Cilindros e atuadores pneumáticos formam uma dupla estratégica na automação industrial, principalmente em cenários que são exigidos repetibilidade, força e produtividade.
Esses dois elementos estão presentes, normalmente, em sistemas de fixação, prensagem, posicionamento, transporte e acionamento de válvulas.
Mas, você consegue identificar o que todas essas aplicações têm em comum? Elas trabalham em ciclos contínuos, sob variações de cargas e, em grande parte das vezes, em ambientes agressivos.
No entanto, é possível adotar medidas que fazem com que cilindros e atuadores pneumáticos possam ter maior durabilidade, a fim de estender o seu uso o mais próximo possível da sua vida útil planejada.
Para isso, é preciso considerar não só o monitoramento de alguns parâmetros de processo, mas também a qualidade de alguns elementos de máquina no decorrer da operação.
Quer saber mais sobre como aumentar a vida útil de cilindros e atuadores pneumáticos? Então acompanhe-nos nesta leitura.
Como aumentar a vida útil de cilindros e atuadores pneumáticos
Aumentar a vida útil desses dois componentes exige determinado conhecimento explícito e tácito, visto que não só procedimentos e manuais sejam suficientes para alcançar o objetivo aqui proposto, mas também o “know-how” obtido no dia-a-dia.
Qualidade do ar comprimido: impacto direto no desgaste interno
Acredite, a qualidade do ar comprimido não pode ser ignorada.
Já leram nossos artigos sobre caldeiras que mencionam como a água não tratada pode ser um agente nocivo ao equipamento?
Analogamente, o ar não deve ser visto apenas como um meio de acionamento para o cilindro, mas também como um agente de desgaste quando contaminado.
A presença de umidade, partículas sólidas e óleo em concentração inadequada são fatores que vão acelerar a degradação das vedações, assim como implicará em corrosão interna do tubo e desgaste da haste do cilindro.
Isso ocorre porque as partículas sólidas são abrasivos microscópicos, e quando sob pressão, são comprimidas sobre a superfície de contato, o que aumenta a taxa de desgaste segundo mecanismos abrasivos e adesivos.
O que fazer: não deixe de usar filtros e observe as classes de pureza definidas pela ISO 8573-1, a qual estabelece limites para partículas, óleo e água.
Dimensionamento adequado
Como se sabe, o princípio básico que define o funcionamento do cilindro é P = F x A. Ou seja, a pressão aplicada é produto da força gerada sobre a área efetiva do pistão.
Se por acaso o sistema opera próximo ao limite máximo de pressão, temos uma força excessiva. Tecnicamente, isso é prejudicial à vedação, ao tubo que está sob maior tensão e à haste que está sendo mais solicitada.
Isso piora quando se considera o número de ciclos de operação, que levam o sistema à fadiga mecânica.
Então, enquanto o subdimensionamento leva o sistema ao limite, o superdimensionamento eleva o impacto no final do curso devido ao aumento da massa móvel e energia cinética.
O que fazer: considere o equilíbrio, que abrange frequência de ciclos, massa da carga movimentada, fator de segurança adequado e força nominal necessária.
Se você não tem tempo para estudar cada um desses fatores para decidir, por conta própria, qual atuador e cilindro devem ser utilizados, busque ajuda profissional.
Controle de velocidade e amortecimento: energia cinética e impacto
O impacto no final do curso é algo comumente visto no meio industrial, mas infelizmente não deveria acontecer. Isso é algo prejudicial para a vida útil dos componentes, e as pessoas ainda insistem em ignorá-lo.
Veja, a energia cinética é definida como:
EC=12m v2
Sendo:
- Ec: energia cinética;
- m: massa total deslocada;
- v: velocidade da haste
Quanto maior a velocidade, a energia dissipada no final do curso será maior. Uma vez que não tenha amortecimento adequado, as buchas guias, vedações e tampas do cilindro podem ser danificadas.
Em outras palavras, se nenhum cuidado foi tomado, espere deformações mecânicas, microtrincas e afrouxamento estrutural.
O que fazer: use corretamente válvulas reguladoras de fluxo, amortecedores hidráulicos e ajuste o amortecimento interno para reduzir a carga dinâmica.
O êmbolo (1) é rosqueado sobre a haste por meio de uma bucha amortecedora (2). Com a penetração da bucha amortecedora (2), cônica na furação no fundo do cilindro (3), reduz-se a seção
transversal para a passagem do fluido que sai da câmara do êmbolo (4), até que finalmente termina em zero. O fluido na câmara de êmbolo (4) agora só pode sair através do furo (5) e da válvula estranguladora ajustável (6). Na válvula
estranguladora (6) é ajustado o efeito do amortecimento.
Quanto menor for a seção transversal para a vazão, maior o efeito de amortecimento.
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Alinhamento mecânico e cargas laterais: momento fletor indesejado
Na engenharia e no estudo técnico, estudamos o comportamento de materiais sob determinadas condições.
Quando, por má definição de projeto ou instalação, ocorrer desalinhamento entre haste e carga, podem aparecer cargas que não sejam axiais (direcionadas longitudinalmente à sua haste).
Este chamado momento, definido pela excentricidade e força excêntrica aplicada, pode provocar empenamento da haste, desgaste excêntrico de vedações, maior atrito e consequente redução da eficiência volumétrica.
O que fazer: cilindros articulados, cilindros guiados e guias lineares auxiliares são boas opções para contornar os possíveis problemas que possam aparecer.
Frequência de ciclos e regime térmico
Na aquisição de um cilindro ou atuador, normalmente se pensa somente na carga estática, aquela que é constante.
E quando se pensa em tempo, logo vem à mente “quantos anos quero que dure o ativo”. No entanto, precisamos ser um pouco mais técnicos, considerando o número de ciclos.
Quanto maior a frequência de uso, maior o atrito, maior o aquecimento interno (compressão e expansão rápida), maior a dilatação térmica e também fadigas de vedações.
O que fazer: é aconselhável verificar, em opções de alta cadência
- Limite máximo de ciclos por minuto — informação obtida com o fabricante;
- Capacidade térmica do conjunto;
- Pressão real durante a operação contínua.
Monitoramento de desempenho e manutenção preditiva
Você não pode melhorar aquilo que não está sendo medido. Trace os parâmetros do sistema quando houver ruídos anormais, aumento do consumo de ar comprimido, vazamento interno e aumento de tempo de avanço/retorno.
Isso não deve fazer parte do seu sistema. Portanto, sempre que ocorrer, veja os parâmetros que foram postos e evite-os.
Meça essas variáveis e planeje uma manutenção preditiva, que pode te dar um pouco mais de trabalho, mas que vai custar bem mais barato quando comparada com a manutenção corretiva que traz consigo paradas não programadas.
Especificação correta do tipo de atuador
Pense bem antes de escolher um tipo qualquer de atuador para uma aplicação definida.
Para escolher este componente, é preciso considerar:
- Tipo de movimento (linear ou rotativo)
- Ambiente (corrosivo, abrasivo, temperatura elevada)
- Grau de proteção necessário
- Exigência de precisão
A especificação inadequada compromete a vida útil mesmo que todos os demais parâmetros estejam corretos.
Considerações finais
A durabilidade de cilindros e atuadores pneumáticos não está relacionada apenas à qualidade construtiva do componente.
Fatores como qualidade do ar comprimido, alinhamento mecânico, dimensionamento correto, controle de velocidade e manutenção preventiva têm influência direta sobre desgaste de vedações, empenamento de hastes, vazamentos e perda de desempenho.
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FAQ – Cilindros e atuadores pneumáticos
1. O que mais impacta a vida útil de cilindros pneumáticos?
A qualidade do ar comprimido, o dimensionamento correto, o alinhamento mecânico, a frequência de ciclos e o controle de velocidade são os principais fatores que influenciam diretamente a durabilidade.
2. Por que a qualidade do ar comprimido é tão importante?
Porque a presença de umidade, partículas e óleo inadequado acelera o desgaste de vedações, causa corrosão interna e reduz a eficiência do sistema pneumático.
3. Como evitar desgaste prematuro em atuadores pneumáticos?
Utilizando filtragem adequada do ar, controlando velocidade e amortecimento, garantindo alinhamento correto e aplicando manutenção preditiva.
4. A escolha do atuador influencia a durabilidade do sistema?
Sim. Um atuador mal dimensionado ou inadequado para o ambiente e aplicação pode gerar sobrecarga, desgaste acelerado e falhas recorrentes.
