Aula 04 - Atuadores pneumáticos atuadores lineares e rotativos

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1 Aula 04 - Atuadores pneumáticos atuadores lineares e rotativos 1 - INTRODUÇÃO Os atuadores pneumáticos são componentes que transformam a energia do ar comprimido em energia mecânica, isto é, são elementos que realizam trabalho. Eles podem ser retilíneos ou rotativos. Os atuadores pneumáticos são classificados em atuadores lineares, atuadores rotativos e motores pneumáticos. 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 - ATUADORES LINEARES Os atuadores Lineares são os chamados cilindros pneumáticos, cuja função é converter a energia do ar comprimido em movimento linear, e podem ser classificados em cilindros de simples ação e cilindros de dupla ação. Exemplos de aplicação: A) Acionamento de válvula B) Acionamento de cadinho de de fechamento fundição C) Acionamento de prensa

2 a) Cilindros de simples ação São aqueles atuadores que realizam trabalho em um único sentido e o seu retrocesso é feito por uma mola ou por uma força externa qualquer. Devido à sua própria construção, são utilizados onde o curso de trabalho é pequeno (± 100 mm), para fixar, marcar, expulsar peças etc. A tabela abaixo mostra alguns símbolos de cilindros de simples ação. Entre as suas características temos: Consumo de ar num sentido; Forças de avanço reduzida (em 10%) devido à mola; Maior comprimento e cursos limitados; Baixa força de retorno (devido à mola).

3 - Dimensionamento de atuadores pneumáticos lineares comerciais

4 - Dimensionamento de atuadores pneumáticos lineares comerciais - Verificação e dimensionamento do diâmetro da haste (critério de Euler)

5 - Verificação e dimensionamento do diâmetro da haste (critério de Euler) Tipo de cilindros Símbolo Tipo de cilindros Símbolo Retorno por mola Avanço por mola e Retorno por ar comprimido Retorno não especificado Retorno por gravidade 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.

6 b) Cilindros dupla ação É o tipo mais comum dos cilindros utilizados. São chamados de dupla ação porque o ar comprimido é utilizado para executar trabalho em ambos os sentidos de movimento, tanto no avanço como no retorno. Na pneumática, a conexão que fica atrás do pistão é definida pela letra A ou pelo número 4, e a conexão do lado haste é definida pela letra B ou pelo número 2. As normas de nomenclatura de conexões serão vistas no capítulo sobre válvulas direcionais. Cilindro de dupla ação e símbolo

7 Exemplo 01 - Considerando o cilindro de dupla ação mostrado na figura e dado as informações abaixo, calcule: a) A força exercida pelo cilindro nos dois sentidos; b) A vazão nos dois sentidos; b) A vazão V0 em condições normais ( 1 bar 20 o C). Diâmetro do êmbolo d1: 63 mm Diâmetro da haste d2: 20 mm Curso h: 500 mm Volume adicional VT: 30 cm 3 Pressão de trabalho p1: 6 bar Número de cursos n: 20/min TemperaturaT1: 30ºC

8 Exemplo 02 - Considerando um cilindro de dupla ação e dado as informações abaixo, calcule: a) a força exercida pelo cilindro nos dois sentidos, b) a velocidade nos dois sentidos, c) a vazão necessária para desenvolver as velocidades calculadas. Diâmetro do êmbolo Dp: 63 mm Diâmetro da haste dh: 20 mm Pressão de trabalho Pt: 6 bar Curso (h): 400 mm Tempo de avanço: 6s Tempo de retorno: 7s Atuador linear com amortecimento nos fins de curso Quando volumes grandes e pesados são movimentados por um atuador, emprega-se um sistema de amortecimento para evitar impactos secos e danificação das partes.

9 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. c) Cilindro de dupla haste ou haste passante Este tipo de cilindro é utilizado quando se deseja igualdade de forças que é sua característica principal ou quando as condições de utilização exigir tal tipo de construção.

10 d) Cilindro de múltiplas posições Este tipo de cilindro é formado de dois ou mais cilindros de dupla ação. Estes elementos estão unidos uns aos outros. Os cilindros movimentamse, conforme os lados dos êmbolos que estão sobre pressão, individualmente.

11 Cilindro de múltiplas posições Com dois cilindros de cursos diferentes obtêm-se quatro posições.

12 e) Cilindro sem haste 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. f) Cilindro de alto impacto 3 - ATUADORES ROTATIVOS São também chamados motores pneumáticos, pois transformam energia do fluxo de ar comprimido em rotação e torque. Os motores são opostos aos compressores; eles não fazem compressão do ar, mas transformam a energia do ar comprimido em energia mecânica para efetuar acionamentos.

13 a) Atuador rotativo de giro limitado (cremalheira) 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. De acordo com a necessidade, o movimento rotativo poderá ser de 45º, 90º, 180º e até 320º. Um parafuso de regulagem possibilita a determinação do campo de rotação parcial dentro da rotação total. O momento de torção depende da pressão, da área do êmbolo e da relação de transmissão. O acionamento giratório emprega-se para virar peças, curvar tubos, regular instalações de ar condicionado, acionar válvulas de fechamento, válvulas borboleta, etc. b) Os atuadores rotativos contínuos Também chamados de motores, podem realizar um número infinito de voltas. Apresentam um tamanho e peso geralmente menores que os motores elétricos e por este motivo são indicados para lugares que apresentam restrição de espaço, além de não causarem danos nem riscos de segurança quando existirem a ocorrência de sobrecargas. Outra característica vantajosa é que devido à simplicidade de construção apresentam uma manutenção não muito complicada.

14 Os motores pneumáticos são similares aos compressores quanto a sua construção. Existem motores de engrenagens, de palhetas, de pistões radiais, de pistões axiais e turbo-motores (turbinas). Motores de pistão Este tipo de motor está sub-dividido em motor de pistão radial e axial. Nos motores radiais, o êmbolo aciona o eixo do motor por meio de pistões em movimento radial. Para que seja garantido um movimento sem golpes e vibrações são necessários vários pistões. A potência dos motores depende da pressão de entrada, número de pistões, área e do curso dos mesmos. O funcionamento dos motores de pistão axial é similar ao dos motores de pistão radial. Um disco oscilante transforma a força de uma média de 5 cilindros, axialmente posicionados, em movimento giratório. Com isso é obtido um momento de inércia equilibrado, garantindo um movimento do motor, uniforme e sem vibrações. O torque elevado é a característica que mais se destaca nos motores pneumáticos de pistão, fazendo com que os mesmos sejam ideais para aplicações envolvendo fator de partida elevado, tais como em máquinas de elevação, guinchos e máquinas de transporte.

15 Motor pneumático de engrenagem É constituída de duas engrenagens, uma apoiada nos mancais internos da carcaça e a outra ligada ao eixo motor. Adquirem movimento com a atuação do ar sobre os flancos dos dentes, forçando a rotação das engrenagens, que podem ser de dentes retos ou helicoidais. As engrenagens helicoidais são mais silenciosas. motor de engrenagens

16 Motor de palhetas São constituídos de um rotor, palhetas e eixo de transmissão. O rotor é posicionado excentricamente à carcaça e possui ranhuras onde se alojam às palhetas. O ar comprimido, ao entrar na carcaça, vai de encontro às palhetas, produzindo o giro do motor. A força centrífuga mantém as palhetas de encontro às paredes internas do motor. Turbomotores ou turbinas Turbomotores somente são usados para trabalhos leves, pois sua velocidade de giro é muito alta, são utilizados por exemplo em equipamentos dentários, que atingem rotações até rpm. São capazes de atingir rotações elevadíssimas com baixo torque que variam de r.p.m. até r.p.m. Para baixas rotações e altos torques não é vantajoso a sua utilização pois necessita de ser acoplado a um redutor.

17 Uma aplicação clássica é a "broca do dentista" que chega atingir r.p.m.. Também usado em fresadoras e retificadoras de alta rotação. Características gerais dos motores pneumáticos São características vantajosas na utilização de motores pneumáticos, algumas delas já citadas: Grande escolha de rotação; Construção leve e pequena; Seguro contra sobre-carga, em caso da ocorrência eles simplesmente param; Insensível contra intemperismos como poeira, água, calor e frio; Seguro contra explosão; Conservação e manutenção insignificantes em relação a outros tipos de motores; Sentido de rotação fácil de ser revertido; Baixa quantidade de peças móveis em relação a outros tipos de motores.