O pistão pneumático é usado para exercer uma força ou movimento em projetos de automação. É também conhecido como cilindro pneumático ou atuador pneumático. Nesse artigo vamos mostrar como funciona, todos os tipos e como especificar um pistão pneumático.
Nesse artigo vamos entrar em todos os detalhes de opções, tipos e como especificar um pistão pneumático.
1- O que é um pistão pneumático?
Um pistão pneumático é um dispositivo usado para converter ar comprimido em um movimento e/ou força. Eles promovem movimento a sistemas de automação em máquinas e processos. É uma opção relativamente mais simples e barata se comparada com os atuadores elétricos ou mesmo pistões hidráulicos.
O pistão pneumático é limpo e fácil de ser instalado e por isso ainda muito utilizado em uma grande variedade de aplicações em todo tipo de indústria.
Preparamos um vídeo em nosso canal mostrando tudo sobre pistões pneumático, veja abaixo:
1.1- As partes de um pistão pneumático
Começamos por descrever as partes de um pistão pneumático comum:
- Haste: peça que vai se movimentar para mover algo ou exercer uma força. Um dos lados da haste se conecta ao êmbolo que se move dentro da camisa.
- Camisa: a camisa (normalmente de alumínio) oferece a guia para o embolo e haste se movimentarem.
- Cabeçotes dianteiros e traseiros: onde ficam os anéis de vedações, sistema de amortecimento e opções de montagem para o pistão.
Vamos abordar uma série de opções e variações para os pistões pneumáticos, começando pela atuação dupla ou simples.
2- Tipos de pistões pneumáticos
2.1- Pistão pneumático de dupla ação
O pistão pneumático de dupla ação é o mais comum no mercado. Ele utiliza ar comprimido para mover o pistão nas duas direções, extensão e retração. Como vemos na imagem animada abaixo.
A velocidade de extensão e retração do pistão pneumático pode ser controlada de diversas maneiras, veja como controlar a velocidade do cilindro pneumático aqui.
O pistão mostrado na animação acima não tem nenhum amortecimento no fim de cada curso. É muito comum fabricarmos pistões com amortecimento de fim de curso como vamos ver agora.
2.1.1- Pistões pneumáticos de dupla ação com amortecimento ajustável
Tínhamos falado que o pistão de dupla ação é o pistão mais comum mas, na verdade, é o pistão de dupla ação com amortecimento ajustável que é o mais comum. A grande maioria dos fabricantes já coloca os parafusos para ajuste do amortecimento.
A imagem animada acima mostra o funcionamento do amortecimento. Basicamente a haste do pistão tem um diâmetro maior quando chega perto do fim do seu curso, restringe o escape do ar e com isso amortece o pistão. A restrição da passagem do ar pode ser ajustada com parafusos de ajuste em cada lado do pistão pneumático.
2.1.2- Pisão pneumático com embolo magnético
Também é muito comum o uso de pistão de dupla ação, com amortecimento ajustável e pistão magnético. O pistão magnético é interessante para você saber a posição exata do pistão pneumático e, por exemplo, mandar um sinal para um CLP avisando que o pistão chegou no fim de curso.
A imagem animada acima mostra o funcionamento do pistão magnético acionando sensores que são posicionados no lado externo do pistão. Abaixo a imagem de um sensor magnético para ser colocado no perfil externo de um pistão pneumático.
2.2- Pistão pneumático de simples ação com retorno por mola
Os pistões de simples ação com retorno por mola têm a força de um lado do pistão exercida pelo ar comprimido e do outro lado do pistão por uma mola. O funcionamento desse pistão é demonstrado na animação abaixo.
Muita gente pensa que o pistão pneumático de simples ação com retorno mola é mais simples e mais comumente usados do que o pistão de dupla ação mas, na verdade, é o contrário. O pistão com retorno mola é mais complexo de fabricar, com mais peças, o que o torna muito mais caro que o cilindro de dupla ação. Então ele não é muito comumente utilizado, a não ser em aplicações específicas.
Algumas vezes este tipo de pistão é utilizado em aplicações que requerem um nível maior de segurança, porque mesmo que a energia elétrica e ar comprimido acabe, a mola ainda garante que o pistão retorne para a posição inicial. Ele pode ser construído com a mola para retrair ou estender o cilindro.
2.3- Pistão pneumático sem haste
O pistão sem haste, como o nome diz, não tem haste.
Ele foi desenvolvido por uma necessidade de economizar o espaço. O tamanho do pistão não muda e uma guia se movo linearmente sobre a extensão do pistão . Ou seja, o movimento do cilindro é produzido sem aumentar o tamanho ocupado pelo pistão .
A animação acima demonstra como ele funciona, o pistão pneumático sem haste além de economizar espaço pode ser interessante, pois permite altas velocidades de acionamento. Leia mais sobre pistão sem haste em nosso artigo aqui.
2.4- Pistão pneumático rotativo
Os pistões pneumáticos rotativos realizam um movimento rotatório em vez de um movimento linear como a maioria dos pistões. Existem basicamente dois tipos de pistões rotativos, os de aleta e os de pinhão e cremalheira.
2.4.1- Pistão pneumático rotativo de aleta
Esse tipo de pistão pneumático gira na medida que as aletas internas são pressionadas pelo ar comprimido, como no diagrama abaixo.
O pistão pneumático rotativo de aleta exerce um movimento rotatório até 270 graus, podendo ser ajustado a grau de abertura com pinos de ajuste.
2.4.2- Pistão pneumático rotativo de pinhão e cremalheira
Esse tipo de pistão na verdade transforma o movimento linear do pistão do pistão em movimento giratório com o uso de engrenagens assim como demonstrado na animação abaixo.
Esse tipo de pistão pneumático é muito comumente usado para atuar uma válvula de processo maior. Ele é diretamente montado acima de uma válvula de processo para exercer a força giratória para abrir uma válvula de processo.
Acima uma imagem mostrando todos os componentes para automatizar uma válvula de processo onde pode-se ver o atuador pneumático, que internamente é de pinhão e cremalheira.
Leia também nos artigo completo falando especificamente sobre atuadores para válvulas.
2.5- Molas pneumáticas
As molas pneumáticas também são um tipo de pistão pneumático sem haste, de simples ação. Eles se estendem quando inflados e retraem quando a pressão é removida. O curso (extensão) do movimento é relativamente curto, porém muito poderoso.
As principais aplicações desse tipo de pistão pneumático é para isolar vibrações enquanto apoia um grande peso.
Mais opções de pistões pneumáticos
Ainda existem uma variedade enorme de opções para pistões pneumáticos, vamos mostrar algumas delas abaixo.
2.6- Pistão pneumático do tipo ISO
Os pistões pneumáticos do tipo ISO são muito comuns no mercado. Eles são fabricados de acordo com a norma ISO 15552, o que significa que os pistões pneumáticos ISO são intercambiáveis entre os diferentes fabricantes. Apesar das partes internas não terem que ser construídas da mesma maneira, a norma garante que as dimensões externas e montagens sejam exatamente iguais para todos fabricantes.
Leia aqui um artigo completo sobre a norma ISO para pistão pneumático.
Então se você tiver um pistão ISO com um certo diâmetro e curso, você pode tranquilamente substituir por outro pistão ISO de outro fabricante que tenha o mesmo diâmetro e curso.
Mesmo os pistões ISO podem ter variações, como podemos ver abaixo, podemos ter pistões ISO com diversos tipos de camisas.
Além dos pistões pneumáticos ISO, os pistões mini-ISO também são fabricados de acordo com a norma ISO (ISO 6432) e são intercambiáveis, a diferença é que eles têm diâmetros menores, abaixo de 32mm de diâmetro. Os pistões ISO têm diâmetros de 40mm e acima. A norma ISO 21287 se refere às dimensões dos pistões pneumáticos compacto, que tem uma tamanho reduzido em relação ao pistão ISO comum.
2.7- Pistão pneumático com haste passante
O pistão pneumático de haste passante tem haste dos dois lados do pistão, então exercem força e movimento para ambos lados. Existem algumas aplicações onde estes tipos de pistões são utilizados, especialmente em correias transportadoras.
Veja vídeo em nosso canal do Youtube sobre esse tipo de pistão.
2.8- Pistão pneumático com múltiplas posições
O pistão pneumático com múltiplas posições é basicamente a união de 2 ou mais pistões pneumáticos. Como podemos ver abaixo, unindo 2 pistões pneumáticos conseguimos ter uma combinação de 4 posições diferentes de atuação.
2.9- Pistão pneumático anti-giro
Um pistão pneumático anti-giro possui guias para impedir que a haste gire no seu próprio eixo. Isso porque em um pistão pneumático comum, a haste é livre para girar. É útil em algumas aplicações de posicionamento.
2.10- Pistão pneumático com guia
Um pistão pneumático comum é feito para suportar esforços na direção contraria do seu eixo (sua haste). Quando o pistão pneumático é submetido a forças não axiais, é importante utilizar um pistão com guia, para evitar que a haste se deforme com esses esforços fora do eixo.
2.11- Pistão pneumático com freio
O pistão pneumático com trava tem um freio montado em um dos cabeçotes. O freio está constantemente travando o pistão e para liberar o pistão é preciso colocar pressão de ar no freio.
Leia tudo sobre o pistão pneumático com freio aqui.
2.12- Pistão pneumático com curso ajustável
Também é possível fabricamos um pistão pneumático que pode ter o curso modificado com o ajuste de um parafuso, por exemplo.
Veja mais informações aqui, ou clique na imagem abaixo para ver o vídeo sobre esse pistão em nosso canal do Youtube.
2.13- Outros pistões especiais
A MTi também fabrica pistões pneumáticos especiais para algumas aplicações, onde podemos ter ambientes com alta temperatura ou exposto a químicos agressivos.
Pistões pneumáticos fabricados para suportar altas temperaturas devem ter todos os seus materiais e selantes compatíveis com a temperatura que forem submetidas, utilizando vedações em viton, por exemplo, pode suportar até 180 graus Celsius.
Fabricamos também muitos pistões expostos a ambientes muito agressivos e nesse caso fazemos um tratamento químico além de pintura especial em todas as partes do pistão para aumentar em muito a resistência às intempéries. Além disso adicionamos proteções sanfonadas para evitar ingresso de contaminantes no pistão .
Também somos especialistas na fabricação de pistão com posicionadores para um posicionamento preciso de parada do pistão pneumático.
3- Como especificar um pistão pneumático
Finalmente vamos falar sobre as duas características mais importantes para especificar um pistão pneumático, o diâmetro e o curso do pistão.
Quase todos fabricantes colocam no número de parte do pistão uma indicação do diâmetro e curso do pistão. Então um pistão com o diâmetro de 40mm e curso de 200mm terá em seu código, por exemplo, 40X200. Nosso código para um pistão ISO com diâmetro de 80mm e curso de 500mm, por exemplo, será: CISO-80X500. Com isso sabemos se tratar de um cilindro com diâmetro de 80mm e curso de 500mm
3.1- Diâmetro do pistão pneumático
O diâmetro do pistão é basicamente a variável principal para determinar a força que o pistão pneumático irá exercer. Quando maior o diâmetro, maior a força porque a área em que a pressão de ar irá atuar será maior. Lembrando que Força = Pressão x Área. O diâmetro aqui se refere ao diâmetro interno do pistão, e não o externo.
A tabela abaixo indica a força que um pistão irá exercer para diversos diâmetros de pistões. Note que a força muda também com a pressão do ar disponível do sistema e também que a força na extensão é maior que a força na retração do pistão, já que a área útil do pistão é menor na retração.
3.2- Curso ou extensão de um pistão pneumático
O curso ou extensão do pistão é a distância que o pistão percorrerá quando for atuado.
Para descobrir qual o curso de um pistão, basta medir quanto a ponta do pistão se move da posição totalmente retraída para a posição totalmente estendida, como na imagem abaixo.
4- Opções de montagem para pistões pneumáticos
Existe uma grande opção de montagens para os pistões pneumáticos, abaixo um quadro mostrando os acessórios de montagem mais comuns.
5- Preço de um pistão pneumático
O preço de um pistão pneumático varia muito dependendo muito do tamanho e tipo. Começando por pistões por menos de R$100.00 até milhares de reais em pistões maiores. Você pode visitar nossa loja virtual e ver preços de pistões pneumáticos e acessórios, mesmo sem se cadastrar.
A MTi fabrica pistões pneumáticos comuns e especiais. Entre em contato para ajudarmos a você criar a melhor solução para sua aplicação, estamos a total disposição.
