04.05 Resumo 03 Prova 2 - Automação Industrial

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Elementos Pneumáticos de Trabalho 
 
 Atuadores Lineares (cilindros): 
 O atuador linear é um elemento que transforma a energia pneumática em movimentos retilíneos, 
permitindo a aplicação do movimento linear exatamente onde é necessário. 
 
 
1. Atuadores lineares de simples ação (simples efeito): Esses atuadores são acionados por ar comprimido 
de um só lado e, portanto, trabalham em uma só direção. 
 O retrocesso efetua-se mediante uma força externa ou por mola. 
 Empregam-se esses elementos de trabalho principalmente para fixar, expulsar, prensar, elevar, 
alimentar, etc. 
 
 
 
Obs.: Em atuadores com mola, o curso do êmbolo é limitado pelo comprimento da mola. Por essa razão, são 
fabricados com comprimentos até aproximadamente 100mm. 
 
 
2. Atuador linear de dupla ação (duplo efeito): Os movimentos de avanço e retorno nos atuadores de 
dupla ação são produzidos pelo ar comprimido e, por isso, podem realizar trabalho nos dois sentidos de seu 
movimento. 
 
Empregados em todos os casos em que é necessária dois sentidos do movimento, devendo-se, entretanto 
observar que os esforços de flexão sobre a haste dos cilindros devem ser evitados ao máximo, através do uso 
de guias. 
 
3. Atuador Tandem (Duplicador de Força): Trata-se de dois cilindros de ação dupla que formam uma só 
unidade. 
 Assim, com carga simultânea nos dois êmbolos, a força será a soma das forças dos dois cilindros. Ele 
é recomendado para obter uma força elevada quando a área útil do cilindro é pequena. 
 
 
 
4. Atuador linear com amortecimento nos fins de curso: Empregados quando volumes grandes e pesados 
são movimentados por um atuador. Possui um sistema de amortecimento para evitar impactos secos e 
danificação das partes. 
 Antes de alcançar a posição final, um êmbolo de amortecimento interrompe o escape direto do ar, 
deixando somente uma passagem pequena, geralmente regulável. 
 
 
 
Com o escape de ar restringido, cria-se uma sobre pressão que, para ser vencida, absorve grande parte da 
energia, o que resulta em perda de velocidade nos fins de curso. 
 
 
5. Atuadores rotativos 
 
 Na execução com atuador de dupla ação, a haste do êmbolo tem um perfil dentado (cremalheira). A 
haste do êmbolo aciona, com esta cremalheira, uma engrenagem, transformando o movimento linear em 
movimento rotativo, à esquerda ou à direita, sempre segundo a direção do curso. 
 
 
 
 
Cálculos em Cilindros atuadores 
 
Força do Êmbolo: 
 A força do êmbolo depende da pressão de ar, do diâmetro do cilindro e da resistência de atrito dos 
elementos de vedação. 
 Força teórica no avanço de um atuador linear: 
FT = força teórica [kgf] 
Aav = área útil do êmbolo [cm
3
] 
p = pressão [bar, kgf/cm
2
] 
 
- Cilindro de Ação Simples: 
 
 
 
Onde: 
Ft = Força teórica [kgf] 
Fr = Força de resistência ao atrito [kgf] 
Fm = Força da mola de recuo [kgf] 
Fea = Força efetiva no avanço [kgf] 
P = Pressão de trabalho [kgf/cm
2
] 
Aav = Área útil 
D = Diâmetro da camisa [cm] 
 
 
- Cilindro de Ação dupla: 
Avanço: 
 
Onde: 
Ft = Força teórica [kgf] 
Fea = Força efetiva no avanço [kgf] 
Fr = Força de resistência ao atrito em kgf = 3 a 20% de Ft 
 
Retorno: 
 
 
Ft = Força teórica [kgf] 
Fer
 
= Força efetiva no recuo [kgf] 
Fr
 
= Força de resistência ao atrito [kgf] 
= 3 a 20% de Ft 
Ac = Área da camisa [cm
2
] 
Ah = Área da haste [cm
2
] 
Ar
 
= Área útil de recuo [cm
2
] 
D=Diâmetro da camisa em cm 
d=diâmetro da haste [cm] 
P = Pressão de trabalho [kgf/cm
2
] 
 
Exemplo: Metodologia de cálculo para um cilindro de dupla ação. 
a) Força de Avanço 
 
1º Passo: Cálculo da área de avanço 
 
2º Passo: Cálculo da força teórica 
 
3º Passo: Cálculo da força de atrito 
 
4º Passo: Cálculo da força efetiva 
 
 
 
b) Força de Retorno: 
 
1º Passo: Área da camisa (Ac) 
 
2º Passo: Área da haste (Ah) 
 
3º Passo: Cálculo da área de recuo (Ar) 
 
4º Passo:Cálculo da força teórica (Ft) 
 
 
5º Passo: Força de atrito (Fr) 
 
 6º Passo: Cálculo da força efetiva 
 
 
 
Tabela “Pressão-Força de avanço para Cilindros Pneumáticos” 
 
 
 
Cálculo do consumo de ar: 
 
 É importante conhecer o consumo de ar da instalação, para poder produzi-lo e conhecer as despesas 
de energia. 
 Calcula-se o consumo de ar para uma determinada pressão de trabalho, um determinado diâmetro de 
cilindro e um determinado curso, da seguinte forma: 
 
 
A relação da compressão (RC), ao nível do mar, será dada pela relação: 
 pT = pressão de trabalho = 1 a 15 bar 
Fórmula para consumo de ar: 
Simples ação: dupla ação: 
 
 
 
 
Q = consumo de ar [L/min] 
s = comprimento do curso [cm] 
n = no de ciclos por minuto 
 
Outro modo de cálculo: 
Com o auxílio do diagrama de consumo de ar, pode ser calculado mais simples e rapidamente o consumo do 
equipamento. Para os usuais diâmetros do cilindro e para pressões de 1 a 15 bar, os valores são expressos 
litros por centímetro de curso (l/cm). O consumo de ar é dado em litros por minuto (ar aspirado). 
 
Tabela “Consumo de ar para cilindros” 
 
 
Fórmulas para cálculo do consumo de ar conforme a tabela dada: 
 
 
Exemplo: 
Qual o consumo de ar de um cilindro de dupla ação, com diâmetro de 50mm, com 100mm de curso, que 
realiza 10 cursos por minuto, submetido à pressão de serviço igual a 6 bar? 
s = 100mm = 10cm 
n = 10 cursos por minuto 
q = 0,134 (conforme tabela do consumo de ar) 
Q = 2 . (s . n. q) (l/min) 
Q = 2 . (10 . 10. 0,134) 
Q = 2 . 13,4 
Q = 26,8 l/min 
 
 
 
Válvulas 
 
 Todos os elementos de comando que tem por finalidade influenciar o fluxo de energia (nesse caso o 
ar comprimido) são denominados válvulas, independentemente de sua forma construtiva. 
As válvulas são subdivididas, segundo as suas funções, em cinco grupos: 
1. Válvulas direcionais; 
2. Válvulas de bloqueio; 
3. Válvulas de fluxo ou de vazão; 
4. Válvulas de pressão; 
5. Válvulas de fechamento. 
1.Válvulas direcionais: São elementos que influenciam o percurso de um fluxo de ar, principalmente nas 
partidas, nas paradas e na direção do fluxo. 
As válvulas direcionais caracterizam-se por: 
a) número de posições; 
b) número de vias; 
c) posição de repouso; 
d) tipo de acionamento; 
e) tipo de retorno; 
f) vazão. 
 
Essas características são representadas por simbologia própria pela norma ISO 1219, descrita a seguir: 
a) Número de posições: 
 As válvulas são simbolizadas graficamente com quadrados. O número de quadrados indica o número 
de posições (situações) ou manobras distintas que uma válvula pode assumir. 
 
b) Número de vias: 
 As vias de passagem de uma válvula são indicadas por linhas nos quadrados representativos de 
posições, e a direção do fluxo, por setas. 
 
Os fechamentos ou bloqueios de passagem são indicados dentro dos quadrados, com traços transversais. 
 
Traços externos indicam as conexões (entrada e saída) e o número de traços indica o número de vias. Em 
geral, as conexões são representadas nos quadrados da direita. Triângulo no símbolo representa vias de 
exaustão do ar (escape). 
 
 
 
Identificação dos orifícios (vias) das válvulas direcionais: 
Conexão letras dígitos 
Alimentação (pressão) P 1 
Utilização A, B, C 2, 4Escapes de ar R, S, T 3, 5 
Pilotagem X, Z,Y 10, 12, 14 
 
c) posição de repouso: Denomina-se posição de repouso ou posição normal da válvula, a posição em que se 
encontram os elementos internos quando a válvula não está acionada. 
 Geralmente é representada do lado direito do símbolo. 
- Válvula normal fechada (NF) que não permite passagem do fluido na posição normal. 
 
- Válvula normal aberta (NA) que permite passagem do fluido na posição normal. 
 
 
d) tipo de acionamento: Conforme a necessidade, os mais diferentes tipos de acionamento podem ser 
adaptados às válvulas direcionais. 
 Os símbolos de acionamento são desenhados horizontalmente nos quadrados. 
Exemplos: 
Acionamento por força muscular: 
 
Acionamento mecânico: 
 
Acionamento pneumático (direto): 
 
e) Tipo de retorno: Retorno é o “desacionamento”, que posiciona uma válvula direcional de 2 posições, à 
posição de repouso. 
 O retorno pode ser feito por uma mola, que normalmente é representado do lado direito do símbolo. 
f) Vazão: Os fabricantes de componentes pneumáticos especificam nos catálogos dos produtos, os valores da 
vazão nominal. 
 
Exemplos de simbologias de válvulas direcionais: 
 
 
 
2. Válvulas de bloqueio: são aparelhos que impedem a passagem do fluxo de ar em uma direção. 
 Internamente, a própria pressão aciona a peça de vedação positiva e ajusta, com isto, a vedação da 
válvula. 
Exemplo: Válvula de retenção 
 Esta válvula pode fechar completamente a passagem do ar em um sentido determinado. 
 O bloqueio do fluxo pode ser feito por cone, esfera, placa ou membrana. 
 
3. Válvulas de fluxo ou de vazão: 
Exemplos: Válvula reguladora de pressão (Unidade de Conservação) e Válvula limitadora de pressão. 
Utiliza-se a válvula limitadora de pressão, principalmente, como válvula de segurança ou de alívio. Ela não 
permite que o aumento da pressão no sistema seja acima da pressão admissível (pré-determinada). 
 Quando é alcançada a pressão máxima na entrada da válvula, o êmbolo é deslocado da sua sede 
permitindo a exaustão do ar através do orifício de escape. 
 Quando a pressão excedente é eliminada, atingindo o valor de regulagem, a mola recoloca o êmbolo 
na posição inicial, vedando a passagem ao ar. 
 
 
4. Válvulas de pressão: Esta válvula tem por finalidade influenciar o fluxo do ar comprimido. 
Exemplo: 
 Válvulas reguladoras de fluxo unidirecional: A regulagem do fluxo é feita somente em uma direção. 
Uma válvula de retenção fecha a passagem numa direção e o ar pode fluir somente através da área 
reguladora. Em sentido contrário, o ar passa livre através da válvula de retenção aberta. 
 
 
 
5. Válvulas de fechamento: São válvulas que abrem e fecham a passagem do fluxo de ar comprimido. Estas 
válvulas são, em geral, de acionamento manual. 
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