O que um cilindro pneumático faz e como ele converte a pressão do ar em força
Um cilindro pneumático transforma o ar comprimido em força mecânica em linha reta, empurrando um pistão através de um tubo selado. A força que produz é física simples: pressão multiplicada pela área do pistão. Um Cilindro com furo de 4 polegadas funcionando a 90 PSI gera aproximadamente 1.131 libras de força no curso de avanço, enquanto o mesmo cilindro a 60 PSI cai para cerca de 754 libras. Essa relação é a razão pela qual o tamanho do furo e a pressão de alimentação são os dois primeiros números que qualquer engenheiro verifica antes de especificar um cilindro de ar para um trabalho.
Dentro do cilindro, o ar comprimido entra através de uma porta em uma extremidade do cilindro, forçando o pistão em direção à extremidade oposta. Uma haste de pistão, conectada ao pistão, se estende através de uma vedação e gaxeta da haste, transferindo a força fora do cilindro para qualquer carga que esteja empurrando, levantando, prendendo ou pressionando. No curso de retorno, o ar é expelido enquanto uma mola empurra o pistão para trás (projeto de ação simples) ou o ar é admitido na porta oposta enquanto o primeiro lado é exaurido (projeto de dupla ação). Ambas as configurações se enquadram na categoria mais ampla de cilindros de ar pneumáticos e são selecionadas com base na quantidade de controle necessária sobre o movimento de retorno.
Como o ar comprimido é compressível, um cilindro de ar não se move com a mesma precisão rígida que um cilindro hidráulico. Na verdade, isso é uma vantagem em muitas aplicações: dá ao mecanismo um efeito de amortecimento natural contra cargas de choque, que é uma das razões pelas quais os cilindros pneumáticos continuam sendo o atuador preferido em linhas de embalagem, robótica pick-and-place e dispositivos de fixação onde a velocidade e a força moderada são mais importantes do que a rigidez absoluta.
Os principais componentes que compõem um Cilindro de Ar
Cada cilindro pneumático, independentemente do fabricante ou do diâmetro interno, é construído a partir do mesmo conjunto básico de peças. O cilindro, ou tubo, é um invólucro cilíndrico afiado com precisão que abriga o pistão e fornece a superfície deslizante contra a qual as vedações do pistão se movem. As duas tampas, geralmente chamadas de cabeçote e tampa, vedam o cano em cada extremidade e fornecem as portas de ar, recursos de montagem e, na maioria dos projetos, a bucha da haste que guia a haste do pistão. O próprio pistão carrega a vedação primária, um anel de borracha ou poliuretano que separa as duas câmaras de pressão e permite que o pistão deslize com atrito mínimo, mantendo uma barreira hermética.
Os tirantes, quatro parafusos longos que percorrem todo o comprimento do cilindro fora do cano na maioria dos projetos industriais, prendem as duas tampas das extremidades e o cano sob tensão. Essa construção de tirante é o que permite que um cilindro seja desmontado para substituição da vedação sem corte ou soldagem, e é também o que dá ao cilindro sua resistência à pressão interna que tenta forçar a separação das tampas das extremidades. Os cilindros para serviços mais leves às vezes usam uma construção de cano roscado ou crimpado em vez de tirantes, trocando a facilidade de manutenção por uma área menor e menor custo de fabricação.
Por que o ar comprimido é escolhido em vez de outras fontes de energia
O ar comprimido possui diversas propriedades que o tornam atraente como meio de atuação em comparação com fluidos hidráulicos ou motores elétricos. O ar fica livre depois de comprimido, não precisa ser devolvido a um reservatório como acontece com o fluido hidráulico, e um vazamento em um sistema de ar cria um chiado e uma pequena perda de eficiência, em vez de um derramamento de fluido que deve ser limpo e descartado. Os cilindros de ar também são inerentemente mais seguros em ambientes explosivos ou inflamáveis, uma vez que não há risco de faísca elétrica proveniente de um enrolamento de motor ou de um controlador, razão pela qual a atuação pneumática permanece padrão em cabines de pintura, manuseio de grãos e processos de fabricação com uso intenso de solventes.
Cilindros pneumáticos de ação simples versus dupla ação: qual projeto se adapta à sua aplicação
O maior ponto de decisão ao especificar um cilindro pneumático é se a aplicação precisa de potência em ambos os cursos ou em apenas um. Os cilindros de ação simples usam pressão de ar para acionar o pistão em uma direção e contam com uma mola mecânica, gravidade ou carga externa para devolvê-lo. Os cilindros de dupla ação utilizam ar comprimido para acionar o pistão em ambas as direções, proporcionando força e velocidade controladas na extensão e retração.
| Recurso | Ação única | Dupla Ação |
|---|---|---|
| Portos aéreos | 1 | 2 |
| Método de retorno | Mola ou carga | Pressão do ar |
| Consumo de ar | Inferior | Superior |
| Comprimento típico do curso | Curto, menos de 6 polegadas | Qualquer comprimento |
| Uso comum | Fixação, estampagem, ejeção | Transporte, elevação, posicionamento |
Os cilindros de retorno por mola de ação simples perdem parte de sua força de trabalho para a própria mola, uma vez que uma parte da pressão do ar de entrada é gasta comprimindo a mola de retorno antes que qualquer força útil de saída seja aplicada. É por isso que os projetos de ação única são geralmente limitados a cursos mais curtos; além de um certo comprimento, a mola torna-se muito longa, muito fraca ou muito volumosa para caber dentro de um invólucro de tamanho razoável. Os cilindros pneumáticos de dupla ação evitam totalmente essa limitação, e é por isso que quase todas as aplicações industriais de curso longo ou ciclo alto adotam como padrão um projeto de dupla ação.
Cilindros sem haste: uma alternativa quando o espaço é limitado
Um cilindro pneumático sem haste move um carro ao longo da parte externa do cano em vez de estender uma haste, usando uma ligação mecânica de fenda e vedação ou um acoplamento magnético entre um pistão interno e um carro externo. Este projeto reduz o comprimento total do atuador aproximadamente pela metade em comparação com um cilindro estilo haste com o mesmo curso, uma vez que não há haste de extensão que precise de espaço livre além do comprimento do curso. Cilindros sem haste são comuns em sistemas de pórtico, estações de coleta e colocação e aplicações de transferência de transportadores longos onde o espaço no chão ou a altura livre são limitados.
Cilindros Tandem e Duplex para aplicações compactas ou de alta força
Um cilindro tandem une dois corpos de cilindro em uma única haste compartilhada, duplicando efetivamente a saída de força para um determinado tamanho de furo sem aumentar o diâmetro do atuador. Isto é útil quando um trabalho precisa de mais força do que um único cilindro daquele furo pode fornecer, mas não há espaço para avançar para um diâmetro de furo maior. Os cilindros duplex, por outro lado, montam dois cilindros de ponta a ponta na mesma haste para criar três ou quatro posições de parada distintas em vez das duas usuais, o que é uma solução comum em aplicações que precisam de múltiplas posições de curso fixas sem adicionar hardware de parada externo ou um atuador servo-controlado.
Cilindros de ar telescópicos para cursos longos em um comprimento retraído curto
Os cilindros telescópicos aninham vários estágios de diâmetro decrescente uns dentro dos outros, permitindo um comprimento retraído que é uma fração do curso totalmente estendido. Embora sejam mais comuns em aplicações de caminhões basculantes hidráulicos, os cilindros telescópicos pneumáticos são usados onde um curso muito longo é necessário, mas o envelope retraído deve permanecer compacto, como em certos projetos de portas elevatórias e plataformas de acesso. A compensação é uma saída de força escalonada, uma vez que cada estágio tem uma área de furo efetiva progressivamente menor do que o anterior.
Correspondência do tamanho do furo, comprimento do curso e diâmetro da haste à sua carga
A seleção do cilindro pneumático correto começa com o cálculo da força necessária e o trabalho reverso até o tamanho do furo. A fórmula principal é simples: Força (lbs) = Pressão (PSI) x Área (polegadas quadradas), onde a área é calculada a partir do diâmetro do furo do pistão. Uma margem de segurança de pelo menos 30% acima da carga estática calculada é uma prática padrão, uma vez que o atrito, o arrasto da vedação e a queda de pressão ao longo da linha de abastecimento reduzem a força realmente aplicada na extremidade da haste.
| Tamanho do furo | Força a 60 PSI | Força a 90 PSI | Força a 120 PSI |
|---|---|---|---|
| 1,5 pol. | 106 libras | 159 libras | 212 libras |
| 2 pol. | 188 libras | 283 libras | 377 libras |
| 3 pol. | 424 libras | 636 libras | 848 libras |
| 4 pol. | 754 libras | 1.131 libras | 1.508 libras |
| 5 pol. | 1.178 libras | 1.767 libras | 2.356 libras |
| 6 pol. | 1.696 libras | 2.544 libras | 3.392 libras |
Por que o comprimento do curso afeta a seleção do diâmetro da haste
Uma haste de pistão longa e fina sob carga compressiva pode curvar-se ou entortar antes de atingir seu limite de força nominal. Isto é governado pelo comportamento de flambagem do pilar, portanto, à medida que o comprimento do curso aumenta, o diâmetro da haste também precisa aumentar, mesmo que a exigência de força permaneça a mesma. Como orientação geral, cursos além de 10 a 12 polegadas geralmente exigem um diâmetro de haste um tamanho maior do que o emparelhamento padrão para esse furo, e cilindros com cursos acima de 24 polegadas geralmente precisam de um tubo de parada intermediário para evitar que o pistão se desloque excessivamente na cabeça do cano durante a operação em alta velocidade.
Compatibilidade de extremidade de haste e estilo de montagem
A rosca da extremidade da haste e o estilo de montagem devem corresponder ao mecanismo que está sendo acionado. As configurações de montagem comuns incluem flange frontal, flange traseiro, montagem em pé e montagem em munhão, cada uma das quais altera a forma como as cargas de flexão são transferidas para o corpo do cilindro. Um cilindro montado com um suporte de pé que suporta uma carga lateral, por exemplo, sofre muito mais tensão em sua vedação do corpo à cabeça do que um cilindro montado em munhão alinhado diretamente com a direção de deslocamento, e é por isso que o estilo de montagem deve ser escolhido juntamente com o tamanho do furo e não como uma reflexão tardia.
Seleção de material de vedação para diferentes condições operacionais
O composto de vedação dentro de um cilindro de ar tem tanta influência na vida útil quanto a construção metálica. As vedações de nitrila (Buna-N) cobrem a mais ampla gama de uso industrial geral e toleram razoavelmente bem o ar padrão da oficina com lubrificação leve. As vedações de poliuretano resistem melhor sob altas taxas de ciclo e condições abrasivas, uma vez que o poliuretano resiste melhor a danos por corte e extrusão do que o nitrilo na mesma pressão operacional. As vedações Viton são especificadas quando o cilindro será exposto a temperaturas elevadas, normalmente acima de 200 graus Fahrenheit, ou a qualquer traço de vapor de hidrocarboneto que possa inchar uma vedação de nitrila com o tempo. Selecionar o composto de vedação errado para o meio ambiente é um dos motivos mais negligenciados pelos quais um cilindro apresenta desempenho inferior ao seu ciclo de vida nominal, mesmo quando o diâmetro, o curso e a montagem foram especificados corretamente.
Faixas de temperatura e pressão operacional
Cilindros de ar industriais padrão com vedações de nitrila são normalmente classificados de cerca de 14 graus Fahrenheit a 175 graus Fahrenheit e de vácuo de até 145 a 250 PSI, dependendo do tamanho do furo e da espessura da parede. Os cilindros destinados a ambientes externos ou não aquecidos precisam de compostos de vedação com classificação fria, uma vez que o nitrilo padrão torna-se rígido e perde a eficácia da vedação muito antes de se tornar quebradiço, causando vazamento de ar e resposta lenta antes que qualquer dano visível na vedação apareça. Na extremidade superior, exceder a pressão nominal geralmente não causa falha instantânea, mas acelera o desgaste da vedação e aumenta a carga transmitida através dos tirantes, tampas e acessórios de montagem, encurtando a vida útil de todo o conjunto, em vez de apenas das vedações.
Trabalhando com um exemplo de dimensionamento passo a passo
Considere uma aplicação de fixação que precisa manter um dispositivo fechado contra 400 libras de força de separação, com o suprimento de ar regulado para 80 PSI. Dividir a força necessária pela pressão de alimentação resulta em uma área mínima do pistão de 5 polegadas quadradas. Trabalhar para trás na fórmula da área mostra que um diâmetro de aproximadamente 2,5 polegadas atende a esse mínimo, mas a aplicação da margem de segurança padrão de 30% para levar em conta o atrito e a queda de pressão empurra o mínimo prático para cerca de 3,25 polegadas quadradas de capacidade de força ajustada pela margem, o que leva a especificação a um cilindro com diâmetro interno de 3 polegadas como o próximo tamanho padrão acima. Este mesmo processo passo a passo, começando pela força necessária, aplicando a margem de segurança e depois arredondando para o próximo diâmetro do catálogo, aplica-se independentemente da aplicação específica.
Amortecimento, controle de velocidade e ciclo de vida em cilindros de ar pneumáticos
Os cilindros de ar que param repentinamente no final do seu curso transmitem esse impacto diretamente para as tampas das extremidades e, ao longo de ciclos suficientes, isso leva a peças fundidas rachadas, tirantes afrouxados e falha prematura da vedação. O amortecimento resolve isso desacelerando o pistão na parte final do percurso, geralmente nos últimos 0,5 a 1 polegada do curso, usando amortecedores de orifício fixo ou amortecedores de válvula de agulha ajustáveis.
- As almofadas fixas utilizam um êmbolo cônico que restringe a exaustão do ar a uma taxa definida, não oferecendo ajuste, mas com custo menor.
- Almofadas ajustáveis permitem que um técnico ajuste a desaceleração com uma válvula de agulha, o que é importante quando o peso da carga útil varia entre as execuções de produção.
- Cilindros sem amortecimento são normalmente limitados a cargas leves e baixas taxas de ciclo, uma vez que cada parada depende inteiramente da absorção de choque mecânico na tampa final.
- As almofadas de pára-choque elastoméricas, uma alternativa mais simples, absorvem uma parte do impacto com uma almofada de borracha em vez de medir o ar, trocando alguma eficácia de amortecimento por uma contagem menor de peças.
O controle de velocidade em um cilindro de ar é feito separadamente do amortecimento, geralmente através de válvulas de controle de fluxo instaladas em cada porta. O controle de fluxo de saída, onde a válvula restringe o ar de exaustão em vez do ar de entrada, produz um movimento mais suave e previsível do que o controle de entrada, especialmente em aplicações verticais onde a gravidade pode fazer com que o pistão corra à frente do ar fornecido e gagueje.
Como o tamanho da linha e a seleção da válvula afetam a velocidade real do cilindro
A velocidade teórica de um cilindro com base na classificação do fluxo de ar raramente é o que se vê na prática, porque a tubulação subdimensionada, os longos percursos entre a válvula e o cilindro e as conexões restritivas adicionam resistência que o ar precisa superar. Uma válvula de controle classificada para um determinado fluxo com uma queda de pressão específica ainda pode privar um cilindro de ar se a tubulação entre a válvula e a porta do cilindro tiver diâmetro muito pequeno ou for direcionada com várias curvas apertadas. Como regra geral, o diâmetro interno da tubulação deve ser dimensionado para manter a velocidade do ar abaixo de aproximadamente 20 a 25 pés por segundo para evitar queda excessiva de pressão, e a válvula deve ser montada o mais próximo do cilindro conforme a aplicação permitir, em vez de em um coletor distante.
Expectativas de ciclo de vida e o que as encurta
A vida útil de um cilindro de ar adequadamente especificado geralmente atinge vários milhões de ciclos antes da substituição da vedação ser necessária, desde que o suprimento de ar seja filtrado para remover partículas e umidade, e desde que o cilindro nunca tenha sido operado acima de sua pressão nominal. O ar contaminado é a causa mais comum de desgaste prematuro da vedação em sistemas pneumáticos, à frente do desalinhamento e da sobrepressurização. A alta temperatura ambiente agrava esse efeito, uma vez que o calor acelera a decomposição química da maioria dos compostos de vedação padrão e reduz a espessura da película lubrificante na parede do furo, aumentando o atrito e a taxa de desgaste simultaneamente.
Práticas de lubrificação que prolongam a vida útil
Muitos cilindros de ar modernos são enviados pré-lubrificados com uma graxa de longa duração projetada para durar o ciclo de vida nominal sem lubrificação adicional, e adicionar um lubrificador de linha de ar externo a essas unidades pode realmente lavar a graxa de fábrica e causar mais danos do que benefícios. Cilindros mais antigos ou não lubrificados para toda a vida, por outro lado, dependem de uma leve película de óleo transportada na corrente de ar de um lubrificador em linha, e operá-los sem lubrificação leva ao desgaste acelerado da vedação dentro de uma fração da contagem nominal do ciclo. Verificar as especificações do fabricante quanto aos requisitos de lubrificação antes de adicionar ou remover um lubrificador em linha evita ambos os modos de falha.
Onde os cilindros pneumáticos são usados em aplicações industriais
Os cilindros de ar são usados em qualquer lugar onde seja necessário um movimento linear controlado de empurrar, puxar, levantar ou fixar, sem a complexidade do fluido hidráulico ou o custo de um atuador linear elétrico. As aplicações típicas incluem:
- Equipamento de embalagem e paletização, onde movimentos rápidos e repetíveis empurram o produto para dentro das caixas ou alinham as caixas em uma linha.
- Dispositivos de fixação de linha de montagem, mantendo as peças estáveis durante soldagem, rebitagem ou cura de adesivo.
- Sistemas de manuseio e classificação de materiais, onde portas desviadoras e empurradores redirecionam o produto em um transportador.
- Processamento de alimentos e bebidas, onde os cilindros inoxidáveis com capacidade de lavagem toleram ciclos de limpeza frequentes.
- Equipamentos para marcenaria e estamparia de metais, onde cilindros acionam prensas, pinças e mecanismos de alimentação.
- Montagem automotiva, verificações de portas de atuação, acessórios de ferramentas e ferramentas robóticas de extremidade de braço.
- Equipamento de impressão e conversão de etiquetas, onde movimentos curtos, precisos e repetíveis controlam os rolos tensores da banda e as estações de corte.
- Máquinas de moldagem de plásticos e borracha, operação de pinos ejetores de molde e fixação das metades da ferramenta entre os ciclos.
- Fabricação têxtil, onde os cilindros controlam o espalhamento do tecido, acessórios de corte e dispositivos de tensionamento.
Cada um desses ambientes impõe demandas diferentes ao cilindro. Um cilindro de lavagem de qualidade alimentar precisa de material de haste resistente à corrosão e rolamentos vedados, enquanto uma aplicação de estampagem de metal precisa de uma construção de tirante resistente, classificada para carga de choque em cada ciclo. Selecionar um cilindro pneumático sem levar em conta o ambiente operacional é uma das causas mais comuns de falha precoce, mesmo quando os cálculos de força e curso estavam corretos.
Aplicações de linha de embalagem em mais detalhes
Especificamente dentro dos equipamentos de embalagem, os cilindros de ar normalmente funcionam em altas taxas de ciclo, muitas vezes várias centenas de ciclos por hora em uma linha contínua, o que valoriza tanto o amortecimento quanto a qualidade da vedação. Cilindros compactos de curso curto são preferidos aqui porque cabem dentro do envelope apertado da estrutura de uma máquina de embalagem, e muitos OEMs de embalagens especificam cilindros com vedações pré-lubrificadas para toda a vida, especificamente para evitar a carga de manutenção de relubrificar dezenas de atuadores espalhados por uma única linha.
Aplicações de equipamentos industriais e móveis pesados
Em ambientes industriais mais pesados, como processamento de aço, fundições e equipamentos móveis, os cilindros de ar são escolhidos menos pela velocidade do ciclo e mais pela sua tolerância a ambientes sujos e de alta temperatura em comparação com um atuador elétrico, e pela compressibilidade de absorção de choque do ar em comparação com um sistema hidráulico rígido em aplicações que envolvem cargas de impacto repentino, como uma matriz de estampagem ou um batente mecânico.
Cilindro de Ar vs Cilindro Hidráulico vs Atuador Linear Elétrico
A escolha entre um cilindro pneumático, um cilindro hidráulico e um atuador linear elétrico depende da densidade de força, dos requisitos de precisão e do ambiente operacional. Os cilindros de ar ficam no meio desta comparação: menos densos em força do que os hidráulicos, menos precisos do que um atuador elétrico servo-acionado, mas mais simples, mais baratos e mais tolerantes a um ambiente sujo ou perigoso do que qualquer uma das alternativas.
| Atributo | Cilindro de Ar | Cilindro Hidráulico | Atuador Elétrico |
|---|---|---|---|
| Força por tamanho de furo | Moderado | Muito alto | Baixo a moderado |
| Precisão de posicionamento | Baixo sem sensores extras | Moderado | Muito alto |
| Limpeza de operação | Limpo, apenas ar | Risco de vazamento de fluido | Limpar |
| Custo inicial típico | Baixo | Moderado to high | Moderado to high |
| Velocidade de resposta | Rápido | Moderado | Rápido, controllable |
Quando um cilindro de ar é a escolha certa
Os cilindros de ar fazem mais sentido quando a aplicação precisa de movimento rápido e repetível entre dois pontos finais fixos, força moderada e tolerância para uma pequena quantidade de compressibilidade no movimento. Eles também são a escolha padrão sempre que a instalação já possui um fornecimento central de ar comprimido, uma vez que o custo incremental de adicionar mais um dispositivo acionado por ar é muito menor do que instalar uma unidade de energia hidráulica dedicada ou conectar um servo acionamento para um único eixo de movimento.
Quando considerar alternativas hidráulicas ou elétricas
Aplicações que necessitam de força muito alta em um furo compacto, como trabalhos de prensa pesada ou levantamento estrutural, geralmente favorecem os cilindros hidráulicos, uma vez que o fluido hidráulico é essencialmente incompressível e pode ser pressurizado muito mais alto que o ar comprimido sem um aumento proporcional no tamanho do cilindro. Aplicações que necessitam de controle preciso, programável e de múltiplas posições, como pick-and-place robótico com pontos de parada variáveis, geralmente são melhor atendidas por um atuador linear elétrico com servo ou acionamento de passo, uma vez que os cilindros de ar são inerentemente um dispositivo de duas posições, a menos que válvulas proporcionais e sensores de posição caros sejam adicionados.
Materiais do corpo do cilindro e padrões de construção
O material do corpo e da tampa de um cilindro pneumático determina seu peso e sua resistência ao ambiente operacional. O alumínio anodizado é de longe a construção mais comum para cilindros de ar industriais padrão, oferecendo uma forte relação resistência-peso e resistência natural à corrosão, adequada para a maioria dos ambientes internos de fabricação. A construção em aço inoxidável, embora mais pesada e cara, é especificada para aplicações de lavagem, alimentos e bebidas, farmacêuticas e externas, onde a resistência à corrosão tem prioridade sobre o peso.
Padrões de montagem ISO, NFPA e VDMA
Duas grandes famílias de montagens padronizadas dominam o mercado de cilindros pneumáticos: a família ISO 15552 (anteriormente VDMA 24562), comum na Europa e na Ásia, e a família NFPA, comum na América do Norte. Os cilindros construídos de acordo com esses padrões compartilham padrões de parafusos, localizações de portas e dimensões gerais do envelope comuns entre diferentes fabricantes, o que significa que um cilindro de um fornecedor pode muitas vezes ser substituído por um modelo equivalente de outro fornecedor sem redesenhar o suporte de montagem ou a tubulação. Especificar um cilindro de acordo com um desses padrões reconhecidos, em vez de um estilo de carroceria proprietário, é uma maneira prática de evitar ficar preso a um único fabricante para futuras peças de reposição.
Acabamento do cano e tolerância ao furo
A superfície do furo interno de um cilindro de ar é normalmente afiada para um acabamento superficial fino, uma vez que uma superfície do furo mais áspera acelera o desgaste da vedação e aumenta o atrito de ruptura, a força extra necessária para fazer o pistão se mover a partir de um ponto morto. As superfícies anodizadas duras ou cromadas prolongam ainda mais a vida útil em aplicações abrasivas ou de alto ciclo, a um custo adicional modesto em relação a um acabamento anodizado padrão.
Manutenção, desgaste da vedação e solução de problemas comuns do cilindro de ar
A maioria das falhas nos cilindros de ar tem origem em uma de três causas: ar contaminado, desalinhamento com a carga ou operação acima da pressão nominal ou faixa de temperatura. Reconhecer os primeiros sintomas de cada um ajuda a evitar paralisações não planejadas.
Vazamento de ar pela vedação do pistão
Um cilindro que perde lentamente a força de retenção enquanto pressurizado e ocioso, às vezes chamado de deslizamento ou deriva, geralmente indica uma vedação do pistão desgastada, permitindo que o ar passe de um lado para o outro do pistão. Este é um desgaste normal ao longo do tempo, mas acelera acentuadamente se o suprimento de ar transportar umidade ou incrustações no tubo, uma vez que as partículas desgastam a borda da vedação a cada passagem.
Vazamento na vedação da haste e perda de ar externo
O ar escapando ao redor da própria haste do pistão, muitas vezes visível como um leve chiado ou uma leve película de lubrificante coletada perto da sobreposta da haste, indica uma vedação da haste desgastada ou uma superfície marcada da haste. Uma haste marcada é frequentemente causada por carga lateral de uma montagem desalinhada, e não pela própria vedação, portanto, substituir a vedação sem corrigir o alinhamento normalmente leva à repetição da falha em um curto número de ciclos.
Movimento lento ou errático
Quando um cilindro de dupla ação se move de maneira irregular ou para no meio de seu curso, o culpado mais comum é uma linha de ar parcialmente restrita, uma válvula subdimensionada ou uma válvula de controle de fluxo muito apertada. Antes de substituir qualquer componente, verificar a pressão de alimentação na própria porta do cilindro, e não apenas no manômetro do compressor, resolve uma grande parte desses casos, uma vez que é fácil ignorar a queda de pressão em tubulações longas ou estreitas.
Diagnosticando qual selo está realmente desgastado
Um simples teste de vazamento com água e sabão aplicado à sobreposta da haste e ao redor das tampas das extremidades enquanto o cilindro está pressurizado e estacionário isola rapidamente se um vazamento está vindo da vedação da haste, de uma junta da tampa da extremidade ou de uma conexão, em vez da vedação interna do pistão. Se as bolhas não aparecerem externamente, mas o cilindro ainda perder a pressão de retenção ao longo do tempo, a própria vedação do pistão é a causa provável, uma vez que o ar está desviando internamente de uma câmara para a outra, em vez de escapar para a atmosfera.
Cronograma de manutenção preventiva recomendado
Uma rotina básica de manutenção preventiva para cilindros pneumáticos inclui a verificação mensal dos filtros da linha de ar, a inspeção das superfícies da haste quanto a marcas ou corrosão durante o tempo de inatividade programado, a verificação de que os parafusos de montagem permanecem apertados de acordo com a especificação e a confirmação de que o ajuste do amortecimento não sofreu desvios após repetidos ciclos de impacto. Seguir essa rotina de forma consistente é o que separa um cilindro que atinge seu ciclo de vida nominal completo de um que precisa de substituição antecipada.
| Item de manutenção | Frequência sugerida | O que verificar |
|---|---|---|
| Filtro de ar e dreno | Mensalmente | Acúmulo de umidade, condição do elemento filtrante |
| Superfície da haste | Trimestralmente | Pontuação, corrosão, corrosão |
| Hardware de montagem | Trimestralmente | Torque do parafuso, quebra do suporte |
| Ajuste de amortecimento | Semestralmente | Desvio da válvula de agulha, ruído de impacto |
| Condição do selo | Anualmente ou no marco do ciclo | Vazamento interno, vazamento externo |
Perguntas frequentes sobre cilindros pneumáticos
Qual é a diferença entre um cilindro de ar e um atuador pneumático?
Um cilindro de ar é um tipo específico de atuador pneumático que produz movimento linear. O termo mais amplo atuador pneumático também inclui atuadores rotativos, motores pneumáticos e atuadores de diafragma, portanto, todo cilindro de ar é um atuador pneumático, mas nem todo atuador pneumático é um cilindro.
Como calculo a saída de força de um cilindro pneumático?
Multiplique a pressão de alimentação em PSI pela área do pistão em polegadas quadradas. Para uma estimativa aproximada de campo, pegue o diâmetro do furo, eleve ao quadrado, multiplique por 0,785 e depois multiplique pela pressão da linha. Subtraia aproximadamente 10 a 15% do atrito e do arrasto da vedação para obter uma força de trabalho realista em vez do máximo teórico.
Um cilindro de ar pode funcionar com ar comprimido ou precisa de um compressor dedicado?
O ar comprimido padrão funciona bem para a maioria dos cilindros de ar, desde que passe por um filtro, regulador e lubrificador (uma unidade FRL) antes de chegar ao cilindro. Ignorar a filtração é a principal causa do desgaste prematuro da vedação, independentemente de quão bem o cilindro foi especificado.
Quanto tempo normalmente duram os cilindros de ar antes de precisarem de reparo?
Com ar limpo, seco, devidamente regulado e alinhamento correto, a maioria dos cilindros de ar industriais atingem de um a vários milhões de ciclos antes que a substituição da vedação seja necessária. Os cilindros que operam em ambientes empoeirados, úmidos ou de alta temperatura sem proteção adequada apresentam intervalos de manutenção significativamente mais curtos.
Por que meu cilindro de ar se move mais rápido na retração do que na extensão?
Isso geralmente é intencional ou o resultado da área diferencial do pistão, e não de um defeito. Em um cilindro padrão de dupla ação, o lado da haste tem uma área de pistão menos efetiva do que o lado da tampa porque a própria haste desloca o volume, de modo que o mesmo fluxo de ar move o pistão mais rapidamente na retração do que na extensão. Se a diferença de velocidade for indesejada, ela poderá ser equilibrada com válvulas de controle de fluxo em cada porta.
O que faz com que um cilindro de ar pare sob carga?
O travamento geralmente significa que a força disponível na pressão de alimentação atual está muito próxima da carga real, muitas vezes porque o atrito, o arrasto da vedação ou um furo ligeiramente subdimensionado não foram considerados durante a especificação. Aumentar a pressão de alimentação, aumentar o diâmetro ou reduzir a carga são as três soluções práticas.
Um cilindro de ar pode segurar uma carga em uma posição fixa no meio do curso?
Não é confiável por si só. Como o ar é compressível, um cilindro de ar padrão irá oscilar ligeiramente sob carga, mesmo com ambas as portas bloqueadas, uma vez que a coluna de ar aprisionada é comprimida sob pressão. As aplicações que necessitam de uma posição travada no meio do curso normalmente adicionam um cilindro de travamento mecânico ou um freio externo, em vez de depender apenas da pressão do ar retido.
Qual é a diferença entre um cilindro compacto e um cilindro de tirante padrão?
Um cilindro pneumático compacto usa um corpo sem tirante mais curto, muitas vezes quadrado ou redondo, para minimizar o comprimento total para um determinado furo e curso, trocando alguma capacidade de manutenção em campo por uma área de instalação menor. Os cilindros de tirante padrão são mais longos para o mesmo curso, mas são totalmente reconstruíveis usando kits de vedação de reposição padrão, tornando-os a escolha mais comum em aplicações onde se espera manutenção de campo de longo prazo.
Os cilindros de ar precisam de uma pressão de ar mínima específica para funcionar?
A maioria dos cilindros de ar padrão começa a produzir força utilizável em pressões tão baixas quanto 15 a 20 PSI, embora o atrito e o arrasto da vedação consumam uma parcela proporcional maior da força disponível em baixa pressão. Aplicações com cargas leves podem funcionar com sucesso com pressão reduzida para economizar custos de energia de ar comprimido, desde que a força reduzida ainda exceda confortavelmente a carga com margem.
Como escolho entre um corpo de cilindro de alumínio e aço inoxidável?
Os corpos de alumínio são mais leves e custam menos, tornando-os o padrão para uso industrial interno padrão. Os corpos de aço inoxidável são escolhidos quando o cilindro será exposto a produtos químicos de lavagem, alta umidade, clima externo ou requisitos de higiene alimentar e farmacêutica, uma vez que o aço inoxidável resiste à corrosão que, de outra forma, danificaria um barril de alumínio ao longo do tempo nessas condições.
