Este documento discute a correlação entre conceitos de mecânica dos sólidos e cilindros pneumáticos usados em automação industrial. Aborda conceitos como força, pressão e torção, e como fabricantes fornecem dados para avaliação e aplicação desses conceitos, como resistência a torção e capacidade de força extra em cilindros de dupla ação.

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
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
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
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
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
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.
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