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Conceitos sobre tecnologia de cilindros pneumaticos

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Correlação dos conceitos de mecânica dos solidos aplicadas a cilindros pneumáticos

  1. 1. CORRELAÇÃO DOS CONCEITOS DE MECÂNICA DOS SOLIDOS APLICADAS A CILINDROS PNEUMÁTICOS Carlos Eduardo de Oliveira – Esp. em Sistemas Eletrônicos, Automação e Controle RESUMO Este artigo trata dos conceitos de correlação da disciplina de engenharia de mecânica dos sólidos e os cilindros pneumáticos utilizados para automação industrial em aplicações diversas. Serão abordados alguns conceitos como força, pressão, ponto de excentricidade e torção. Ainda serão demonstrados alguns recursos fornecidos pelos fabricantes para avaliação e as aplicações literais do conteúdo relacionado à mecânica dos sólidos envolvida nesse equipamento. Palavras-chave: mecânica dos sólidos, cilindros pneumáticos e aplicações. 1 INTRODUÇÃO O objetivo deste artigo é contribuir para visão prática do conteúdo teórico da disciplina de mecânica dos sólidos trazendo uma abordagem prática para a engenharia de controle e automação. Com base em um estudo prático prende-se demonstrar que os conceitos de mecânica dos sólidos é aplicado amplamente em determinados dispositivos de automação visando garantir a plena atuação de atuadores pneumáticos e trazer uma ferramenta de atuação mecânica mais confiável e segura para o ambiente industrial. 2 CILINDRO PNEUMÁTICO ANTIGIRO DE DUPLA FORÇA No meio industrial existem inúmeros tipos de atuadores ou como também chamados: cilindro pneumático para diversos tipos de soluções no caso deste artigo foi selecionado o cilindro antigiro de dupla força, por duas características interessantes, sua resistência ao movimento de torção, indesejável em diversos casos no meio industrial como no posicionamento de peças e afins e o recurso de dupla força onde com um cilindro de dimensões idênticas a modelo comuns é possível fornecer uma força extra devido a sua tecnologia interna possibilitando reduções em maquinários. Ambos os recursos podem ser diretamente correlacionado e serão explanados do decorrer deste artigo. 3 RESISTENCIA A CARACTERISTICA DE TORÇÃO - ANTIGIRO Os cilindros com recurso antigiro trabalham com o principio de evitar os
  2. 2. 2 efeitos de torção, criados por um esforço tangencial ao corpo do cilindro. Para tal recurso a haste interna do cilindro possui geralmente guias, chamados de “cavilhas”, ilustradas na figura 1, que desempenham o papel de guias direcionais, evitando o efeito de torção da haste, onde o torque é definido por: t = F ´ d (1) Sendo: F: a força exercida sobre a haste do cilindro D: o diâmetro da haste Figura 1- Mecânismo antigiro Fonte: (Catalogo SMC – versão CAT.ES20-145E-PO, acedido em 2014, p. 1). Já para cilindros sem este tipo de sistema, é especificada a torção gerada em condições pré-determinadas, fornecendo os dados para projetos de soluções em automatizações de processos industriais e afins. Os dados neste caso referem-se a torção máxima admissível em aplicações do cilindro, ilustradas nas figuras a seguir: Figura 2 – Tipos de torção aplicadas a cilindros pneumáticos Fonte: (Catalogo SMC – versão CAT.ES20-145E-PO, acedido em 2014, p. 2). Os fabricantes, visando facilitar o dimensionamento e uso de projetos, já fornecem os dados de máxima torção admissível da haste dos cilindros como
  3. 3. 3 apresentado na tabela 1 com base no diâmetro da haste do respectivo cilindro a ser utilizado. Tabela 1 – Torção ou Binário admissível de um modelo de cilindro para até 300mm de haste de atuação –2014 - Fonte: (Catalogo SMC – versão CAT.ES20-145E-PO, acedido em 2014, p. 2). A aplicação dos conceitos de mecânicas do sólido para este tipo de dispositivo é um fator determinante pois sem os devidos dimensionamento é possível gerar riscos indesejáveis e possíveis prejuízos pelo fato de desconsiderar estes fatores essenciais ao meio industrial e de engenharia de mecanismos automatizados. 4 FORÇA EXTRA – ATUAÇÃO COM DUPLA FORÇA Um recurso novo que demonstra grande eficiência também advinda das teorias de mecânica dos sólidos é o atuador de dupla ação, onde é explorada a característica de pressão e consequentemente força, como a pressão é dada pela fórmula: F = P ´ A (2) Onde: F=força da haste P=pressão do ar comprimido A=área de atuação da pressão Com esse conceito a mecânica do cilindro de dupla ação possui uma área extra de atuação para empurrar a haste com maior força, proporcionando com uma mesma área, porém com a haste com seu interior não preenchido, e assim uma maior força de atuação, conforme ilustrado na figura 3.
  4. 4. 4 Figura 3 – Construção interna de um cilindro de dupla força Fonte: (Catalogo SMC – versão CAT.ES20-145E-PO, acedido em 2014, p. 1). Com essa tecnologia é possível dobra a força de atuação e fornecer cilindros pneumáticos cada vez menores com maior poder de atuação demonstrando a importância na aplicação de mecânica dos sólidos na engenharia destes equipamentos. 4 OUTRA CARACTERÍSTICAS RELACIONADAS A MECÂNICA DOS SÓLIDOS Os fornecedores auxiliam na engenharia de projeto de automação com dados como excentricidade, ou ponto de centro em relação à haste, para dimensionamento do tipo de cilindro em relação à carga de trabalho, disponibilizando gráficos e diagramas para avaliação desta característica. Figura 4 – Diagrama de excentricidade em relação a haste do cilindro pneumático Fonte: (Catalogo SMC – versão CAT.ES20-145E-PO, acedido em 2014, p. 4).
  5. 5. 5 Figura 5 – Gráfico para dimensionamento de excentricidade Fonte: (Catalogo SMC – versão CAT.ES20-145E-PO, acedido em 2014, p. 4). Para a seleção do cilindro é utilizada o conceito de carga distribuída amplamente difundida na disciplina de mecânica dos sólidos dos cursos de engenharias, pois a atuação da haste depende diretamente da carga, peso (força) e sentido da carga em relação ao plano horizontal sobre o cilindro, podendo ser estendida como ilustrado na figura 6 ou retraída, mudando o sentido da seta paralela a haste. Figura 6 – Diagrama de forças de um atuador pneumático para carga estendida horizontal Fonte: (Catalogo SMC – versão CAT.ES20-145E-PO, acedido em 2014, p.6). Pode-se ainda encontrar diagramas para cargas ascendentes (debaixo para cima ou verticais) de maneira a auxiliar em determinados tipos de aplicação, tais ilustrações são acompanhadas de respectivos gráficos para dimensionamento de pressão e carga de maneira a evitar efeitos como fadiga, rompimento de hastes, e diversos outros efeitos indesejáveis em projetos de engenharia em automação. 5 CONSIDERAÇÕES FINAIS Com base neste breve relato de características e funcionalidades dos atuadores pneumáticos utilizados no ambiente de engenharia em automação industrial é possível perceber a abrangência das teorias de mecânicas dos sólidos
  6. 6. 6 também no meio da engenharia de automação, tal como sua contribuição direta no desenvolvimento de novos recursos deste setor. É possível concluir que o entendimento das teorias básica de mecânica são de extrema importância para que a aplicação e dimensionamento de atuadores pneumático sejam satisfatórios e atenda as necessidades de projetos de automação. 6 REFERÊNCIAS (EXEMPLOS) BEER, F. P.; JOHNSTON, E. R. Resistência dos Materiais , 3ª Edição, Makron, 1995. HIBBELER, R. C. Resistência dos Materiais, 7ª Edição, Pearson, 2010. Catalogo SMC – versão CAT.ES20-145E-PO, acedido em 28 de novembro de 2014 pelo site http://www.smcbr.com.br/pt_br/catalogo/docs/actuator/guide/MGZ-MGZR. pdf

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