Trabalho Cilindros Atuadores

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FACULDADE MULTIVIX VITÓRIA 
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CILINDROS ATUADORES 
HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS 
 
 
 
 
Componentes: 
Gladson Antunes 
Vanderson Yeye 
Rodrigo Altoe 
Thiago Ferrari 
Vinicius Halfeld 
Lucas Ramos 
Gilmar Junior 
Camila 
VITÓRIA 
2015 
1. ATUADOR / CILINDRO HIDRAULICO 
Atuadores são equipamentos capazes de converter energia hidráulica e/ou 
pneumática em movimento, estão divididos principalmente em lineares e rotativos e 
são utilizados nas mais diversas aplicações e segmentos. 
1.1 - Cilindros 
Cilindros hidráulicos transformam trabalho hidráulico em energia mecânica 
linear, a qual é aplicada a um objeto resistivo para realizar trabalho. Um cilindro 
consiste de uma camisa de cilindro, de um pistão móvel e de uma haste ligada ao 
pistão. Os cabeçotes são presos ao cilindro por meio de roscas, prendedores, tirantes 
ou solda (a maioria dos cilindros industriais utiliza tirantes). Conforme a haste se move 
para dentro ou para fora, ela é guiada por embuchamentos removíveis chamados de 
guarnições. O lado para o qual a haste opera é denominada lado dianteiro ou "cabeça 
do cilindro". O lado oposto sem haste é o lado traseiro. Os orifícios de entrada e saída 
estão localizados nos lados dianteiro e traseiro. 
1.2 - Guarnições 
Para uma operação apropriada, uma vedação positiva deve existir em toda a 
extensão do pistão do cilindro, tanto quanto na haste. Os pistões do cilindro são 
vedados com as guarnições elásticas ou anéis de vedação de ferro fundido. Os anéis 
de pistão são duráveis, mas permitem vazamento na ordem 15 a 45 cm3 por minuto 
em condições de operação normal. Guarnições tipo "U" elásticas não vazam em 
condições normais, mas são menos duráveis. As guarnições elásticas da haste são 
fornecidas em muitas variedades. Alguns cilindros são equipados com guarnições com 
formato em "V" ou em "U", fabricadas de couro, poliuretano, borracha nitrílica ou viton, 
e uma guarnição raspadora que previne a entrada de materiais estranhos no cilindro. 
Um tipo comum de guarnição elástica consiste de uma guarnição primária com 
a lateral dentada em formato de serra na parte interna. As serrilhas contatam a haste e 
continuamente raspam o fluido, limpando-a. Uma guarnição secundária retém todo o 
fluido da guarnição primária e ainda previne contra a entrada de sujeiras quando a 
haste recua. 
 
 
 
 
1.3 – PRINCIPAIS TIPOS DE CILINDROS 
Cilindro de simples - Um cilindro no qual a pressão de fluido é aplicada em 
somente uma direção para mover o pistão. 
Cilindro de simples ação e retorno por mola - um cilindro no qual uma mola 
recua o conjunto do pistão. 
 
Cilindro de simples ação e retorno pela força da carga - um cilindro no qual 
uma força externa recua o conjunto do pistão. 
 
 
 
 
 
Cilindro de dupla ação - Um cilindro no qual a pressão do fluido é aplicada ao 
elemento móvel em qualquer uma das direções. 
 
 
Cilindro de dupla ação com amortecimento de fim de curso 
 
 
 
 
1.4 - Funcionamento 
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. 
 
DESCRIÇÃO CONSTRUTIVA 
 
 
 
ÍTEM DESCRIÇÃO MATERIAL 
01 Haste Aço SAE 1045 
02 Camisa Tubo de aço - ST – 52 
03 Cabeçote Dianteiro Aço SAE – 1020 
04 Cabeçote Traseiro Aço SAE - 1020 
05 Êmbolo Aço SAE - 1020 
06 Bucha Guia Bronze - SAE - 62 
07 Amortecedor Aço SAE - 1020 
08 Flange Aço SAE - 1020 
09 Flange Aço SAE - 1020 
10 Posicionador Bronze - SAE - 62 
11 Tensionador Bronze - SAE - 62 
12 Flange Aço SAE - 1020 
13 Calços Aço SAE - 1020 
14 Agulha Aço SAE - 1020 
15 Plug Aço SAE - 1020 
16 Parafuso Allen DIN - 912 
17 Parafuso Allen DIN - 912 
18 Estojo Allen DIN – 913 
19 Parafuso Allen DIN – 912 
20 Porca Auto TRavante Aço SAE – 1045 
21 Porca DIN – 934 
22 Estojo Allen DIN – 913 
23 Estojo Allen DIN – 913 
24 Esfera Aço SAE – 52100 
25 Esfera Aço SAE – 52100 
26 Mola Aço SAE – 6150 
27 Raspador Molythane ou Viton 
28 Gaxeta Chevrom Neoprene com Lona 
29 Anel “O” Buna “N” ou Viton 
30 Anel “O” Buna “N” ou Viton 
31 Anel “O” Buna “N” ou Viton 
32 Gaxeta Molythane ou Viton 
33 Anel “O” Buna “N” ou Viton 
34 Anel “O” Buna “N” ou Viton 
35 Gaxeta Chevrom Neoprene 
36 Contraporca Aço SAE – 1020 
37 Olhal com rótula Aço SAE - 1020 
38 Superfícies Metalizadas com 
Bronze pelo Processo Rototec 
( UTP - 34 ou Eutectic 1851) 
 
 
 
 
 
 
Choque Hidráulico 
Quando a energia de trabalho hidráulica que está movendo um cilindro 
encontra um obstáculo (como o final de curso de um pistão), a inércia do líquido do 
sistema é transformada em choque ou batida, denominada de choque hidráulico. Se 
uma quantidade substancial de energia é estancada, o choque pode causar dano ao 
cilindro. 
 
Amortecimentos 
Para proteger os cilindros contra choques excessivos, os mesmos podem ser 
protegidos por amortecimentos. O amortecimento diminui o movimento do cilindro 
antes que chegue ao fim do curso. Os amortecimentos podem ser instalados em 
ambos os lados de um cilindro. 
 
 
 
Um amortecimento 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). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.5 - ESPECIFICAÇÃO 
 
 
 
 
1.6 – Vantagens e Desvantagens 
 
� Vantagens 
• Bom rendimento ao transformar movimentos; 
• Força máxima constante ao longo do curso; 
• Controle fácil da força no atuador; 
• Velocidade constante se vazão é constante; 
• Velocidade constante ao longo do curso; 
• As forças podem ser de tração e compressão; 
• Acionamentos de grande potência com cotas reduzidas de 
montagem. 
 
� Desvantagens 
• Tende a ser um pouco mais lento que o sistema pneumático. 
• Requer uma fonte de energia cara. 
• Requer cara e extensiva manutenção. 
• As válvulas devem ser precisas e são caras. 
• Está sujeito a vazamentos de óleo do sistema 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 – ATUADOR / CILINDRO PNEUMÁTICO 
Um cilindro pneumático é um tipo de dispositivo usado para gerar força a 
partir da energia do gás sob pressão. O cilindro pneumático básico consiste de uma 
câmara cilíndrica com um pistão móvel e de admissão e canais de escape. Quando o 
ar comprimido ou outro gás é bombeado para o fundo do cilindro, o gás se expande, 
empurrando para cima o pistão móvel e gerando força. Cilindros pneumáticos, 
também conhecidos como cilindros de ar, têm vantagens sobre os sistemas 
hidráulicos, em alguns casos e são usados em uma ampla variedade de aplicações. 
Um cilindro pneumático opera com base neste princípio. O ar é comprimido e 
depois encaminhado para a câmara cilíndrica debaixo de um pistão móvel. O ar 
pressurizado exerce força contra a base do pistão, fazendo com que o pistão se mova 
para cima através do cilindro oco. A haste se estende da base do pistão para cima 
através do topo do cilindro. Quandoo ar comprimido se expande para o espaço vazio 
e move o pistão para cima, esta vara também se move, fornecendo uma maneira de 
mover outros elementos mecânicos. 
A posição do pistão em um cilindro pneumático é controlada por uma 
válvula que distribui o ar comprimido na parte superior ou na parte inferior do cilindro. 
Quando a extremidade da haste, ou a parte superior, do cilindro são cheias com o ar 
pressurizado, o pistão move-se para baixo, e o ar abaixo do pistão é exalado para fora 
através de uma tubulação de exaustão. O ar pressurizado que incorpora a base, move 
o pistão, e o ar acima do pistão é exalado para fora. Este sistema permite que o 
cilindro seja operado repetidamente para gerar a força. 
 
Os atuadores pneumáticos são classificados em atuadores lineares que geram 
movimentos lineares e atuadores rotativos que geram movimentos rotativos que serão 
descritos a seguir. 
As principais características dos atuadores pneumáticos são: 
• Apresentam 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. 
 
 
2.1 – PRINCIPAIS TIPOS DE CILINDROS 
 
2.1.1 - Atuadores Lineares 
 
� Cilindro de Simples Ação 
 
Consiste de um pistão com uma mola. Ao se reduzir a pressão a mola retorna o 
pistão. Entre as suas características temos: 
 
• Consumo de ar num sentido; 
• Forças de avanço reduzidas (em 10%) devido à mola; 
• Maior comprimento e cursos limitados; 
• Baixa força de retorno (devido à mola). 
 
 
Tem várias aplicações, em especial em situações de segurança, como freios 
de caminhão, onde os freios ficam normalmente fechados sob ação da mola, abrindo 
apenas quando o motor do caminhão está funcionando e fornecendo pressão. Em 
caso de falha do motor os freios travam. 
 
 
 
 
 
� Cilindro de Dupla Ação 
 
A atuação é feita por ar comprimido nos dois sentidos. Entre as suas 
características temos: 
• Atuação de força nos dois sentidos, porém com força de avanço maior do que 
a de retorno; 
• Não permite cargas radiais na haste; 
 
 
 
É o mais utilizado possuindo inúmeras aplicações, como prensas, fixadores, 
etc… O curso não pode ser muito grande, pois surgem problemas de flambagem. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
� Cilindros de Membrana 
 
Consiste num cilindro de simples ação com grande diâmetro possuindo uma 
membrana ao invés de um pistão. A ideia é fornecer altas forças (até 25000 N) num 
curso limitado (60 mm) (por problemas de espaço, por exemplo). 
 
 
É utilizado em aplicações como prensas, mas principalmente no acionamento 
de servoválvulas hidráulicas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
� Cilindro de Dupla Ação com Haste Passante 
 
Consiste num cilindro de dupla ação com haste em ambos os lados. Entre as 
suas características temos: 
 
• Possibilidade de realizar trabalho nos dois sentidos; 
• Absorve pequenas cargas laterais; 
• Força igual nos dois sentidos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
� Cilindro Sem Haste 
Estes cilindros são aplicados onde são necessários cursos muito grandes e 
surgem problemas de flambagem na haste de um cilindro comum. Apresentam a 
mesma área em ambos os lados e por isso mesma força de avanço e retorno. São 
aplicados em acionamento de portas, alimentador de peças, etc... Existem três tipos 
descritos a seguir. 
 
1. Com tubo fendido 
 
Essa montagem permite absorver elevados momentos e forças transversais, no 
entanto a vedação consiste num ponto crítico. É utilizado em particular em catapultas 
de porta aviões, onde é acionado por vapor superaquecido. 
 
2. Com imã 
 
Não tem problemas de vedação como o anterior, mas a transmissão da força é 
limitada pelo imã. É utilizado em robôs Cartesianos. 
 
3. Com cabo ou fita 
 
Não há problema de flambagem, pois as fitas estão sobre tração. Muito usado 
no acionamento de portas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
� Cilindro de Múltiplas Posições 
 
Consiste em dois ou mais cilindros montados em conjunto para alcançar várias 
posições. Com n cilindros de cursos desiguais, pode-se obter 2^n posições distintas. 
 
 
 
É aplicado em mudança de desvios, acionamento de válvulas, etc.. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
� Cilindro Tandem 
 
Consiste em dois cilindros acoplados mecanicamente em série. É aplicado 
principalmente em pregadores pneumáticos. Entre as suas características temos: 
• Grande força com pequeno diâmetro; 
• Grande dimensão de comprimento; 
• Somente para pequenos cursos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
� Cilindro de Percussão 
 
É usado para gerar uma alta força de impacto e a alta velocidade (7,5 a 10 
m/s). Funciona da seguinte forma: 
 
• Inicialmente é aplicada pressão nas câmaras A e B (ver figura 6.1.8.1), e o 
valor da pressão é aumentado em ambos os lados; 
• Num certo instante, a câmara A é exaurida (pressão atmosférica) e o pistão é 
empurrado pela pressão da câmara B; 
• Ao se movimentar um pouco a área em que a pressão da câmara B atua tem 
seu diâmetro aumentado bruscamente como mostrado na figura, o que faz com 
que o pistão seja acelerado violentamente; 
• A energia cinética do pistão é convertida em força de impacto. 
 
 
Apresenta um pequeno curso. É aplicado em prensas pneumáticas para 
forjamento, britadeiras, rebitadeiras, etc.. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
� Cilindro Telescópico 
 
É composto de vários cilindros montado em série um dentro do outro. 
Apresenta curso longo e dimensões reduzidas de comprimento, porém um diâmetro 
grande face à força gerada. É aplicado em máquinas que precisam de um longo curso 
e comprimento reduzido. 
 
 
2.2 - Vantagens x Desvantagens 
 
Vantagens 
• Baixo custo; 
• Simplicidade; 
• Posição de segurança por falha é inerente; 
• Necessidade de baixa pressão de ar de suprimento; 
• Ajustabilidade; 
• Facilidade de manutenção; 
• Resposta rápida; 
 
Desvantagens 
• Torques ilimitados (~50 kgf/m) 
• Limitação quanto a temperatura; 
 
 
 
 
 
2.3 – Descrição Construtiva 
 
 
1- Camisa: feita de um tubo de aço trefilado a frio sem costura; 
2 e 3 - Tampas de alumínio fundido; 
4 - haste do êmbolo: feita de aço e pode ter proteção anticorrosiva. As roscas 
são laminadas reduzindo o risco de ruptura; 
5 - anel circular: responsável pela vedação da haste; 
6 - bucha de guia: guia a haste; 
7 - anel limpador: evita a entrada de impurezas; 
8 - guarnição duplo lábio: veda ambos os lados do pistão; 
9 - juntas tóricas ou "O-ring": atua como vedação. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.4 - Especificação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Referências 
 
• CEFET Bahia – Apostila de Hidráulica 
• Instituo Federal Catarinense –Campus Luzerna – Hidráulica e 
Pneumática 
• http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAOqUAA/atuadores-hidraulicos-
pneumaticos 
• Rexroth