1- O que é um cilindro pneumático?
Um cilindro 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. O cilindro pneumático é uma opção relativamente mais simples e barata se comparada com os atuadores elétricos ou mesmo cilindros hidráulicos.
O cilindro 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.
Existe uma variedade muito grande de cilindros pneumáticos, nesse artigo vamos dar uma visão geral nas opções de cilindros pneumáticos.
1.1- As partes de um cilindro pneumático
Começamos por descrever as partes de um cilindro 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 cilindro.
Vídeo completo sobre cilindros pneumáticos
2- Tipos de cilindro pneumáticos
2.1- Cilindro pneumático de dupla ação
O cilindro pneumático de dupla ação é o mais comum no mercado. Ele utiliza ar comprimido para mover o cilindro nas duas direções, extensão e retração. Como vemos na imagem animada abaixo.
A velocidade de extensão e retração do cilindro pneumático pode ser controlada de diversas maneiras, veja mais como controlar a velocidade do cilindro pneumático aqui.
Porém, o cilindro mostrado acima não tem nenhum amortecimento no fim de cada curso. É muito comum fabricarmos cilindros com amortecimento de fim de curso como vamos ver agora.
2.1.1- Cilindros com amortecimento ajustável
Os cilindros maiores normalmente já são equipados com parafuso de ajuste de amortecimento para evitar impactos no fim de curso e redução da vida útil.
A imagem animada acima mostra o funcionamento do amortecimento. Basicamente a haste do cilindro tem um diâmetro maior quando chega perto do fim do seu curso, restringe o escape do ar e com isso amortece o cilindro. A restrição da passagem do ar pode ser ajustada com parafusos de ajuste em cada lado do cilindro pneumático.
2.1.2- Cilindro pneumático com pistão (ou êmbolo) magnético
Também é muito comum o uso de cilindro de dupla ação, com amortecimento ajustável e pistão magnético. O pistão magnético é interessante para você saber a posição exata do cilindro pneumático e, por exemplo, mandar um sinal para um CLP avisando que o cilindro chegou no fim de curso.
A imagem animada acima mostra o funcionamento do pistão magnético acionando sensores que são posicionados no lado externo do cilindro. Abaixo a imagem de um sensor magnético para ser colocado no perfil externo de um cilindro pneumático.
2.2- Cilindro pneumático de simples ação com retorno por mola
Os cilindros de simples ação com retorno por mola têm a força de um lado do cilindro exercida pelo ar comprimido e do outro lado do cilindro por uma mola. O funcionamento desse cilindro é demonstrado na animação abaixo.
Muita gente pensa que o cilindro pneumático de simples ação com retorno mola é mais simples e mais comumente usados do que o cilindro de dupla ação mas, na verdade, é o contrário. O cilindro 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 cilindro 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 cilindro retorne para a posição inicial. Ele pode ser construído com a mola para retrair ou estender o cilindro.
2.3- Cilindro pneumático sem haste
O cilindro sem haste, como o nome diz, não tem haste. Ele foi desenvolvido por uma necessidade de economizar o espaço. O tamanho do cilindro não muda e uma guia se movo linearmente sobre a extensão do cilindro. Ou seja, o movimento do cilindro é produzido sem aumentar o tamanho ocupado pelo cilindro.
O cilindro pneumático sem haste além de economizar espaço pode ser interessante, pois permite altas velocidades de acionamento. Leia mais sobre cilindros sem haste em nosso artigo aqui.
Vídeo sobre o cilindro sem haste
2.4- Cilindro pneumático rotativo
Os cilindros pneumáticos rotativos realizam um movimento rotatório em vez de um movimento linear como a maioria dos cilindros. Existem basicamente dois tipos de cilindros rotativos, os de aleta e os de pinhão e cremalheira.
2.4.1- Cilindro pneumático rotativo de haleta
Esse tipo de cilindro pneumático gira na medida que as aletas internas são pressionadas pelo ar comprimido, como no diagrama abaixo.
O cilindro 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- Cilindro pneumático rotativo de pinhão e cremalheira
Esse tipo de cilindro na verdade transforma o movimento linear do pistão do cilindro em movimento giratório com o uso de engrenagens assim como demonstrado na animação abaixo.
Esse tipo de cilindro pneumático é muito comumente usado para atuar uma válvula de processo maior.
Conheça nossa linha de atuadores pneumáticos rotativos.
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 cilindro 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 cilindro pneumático é para isolar vibrações enquanto apoia um grande peso.
2.6- Cilindro pneumático do tipo ISO
Os cilindros pneumáticos do tipo ISO são muito comuns no mercado. Eles são fabricados de acordo com a norma ISO 15552, o que significa que os cilindros 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 cilindro pneumático.
Então se você tiver um cilindro ISO com um certo diâmetro e curso, você pode tranquilamente substituir por outro cilindro ISO de outro fabricante que tenha o mesmo diâmetro e curso.
Mesmo os cilindros ISO podem ter variações, como podemos ver abaixo, podemos ter cilindros ISO com diversos tipos de camisas.
Além dos cilindros pneumáticos ISO, os cilindros 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 cilindros ISO têm diâmetros de 40mm e acima. A norma ISO 21287 se refere às dimensões dos cilindros pneumáticos compacto, que tem uma tamanho reduzido em relação ao cilindro ISO comum.
2.7- Cilindro pneumático com haste passante
O cilindro pneumático de haste passante tem haste dos dois lados do cilindro, então exercem força e movimento para ambos lados. Existem algumas aplicações onde estes tipos de cilindros são utilizados, especialmente em correias transportadoras.
Veja vídeo em nosso canal do Youtube sobre esse tipo de cilindro.
2.8- Cilindro pneumático com múltiplas posições
O cilindro pneumático com múltiplas posições é basicamente a união de 2 ou mais cilindros pneumáticos. Como podemos ver abaixo, unindo 2 cilindros pneumáticos conseguimos ter uma combinação de 4 posições diferentes de atuação.
2.9- Cilindro pneumático anti-giro
Um cilindro pneumático anti-giro possui guias para impedir que a haste gire no seu próprio eixo. Isso porque em um cilindro pneumático comum, a haste é livre para girar. É útil em algumas aplicações de posicionamento.
2.10- Cilindro pneumático com guia
Um cilindro pneumático comum é feito para suportar esforços na direção contraria do seu eixo (sua haste). Quando o cilindro pneumático é submetido a forças não axiais, é importante utilizar um cilindro com guia, para evitar que a haste se deforme com esses esforços fora do eixo.
2.11- Cilindro pneumático com freio
O cilindro pneumático com trava tem um freio montado em um dos cabeçotes. O freio está constantemente travando o cilindro e para liberar o cilindro é preciso colocar pressão de ar no freio.
Leia tudo sobre o cilindro pneumático com freio aqui.
2.12- Cilindro pneumático com curso ajustável
Também é possível fabricamos um cilindro pneumático que pode ter o curso modificado com o ajuste de um parafuso, por exemplo.
Veja abaixo nosso vídeo sobre cilindro com curso ajustável.
2.13- Outros cilindros especiais
A MTi também fabrica cilindros pneumáticos especiais para algumas aplicações, onde podemos ter ambientes com alta temperatura ou exposto a químicos agressivos.
Cilindros 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 cilindros expostos a ambientes muito agressivos e nesse caso fazemos um tratamento químico além de pintura especial em todas as partes do cilindro para aumentar em muito a resistência às intempéries. Além disso adicionamos proteções sanfonadas para evitar ingresso de contaminantes no cilindro.
Também somos especialistas na fabricação de cilindro com posicionadores para um posicionamento preciso de parada do cilindro pneumático.
3- Como especificar um cilindro pneumático
Finalmente vamos falar sobre as duas características mais importantes para especificar um cilindro pneumático, o diâmetro e o curso do cilindro.
Quase todos fabricantes colocam no número de parte do cilindro uma indicação do diâmetro e curso do cilindro. Então um cilindro com o diâmetro de 40mm e curso de 200mm terá em seu código, por exemplo, 40X200. Nosso código para um cilindro 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 cilindro pneumático
O diâmetro do cilindro é basicamente a variável principal para determinar a força que o cilindro 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 cilindro, e não o externo.
A tabela abaixo indica a força que um cilindro irá exercer para diversos diâmetros de cilindros. 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 cilindro, já que a área útil do pistão é menor na retração.
3.2- Curso ou extensão de um cilindro pneumático
O curso ou extensão do cilindro é a distância que o cilindro percorrerá quando for atuado.
Para descobrir qual o curso de um cilindro, basta medir quanto a ponta do cilindro se move da posição totalmente retraída para a posição totalmente estendida, como na imagem abaixo.
4- Opções de montagem para cilindros pneumáticos
Existe uma grande opção de montagens para os cilindros pneumáticos, abaixo um quadro mostrando os acessórios de montagem mais comuns.
5- Preço de um cilindro pneumático
O preço de um cilindro pneumático varia muito dependendo muito do tamanho e tipo. Começando por cilindros por menos de R$100.00 até milhares de reais em cilindros maiores. Você pode visitar nossa loja virtual e ver preços de cilindros pneumáticos e acessórios, mesmo sem se cadastrar.
A MTi fabrica cilindros pneumáticos comuns e especiais. Entre em contato para ajudarmos a você criar a melhor solução para sua aplicação, estamos a total disposição.
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