atuadores

Pneumática – Uma Visão Prática

Volume 4

1

fschubertTreinamentos

Autor Fábio Mattos Ramos Schubert atua no segmento de pneumática desde 1987. Iniciou sua carreira profissional neste segmento de grande importância para indústria trabalhando junto com seu mestre na FATEC – Faculdade de Tecnologia de São Paulo – UNESP, o engenheiro Januz Drapinsk como desenhista ilustrador para livro sobre Manutenção Hidráulica Industrial, Drapinsk foi seu grande incentivador. O primeiro contato fora da faculdade foi em um distribuidor da antiga Racine onde pode colocar em pratica o conhecimento adquirido na faculdade elaborando projetos de unidades hidráulicas e colaborando na solução de problemas de manutenção. A Fatec propiciou a possibilidade de participar de um processo de seleção na antiga Schrader Bellows, hoje Parker Hannifin na área de treinamento. No CDA – Centro Didático de Automação da Schrader Bellows adquiriu novos conhecimentos sobre automação e manutenção, ministrando treinamento de pneumática em todo o território nacional, desenvolvendo e aperfeiçoando material didático. Pode também desenvolver e aprimorar a didática pessoal. Posteriormente a área comercial, novos desafios, colocar em prática todo o aprendizado teórico dos anos de treinamento transformando-os em soluções e aplicações diferenciadas atendendo as necessidades dos clientes. O comercial foi uma nova escola ampliando o conhecimento técnico e pessoal. No interior de São Paulo, em Americana, atendimento técnico e diferenciado principalmente na área de manutenção de equipamentos importados e especiais e no desenvolvimento de soluções para a indústria têxtil, pela Central Automação, distribuidor da Dover Controles Pneumáticos, adquirindo conhecimento diferenciado que os bancos acadêmicos não conseguem transmitir. Os desafios continuaram presentes e a mudança para o Rio Grande do Sul, cidade de São Leopoldo foi um novo desafio. Na Dover Controles Pneumáticos que se encontrava em uma nova fase, na Engenharia de Aplicação, departamento técnico de apoio a Engenharia de Produto e ao Comercial criou o Laboratório de Produtos para avaliação dos desenvolvimentos da Engenharia de Produto e estudo de produtos concorrentes. Ainda na Dover Controles Pneumáticos o conhecimento ao longo dos anos facilitou e permitiu a confiança na transferência de tecnologia da Metal Work, empresa de origem italiana, para a Dover hoje Metal Work do Brasil, onde foi responsável pela definição do mix de produtos inicial como o desenvolvimento de treinamento e material didático para a formação e aperfeiçoamento da mão de obra, técnica, comercial e de chão de fábrica (produção e montagem) sobre a nova linha de produto; a rede de distribuição também recebeu informação e formação técnica; como também essa nova tecnologia foi levada ao mercado nacional através de diversos workshops e palestras técnicas. A Camozzi do Brasil também esteve presente em sua vida profissional, atuando na gestão das áreas comercial e técnica. Na Camozzi também foi responsável pelo aperfeiçoamento técnico da equipe comercial e técnica. Foi membro da extinta ABHP, Associação Brasileira de Hidráulica e Pneumática, escreveu artigos técnicos para a Revista ABHP como também participou da comissão técnica da associação, na avaliação, correção e compilação de artigos para a edição Coletânea de Artigos Técnicos de Hidráulica e Pneumática. O ar comprimido faz parte de sua vida profissional. Muito já se escreveu sobre o uso do ar comprimido e suas aplicações. Que este material acrescente conhecimento e permita aprimorar o desenvolvimento de princípios, conceitos e aplicações com uma visão prática deste fantástico mundo da automação pneumática.


Volume 4

2


Atuadores Função Os atuadores são os equipamentos responsáveis por realizar trabalho, comparando com o corpo humano, são os músculos, realizam todos os movimentos e aplicam força correspondente ao seu dimensional. Os atuadores podem ser lineares ou rotativos de simples ação ou dupla ação. Princípio de Funcionamento Atuadores Simples Ação (Efeito) São os atuadores que se deslocam por ação da pressão do ar comprimido e realizam trabalho somente em um sentido, retornam a posição inicial por ação de uma mola, ou por ação da gravidade. Os atuadores de simples ação realizam trabalho recebendo ar comprimido em apenas uma de suas câmaras. Em geral o movimento de avanço é o mais utilizado para a atuação com ar comprimido, sendo o movimento de retorno efetuado através de mola ou por atuação de uma força externa e conforme a aplicação, pela ação da gravidade. A força da mola é calculada apenas para que possa repor o êmbolo do cilindro à sua posição inicial com velocidade suficientemente alta, sem absorver energia elevada. O curso dos atuadores de simples ação está limitado ao comprimento da mola. Por esta razão não são fabricados cilindros de simples ação com mais de 50 mm. Para cursos maiores que 50 mm podem ser desenvolvidos atuadores especiais. Os atuadores de simples ação são especialmente utilizados em operações de fixação, expulsão, extração e fixação.

Os atuadores de simples ação podem ainda ser construídos com elementos elásticos para reposição. É o caso dos atuadores de membrana onde o movimento de retorno é feito por uma membrana elástica presa a haste. A vantagem da membrana está na redução do atrito, porém a limitação de força nestes casos se torna uma desvantagem. Estes atuadores são usados especialmente em situações de pequenos espaços disponíveis para operações de fixação e indexação de peças ou dispositivos. Atuadores Dupla Ação (Efeito) Os atuadores de dupla ação realizam trabalho recebendo ar comprimido em ambos os lados. Desta forma realizam trabalho tanto no movimento de avanço como no de retorno. Um sistema de comando adequado, válvula pneumática, permite ao ar comprimido atingir uma câmara de cada vez, exaurindo o ar retido na câmara oposta. Assim quando o ar comprimido atinge a câmara traseira estará em escape na câmara dianteira e o cilindro avançará. No movimento de retorno o ar comprimido chega à câmara dianteira e a câmara traseira estará em escape e o cilindro retornará. Como não há a presença da mola, as limitações impostas aos cilindros de ação dupla, estão ligadas as deformações da haste quanto à flexão e a flambagem.


Volume 4

3


O atuador de dupla de ação quando sujeitos a cargas e velocidades elevadas, sofrem grandes impactos, especialmente entre o êmbolo e as tampas.

Tipos de Amortecimento Os atuadores podem ser fornecidos com amortecedores de final de curso fixo ou reguláveis.

• Amortecedores Fixos: evitam o impacto direto do êmbolo sobre o cabeçote atenuando o ruído, pelo impacto, de metal contra metal. Não permite nenhuma desaceleração gradual no movimento do atuador.

• Amortecedores Reguláveis: Para evitar danos, antes de alcançar a posição final de

curso, uma luva de amortecimento interrompe o escape direto do ar, deixando somente uma pequena passagem, através de um controle de fluxo variável Com o escape de ar restringido, cria-se uma sobre pressão, que para ser vencida absorve parte da energia o que resulta em perda de velocidade nos finais de curso.

Os atuadores podem ser fornecidos com diferentes acessórios de fixação conforme sua aplicação.

• Flange retangular

• Articulação macho

• Articulação macho com rotula


Volume 4

4


• Articulação fêmea

• Munhão deslocável

• Garfo

• Ponteira Rotular

• Ponteira de Compensação

• Cantoneira

Também pode ser fornecido com montagens diferenciadas para poder atender melhor uma necessidade especifica do projeto.

• Haste passante - Com este atuador pode-se efetuar trabalho em ambos os lados ao mesmo tempo. Pode-se também utilizar um dos lados somente para acionamento de elementos de sinal. Um


Volume 4

5


ponto positivo importante deste tipo de cilindro é o fato de possuir dois mancais de apoio para as hastes, ele pode suportar carga lateral maior, porém por possuir hastes em ambos os lados ele tem sua capacidade de força reduzida em relação a cilindros convencionais com uma única haste.

• Haste vazada - Normalmente é uma variação do atuador haste passante. O orifício no

centro da haste é limitado conforme a característica construtiva, de cada fabricante. Este orifício serve para passar internamente, fluídos, fios e pequenos cabos ou vácuo.

• Haste Dupla - É uma variável dos cilindros guiados. A haste pode

receber esforços axiais e radiais maiores que os cilindros convencionais.

• Duplex Continuo - Este atuador é formado por dois cilindros unidos pela haste do

traseiro no êmbolo do dianteiro. A finalidade é ampliar a força de atuação. No dimensionamento muito cuidado com o diâmetro e o curso da haste para não produzir flambagem.

• Duplex Geminado - Este tipo de atuador é formado por dois cilindros unidos por seus

cabeçotes traseiros. Os atuadores podem ser com cursos iguais ou diferentes. Desta forma se consegue um curso intermediário escalonado conforme mostra a figura seguinte.

o Cursos Iguais


Volume 4

6


o Cursos Diferentes

ANTI GIRO São atuadores que incorporam perfis de haste ou de camisa diferenciados do tradicional redondo. A finalidade é não permitir que a haste rotacione e possa perder posição de trabalho. O mais tradicional é o atuador com êmbolo oval. Também são encontrados com êmbolo ou haste hexagonal. É importante salientar que é uma guia, mas não suporta as mesmas cargas que uma guia linear externa.

SEM HASTE São atuadores que possuem um carro que realiza o movimento no lugar da haste convencional. A camisa ou tubo deste atuador e

cortada em todo o seu comprimento permitindo a comunicação do êmbolo com o carro externo em uma única peça. A vedação é realizada por cintas de aço inox ou em polímero, conforme o fabricante. Caso este Atuador necessite transportar cargas fora do centro de seu carro, poderá ser dimensionado sistema de guia apropriado para cada tipo de carga e posição.

SEM HASTE MAGNÉTICO A característica de trabalho é a mesma dos cilindros sem haste. Este modelo possui um sistema interno de vedação magnética eliminando o tradicional sistema de vedação por fitas,


Volume 4

7


ATUADORES ELÉTRICOS Estes modelos de atuadores são uma evolução no segmento da automação pneumática. Incorporam, em razão de suas características construtivas, vantagens que os atuadores pneumáticos não conseguem efetuar; repetibilidade, altas velocidades de deslocamento e paradas precisas. Alguns modelos incorporam sistema de guia e mesas que facilitam a aplicação e o desenvolvimento de dispositivos, conferindo uma maior confiabilidade. É uma tendência neste segmento. Seu uso ainda não está muito difundido em razão de seu elevado custo comparado com os atuadores pneumáticos, mas é uma questão de tempo, assim como ocorreu com o CLP. Exemplo de Atuadores Elétricos

Guias Lineares A característica construtiva dos atuadores permite que os mesmos possam suportar cargas axiais e radiais dentro um determinado limite. As guias lineares montadas nos atuadores ampliam a capacidade e absorvem diretamente as cargas axiais e radiais que estariam sendo aplicadas diretamente nos atuadores. As guias podem ser fornecidas com buchas de bronze auto lubrificada ou com bucha de esferas.

• Bucha de bronze – absorve cargas maiores e permite velocidades mais baixas de deslocamento da haste do atuador.

• Bucha de esferas – tem uma maior limitação na absorção das cargas, porém permite

velocidades maiores de deslocamento da haste do atuador. Todos os guias lineares são fornecidos com uma porca de compensação de desalinhamento entre a haste do atuador e a flange móvel do guia linear. IMPORTANTE Apesar das guias lineares serem padronizadas para montar nos cilindros ISO 6431 e 6432 é preciso tomar cuidado, pois as demais dimensões e principalmente o posicionamento dos furos de fixação podem sofrer variação conforme o fabricante.

Alguns atuadores podem ser fornecidos com as guias incorporadas no próprio atuador. A vantagem que tem sobre as guias tradicionais e que os atuadores ficam mais compactos. É preciso avaliar o modelo que será aplicado, pois poderá haver uma redução na capacidade de suportar as cargas axiais e radiais.

As guias lineares externas ou as incorporadas nos atuadores são dispositivos que auxiliam a absorção de cargas radiais e axiais impedindo a transferência, destas cargas, diretamente para haste do atuador com consequente dano as vedações do mancal, vedações do êmbolo e haste, reduzindo drasticamente a vida útil do atuador.


Volume 4

8


� Carga Axial: é uma relação entre o diâmetro da haste, comprimento da haste e carga deslocada.

Como a haste do atuador não tem resistência adequada à carga que esta sendo aplicada esta cede, permitindo que a haste se curve. � Carga Radial: é a aplicação de carga lateral sobre a haste do atuador, fazendo a haste se deslocar para fora do centro do atuador.

A haste se deslocando lateralmente trás desgastes acentuados as vedações . Bloqueador de Haste Os bloqueadores de haste são componentes que trabalham em conjunto com o atuador pneumático. Podem ser dinâmicos ou estáticos. Função Garantir um travamento mecânico da haste do atuador, imobilizando o movimento da haste, garantindo que esta não se desloque. O bloqueador de haste garante a posição do atuador em casos de vazamento interno ou externo; queda na pressão de trabalho ou em aplicações que podem oferecer risco de acidente, como portas de abertura vertical ou angular.

• Estático: o bloqueador de haste somente poderá ser acionado quando o atuador já tiver realizado por completo o seu deslocamento.

• Dinâmico: o bloqueador poderá ser acionado em qualquer instante. Não garante repetibilidade de posição de parada. O fabricante informa a precisão de parada conforme a velocidade de deslocamento e da carga.


Volume 4

9


Frenagem Hidráulica A frenagem hidráulica é um equipamento que trabalha paralelamente ao atuador linear proporcionar uma velocidade de deslocamento constante ao atuador pneumático, eliminando o inconveniente da compressibilidade do ar, permitindo que o atuador pneumático possa ser aplicado em processos de precisão, substituindo unidades hidráulicas. As frenagens podem ser para o controle de movimento do avanço ou de retorno do atuador. Algumas oferecem recursos de aproximação rápida e depois entra o controle de velocidade somente no momento necessário.

Simbologia Frenagem Hidráulica Velocidade controlada no retorno

Velocidade contolada no avanço

A frenagem hidráulica pode contra ainda com a inclusão de duas válvulas acessórias, que permitem avanço sem controle de velocidade para aproximação rápida, “Skip”, ou para parada em determinados pontos específicos do processo, “Stop”. Atuadores Rotativos Cremalheira e Pinhão O Atuador rotativo transforma movimento linear em movimento de rotativo de giro limitado.O ar atinge o êmbolo do cilindro movimentando-o. Preso ao êmbolo encontra se a haste em forma de uma cremalheira que transfere o movimento linear a um pinhão o qual produzira movimento rotativo. Os ângulos de rotação disponíveis são de: 90°, 180°, 360°. O ajuste fino de final de curso permite uma regulagem de mais ou menos 10°, podendo variar conforme o fabricante. Como aplicações mais comuns estão: operações de giro de peças, curvar tubos, abertura e fechamento de válvulas, registros, etc. Estes atuadores também podem ser de simples ação ou de dupla ação, com saída para o movimento macho ou fêmea.


Volume 4

10


Aleta Giratória O ar comprimido atua sobre uma aleta unida solidamente ao eixo de saída. Uma vedação de borracha ou um elastômero vulcanizado na superfície periférica da aleta garante uma boa vedação durante o giro. Uma vedação tridimensional garante a estanqueidade nas extremidades do eixo. Os ângulos de giro mais comuns são de 90º, 180º e 270º. Limitadores ajustáveis possibilitam ângulos intermediários.

Simbologia Atuador Rotativo

Pinças / Garras A necessidade e a busca constante por melhorias nos processos, a garantia de movimentos precisos, onde a repetibilidade ‘e exigida a exaustão, onde a segurança ‘e de fundamental importância e onde se faz necessário ter um domínio e controle racionalizado de matéria prima, fez o mais perfeito dos manipuladores, a mão humana, perder em alguns setores da indústria o seu espaço para a agilidade incansável, precisão e coordenação dos sistemas de manipulação. Manipulação é efetuar uma série de movimentos simultâneos ou não, como girar, posicionar, prender, transportar em uma ou mais peças, para que esta possa assumir diferentes posições em um processo de produção. Os manipuladores são sempre desenvolvidos para realizar funções previamente definidas para um determinado produto ou processo. Os manipuladores são uma variável dos robôs, sendo sua flexibilidade reduzida. Seu custo final de desenvolvimento e implantação em relação a outros processos é muitas vezes menor. Alguns modelos de Pinças e Garras


Volume 4

11


Sensores Magnéticos Sensores magnéticos são usados para a detecção de posição, sem contato, em tecnologia de controle. Os sensores disponíveis para montagem no corpo dos atuadores lineares são os por contato seco, normalmente fechado (NF), normalmente aberto (NA) e o efeito Hall. Os sensores por contato seco são comumente mais utilizados em razão do seu custo, porém sua vida útil é inferior a do por efeito Hall. Exemplo de Sensores

Amortecedor – Desacelerador A finalidade deste item é amortecer o impacto na movimentação dos atuadores quando as velocidades e cargas não forem suportadas pelo amortecimento pneumático incorporado no atuador. O amortecedor hidráulico consiste de um circuito fechado de óleo, que ao receber o impacto na ponta da haste, força a transferência interna do óleo de uma câmara para outra, proporcionando assim uma desaceleração suave no equipamento. Exemplo de amortecedor

Simbologia Amortecedor


Volume 4

12


Simbologia Atuadores Lineares

S.A. Retorno Mola S.A. Avanço Mola

D.A. D.A.Embolo Magnético

D.A. Amort. Fixo Tras. D.A Amort. Fixo Diant. D.A Duplo Amort. Fixo

D.A Amort. Reg. Tras. D.A. Amort. Reg. Diant. D.A. Duplo Amort. Reg.

D.A. Haste Passante

D.A. Duplex Geminado

D.A. Duplex Continuo


Volume 4

13


ANOTAÇÕES


Volume 4

14


ANOTAÇÕES


Volume 4

15


ANOTAÇÕES


Volume 4

16


Referências Bibliográficas SIGHIERI, Luciano; NISHINARI, Akiyoshi. Controle Automático de Processos Industriais – Instrumentação. São Paulo: Editora Edigar Blücher Ltda. 1973. STEWART, Harry. Pneumática e Hidráulica. São Pulo: Hemus Livraria e Editora Ltda. 1981. BELFORTE, Guido; BERTETTO, Andrea Manuello; MAZZA, Luigi. Automazione Industriale – Pneumatica Corso Completo. Milano: Tecnhiche Nuove, 2000. DRAPINSKI, Januzs. Hidráulica e Pneumática industrial Móvel. São Paulo: Editora McGraw-Hill do Brasil, 1979. Metal Work Pneumatic. Manuale di Pneumatica. Linea Didattica MOREIRA, Ilo da Silva; Compressores Instalação, Funcionamento e Manutenção. São Paulo: Senai. 1991. Tratamento Ar Comprimido – HB-Dominick Hunter Equipamentos Ltda. Introdução à Pneumática – Festo Didatic Princípios Básicos – Schrader Bellows Pneumatics For All – Camozzi SPA

Sites Consultados

http://www.mspc.eng.br/fldetc/arcompr_110.shtml#qualid http://web.ist.utl.pt/luis.roriz/MyPage/et_T05.htm http://www.meiofiltrante.com.br/materias.asp?action=detalhe&id=295 http://www.camphost.com.br/ktsystem/artigo/pneumatica-o-tratamento-correto-do-ar-comprimido http://www.asta.com.br/v2/index.php?cat=pressao&p=52&id=conceitos http://www.faatesp.edu.br/publicacoes/Instrumentacao_Press%C3%A3o_pg3_pg22.pdf http://www.instrumentacao.net/pressao/elementos.php http://www2.cidades.gov.br/pncda/Dtas/Arq/DTA_G2.pdf http://www.em.pucrs.br/lsfm/alunos/luc_gab/compressores.html http://www.hbdh.com.br/noticia.php?id=1&pg=6 http://www.compair.pt/About_Us/Compressed_Air_Explained--05Air_treatment_methods.aspx http://www.smg.gov.mo/dm/learnmet/p_atmosp.htm http://pt.wikipedia.org/wiki/Compressor#Compressores_de_palheta http://www.google.com.br/search?hl=pt-BR&q=hommo+sapiens+descoberta+do+fogo&btnG=Pesquisar&meta=lr%3Dlang_pt http://ciencia.hsw.uol.com.br/questao209.htm http://www.etepiracicaba.org.br/apostilas/mecanica/mecanica_2ciclo/automacao.pdf http://www.laship.ufsc.br/PDF/ApostilaPDF/SistHPContAutP2.pdf http://www.pfmilcent.eng.br/apos%20compr%2022007.pdf http://www.raccosafety.com.br/Edicao13_Declaracao_de_guerra_ao_ruido.pdf http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0370-44672006000400010&lng=en&nrm=iso&tlng=en http://www.camfilfarr.com/cou_bras/filtertechnology/proffilt/adsorption.cfm


Volume 4

17


Documents

atuadores