Atuadores e Sistemas Pneumáticos

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1 Atuadores e Sistemas Pneumáticos Aula 3 e 4 Prof. Dr. Emílio Carlos Nelli Silva Prof. Dr. Rafael Traldi Moura

2 Atuadores Pneumáticos Classificação Atuador Linear (Movimento Linear): Cilindro de Simples Ação; Cilindro de Dupla Ação; Cilindro Tandem; Cilindro Rotativo, etc... Atuador Rotativo (Movimento Rotativo): Motores pneumáticos (pistão, palheta, turbina, etc...). Características Principais Baixa rigidez (ar é compressível); Não há precisão na parada em posições intermediárias; Favorável relação peso/potência; Dimensões Reduzidas; Segurança à sobrecarga; Facilidade de inversão; Proteção à explosão; PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 2

3 Atuadores Lineares Cilindro de Simples Ação Características Consumo de ar num sentido; Força de avanço reduzida devido a mola; Maior comprimento e curso limitado devido a mola. Aplicações Atuais: Freios de caminhão (freios travam, caso haja falta de energia). PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 3

4 Atuadores Lineares Cilindro de Membrana Características Altas forças (até N) num curso limitado (60 mm); Aplicações Atuais: Acionamento de servoválvulas hidráulicas. PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 4

5 Atuadores Lineares Cilindro de Dupla Ação Características Atuação de força nos dois sentidos; Força de retorno é inferior à de avanço; Não permite cargas radiais na haste. Aplicações Atuais: prensas, fixadores, etc... PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 5

6 Atuadores Lineares Cilindro de Dupla Ação com haste passante Características Possibilidade de realizar trabalho nos dois sentidos; Absorve pequenas cargas laterais; Força igual nos dois sentidos. PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 6

7 Atuadores Lineares Cilindro Tandem Características Grande força com pequeno diâmetro; Grande dimensão de comprimento; Somente para pequenos cursos. Aplicações Atuais: Máquinas especiais como pregadores. PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 7

8 Atuadores Lineares Cilindro de Percussão Características Converte energia cinética em força de impacto Altas velocidades Pequeno curso. Aplicações Atuais: prensas para forjamento, gravar, furar, cortar, etc... PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 8

9 Atuadores Lineares Cilindro de Múltiplas Posições Características Com n cilindros com cursos desiguais, pode-se obter 2 n posições distintas. Aplicações Atuais: Distribuição de peças em esteiras. PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 9

10 Atuadores Lineares Cilindro sem Haste: cilindro de cabos Opera sob tração e não compressão como nos cilindros com haste; Características Não possui haste; Grandes cursos, onde há problema de flambagem nos cilindros com haste; Áreas iguais em ambos os lados e portanto forças iguais. Aplicações Atuais: Acionamento de portas e alimentador de peças. PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 10

11 Atuadores Lineares Cilindro sem Haste: cilindro com tube fendido A vedação é um ponto crítico; Características Não possui haste; Grandes cursos, onde há problema de flambagem nos cilindros com haste; Áreas iguais em ambos os lados e portanto forças iguais. Aplicações Atuais: Catapulta de porta-aviões, acionamento de portas. PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 11

12 Atuadores Lineares Cilindro sem Haste: cilindro com imã Transmissão de força (limitada) por imã. Não tem problemas de vedação; Características Não possui haste; Grandes cursos, onde há problema de flambagem nos cilindros com haste; Áreas iguais em ambos os lados e portanto forças iguais. Aplicações Atuais: Robôs manipuladores cartesianos. PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 12

13 Atuadores Rotativos Cilindro Rotativo Características Converte movimento linear em rotativo Ângulo limitado de rotação. Aplicações Atuais: Acionamento de válvulas, giro de peças, etc. Cilindro de Aleta Giratória - máximo ângulo de 300º. PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 13

14 Dimensionamento do Atuador Linear Diâmetro do êmbolo d 1 : 63 mm Diâmetro da haste d 2 : 20 mm Curso h: 500 mm Volume adicional V T : 30 cm 3 Pressão de trabalho p 1 : 6 bar Número de ciclos n: 20/min TemperaturaT 1 : 30ºC Solução: P a =6+1= 7 bar A embolo = A e ; A emb-haste = A H Força de avanço: F v =P a *A e -P atm *A H =~ P e *A e =60(N/cm 2 )*31,2cm 2 =1872 N Força de retorno: F R =P a *A H -P atm *A e =~ P e *A H =60(N/cm 2 )*28 cm 2 =1680 N Volume de ar no avanço: V v = A e *h+v T, onde V T é o volume adicional ou morto, ou seja, a soma dos volumes de pequenos espaços dentro do atuador além do cilindro. Deve ser considerado no avanço e no retorno. Assim: V v = (A e *h+v T )*n=(1590 cm 3 /ciclo)*20=31800 cm 3 /min=31,8 l/min No retorno: V R = (A H *h+v T )*n=(1400 cm 3 /ciclo)*20=28000 cm 3 /min=28 l/min Portanto o consumo de ar total à 7 bar e 30ºC é V total =31,8+28=59,8 l/min À 1 bar e 20ºC: PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 14

15 Unidades Hidropneumáticas Compressibilidade do ar não permite posicionamento preciso; Acionamento pneumático; Cilindro hidráulico fornece a rigidez necessária ao movimento; Aumenta a estabilidade da velocidade e posição do circuito pneumático; Aumenta a estabilidade da velocidade e posição do circuito pneumático; Velocidade ajustada através de um estrangulamento variável. PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 15

16 Execução Prática do Cilindro Pneumático 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 anti-corrosiva. As roscas são laminadas reduzindo o risco de ruptura; 5 - anel circular: reponsável 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 PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 16

17 Execução Prática do Cilindro Pneumático Tipo de vedações para êmbolos PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 17

18 Execução Prática do Cilindro Pneumático Tipo de fixação dos cilindros nas máquinas PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 18

19 Amortecimento de fim de curso Amortece o movimento do êmbolo; Reduz ruído sonoro. PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 19

20 Outros Dispositivos Mesa pneumática almofada de ar : Facilita o deslocamento de peças (sem atrito). Usado também em máquinas de precisão (mesas de medição). Pinça pneumática: Permite fixação rápida e com grandes forças. Usado na fixação de peças em máquinas ferramentas. PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 20

21 Motores Pneumáticos Classificação Características: Inversão simples do sentido de rotação; Regulagem progressiva de rotação e torque; Alta relação peso/potência; Baixo ruído sonoro. Critérios de seleção: Torque necessário sob carga; Rotação com carga; Desvio admissível de rotação com variação de carga; Consumo de ar e rendimento. PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 21

22 Motores Pneumáticos PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 22 0 w n n 1 M M 0 2 w n n n n M M P

23 Motores Pneumáticos Motor de Palhetas Características: Rotação é facilmente invertida; Faixa de rotação varia de 200 rpm até rpm; Potência varia de 50W até 20 kw; Aplicações Atuais: Muito usado em parafusadeiras pneumáticas. PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 23

24 Motores Pneumáticos Motor de Pistões radiais Características: Elevado torque de arranque e na faixa de rotação; Baixa rotação (até 5000 rpm); Faixa de potência varia de 2W até 20 kw. Comando de fornecimento de ar por distribuidor rotativo. Aplicações Atuais: Equipamentos de elevação; PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 24

25 Motores Pneumáticos Motor de Pistões axiais Características: Elevado torque de arranque e na faixa de rotação; Baixa rotação (até 5000 rpm); Faixa de potência varia de 2W até 20 kw. Uniformidade ao movimento; Funcionamento silencioso. PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 25

26 Atuadores Lineares Motor de Engrenagens e Roots Geração do torque ocorre pela pressão do ar exercida nos flancos dos dentes de duas engrenagens engrenadas; Faixa de rotação varia de 1000 rpm à 3000 rpm; Faixa de potência vai até 70 kw. Motor de Turbina: Energia cinética do ar é convertida em movimento rotativo; Péssimo rendimento devido às altas perdas de ar; Atingem rotações elevadíssimas com baixo torque ( rpm até rpm); Para baixas rotações e altos torques não é vantajoso; Aplicações: "broca do dentista" ( rpm), fresadoras e retificadoras de alta rotação. PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 26

27 Exercício Considere o pistão rotativo com carcaça em formato espiral como mostrado na figura com as seguintes características: R: 10,0cm; largura do pistão: 4 cm (perpendicular a folha); pressão de trabalho: 6 bar (relativa); temperatura de trabalho: 40ºC; número de ciclos: 20 ciclos/min. O pistão funciona de forma similar a um motor de palhetas. Despreze o diâmetro do eixo interno. A equação da curva espiral é: r R 1 2 Calcular: 1) torques de avanço e de retorno (Nm) em função de ; 2) consumo de ar no avanço e no retorno (litros/min); 3) consumo de ar total à (20ºC, 1 bar) (litros/min). 0 2 Lembrete: área= 1 bar = 10 5 N/m 2 PMR2481 Atuadores e Sistemas Pneumáticos 27 rdrd