31.01.2020 - Categoria: Automação, Tecnologia

Cilindros Pneumáticos

Cilindros pneumáticos são dispositivos mecânicos que utilizam ar comprimido para gerar movimento, na maioria dos casos linear, e força. Devido à sua simplicidade e facilidade na instalação, são comumente utilizados em diversos setores industriais, inseridos em máquinas e dispositivos. Por esse motivo, sua construção varia quanto à forma, tamanho e funcionamento.

Primeiramente, os cilindros pneumáticos surgiram para substituir trabalhos manuais, que exigiam grande esforço dos operadores, e foram gradativamente inseridos na indústria, associados ao crescimento da pneumática industrial e da automação. Atualmente, poucos são os processos industriais que não fazem uso dos cilindros pneumáticos.

Por conta de sua importância para a indústria e da grande variedade de cilindros pneumáticos, nessa publicação serão tratados tópicos relevantes para elucidar o que é um cilindro pneumático e como ele funciona; quais as partes, componentes e tipos de cilindros pneumáticos; e como selecionar o cilindro ideal para sua aplicação.

Como citado anteriormente, os cilindros pneumáticos são dispositivos mecânicos projetados que convertem pressão de ar comprimido – geralmente vindo de redes de ar comprimido – em força e movimento. Para isso, os cilindros operam de acordo com o princípio de Pascal, com pressão transmitida de forma uniforme sobre uma superfície, de forma que quanto maior a área dessa superfície maior será a força gerada por ela.

Por conta disso, os cilindros pneumáticos se tornam mais simples de utilizar, quando comparados a dispositivos eletromecânicos e hidráulicos. Além disso, são uma solução mais limpa e econômica, tanto em construção quanto em manutenção.

A fim de atuar de acordo com esse princípio, comumente os cilindros pneumáticos são construídos a partir de componentes principais que serão destacados a seguir.

Primeiramente, o cilindro apresenta um êmbolo interno, que pode ser magnético ou não, sobre o qual o ar exerce pressão, e cujo diâmetro (área) varia para gerar menor ou maior força.

Em seguida, encontra-se a haste do cilindro pneumático, a qual possui uma das extremidades fixa ao êmbolo, e que se movimenta. Geralmente, a outra extremidade apresenta rosca para fixação. Assim, ao passo que o êmbolo recebe pressão do ar comprimido, a haste se movimenta e é acoplada à carga que será movimentada pelo cilindro.

De outro lado, externamente ao êmbolo, o cilindro apresenta uma camisa que oferece guia ao movimento da haste e do êmbolo. Além disso, para garantir que a força seja corretamente gerada, é necessário que o cilindro pneumático tenha estanqueidade, garantida por vedações localizadas no êmbolo e em cabeçotes nas extremidades do cilindro.

Inicialmente, é preciso esclarecer que o cilindro pneumático se move em duas direções, conhecidas como avanço e retorno, ao longo de um curso. Para tanto, o movimento pode ser realizado por meio do ar comprimido ou por mola inserida no interior da camisa.

Quando tanto o movimento de avanço e retorno são realizados através da ação do ar comprimido, esse cilindro pneumático é chamado de dupla ação, cujo uso se dá de forma mais comum na indústria. Para isso, próximas aos cabeçotes dianteiro e traseiro do cilindro, são localizadas portas para ar comprimido. A passagem de ar por uma das portas, cuja abertura e fechamento são geralmente controlados por válvulas solenoides ou de comando manual, permite ao êmbolo e haste se movimentarem.

De outro lado, quando o avanço ou recuo do cilindro está condicionado à ação de uma mola, esse é chamado de cilindro pneumático de simples ação. Apesar de ter uso presente na indústria, os cilindros de simples ação possuem maior complexidade construtiva, visto que é necessário dimensionar, fabricar e montar a mola que realiza parte do movimento. Ainda assim, um de seus benefícios é o menor consumo de energia (ar comprimido gerado por compressores).

Frequentemente, também é necessário que ao final do avanço ou recuo, a velocidade do cilindro seja diminuída, com o intuito de diminuir choques mecânicos e suavizar o movimento. Nesse sentido, os cilindros pneumáticos podem ser produzidos com amortecimento ajustável.

O amortecimento de ar ajustável limita o volume de ar liberado no final do curso. Para tanto, é adicionado orifício com diâmetro variável e parafusos, em cada lado do cilindro, para diminuir o fluxo de ar para a câmara do êmbolo principal. Dessa forma, o ar retido na tampa da extremidade do cilindro é enviado para a atmosfera de maneira mais lenta.

Apesar de serem os dois tipos mais comuns de cilindros pneumáticos, existem situações nas quais é necessário o uso de cilindros sem haste, principalmente por conta de espaço, necessidade de cursos mais longos e com cargas laterais, que geram torque. Nesses casos, os cilindros sem haste movimentam a carga ao longo do corpo do cilindro.

Primeiramente, como explícito em seu nome, cilindros pneumáticos sem haste não apresentam haste em seu êmbolo. Assim, os cilindros sem haste são compostos por uma guia ou base de fixação, que se move sobre a camisa. Ainda assim, o êmbolo permanece se movendo internamente à camisa externa, acionado por ar comprimido.

De outro lado, na guia externa ao cilindro, a qual se movimenta juntamente com o êmbolo ou pistão, é fixada a carga que se deseja transportar. Comumente, o cilindro pneumático sem haste apresenta amortecimento em ambas as extremidades, ajustável, a fim de evitar impactos sobre as cargas que se deseja transportar.

Juntamente com os cilindros sem haste, nas situações em que haja torque e que a haste dos cilindros não possa girar, são utilizados cilindros pneumáticos guiados. Geralmente caracterizados por dimensões gerais reduzidas, podem ser usados para a compressão, transporte e manipulação de objetos em muitos setores industriais. Da mesma forma, eles também podem ser usados em aplicações de empurrar, levantar e parar.

Em síntese, ao cilindro são integradas hastes guia, com buchas de bronze autolubrificantes ou buchas de rolamento, para absorver cargas e forças laterais ou para maior precisão no movimento, respectivamente.

Por fim, na parte frontal da guia é instalada placa de montagem frontal, com furos ajustáveis na placa frontal, para fixação das cargas.

Ainda que a maioria das aplicações sejam cobertas pelos cilindros pneumáticos mencionados, existem casos na automação pneumática nos quais é necessário produzir movimento rotativo, ao invés de linear para movimentação de cargas. Nesses casos, são utilizados cilindros rotativos capazes de promover giro – em diferentes graus – e torque. Analogamente aos atuadores de movimento linear, os cilindros rotativos com maior diâmetro geram maior torque e podem promover giro entre 0 e 270°.

A fim de garantir que os cilindros pneumáticos fossem padronizados e que isso possibilitasse a sua substituição de forma independente do fabricante, foram criadas normas construtivas que passaram a ser seguidas por diversos fornecedores. Dessa forma, as normas inseriram padrões para as dimensões das fixações, diâmetro do êmbolo, portas de entrada de ar comprimido, tamanho da camisa e da haste. Dentre as normas, três possuem destaque.

Norma ISO 6432 utilizada para cilindros de diâmetro entre 8 e 25 mm, com pressão de trabalho de até 10 bar. Esses cilindros são conhecidos como mini cilindros ou mini ISO. Encontre aqui nossas soluções para cilindros ISO 6432.

Já a Norma ISO 15552, utilizada para cilindros de diâmetro entre 32 mm e 320 mm, com pressão de trabalho de até 10 bar. Os cilindros pneumáticos seguem padrões construtivos métricos e incluem ainda amortecimento ajustável, para maior suavidade no início e fim do movimento da haste. Além disso, são geralmente utilizados para movimentar cargas maiores e com maior eficiência. Conheça nossa linha de cilindros pneumáticos ISO 15552.

Por fim, a norma ISO 21287 é aplicada a cilindros compactos com diâmetro entre 20 mm e 100 mm, com pressão de trabalho de até 10 bar, sem amortecimento ajustável. Apesar disso, são adicionadas borrachas nas duas extremidades do cilindro pneumático compacto, para garantir um certo grau de amortecimento. Sobretudo, os cilindros compactos são ideais quando as aplicações oferecem pouco espaço para a instalação.

Tabela de Forças para Cilindros Pneumáticos ISO 15552

Diametros (mm)	Cursos (mm)	Amortecimento (mm)	Força a 6 bar (N)
32	15 a 1000	27	483
40	15 a 1000	31	754
50	15 a 1000	31	1178
63	15 a 1000	37	1870
80	15 a 1000	40	3016
100	15 a 1000	44	4712
125	15 a 1000	44	7363
160	15 a 1000	50	12064
200	15 a 1000	55	18850

Em conclusão ao que foi descrito até aqui, a fim de selecionar cilindros pneumáticos ideais para a aplicação é necessário observar, primeiramente qual a carga ou força que deverá ser gerada para a movimentação. Através disso, é possível escolher o diâmetro do êmbolo adequado para tanto. Em seguida, deve ser dada atenção à distância que deve ser percorrida pela carga a ser movimentada, para seleção do curso do cilindro pneumático.

Não menos importantes, as condições de temperatura ambiente e de pressão da rede devem ser avaliadas. Enquanto a primeira irá determinar, por exemplo, o material das vedações, a segunda irá certificar que o diâmetro escolhido será suficiente para gerar a força. Comumente, as vedações podem ser construídas em borracha, em NBR resistente a óleo (-5° a 70°C); PUR (-30° a 80°C); ou FPM (-5°C a 150°C).

Do ponto de vista operacional, é importante levar em conta ainda a velocidade com a qual haste e êmbolo irão se movimentar, visto que trabalhar com cargas elevadas e altas velocidades pode diminuir a vida útil dos cilindros pneumáticos.

É possível concluir que os cilindros pneumáticos são ferramentas essenciais para a automação moderna, já que são versáteis, simples e solução com excelente custo-benefício. Vale ainda ressaltar que associados aos cilindros existem outros elementos de automação que podem ser utilizados em conjunto a esses para prover maior controle e supervisão das operações.

Quando construídos com êmbolos magnéticos, ao longo da camisa do cilindro podem ser instalados sensores – digitais ou analógicos – para informar a posição (avanço ou recuo) do mesmo. A fim de controlar o movimento, como mencionado anteriormente, válvulas solenoides podem ser utilizadas para abertura ou fechamento das portas de ar comprimido.

Mesmo que aplicados em automações mais simples, muitos cuidados devem ser tomados antes de selecionar cilindros pneumáticos. Assim, é preciso dimensionar os componentes e garantir a qualidade na montagem, para que seu comprovado custo benefício seja realmente atingido. Para isso, conte com a Venture! Possuímos amplo conhecimento em automação pneumática, com mais de 25 anos de experiência, e profissionais de excelência para dimensionar e produzir cilindros pneumáticos, com entrega em até 48h após a confirmação do pedido. Entre em contato conosco!

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