Um atuador pneumático é um dispositivo mecânico que aproveita a energia do ar comprimido e a converte em energia mecânica (força ou torque) para movimentar elementos de máquinas, dispositivos industriais e em sistemas de controle de automação. Este tipo de acionamento é significativamente mais ecológico do que os acionamentos hidráulicos devido ao meio utilizado.
O design do acionamento pneumático é simples, o ar comprimido está facilmente disponível e não representa nenhum perigo se o sistema vazar. Também pode ser usado em qualquer lugar onde não haja acesso à eletricidade e funciona bem em temperaturas muito baixas e muito altas.
Estrutura de um acionamento pneumático: elementos básicos e vantagens para indústria e automação
Um atuador pneumático é um dispositivo mecânico que utiliza a energia do ar comprimido e a converte em energia mecânica (força ou torque) para movimentar elementos de máquinas, dispositivos industriais e em sistemas de controle de automação. Devido ao meio utilizado, este tipo de acionamento é significativamente mais ecológico do que os acionamentos hidráulicos.
Você pode estar interessado em: Automação industrial, o que é?
A estrutura de um acionamento pneumático é composta por cilindro, pistão, vedações, válvula de retenção, válvula reguladora de pressão e linhas de ar que transportam o ar comprimido. Não é complicado, o ar comprimido está facilmente disponível e não representa perigo se o sistema vazar.
Também pode ser utilizado em qualquer lugar onde não haja acesso à eletricidade e funciona bem tanto em temperaturas muito baixas como muito altas.
Padrões de produção para atuadores e suas aplicações
A área de aplicação mais comum dos acionamentos pneumáticos é a indústria, mas também são utilizados em automóveis, em portas e portas e em plataformas de descarga. Apoiam os bombeiros no seu trabalho, garantindo o correto funcionamento dos equipamentos de corte e espalhamento. Também podem ser encontrados em todos os lares, por exemplo em portões de entrada automáticos, portas de armários, portas e cadeiras de escritório.
Os acionamentos pneumáticos devem atender a determinados padrões que padronizam suas dimensões e materiais de instalação. São os chamados acionamentos pneumáticos padronizados que permitem o uso intercambiável de acionamentos de diferentes fabricantes. Curiosamente, este é um dos poucos grupos de elementos pneumáticos cujas dimensões são fixadas em normas.
As seguintes normas aplicam-se na Polónia, entre outras:
- A ISO6432, que especifica atuadores redondos com diâmetros de 8 a 25 mm, também abrange as dimensões do atuador, incluindo elementos de montagem;
- A ISO15552, que especifica atuadores de perfil com diâmetros de fi 32 a fi 125 mm, também inclui versões de atuadores com luva perfilada com canais para sensores de posição de pistão;
- ISO21287, que especifica atuadores compactos com diâmetros de fi 16 a fi 100 mm;
- UNITOP define atuadores compactos com diâmetros de fi 16 a fi 100 mm.
Parâmetros técnicos que descrevem os atuadores
Um dos parâmetros básicos que descrevem os acionamentos pneumáticos é o diâmetro. Varia de 8 mm a 320 mm, sendo os maiores considerados incomuns. Em seguida vem a faixa de cursos de trabalho, que varia de 1 mm a cerca de 3.000 mm devido à disponibilidade da luva.
A faixa de pressão operacional do atuador está entre 0,05 MPa e 1,6 MPa. As temperaturas operacionais podem variar muito dependendo das vedações utilizadas, variando de -20°C a +180°C. As forças úteis podem estar entre 5 daN e 5000 daN. O meio de trabalho, ou seja, o ar comprimido, é limpo e lubrificado com névoa de óleo – pelo menos 40 μm, enquanto o ar purificado e não lubrificado requer uma filtragem mais precisa, cerca de 20 μm.
Estrutura de um atuador pneumático em detalhe
A estrutura de um atuador pneumático típico consiste em:
- Frente;
- contracapa;
- camisa de cilindro;
- Pistões;
- Anel de vedação da junta de movimento do pistão;
- hastes de pistão;
- manga guia;
- um anel de vedação na tampa frontal;
- Anel limpador.
A estrutura do atuador pneumático é composta por vários elementos importantes, incluindo tampas resistentes à corrosão graças ao revestimento em pintura epóxi. A seção transversal do atuador pneumático inclui, entre outras coisas, furos roscados para montagem de conexões pneumáticas ou válvulas de estrangulamento, bem como um parafuso para ajuste da absorção de choque.
O aperto fecha o canal de ventilação da câmara do atuador e direciona o ar para o canal do acelerador. Isto cria uma almofada de ar, que é um elemento chave na construção de um acionamento pneumático.
As camisas de cilindro são comumente encontradas em aplicações de construção, automotivas e industriais. São um elemento pneumático essencial para o bom funcionamento dos atuadores.
O próximo elemento importante na construção de um acionamento pneumático são as vedações. Geralmente são feitos de poliuretano, mas para condições difíceis, como operação em temperaturas muito altas, devem ser escolhidas vedações feitas de outros materiais.
A estrutura de um atuador pneumático consiste em vários elementos importantes. O pistão pneumático é um dos elementos mais importantes de todo o sistema de acionamento pneumático. Como padrão é feito de POM (polioximetileno), mas em condições difíceis de trabalho também podem ser usados pistões de alumínio.
Ambos os tipos são equipados com ímãs que permitem a utilização de sensores de posição reed, os chamados BSPT (Non-Contact Piston Position Signaling), na construção de um atuador pneumático. A haste do pistão do atuador deve atender a vários padrões. Os modelos padrão são feitos de aço cromado e projetados para resistir a condições difíceis, como: Ao trabalhar com substâncias corrosivas ou alimentares, por exemplo, deve ser utilizada uma haste de aço inoxidável.
Então também é resistente à corrosão. Para acionamentos pneumáticos utilizados em sistemas de automação onde é necessária a confirmação do ciclo de trabalho do acionamento, são utilizados acionamentos equipados com ímã embutido no pistão.
Isto permite a utilização de sensores de posição de pistão sem contato, ou seja, elementos que utilizam um campo magnético para gerar sinais elétricos que fornecem informações sobre o estado de um objeto em sistemas de controle e regulação.
Acionamento pneumático – estrutura e tipo
Um dos critérios de classificação dos acionamentos pneumáticos é a sua estrutura, que os divide de acordo com o tipo de movimento de trabalho (linear, angular, curvilíneo), o tipo de elemento de trabalho (pistão, diafragma, fole, pistão, bolsa e tubo) e a tipo de movimento de trabalho Presença de haste de pistão (com haste e sem haste).
Construção de um atuador pneumático de ação simples
Os acionamentos lineares são o grupo mais comum. Eles são divididos em um cilindro pneumático de ação simples (com uma haste) e um cilindro pneumático de dupla ação (com duas hastes). No primeiro, o meio de trabalho, ou seja, o ar comprimido, é substituído por uma mola. O pistão se move na direção de maior carga utilizando ar comprimido.
Se não houver carga, a mola garante que a haste retorne à sua posição original. Em acionamentos deste tipo, o movimento para trás também pode ser causado pela força resultante do peso da carga montada. Um atuador pneumático de ação simples com mola permite o consumo de menos ar e, portanto, menos eletricidade e não causa muito estresse.
Construção de um acionamento pneumático de dupla ação
O atuador de dupla ação é um dos elementos mais populares deste tipo. O elemento móvel é a haste do pistão. O ar é fornecido alternadamente para uma e outra câmara, enquanto ocorre a ventilação paralela das câmaras opostas do cilindro. O meio fornecido atua no pistão, fazendo com que a haste do pistão se estenda. Para ocultar o atuador, o ar é fornecido pelo outro lado do atuador.
A força de atuação deste atuador depende do seu tamanho nominal e da pressão de alimentação. Um atuador pneumático de dupla ação típico consiste nos seguintes elementos estruturais:
- capas frontal e traseira;
- manga de atuação;
- haste de pistão operacional;
- Pistão com vedações e imã;
- manga guia da haste do pistão;
- anel guia do pistão;
- Vedações da haste do pistão.
A força efetiva exercida por um cilindro de haste única de dupla ação é calculada a partir das seguintes equações:
Força de impulso do atuador F1: F1=Π x D2/4 x p1 (kG)
Força de tração do atuador F2: F2=Π x (D2-d2)/4 x p1 (kG)
- p1 – pressão de alimentação (bar)
- D – diâmetro nominal (pistão) (cm)
- d – diâmetro da haste do pistão (cm)
Em um acionamento com haste de pistão unilateral, a força de impulso é maior que a força de tração.
A força efetiva exercida por um cilindro de haste dupla de dupla ação é calculada usando a seguinte equação:
Força de compressão e tração F1(F2)= Π x(D2-d2)/4 x p1 (kG)
- p1 – pressão de alimentação (bar)
- D – diâmetro nominal (pistão) (cm)
- d – diâmetro da haste do pistão (cm)
Estrutura de um atuador de freio pneumático
Um freio a ar é um freio que usa a pressão do ar como meio de trabalho. É utilizado em veículos nos quais uma válvula de controle conecta tanques de ar comprimido a atuadores de freio.
Atuador – estrutura e divisão
Os acionamentos pneumáticos também podem ser classificados de acordo com outros critérios. Uma delas é a distinção baseada no tipo de movimento do elemento de trabalho (haste do cilindro ou eixo):
Os acionamentos pneumáticos devem ser regenerados? Descubra mais.
- Atuadores com movimento alternativo da haste;
- Atuadores com movimento de eixo giratório.
Da primeira das espécies acima, podem ser distinguidas as seguintes variedades:
- acionamentos de pistão;
- atuador de pistão;
- acionamentos de membrana;
- Unidades de saco (tubo).
Estão disponíveis as seguintes variantes de acionamentos com movimento de eixo rotativo:
- Acionamentos giratórios (movimento na faixa de 90° a 360°);
- Acionamentos rotativos (pneumáticos).
Devido às condições operacionais, como flutuações de temperatura, cargas ou locais de instalação, os atuadores pneumáticos podem ser feitos de diferentes materiais. Um deles são os atuadores feitos de aço inoxidável e resistente a ácidos. Eles podem consistir inteiramente dele ou de elementos individuais, como hastes de pistão, buchas, parafusos de fixação ou porcas. São utilizados principalmente na indústria, em contato com substâncias corrosivas, em contato com alimentos e em áreas potencialmente explosivas. As mangas e tampas de atuação também podem ser feitas de plástico.
Em temperaturas extremamente baixas ou altas ou em condições climáticas extremas, é necessário instalar vedações especiais nos acionamentos que possam suportar as condições prevalecentes. O tipo de borracha sintética mais comumente usado é Viton ou Teflon. Eles são encontrados principalmente em instalações de armazenamento refrigerado na indústria alimentícia, metalurgia ferrosa e não ferrosa, tratamento térmico e superficial de metais, criogenia, veículos militares, ferrovias, veículos de construção rodoviária e em fábricas de massa de betume.
Existem também atuadores com tampas de aço que funcionam bem em condições onde há alto risco de danos mecânicos ao atuador, em altos níveis de poeira e em atmosferas explosivas. São utilizados principalmente na mineração de carvão, gás e petróleo, em plataformas de perfuração, em siderúrgicas e na construção e engenharia rodoviária.
Atuadores especiais e não padronizados são um tipo de atuadores pneumáticos destinados a soluções específicas de máquinas e equipamentos. Eles devem atender a todos os requisitos excepcionais, incluindo dimensões gerais, soluções construtivas e vedações utilizadas. O acionamento pneumático também pode ser equipado com dispositivos externos adicionais, como válvulas de distribuição ou válvulas para regular a velocidade da haste do pistão.
