EXERCÍCIOS DIMENSIONAMENTO CILINDROS PNEUMÁTICOS Exemplo de cálculo de força

1) Calcular a força exercida no avanço e no retomo de um cilindro de 7,62 cm

(3") de diâmetro de pistão e 3,81 cm (1 ½") de diâmetro de haste, sabendo que

a pressão fornecida é de 210 bárias.

1bar= 1,019 Kgf/cm2

Como podemos observar a força de retomo F2 é menor do que a força de

avanço F1. Isso se explica devido ao fato de que para uma mesma pressão

temos uma área de pistão (onde atuará a pressão no avanço) maior do que a

área da: coroa (onde a mesma pressão atua no retomo).

Observemos também que, se a relação de área for 2:1, por exemplo, Ap =

50 cm2 e Ac = 25 cm2 a relação entre as forças para uma mesma pressão

também será de 2:1, se F1 = 3000 kgf, F2 será igual a 1500 kgf.

Exemplo de cálculo de pressão

2) Calcular a pressão necessária para se obter uma força de 15 toneladas força

no avanço de um cilindro de diâmetro de pistão igual a 10,16 centímetros (4").

Exemplo de cálculo de área de pistão, haste e coroa e diâmetro do pistão

e da haste.

3) Para uma pressão de 210 bar obter uma força de avanço de 30 toneladas

força e outra de retomo de 23 toneladas força. Calcule as áreas de pistão,

haste e coroa e diâmetro de pistão e haste para que isso possa ocorrer.

O que ocorre na prática

O que geralmente acontece é que a partir de uma força que precisamos,

adotamos uma pressão igual a 70, 140 ou 210 bárias (geralmente adotamos 70

ou 210 bárias conforme a força que necessitamos) e, calculamos a área

determinando o diâmetro. Uma vez calculado o diâmetro, procuramos o

diâmetro comercial superior mais próximo e calculamos a nova pressão

necessária (NP) a função de verificarmos se pressão será suficiente, e não irá

trabalhar sempre na pressão máxima.

Caso o diâmetro de pistão calculado for maior do que 25,4 cm, ou seja 10

polegadas, dividimos a força por dois ou três e como resultado usaremos dois

ou três cilindros cuja soma das forças será igual àquela que necessitamos com

maior economia, considerando o espaço disponível e a disposição da máquina

na escolha dessa solução

4) Calcular o cilindro de retorno automático que tenha de ter uma força de

avanço de 5000 kgf e outra de retorno de 2000 kgf.

P= 70 bar

Obs.: Quanto menor for diâmetro da haste maior será a força de retorno, pois

aumentamos área da coroa.

Na prática: Adotamos um cilindro de 4“ (10,16cm) de diâmetro de pistão e 21/2”

de diâmetro de haste.

5) Calcular o diâmetro de uma prensa de chapas de 2,20 cm de espessura,

sabendo que a força necessária a prensagem será de 150 toneladas força.

P=214bar Obs.: atenção ao diâmetro de pistão máximo de 10”

6) Sabendo que para efetuar uma força de avanço de 6000 kgf, precisamos de

um cilindro de diâmetro de pistão igual a 10,16 cm e uma força de retorno de

2000 kgf. O cálculo nos forneceu um diâmetro de haste igual a 3,81 cm.

Calcular as vazões necessárias para o avanço e retorno do cilindro, sabendo

que o curso do mesmo é de 50 mm e o tempo de ida é de 3 segundos e o

retorno é igual a 1,5 s.

7) Calcular a vazão necessária para que um cilindro de 12,7 cm de diâmetro de

pistão e 7,62 cm de diâmetro de haste com curso de 300 mm e faça 3 peças

por minuto.

Cálculo da velocidade e tempo

8) Sabendo que um cilindro de 17,78 cm de diâmetro de pistão e 8,89 cm de

diâmetro de haste, recebe uma vazão de 113,5 L/min, calcular as velocidades e

tempos de avanço e retorno. Dado o curso do cilindro igual a 400 mm.

Exemplo de calculo de área e diâmetro

9) Sabendo que o cilindro de curso igual a 370 mm leva 3 segundos para

avançar e 2 segundos para retornar a partir de uma vazão fornecida de 102,20

L/min, calcular as áreas de pistão, coroa e haste, assim como, os respectivos

diâmetros para que isso ocorra.

Como pudemos observar até aqui, a velocidade de retorno é maior do que a

velocidade de avanço e o tempo de retorno é menor do que o tempo de

avanço. Isso se explica devido que para uma mesma vazão e curso, o volume

de ar a ser introduzido no avanço será bem maior que o do retorno.

Quando quisermos velocidades e tempos iguais no avanço e no retorno,

lançamos mão do cilindro de haste dupla. Pode-se notar quando a relação da

área do pistão/haste é de 2:1 a velocidade de avanço e retrocesso também

será de 2:1.

Na prática quando temos o cilindro já calculado partimos para o cálculo da

vazão mínima que precisaremos para executar o trabalho. Em outras palavras,

quando o cálculo do cilindro, determinamos a pressão em que o compressor irá

trabalhar, para depois escolhermos o compressor ideal a partir do cálculo de

vazão.

10) Calcular a vazão necessária para que um cilindro de uma máquina injetora,

de um curso igual a 400 mm, 10,16 cm de diâmetro e 6,35 cm de haste, efetue

a injeção de cinco peças por minuto.

Se não existir um compressor que possua estas especificações, escolhemos

um com vazão maior, e regulamos a vazão através de uma válvula reguladora

de vazão.

11) Calcular a vazão necessária para um cilindro de uma prensa hidráulica, de

500 mm de curso e diâmetro de pistão de 15,24 cm e haste de 5,08 cm de

forma que gaste 10 segundos para o avanço 5 s para o retorno, um tempo total

de 15s (avanço+retorno).