Questionário 01 – Atuadores Pneumáticos

1. Quais os principais cilindros lineares e rotativos utilizados em sistemas pneumáticos? Descreva as suas principais características.

Cilindros de simples ação: realizam trabalho recebendo ar comprimido em

apenas um dos seus lados. Portanto, são adequados para a realização de trabalho em

apenas um sentido, normalmente no de avanço enquanto o retorno é feito por auxilio de

mola ou força externa.

Cilindros de dupla ação: realizam trabalho recebendo ar comprimido em ambos

os lados. Desta forma realizam trabalho no avanço e no retorno. Esses cilindros são

utilizados onde o trabalho de empurrar é tão importante quanto o de puxar. O curso do

embolo é limitado e é muito importante levar em consideração a deformação por flexão e

flambagem na sua utilização em processos que exijam precisão.

Cilindros com amortecimento: quando volumes grandes e pesados são

movimentados por um cilindro, este deve ter um sistema de amortecimento para evitar

impactos repentinos, gerando danos. Antes de alcançar a posição final, um mecanismo

de amortecimento interrompe o escape livre do ar, deixando somente uma pequena

passagem, geralmente regulável.

Cilindros de membrana: é acionado por intermédio de membrana que pode ser

de borracha, material sintético ou metálico, assumindo a função do embolo. A haste do

êmbolo é fixada no centro da membrana e não há vedação deslizante.

Cilindro telescópico: é composto de vários cilindros montados em série, um

dentro do outro. É utilizado para lugares de pequenas dimensões de comprimento, mas

produz um curso longo. A força produzida é proporcional a área do menor cilindros

acionado, dado que os demais causam apenas o efeito telescópico, aumentado o curso.

Cilindro com haste passante: podem realizar trabalho em ambos os sentidos ao

mesmo tempo. Algumas das suas características são:

- A haste é melhor guiada por possuir dois mancais, isto possibilita também suportar uma

pequena carga lateral;

- Os elementos sinalizadores podem ser montados na parte livre da haste do êmbolo;

- As forças de avanço e retorno são iguais devido à mesma área de aplicação de

pressões em ambas as faces dos êmbolos.

Cilindros em Tandrem: neste tipo são usados dois cilindros de dupla ação, os

quais formam uma só unidade. Desta forma, com duas pressões em suas respectivas

câmaras agindo nos êmbolos, a força é a resultante das forças dos cilindros. É usado

para obter grandes forças em lugares onde não há espaço suficiente para utilizar

cilindros de maior diâmetro.

Cilindros sem haste: com um tipo construtivo moderno, esse elemento pneumático

linear de dupla ação é constituído de um corpo cilíndrico e de um embolo sem haste. O

embolo é equipado com um conjunto de ímãs permanentes em anel. Desta forma é

produzido um acoplamento magnético entre o carro e o embolo. O componente da

maquina a ser movimentado deve ser montado no carro. É utilizado em cursos muito

longos, em torno de 10 metros. A força de acoplamento é limitante da capacidade de

acionamento do cilindro.

Cilindros de múltiplas posições: é formado por dois cilindros de dupla ação, de

diferentes comprimentos de curso, unidos por suas câmaras traseiras. Com estes

cilindros é possível é possível obter cursos maiores em um pequeno espaço físico. Neste

caso pode-se obter até quatro posições definidas.

Cilindros rotativos com cremalheira: a haste tem um perfil dentado (cremalheira).

Esta cremalheira aciona uma engrenagem, transformando o movimento linear em

movimento rotativo a esquerda ou a direita, conforme o sentido do curso. O torque

depende da pressão de trabalho, do diâmetro do embolo e da relação de transmissão.

Esse cilindro é utilizado para virar peças, curvar tubos, regular instalações de ar

condicionado, no movimento de válvulas de fechamento e válvulas borboleta, etc.

Cilindro rotativo com palheta: são adequados para robótica e manuseio de material

onde houver falta de espaço, na abertura e fechamento de válvulas de grande porte na

rotação de peças. Neste cilindro quando o ar é admitido sob pressão na sua câmara,

aciona a palheta, que funciona com um embolo. O ar sob pressão atua sobre a palheta e

esta gira o eixo ao qual esta presa, realizando o movimento.

Cilindros de cabos: trata-se de um cilindro de ação dupla em que cada lado dos

êmbolos esta fixada um cabo, guiado por rolos. Este cilindro trabalha tracionado. É

utilizado em abertura e fechamento de portas, onde são necessários grandes cursos com

pequenas dimensões de construção.

2. Quais os principais tipos de motores pneumáticos? Descreva as suas principais características.a) Motores de palheta: São pequenos e leves e simples. As palhetas são movimentadas por uma pequena quantidade de ar. A rotação do eixo pode atingir de 3000 a 8500 rpm. A potência pode chegar a 17 kW. São altamente seguros em ambientes onde existem riscos de explosão. Sua estrutura é simples, a rotação é controlada por meio de engrenagens ou por orifício regulador de vazão.b) Motores de pistão: Podem ser de pistão radial e axial. O acionamento do eixo do motor é conseguido por meio de um sistema êmbolo-biela através de pistões que se movimentam radialmente. Um conjunto de vários pistões garante um movimento sem choques e oscilações indesejáveis. A rotação máxima é de 5000 rpm e a potência desenvolvida pode chegar a 19 kW. Os motores de pistão radial são utilizados em aplicações que exigem torque elevado. Nos motores com pistões axiais, existe um disco oscilante que converte a força dos cilindros axiais em movimento giratório.

3. Como funcionam os turbomotores?Sendo máquinas de fluxo e não de deslocmento volumétrico, os turbomotores convertem a energia hidráulica em energia mecânica por meio da passagem do fluido através de um rotor aberto (uma hélice por exemplo). Os turbomotores quando comparados com os motores de deslocamento volumétrico, proporcionam baixo torque e alta velocidade.

4. Qual a função dos conversores de pressão?Eles convertem a pressão pneumática em pressão hidráulica. Assim, torna-se possível utilizar uma fonte de energia pneumática (baixa pressão se comparada ao hidráulico) mas com a precisão do movimento de um sistema hidráulico (velocidade baixa e uniforme).

5. Como funcionam as mesas giratórias?As mesas giratórias transformam o movimento retilíneo em movimento circular compassado. O movimento circular da mesa é provocado pelo movimento do cilindro pneumático ligado a um mecanismo do tipo “catraca”. Quando o cilindro avança, o mecanismo da catraca prende-se ao engate da mesa e a empurrada um passo para frente. Quando o cilindro retorna, o mecanismo da catraca solta-se do engate da mesa impedindo o giro no sentido oposto. O ciclo se repete.

6. Qual a principal função das válvulas direcionais?Definir o trajeto que o fluido deverá percorrer em um circuito hidráulico ou pneumático. Com válvulas direcionais se consegue controlar o movimento de um cilindro ou de um motor, fazendo com que eles movam-se num ou noutro sentido, ou então parem de movimentarem-se.

7. Quais as principais formas de acionamento das válvulas direcionais?Mecânicos (alavancas, pedais, roletes, botões, molas, gatilhos), elétricos (solenóides) e pneumático ou hidráulico (pilotos e servos pilotos).

8. Explique o princípio de funcionamento das válvulas alternadoras. A que função booleana elas estão relacionadas?As válvulas alternadoras funcionam com duas entradas e uma saída, dentro da válvula temos uma esfera que quando o ar entra por um lado a esfera bloqueia a outra entrada e o ar sai pela saída e vise versa para a outra entrada, quando as duas estão com ar a saída tanto faz. Esta válvula se comporta como uma porta lógica OU de duas entradas. Sua função booleana é o OR :

X Y A1 0 10 1 11 1 10 0 0

9. Explique o princípio de funcionamento das válvulas de simultaneidade. A que função booleana elas estão relacionadas?As válvulas de simultaneidade funcionam com duas entradas e uma saída, dentro da válvula temos uma peça móvel que quando o ar entra por um lado e o outro esta no escape, esta peça bloqueia sua própria entrada e a saída vai para o escape da outra entrada, o saída só estará na pressão quando ambas entradas estiverem sob pressão pois a peça móvel estará no meio da válvula fazendo com que o fluxo passe por qualquer uma das entradas . Sua função booleana é o AND:

X Y A1 0 00 1 01 1 10 0 0

A função booleana associada à válvula de simultaneidade é A = X and Y.

10. Explique o funcionamento das válvulas reguladoras de pressão.Sua função é manter aproximadamente constante o nível de pressão pré-ajustada na saída da válvula, mesmo que haja variação de pressão de entrada. O princípio de funcionamento pode ser explicado considerando a válvula reguladora com orifício de escape. Neste caso a pressão é regulada por meio de uma membrana. Um dos lados (faces) da membrana está submetido à pressão de trabalho e a outra face, à pressão ajustável por meio de um parafuso de regulagem que age sobre a tensão de uma mola que se contrapõe à membrana. Com o aumento da pressão de trabalho, a membrana se movimenta contra a força da mola. Isto faz com que a área da seção nominal de passagem diminua até o fechamento total. A regulagem da pressão é feita pela vazão. Quando a pressão diminui, a força da mola tende a abrir a válvula elevando o valor da pressão ao nível desejado.

Questionário 02 – Atuadores Hidráulicos

1. Descrever as características de cilindros de simples e dupla ação.Simples Ação: O fluido penetra no cilindro por meio de um orifício e desloca o pistão em apenas uma direção, produzindo uma força para movimentar o mecanismo acionado.Dupla Ação: Neste atuador, a pressão é aplicada ao elemento móvel em qualquer sentido gerando força para avanço e retorno do mecanismo acionado. Devido às seções (áreas) diferentes, a força e a velocidade de movimento não é a mesma.

(Aqui também valem as informação contidas na questão 01 do questionário 01)

2. Com uma vazão de 12 litros por minuto dirigida a um cilindro de diâmetro 5 cm, qual seria a velocidade de um êmbolo?

mas a vazão é 12 litros/min = 200 cm3/s

A = π.d2/4 = π.(5)2/4 = 19,63 cm3 => velocidade = 200/19,63 = 10,2 cm/s 3. Um cilindro de 7,5 cm de diâmetro pode operar até 140 kg/cm2 de pressão. Qual é a força de saída?

F = P.A = 140 . π.(7,5)2/4 = 6185 kgf

4. Qual a pressão necessária para exercer uma força de 7000 kgf (~ 70 kN), se a área efetiva do cilindro for de 50 cm2?

P = F/A = 7000/50 = 140 kgf/cm2

5. Definir deslocamento e torque de um motor hidráulico.Delocamento é o volume de fluido deslocado por rotação (por exemplo: 100 cm3/rot). Com esta informação é possível se estabelecer que vazão de fluido o motor deverá receber para que funcione em determinada rotação (por exemplo: um motor cujo deslocamento é 100 cm3/rot, ao receber uma vazão de 10 l/min, deverá girar com 100 rpm). Portanto pode-se concluir que para aumentar a velocidade de um motor hidráulico em operação, é necessário aumentar a vazão ou reduzir o deslocamento.Torque é produto da força obtida no motor com a distância ortogonal dessa força ao eixo do motor. É o momento torcedor gerado no eixo no motor. A pressão atua sobre a área do elemento de conversão de energia (palheta, por exemplo) gerando uma força com uma distância ortogonal ao eixo. Então, por exemplo, se uma pressão de 100 kgf/cm2 atua sobre uma palheta cuja área é 10 cm2, gera uma força sobre a palheta de 1000 kgf. Se o centro de aplicação dessa força estiver a uma distância ortogonal de 10 cm em relação ao centro do eixo, o torque gerado por este motor será de 1000 kgf x 0,1 m = 100 kgfm. Portanto pode-se concluir que para aumentar o torque de um motor hidráulico em operação, é necessário se aumentar a pressão de trabalho.

6. Um guincho necessita de um torque máximo de 50 kgfm para operar. Qual seria o tamanho do motor hidráulico se a pressão máxima tem que ser limitada 10 kg/cm2?....Não é possível responder!!!

7. Um motor de 20 kgfm a 7 atm opera com um torque de 500 kgfm. Qual é a pressão da operação?P = (500/20)7200 = 175 atm

8. Explicar como as palhetas são mantidas em contato com o anel nos motores de palhetas.

Nos motores não se pode depender da força centrifuga para se estender as palhetas e

fazer a vedação no anel. Portanto, para se estender as palhetas utilizam-se molas instaladas

na base das palhetas que as mantém sempre em contato com o anel.

9. Explicar como as palhetas são mantidas em contato com o anel nos motores de palhetas de alto rendimento.

Neste caso, para se estender as palhetas utiliza-se a injeção de fluido sob pressão na

base das palhetas.

10. Num motor de pistões axiais, como se desenvolve o torque?Neste modelo de motor, o eixo principal e o bloco de cilindros estão no mesmo eixo de rotação. A pressão nos pistões causa uma força de reação contra uma placa inclinada girando o bloco do cilindro e o eixo. O torque é função da área dos pistões e também do ângulo de inclinação da placa.

11. Qual é o efeito de um aumento de carga num motor hidráulico com compensador de pressão? O aumento de carga no eixo do motor tende a diminuir a velocidade do eixo de rotação. Para compensar essa tendência e manter a potência constante é aumentada a pressão do fluido que atua no motor.

12. Que tipo de motor hidráulico é mais eficiente?Os motores de pistões axiais ou radiais. Isto se deve a forma construtiva que consegue minimizar as perdas por vazamento de fluido.