Cilindros pneumáticos, válvulas, conexões e acessórios
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Cilindros pneumáticos: Como funcionam?
18/09/2018 - 17:23h
Entenda neste artigo um pouco mais sobre os cilíndros pneumáticos.
Figura 1: Componentes Internos do Cilindro
1 – Tipos de cilindros Pneumáticos
Cilindros de ação simples: Os cilindros de ação simples possuem uma única porta (destacado em azul na Fig. 2) para permitir que o ar comprimido entre no cilindro para mover o pistão para a posição desejada. Eles possuem uma mola interna ou às vezes simplesmente gravidade para retornar o pistão para a posição "inicial" quando a pressão do ar é removida. Os cilindros de ação simples são uma boa escolha quando o trabalho é feito apenas em uma direção, como levantar um objeto ou pressionar um objeto em outro objeto.
Figura 2: Cilindro Pneumático de Simples Ação
Cilindros de ação dupla: Os cilindros de ação dupla têm uma porta em cada extremidade (indicados em vermelho e azul na Fig. 3) e movem o pistão para frente e para trás alternando a entrada que recebe o ar de alta pressão. Isso usa cerca de duas vezes mais energia que um cilindro de ação única, mas é necessário quando uma carga deve ser movida em ambas as direções, como abrir e fechar um portão.
Figura 3: Cilindro Pneumático de Dupla Ação
Cilindros de Haste Passante: nada mais é um cilindro pneumático de dupla ação onde se tem a haste nas duas extremidades do embolo. Enquanto uma haste realiza determinado trabalho a outra pode ser utilizada como comando de fim de curso, tem a possibilidade de variação de curso de avanço que é um ponto bastante favorável. As duas faces dos êmbolos geralmente possuem a mesma área, podendo assim, transmitir forças iguais aos dois sentidos.
Figura 4: Cilindro Pneumático Haste Passante
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Em uma aplicação típica, o corpo do cilindro é conectado a uma estrutura de suporte e a extremidade da haste é conectada a um elemento de máquina a ser movido. Uma válvula de controle é usada para direcionar o ar comprimido na porta de extensão, enquanto abre a porta de retração para a atmosfera. A diferença de pressão nos dois lados do pistão resulta em uma força igual ao diferencial de pressão multiplicado pela área do pistão. Se a carga conectada à haste for menor que a força resultante, o pistão e a haste se estenderão e moverão o elemento da máquina. Alterar a válvula para direcionar o ar comprimido para a entrada de retração enquanto abre a porta de extensão para a atmosfera fará com que o conjunto do cilindro se retraísse de volta para a posição "inicial".
Os atuadores pneumáticos estão na extremidade de funcionamento de um sistema de energia fluida. Existe um conjunto de unidades que produzem o trabalho até chegar ao momento de se mover uma carga, compressores, filtros, reguladores de pressão, lubrificadores, válvulas de controle, controles de fluxo ambos conectados a uma rede de tubulação (rígida ou flexível) e acessórios. Os requisitos de pressão e fluxo dos atuadores em um sistema devem ser levados em consideração ao selecionar esses componentes do sistema para garantir o desempenho desejado.
Figura 5: Sistema Pneumático
A figura acima mostra um sistema básico para alimentar cilindro pneumático. Ao selecionar um atuador, é importante combinar adequadamente o cilindro com o trabalho. Uma configuração típica do sistema pneumático é mostrada na Figura 5. A força teórica disponível no atuador é a área do pistão multiplicada pela pressão de ar fornecida. A força da mola deve ser subtraída desse valor para cilindros ação simples. A força real do atuador será de 3 a 20% a menos devido as perdas de pressão no sistema. Uma boa regra a ser usada ao dimensionar um cilindro é selecionar um atuador que tenha cerca de 25% mais força disponível do que o necessário para o trabalho.
Isso geralmente pode ser um pouco complicado de calcular, uma vez que a taxa de fluxo aumenta, a resistência do sistema (basicamente o atrito do ar que se move através de tubos e componentes) aumentará de forma não linear. O resultado é uma queda de pressão maior do fornecimento (compressor de ar) para o cilindro. Quando a queda de pressão é tão grande que a pressão disponível no cilindro não pode mover a carga, o cilindro irá parar. Quando a velocidade é crítica para uma operação da máquina, pode exigir testar duas ou três combinações de válvulas, tubos e cilindros para obter o desempenho desejado.
3 – Montagem do cilindro pneumático
Existem várias configurações diferentes disponíveis em vários fabricantes. Os mais comuns incluem o suporte rígido do nariz ou da cauda, o suporte do tronco, o suporte do cabeçote traseiro ou dianteiro. Um estudo do movimento da máquina requerida geralmente mostrará qual configuração de montagem é a melhor escolha. Uma vez que o tamanho e a configuração do cilindro são conhecidos, outras opções tais como amortecimento de fim de curso, pistão magnético (para sensores de detecção de posição), devem ser consideradas ao fazer a seleção final.
Figura 6: Montagem por Extensão de Tirantes, Flange, Articulada e Básica, por fim Munhão.
4 – Cilindro Pneumático com Amortecimento
5 – Cilindro Pneumático Magnético
O cilindro pneumático magnético permite a montagem de sensores magnéticos em um cilindro, possibilitando que um sistema de controle obtenha feedback sobre a posição da haste do cilindro. Uma vez que a maioria dos casos, dois sensores magnéticos de proximidade podem monitorar o funcionamento de um cilindro. Isso pode ser muito benéfico para máquinas que exigem uma sequência de operação. Devido à natureza dos sistemas de ar comprimido, a velocidade exata de um cilindro pode variar ligeiramente devido a uma série de fatores fora do controle do sistema da máquina, como variações de pressão, umidade excessiva no ar ou temperatura ambiente. Portanto, uma sequência de controle que começa o Passo 2, uma vez que o Passo 1 é confirmado completo e assim por diante é um design muito mais robusto.
6 – Vida Útil do Cilindro Pneumático
Quando se trata de selar um sistema pneumático, lembre-se de que as condições ambientais, como temperaturas extremas ou materiais corrosivos, podem exigir materiais de vedação especiais, como Viton. A maioria dos fabricantes oferece estes componentes especiais como uma opção. Geralmente acrescendo o valor do produto.
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