Livro_Digital_249_Elementos_de_Automação_Tema_3

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Atuadores
Os atuadores lineares são conhecidos como cilindros ou cilindros pistões. Um bom 
exemplo de pistão seria uma seringa de injeção, aquelas mesmas vendidas em 
farmácia. A seringa de injeção funciona aplicando-se uma força mecânica na haste 
do êmbolo que se desloca segundo um movimento linear guiada pelas paredes do 
tubo da seringa, fazendo com que o líquido saia sob pressão pela agulha. Ou seja, está 
ocorrendo uma transformação de energia mecânica em energia de pressão do fluido. 
Agora vamos inverter o funcionamento da seringa. Se injetarmos um fluido (água, por 
exemplo) pelo ponto onde a agulha é acoplada ao corpo da seringa, o êmbolo irá se 
deslocar segundo um movimento linear. Estaremos, então, transformando energia de 
pressão do fluido em energia mecânica. Desta maneira teremos um atuador linear. 
Cilindros hidráulicos e pneumáticos têm construção muito mais complexa do que 
simples seringas de injeção, pois as pressões dos fluidos e os esforços mecânicos são 
muito maiores. Como esses cilindros realizam operações repetitivas, deslocando-
se ora num sentido ora em outro, devem ser projetados e construídos de forma 
cuidadosa, para minimizar o desgaste de componentes e evitar vazamento de fluidos, 
aumentando, assim, sua vida útil.
Apresentação
Situação Prática
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Situação Prática
Referências 
Bibliográficas
Atuadores
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Os cilindros compõem-se normalmente de um tubo cuja superfície interna é polida, 
um pistão (ou êmbolo) fixado a uma haste e duas tampas montadas nas extremidades 
do tubo. Em cada uma das tampas há um orifício por onde o fluido sob pressão entra 
no cilindro e faz com que o pistão seja empurrado para um lado ou para outro dentro 
do tubo. 
 
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Entre as várias peças (fixas ou móveis) que compõem o conjunto, existem vedações 
de borracha ou outro material sintético para evitar vazamentos de fluido e entrada 
de impurezas e sujeira no cilindro. Essas vedações recebem nomes diferentes de 
acordo com seu formato, localização e função no conjunto. Assim, temos retentores, 
anéis raspadores e anéis “O”, entre outros. Alguns atuadores utilizam amortecedores 
de fim de curso. Durante o movimento do êmbolo para a direita, e antes que o pistão 
atinja a tampa, um êmbolo menor penetra num orifício e reduz a passagem que o 
fluido atravessa. A velocidade do pistão diminui e, com isso, o choque entre o pistão e a 
tampa do cilindro é menos violento. 
 
Os cilindros pneumáticos e hidráulicos encontram grande campo de aplicação em 
máquinas industriais, automáticas ou não, e outros tipos de equipamentos, como os 
utilizados em construção civil e transportes (guindastes, escavadeiras, caminhões 
basculantes).
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Tipos de Atuadores Lineares Pneumáticos
Atuador de Simples Ação
Utiliza ar comprimido para conduzir trabalho em um único sentido de movimento, 
seja para avanço ou para retorno. Este tipo de cilindro possui somente um orifício por 
onde o ar entra e sai do seu interior, comandado por uma válvula. Na extremidade 
oposta à de entrada, é dotado de um pequeno orifício que serve de respiro,
visando impedir a formação de contrapressão internamente, causada pelo ar residual 
de montagem. O retorno, em geral, é efetuado por ação de mola e força externa. 
Quando o ar é exaurido, o pistão (haste + êmbolo) volta para a posição inicial.
Simbologia
Atuador de Dupla Ação
Utiliza ar comprimido para produzir trabalho em ambos os sentidos de movimento 
(avanço e retorno), diz-se que é um cilindro de Dupla Ação, o tipo mais comum de 
utilização. Sua característica principal, pela definição, é o fato de se poder utilizar 
tanto o avanço quanto o retorno para desenvolvimento de trabalho. Existe, porém, 
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Atuadores
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uma diferença quanto ao esforço desenvolvido: as áreas efetivas de atuação da 
pressão são diferentes; a área da câmara traseira é maior que a da câmara dianteira, 
pois nesta há que se levar em conta o diâmetro da haste, que impede a ação do ar 
sobre toda a área. O ar comprimido é admitido e liberado alternadamente por dois 
orifícios existentes nos cabeçotes, um no traseiro e outro no dianteiro que, agindo 
sobre o êmbolo, provocam os movimentos de avanço e retorno. Quando uma câmara 
está admitindo ar, a outra está em comunicação com a atmosfera. Esta operação é 
mantida até o momento de inversão da válvula de comando. Ao alternar a admissão 
do ar nas câmaras, o pistão se desloca em sentido contrário.
Simbologia
Atuador com Amortecimento
Foi projetado para controlar movimentos de grandes massas e desacelerar o 
pistão nos fins de curso; tem a sua vida útil prolongada em relação aos tipos sem 
amortecimento. Este amortecimento tem a finalidade de evitar as cargas de choque, 
transmitidas aos cabeçotes e ao pistão, no final de cada curso, absorvendo-as. Em 
cilindros de diâmetro muito pequeno, este recurso não é aplicável, pois utiliza 
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espaços não disponíveis nos cabeçotes, e nem haveria necessidade, porque o esforço 
desenvolvido é pequeno e não chega a adquirir muita inércia. O amortecimento é 
criado pelo aprisionamento de certa quantidade de ar no final do curso. Isso é feito 
quando um colar que envolve a haste começa a ser encaixado numa guarnição, 
vedando a saída principal do ar e forçando-o por uma restrição fixa ou regulável, 
através da qual escoará com vazão menor. Isso causa uma desaceleração gradativa na 
velocidade do pistão e absorve o choque. 
Simbologia
Atuador de Haste Dupla
Este tipo de cilindro (D.A.) de haste dupla vem encontrando grandes aplicações 
na indústria. Possui duas hastes unidas ao mesmo êmbolo. Enquanto uma das 
hastes realiza trabalho, a outra pode ser utilizada no comando de fins de curso ou 
dispositivos que não possam ser posicionados ao longo da oposta. Apresentam 
ainda a possibilidade de variação do curso de avanço, o que é bastante favorável, 
principalmente em operações de usinagem. 
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Atuadores
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As duas faces do êmbolo possuem geralmente a mesma área, o que possibilita 
transmitir forças iguais em ambos os sentidos de movimentação. Apresenta dois 
mancais de guia, um em cada cabeçote, oferecendo mais resistência a cargas laterais, 
que podem ser causadas pela aplicação, bem como melhor alinhamento. De acordo 
com o dispositivo em que for adaptado, este cilindro pode apresentar uma série de 
outras aplicações. Pode ser fixado pelas extremidades das hastes, deixando o corpo 
livre, ou fixado pelo corpo, permitindo que as hastes se desloquem. Como exemplo 
típico, considera-se o caso da automação de mesas de máquinas operatrizes e 
máquinas de injeção. 
Simbologia
Atuador sem Haste
Os atuadores sem haste aplicam-se em numerosos setores de atividade, sempre que 
o espaço de implantação está limitado ou nos deslocamentos lineares de grandes 
cursos: manutenção, avanços de peças/componentes, posicionamento na área da 
robótica, deslocamentos laterais em transportadores de rodízios, abertura de portas, 
ascensor para subida de peças, deslocamento de pistolas de pintura ou ferramentas, 
entre outras aplicações. 
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Situação Prática
Atuadores
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Referências 
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Simbologia
Atuador com Haste Telescópica
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. 
Simbologia9/19
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Referências 
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Músculo Pneumático
Este dispositivo também chamado de atuador de membrana, quando submetido à 
pressão, comporta-se exatamente como um músculo humano, retrai-se e produz 
força. A construção estrutural do músculo é uma trama geométrica de fibras sintéticas 
e sua aparência é semelhante à de um tubo, o qual, ao receber pressão em seu interior, 
reage contraindo as fibras. Isso diminui o comprimento do atuador e produz força de 
tração. 
Uma das grandes vantagens proporcionadas pelo músculo é a sua alta velocidade, 
que alcança 2.000 mm por segundo e faz dele um grande aliado quando se deseja 
respostas muito rápidas. Graças a essa característica, o produto substitui com 
vantagens elementos mecânicos convencionais, que entrariam em fadiga quando 
submetidos a esforços repetitivos, e abre a possibilidade de aumentar a velocidade dos 
movimentos nos dispositivos e máquinas. 
Simbologia
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Situação Prática
Atuadores
Resolução da 
Situação Prática
Referências 
Bibliográficas
Garras Pneumáticas
As garras pneumáticas são responsáveis pelo pinçamento robusto em uma máquina-
ferramenta até um micro-pinçamento em produtos eletrônicos. Elas podem ser de 
pinças angulares, paralelas, radial e com três garras.
Paralela Radial 3 Pontos Angular
 
Assista agora à videoaula sobre Atuadores Lineares.
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Situação Prática
Atuadores
Resolução da 
Situação Prática
Referências 
Bibliográficas
Cálculo de Cilindros Pneumáticos
É possível calcular a Força de Avanço e Retorno de Cilindros Pneumáticos. Para isto, é 
preciso saber a área do êmbolo e depois aplicar na fórmula da Força, quando a pressão 
de trabalho é conhecida. Observe as fórmulas abaixo para um cilindro de simples 
ação:
Fa
Fa
Fa
Fa
p
Fm
Simples ação
D
A = área do êmbolo
A = P = pressão de trabalho (bar)
Fm = força da mola (kgf)
Fa = força de atrito (kgf)
D = diâmetro do cilindro (cm)
d = diâmetro da haste (cm)
A = área do êmbolo (cm2)
a = área de haste (cm2)
Ft = força teórica (kgf)
Ftav = P . A
Frealav = Ftav . Fa - Fm
4
π d2
π = 3,1416
 
Para um cilindro de dupla ação, não é considerada a força da mola para o avanço, 
uma vez que não existe mola neste modelo, porém a área da haste no retorno deve ser 
considerada. Veja as fórmulas para o cálculo:
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Apresentação
Situação Prática
Atuadores
Resolução da 
Situação Prática
Referências 
Bibliográficas
Fa
Fa
Fa
Fa
p
Dupla ação
D
A = área do êmbolo
A =
Ftav = P . A
Frealav = Ftav . Fa - Fm
4
π d2
d
p a = área do êmbolo
a =
Ftret = p . (A - a)
Frealret = Ftret - Fa
4
π d2
Assista agora à videoaula sobre: Cálculos de Cilindros Pneumáticos.
Atuador Hidráulico
Cilindros hidráulicos transformam trabalho hidráulico em energia mecânica linear, 
a qual é aplicada a um objeto resistivo para realizar trabalho. Um cilindro consiste 
em uma camisa de cilindro, em um pistão móvel e em uma haste ligada ao pistão. Os 
cabeçotes são presos ao cilindro por meio de roscas, prendedores, tirantes ou solda (a 
maioria dos cilindros industriais usa 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 chamado de 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.
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Apresentação
Situação Prática
Atuadores
Resolução da 
Situação Prática
Referências 
Bibliográficas
 
A distância através da qual a energia de trabalho é aplicada determina quanto 
trabalho será realizado. Essa distância é o curso do cilindro. Um cilindro pode ser 
usado para multiplicar uma força pela ação da pressão hidráulica agindo sobre a área 
do pistão. Quando se multiplica uma força, hidraulicamente tem-se a impressão de 
que se está recebendo alguma coisa de graça. Parece que uma pequena força pode 
gerar uma força grande sob as circunstâncias certas, e que nada foi sacrificado. Isto é 
relativamente válido em um sistema estático. Mas, se a força deve ser multiplicada e 
deslocada ao mesmo tempo, alguma coisa deve ser sacrificada – a distância.
Cada cilindro tem um volume (deslocamento), que é calculado multiplicando-se o 
curso do pistão, em centímetros (cm), pela área do pistão. O resultado dará o volume 
em centímetros cúbicos (cm3):
Volume do Cilindro = Área do Pistão x Curso
 cm3 cm2 cm
 
A velocidade da haste de um cilindro é determinada pela velocidade com que um 
dado volume de líquido pode ser introduzido na camisa, para empurrar o pistão. A 
expressão que descreve a velocidade da haste do pistão é:
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Apresentação
Situação Prática
Atuadores
Resolução da 
Situação Prática
Referências 
Bibliográficas
Velocidade da Haste =
 Vazão (l/min) x 1.000
 cm/min
 Área do Pistão
 cm2
Atuadores Rotativos
Os atuadores rotativos podem ser angulares ou contínuos. Os atuadores rotativos 
angulares são mais conhecidos como cilindros rotativos. Nos atuadores lineares, 
como você viu, o movimento do pistão é de translação. Muitas vezes, no entanto, o 
movimento a ser feito pela máquina acionada requer do atuador um movimento de 
rotação. Basicamente, esses atuadores podem ser de dois tipos: de cremalheira e de 
aleta rotativa. O primeiro tipo constitui-se da união de um cilindro pneumático com um 
sistema mecânico. Na haste do pistão de um atuador linear é usinada uma cremalheira. A 
cremalheira aciona uma engrenagem, fazendo girar o eixo acoplado a ela. 
Simbologia
Simbologia para oscilador
hidráulico (cremalheira)
Simbologia
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Apresentação
Situação Prática
Atuadores
Resolução da 
Situação Prática
Referências 
Bibliográficas
No cilindro de aleta rotativa, uma pá ou aleta pode girar de um determinado ângulo ao 
redor do centro da câmara do cilindro. A aleta, impulsionada pelo fluido sob pressão, 
faz girar o eixo preso a ela num ângulo que raramente ultrapassa 300°.
Os atuadores rotativos contínuos são mais conhecidos como motores pneumáticos ou 
hidráulicos, conforme o fluido que os acione, seja ar comprimido ou óleo. Um motor 
hidráulico ou pneumático consta de um rotor ao qual é fixado um eixo. Ao longo da 
periferia do rotor existem ranhuras radiais, onde deslizam pequenas placas de metal 
denominadas palhetas. As palhetas são mantidas em contato com a parte interna 
do corpo do motor por meio de molas denominadas balancins ou pela ação da força 
centrífuga que age sobre elas quando o rotor gira. Na carcaça do motor existem dois 
orifícios, respectivamente para entrada e saída do fluido sob pressão. Ao entrar na 
câmara em que se encontra o rotor, o fluido sob pressão empurra as palhetas do rotor. 
O rotor gira e, com isto, o eixo preso a ele também. Esse movimento de rotação é então 
utilizado para acionar uma outra máquina.
Simbologia
Simbologia
Simbologia
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Apresentação
Situação Prática
Atuadores
Resolução da 
Situação Prática
Referências 
Bibliográficas
Atuadores Oscilantes
Convertem energia pneumática em energia mecânica, através de momento torsor 
limitado por um determinado número de graus.
Simbologia
Assista agora à videoaula sobre Atuadores Hidráulicos e Atuadores Rotativos.
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Situação Prática para Exercitar
Em um comércio local, uma determinada loja de roupas deseja automatizar sua porta 
de entrada. Para tanto, eles estão substituindo a porta atual por uma porta deslizante 
pneumática. Eles vão acrescentar ao sistema um sensor de presença que, à medida 
que os clientes se aproximarem, a porta se abrirá automaticamente:
Funcionamento automá�co
 
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Visto que o deslocamento linear é de grande curso e que não se deseja colocar 
sistemas com engrenagens, o atuador mais indicado pararesolver a situação é:
( ) a) 
( ) b) 
( ) c) 
( ) d) 
( ) e) 
 
Assista agora à videoaula sobre Atuadores – Situação Prática.
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Referências Bibliográficas
Se você desejar saber mais sobre Atuadores, consulte:
BONACORSO, Nelson G. NOLL, Valdir. Automação Eletropneumática. 12.ed. São Paulo: 
Érica, 2014
CAMARGO, V. L. A. Elementos de Automação. 1.ed. São Paulo: Érica, 2014
CIMIRRO, Bruno Fraga. Atuadores Rotativos. Youtube, 2016. Disponível em: 
https://www.youtube.com/watch?v=zJ0QzOHwKKc. Acesso em: 02 maio 2018.
MARQUES, Carlos. Hidráulica - Atuadores Hidrálicos. Youtube, 2014. Disponível em: 
https://www.youtube.com/watch?v=fnsAaR627Co. Acesso em: 02 maio 2018.