Tudo o que você precisa saber sobre cilindros pneumáticos: tipos, princípios de funcionamento e usos.

Assim como qualquer tecnologia, os cilindros pneumáticos (atuadores pneumáticos) evoluíram muito com as inovações. Engenheiros desenvolveram diferentes modelos de cilindros pneumáticos, tornando-os adequados para diversas aplicações. Este artigo é um guia completo para você aprender tudo sobre cilindros pneumáticos (atuadores pneumáticos) de forma fácil e compreensível. Aprenda como os cilindros pneumáticos funcionam, seus tipos, aplicações, benefícios e exemplos reais de cilindros pneumáticos industriais.

1. Como funcionam os cilindros pneumáticos em sistemas de automação?

1.1 Princípio básico de funcionamento

Você já usou uma bomba de bicicleta? Você aperta a alavanca e o ar sai pelo tubo, enchendo o pneu. Agora imagine o processo inverso: você injeta ar comprimido no tubo, o que faz a alavanca se mover. Isso acontece porque o ar empurra um elemento em forma de disco dentro do tubo. Esse disco está conectado à alavanca, que por sua vez se move.

Os cilindros pneumáticos funcionam de maneira semelhante, mas são muito mais sofisticados em seu projeto, visando confiabilidade, durabilidade e repetibilidade. Eles utilizam ar comprimido de alta pressão, com valores típicos de 0,1 MPa a 1,0 MPa (aproximadamente 14,5 PSI a 145 PSI). O ar entra pela porta e empurra o pistão. O pistão está conectado a uma haste que se move juntamente com o pistão, criando um movimento linear. Duas tampas são fixadas firmemente contra o corpo ou tubo do cilindro por meio de tirantes.

Caso seja necessário inverter o sentido de rotação, fornecemos ar comprimido à outra porta para o movimento reverso. O sistema é composto pelas seguintes partes:

• Pistão

• Haste

• Tubo cilíndrico ou de barril

• Focas

• Tampas de extremidade

• Barras de direção

1.2 Mecanismos de ação simples versus mecanismos de ação dupla

O exemplo que mostramos anteriormente é o mecanismo de dupla ação de um cilindro pneumático. No caso de um mecanismo de ação simples, existe apenas uma porta. Enquanto o ar comprimido é injetado na porta, o cilindro mantém sua posição, forçando a mola da posição estendida para a posição comprimida. Assim que liberamos a pressão, o pistão retorna à sua posição neutra ou inicial. Todo esse movimento é chamado de mecanismo de ação simples.

2. Quais são os diferentes tipos de cilindros pneumáticos comumente usados?

2.1 Cilindros padrão

Existem dois tipos principais de cilindros padrão. A principal distinção entre eles reside na sua conformidade e relevância para as normas da Organização Internacional de Normalização (ISO) ou da Associação Nacional de Energia Fluida (NFPA). Isso torna cada tipo adequado para determinadas regiões do mundo. Seguem as suas explicações:

2.1.1 Cilindros padrão da barra de direção

Os cilindros padrão com tirantes estão em conformidade com as normas ISO 15552, ISO 6431 ou VDMA 24562, comuns na Europa e em outras partes do mundo. Eles priorizam a facilidade de reparo e possuem corpos mais leves. Sua construção permite o trabalho em velocidades mais altas, com diâmetros de cilindro variando entre 32 mm e 200 mm.

Escolha os cilindros padrão com tirantes para melhor compatibilidade com outros sistemas em todo o mundo. Eles são ótimos para aplicações versáteis e de precisão.

Exemplo: Cilindros padrão ISO da Titan Automation - Cilindros pneumáticos com tirantes da série DNG

2.1.2 Cilindros padrão NFPA

Os cilindros pneumáticos que atendem à norma NFPA (NFPA T3.6.7) são voltados para o mercado norte-americano. Possuem construção com tirantes e montagem padrão. Oferecem dimensões de montagem padronizadas e designs intercambiáveis ​​com marcas como Parker, Festo e Bimba. Sua construção robusta os torna adequados para trabalhos pesados ​​e resistentes. A norma garante o uso de material resistente à corrosão e oferece amortecimento pneumático ajustável.

Exemplo: Cilindros pneumáticos profissionais NFPA da Titan Automation

2.2 Cilindros compactos

Em situações onde o espaço é limitado, como em automação e robótica, cilindros compactos podem ser muito úteis. Existem cilindros pneumáticos compactos especializados que oferecem especificações únicas para diversas aplicações. A seguir, os dois principais tipos de cilindros compactos:

2.2.1 Designs compactos de baixo perfil

Para otimizar o espaço, os cilindros pneumáticos compactos de baixo perfil são ideais. Eles podem ter cursos de 5 a 50 mm. O perfil arredondado e a altura reduzida os tornam perfeitos para instalações em espaços reduzidos. São excelentes para robótica e linhas de montagem onde o movimento é mais importante do que a força.

Exemplo: Série LP/LPM da Titan Automation com montagem em furo passante

2.2.2 Variantes Compactas Multiforça

Em situações onde a força é mais importante em um tamanho compacto e com cursos curtos, as variantes compactas multiforça são ideais. Esses cilindros pneumáticos podem apresentar múltiplos pistões em série ou em paralelo para amplificar a força. Sua grande força os torna ideais para prensagem pesada.

Exemplo: Titan AutomationSDAT, ADVU eSDAP Série

2.3 Cilindros Redondos

Os cilindros redondos são compactos e oferecem um design minimalista. São fáceis de reparar e limpar, o que os torna ideais para aplicações leves onde a limpeza é fundamental.

2.3.1 Minicilindros redondos de aço inoxidável

Esses mini cilindros pneumáticos redondos em aço inoxidável atendem à norma ISO 6432. Os materiais resistentes à corrosão permitem sua aplicação em ambientes alimentícios ou médicos. Normalmente, estão disponíveis com montagem em base, flange ou giratória. O design simples também os torna econômicos.

2.3.2 Cilindros de corpo redondo reparáveis

Para movimentos lineares simples, cilindros pneumáticos redondos são ideais. Para tornar esses cilindros pneumáticos reparáveis, prefere-se uma construção leve em alumínio. Eles são ótimos para embalagens e movimentação de materiais.

Exemplo: Cilindros pneumáticos pequenos de alumínio com montagem frontal da Titan Automation

Segue abaixo a especificação de um cilindro pneumático de corpo cilíndrico reparável:

2.4 Cilindros de duas e três hastes

O uso de duas ou três hastes para acionar movimentos pode ser frequentemente necessário. Na indústria de automação de alta tecnologia, o uso de movimentos estáveis ​​como esses pode ser crucial. O uso de hastes duplas ou múltiplas em cilindros pneumáticos elimina a rotação, possibilitando movimentos lineares precisos. Esses cilindros podem ter um curso de 10 a 200 mm. Em um design compacto, eles oferecem resistência à força de cisalhamento.

2,5 Cilindros sem Haste

O uso de um cilindro sem haste permite cursos mais longos sem a necessidade de hastes salientes. Normalmente, são utilizados em transportadores para movimentos lineares. Eles utilizam um acoplamento magnético/mecânico para os movimentos retos. O design permite que sejam construídos com perfil fino e apresentem suportes integrados com trilhos para operação estável. Não requerem lubrificação e podem suportar mais de 20 milhões de ciclos. Um único curso pode mover um objeto por 6000 mm.

3. Aplicações comuns de cilindros pneumáticos

4. Quais são os principais benefícios de usar um cilindro pneumático?

Engenheiros podem induzir movimento linear usando motores elétricos, mas o processo é ineficiente e lento. Por isso, decidiram utilizar o movimento ultrarrápido dos cilindros pneumáticos. Eles são excelentes para uma ampla gama de aplicações, com uma construção robusta. Aqui estão os principais motivos pelos quais os cilindros pneumáticos são um atuador ideal:

4.1 Relação custo-benefício e eficiência

Utilizar motores para gerar movimentos exige uma grande quantidade de fios elétricos e fontes de alimentação. Da mesma forma, o uso de sistemas hidráulicos também requer o fornecimento de óleo, o que acarreta um custo inicial e operacional elevado. Além disso, são pesados ​​e difíceis de manusear. Cilindros pneumáticos também podem produzir movimento linear, mas requerem apenas um tubo com ar comprimido para funcionar. Essas características tornam os cilindros pneumáticos:

• Baixa manutenção

• Densidade de potência

• Eficiência energética

4.2 Segurança e Confiabilidade

O uso de tubos de ar comprimido garante uma operação limpa. Não há risco de incêndio em comparação com conexões a óleo ou elétricas de alta potência. Os cilindros pneumáticos oferecem os seguintes aspectos de segurança e confiabilidade:

• Operação limpa com ar

• Redução da carga de incêndio

• Amortecimento para paradas suaves

• Ciclos confiáveis ​​de mais de 20 milhões de ciclos

4.3 Versatilidade e Personalização

Existem inúmeros tipos de cilindros pneumáticos para os engenheiros escolherem. A versatilidade e a possibilidade de personalização são evidentes em:

• Ampla variedade de tamanhos

• Variação no material

• Sistemas de montagem

• Operações com ou sem múltiplas hastes

• Cursos ajustáveis

Exemplo: Ajustes de curso personalizáveis ​​da Titan Automation

4.4 Vantagens Ambientais

A utilização de fluidos que podem ser prejudiciais ao meio ambiente, como os usados ​​em sistemas hidráulicos, pode causar danos à reputação. Em alguns casos, pode levar a ações judiciais por parte do governo. Os cilindros pneumáticos utilizam ar comprimido, o que os torna ideais para indústrias limpas, como a farmacêutica, a de hotelaria, a de alimentos e bebidas e a de fabricação de eletrônicos.

Conclusão

Os cilindros pneumáticos utilizam ar comprimido para o seu funcionamento. Trata-se de um dispositivo que produz movimento linear quando o ar comprimido é fornecido às suas portas. Os engenheiros desenvolveram diferentes formatos, designs e mecanismos de funcionamento para cilindros pneumáticos, visando a versatilidade de suas aplicações. Os principais tipos incluem cilindros padrão, cilindros compactos, cilindros com duas ou três hastes, cilindros NFPA, cilindros totalmente em aço inoxidável, cilindros de corpo cilíndrico reparáveis, cilindros não rotativos com hastes guia e cilindros sem hastes. Seu funcionamento limpo e seguro os torna ideais para automação industrial, equipamentos médicos, processamento de alimentos e aplicações em máquinas pesadas.

Se você busca um fornecedor confiável, explore todas as opções da Titan Automation. Eles oferecem uma ampla variedade de produtos, garantindo a conformidade com normas internacionais como ISO, NFPA e VDMA. Sua compatibilidade global e projetos especializados demonstram sua capacidade e expertise em fabricação. A seguir, alguns dos tipos de cilindros pneumáticos produzidos pela Titan Automation:

• DNG: Guia de dupla ação não rotativa (série de cilindros padrão com tirante, em conformidade com a norma ISO 6431).

• NTA NFPA: Cilindros com tirantes em conformidade com a norma NTA (Ningbo Titan Automation) NFPA (North American Fluid Power Association).

• NTP: Cilindro pneumático de tirantes não rotativos (série de cilindros compactos de baixo perfil, também conhecidos como tipo panqueca).

• SDA: Cilindro quadrado de dupla ação (Série de cilindros compactos de corpo quadrado para aplicações que economizam espaço).

• CXS:Compacto eXtra Estável (Cilindro de haste dupla não rotativo, intercambiável com SMC CXS).

• HN: Cilindro de haste dupla de montagem livre mini de alta estabilidade e não rotativo para alinhamento.

• ACK: Kit de fixação angular (cilindro angular pneumático para rotações de 90°/180°).

• NFPA TR: Tirante NFPA (Cilindro pneumático com tirante NFPA padrão para intercambialidade em serviço pesado).

• SSDA: Cilindro compacto de aço inoxidável de dupla ação (para ambientes corrosivos).

• NTR: Tirante cilíndrico não rotativo (cilindro cilíndrico reparável com corpo em alumínio anodizado).

• MAL: Mini cilindro pneumático linear de alumínio (pequeno cilindro pneumático para movimento linear com montagem frontal).

• MGP: Pneumático Multi-Guia (Atuador guiado compacto com hastes guia duplas para maior precisão).

• NTA R: NTA Rodless (Série de cilindros sem haste para movimento de longo curso e com uso eficiente do espaço).

Perguntas frequentes

1. Como dimensionar um cilindro corretamente?

Analise primeiro as suas necessidades. Qual o comprimento do curso necessário e qual a força requerida? Utilize a fórmula simples F=PxA para calcular a área necessária. Certifique-se de que a pressão do ar no cilindro pneumático está estável para garantir medições precisas.

2. Um cilindro pneumático pode parar no meio do curso?

Sim, os modernos projetos de pistões magnéticos permitem que o cilindro comunique sua localização em tempo real com um CLP ou microprocessador. Usando o feedback direto, ele pode parar o cilindro de ar no meio do curso através da válvula solenoide.

3. Como sei se meu cilindro pneumático precisa ser reparado ou substituído?

Redução de força, ruído sibilante alto, arranhões visíveis na haste, vedação rompida ou sinais claros de vazamento indicam a necessidade de reparo do cilindro pneumático. No entanto, para realizar o reparo, é necessário que o cilindro pneumático seja do tipo reparável; caso contrário, a única opção será a substituição.