disco de vedação é 
posicionado para interromper ou permitir a passagem de fluido. A válvula é 
aberta ou fechada pelo movimento do núcleo magnético
 De controle: Apresentam capacidade inerentepara a modulação de características 
do fluxo, como vazão, pressão e temperatura, sem intervenção manual. Um 
exemplo:
- Válvulas de controle – Regulam a vazão de um fluido ( líquido, gás ou vapor), 
por meio do posicionamento relativo de uma peça móvel, que obtura a área 
livre de passagem do fluido; o deslocamento da peça móvel é promovido por 
um atuador em resposta a um sinal externo de comando, permitindo abrir, 
fechar ou manter em qualquer posição de seu curso, proporcionalmente ao 
sinal de comando.
 Auto-operadas: Apresentam o elemento sensor integrado internamente ao corpo 
da válvula. Alguns exemplos são:
- Válvulas termostáticas – Destinam-se a medir, comparar e controlar a 
temperatura de processos, nos valores pré-ajustados. São compostas de um 
sensor primário de temperatura (bulbo termostático), o atuador térmico e o 
elemento final de controle (válvula).
- Válvulas reguladoras de pressão – Mantêm a pressão a jusante da válvula 
constante .
- Válvulas de alívio e segurança – Utilizada para proteger equipamentos, evita o 
aumento da pressão além de um certo limite. Ela utiliza a energia do próprio 
fluido para sua operação. Operam com vapor/gás e líquido.
 
 Combinadas: São as que devido à sua forma construtiva, podem apresentar, 
durante seu funcionamento, características de mais de um grupo. Como exemplo 
pode-se citar a válvula de controle de fluxo com retenção incorporada.
Existe uma grande variedade de bombas que podem ser utilizadas em processos
industriais. Algumas delas são:
- Bombas Centrífugas Horizontais – São indicadas para bombeamento de 
líquidos limpos ou turvos e encontra aplicação preferencial em abastecimentos 
de água, na circulação de condensados, óleos térmicos etc.
- Bombas Químicas – São bombas centrífugas especiais para bombeamento de 
produtos agressivos, orgânicos e inorgânicos, nas indústrias químicas e 
petroquímicas, em circuitos auxiliares de refinarias, nas indústrias de papel e 
celulose, açúcar e álcool, alimentícias, fibras sintéticas, etc.
- Bomba de Processo – Indicada para instalações de refinarias, químicas e 
petroquímicas, na indústria de borracha e sintéticos, alimentação de caldeiras, 
circulação de água, etc.
- Bomba Centrífuga Vertical com Rotor Tubular KVP – É apropriada para 
indústria química, alimentícia, bebidas, refinarias de petróleo, siderúrgicas, etc
Cópias pedidas a diney777@gmail.com