A automação moderna se resume a sistemas que, além de identificarem a intensidade de variáveis presentes num ambiente controlado, também agem de forma rápida e precisa para corrigi-las, o que implica confiabilidade operacional.
Neste cenário, os sensores e transmissores são os responsáveis por coletar as informações das variáveis, como temperatura e pressão, enquanto os atuadores executam fisicamente as ações de ajuste, como abertura e fechamento de válvulas.
Embora o mercado ofereça diversas tecnologias para suprir as condições de atuação, os chamados atuadores elétricos ganham destaque entre os demais em diversas aplicações.
E quando o assunto é precisão elevada e integração com sistemas automatizados… não tem jeito, este dispositivo se sobressai.
Por esse motivo, esses dispositivos estão presentes em sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado (HVAC), válvulas industriais, equipamentos médicos, aparelhos domésticos inteligentes, entre outros.
Visto a sua relevância para o contexto moderno de indústria, você aprende neste texto o que são os atuadores elétricos, quais os seus principais tipos, onde são aplicados e como escolhê-los diante de outras tecnologias disponíveis.
O que é um atuador elétrico e onde são encontrados
Empregados em uma variedade de aplicações industriais e comerciais, os atuadores elétricos são dispositivos utilizados para converter energia elétrica em movimento mecânico.
Essa função é fundamental para acionar, posicionar ou controlar componentes em um sistema, o qual pode ser simples ou complexo.
Na prática, você o vê de forma “estática”, já que é envolvido por invólucros que o protegem do ambiente nocivo aos seus componentes internos.
No entanto, o atuador elétrico é o elemento que obedece ao sinal de comando, como 0-10 V, 4-20 mA ou protocolos como Modbus e BACnet, enviado pelo sistema de controle, para exercer funções físicas como:
- Abrir ou fechar uma válvula;
- Movimentar um damper em sistemas ventilação;
- Ajustar a posição de um registro;
- Deslocar mecanismos em máquinas industriais;
- Entre outros.
Elementos principais de um atuador elétrico
O atuador elétrico pode conter diversos componentes, variando conforme a sua função no sistema automatizado e tipo (para válvulas, cilindros pneumáticos, etc).
Mas, falando de forma geral, os principais elementos são:
- Motor elétrico: para acionar o conjunto e gerar movimento;
- Conjunto de engrenagens redutoras: que ajusta torque e velocidade;
- Sistema de transmissão mecânica: vai converter ou direcionar o movimento;
- Circuito eletrônico de controle: para interpretar os sinais recebidos;
- Sensores internos de posição (feedback): muito importantes em diversas aplicações para informar ao sistema de malha fechada a posição real do atuador;
- Sistema de segurança fail-safe, disponível em alguns modelos, que garante retorno automático a uma posição segura em caso de falta de energia.
Principais tipos de atuadores elétricos
Em suma, os atuadores elétricos são classificados segundo a forma em que controlam, como respondem operacionalmente e, também, segundo a sua finalidade no sistema automatizado.
No final das contas, não existe um tipo de atuador elétrico que seja melhor do que outro.
A escolha correta vai sempre depender do nível de precisão exigido, da dinâmica do processo e da necessidade de posicionamento intermediário, que pode ser exigido ou não.
Conheça os três principais atuadores elétricos, abaixo.
Atuador elétrico proporcional
O atuador proporcional é um tipo utilizado para situações que exigem controle contínuo e preciso da posição do elemento acionado.
As válvulas industriais, dampers ou registros modulantes equipados com atuadores elétricos proporcionais, por exemplo, não realizam apenas as funções de abrir ou fechar completamente.
Seu funcionamento é mais “completo” e dedicado aos processos mais complexos.
Especificamente falando, o dispositivo ajusta a sua posição (porcentagem de abertura e fechamento, por exemplo) conforme e proporcionalmente ao recebimento de sinais analógicos.
Então, se ele recebe sinais de 0–10 V do controlador do processo (pode ser um CLP), e é recebido um sinal que seja de 5 V, a válvula se abrirá em 50%.
Na prática, temos vazão, pressão ou temperatura ajustadas de forma precisa, elevando o controle sobre o nível do produto final.
Além disso, muitos modelos possuem sistema de feedback de posição, não requerendo posicionadores de válvulas quando aplicado para tal função, por exemplo.
Assim, esse recurso permite que o próprio atuador envie ao sistema supervisório ou ao CLP informações sobre sua posição real.
Atuador elétrico floating (controle de 3 pontos)
O atuador elétrico é conhecido também como atuador de controle flutuante, e opera a partir de comandos discretos que determinam três estados possíveis: abrir, fechar ou parar.
Esses estados possíveis se dão pelos terminais de comando que energizam um sentido específico de movimento ou o mantém parado, sendo que o posicionamento intermediário não ocorre por valor analógico, mas sim pelo tempo em que o atuador permanece energizado em cada direção.
Você pode se deparar com este atuador elétrico em sistemas HVAC, especialmente no controle de água gelada, quente e dampers de ventilação.
O porquê?
Simplesmente porque são aplicações que podem surgir com menor complexidade, exigindo um nível não tão grande de controle, com menor complexidade e custo reduzido.
Atuador elétrico on-off
Por fim, temos o atuador on-off, que é o modelo mais simples entre os atuadores elétricos e talvez seja o mais visto por aí.
Como é de se esperar, ele é o mais barato. O seu acionamento ocorre por sinal digital que energiza ou desenergiza o equipamento conforme necessidade.
Além disso, a sua principal característica se resume às suas duas posições operacionais: totalmente aberto ou totalmente fechado.
Muitos modelos contam com sistema de retorno por mola (spring return) ou função fail-safe, permitindo que o atuador retorne automaticamente para uma posição segura em caso de falta de energia elétrica.
Principais aplicações industriais dos atuadores elétricos
Decidimos reunir diversas aplicações que cabem aos atuadores elétricos, porque a diversidade é grande, e se você quiser, vai encontrá-lo nos diferentes sistemas da sua empresa caso você se interesse por buscá-lo.
É comum encontrarmos atuadores elétricos em:
Sistemas HVAC, para controlar:
- Válvulas de água gelada e água quente;
- Dampers de insuflamento e exaustão;
- Unidades de tratamento de ar (AHUs);
- Fan coils (FCUs);
- Sistemas de volume de ar variável (VAV);
- Tetos e painéis radiantes.
Automação industrial e controle de processos
- Vazão de fluidos;
- Pressão em linhas industriais;
- Temperatura em trocadores de calor;
- Nível em tanques;
- Posicionamento de dispositivos mecânicos.
Além disso:
- Farmacêuticas e alimentícias: não podem contar, muitas vezes, com sistemas pneumáticos devido à exaustão de ar em salas limpas;
- Tratamento de água e saneamento: acionamento de válvulas responsáveis pelo controle do fluxo entre etapas do processo.
Precisa de atuadores e válvulas confiáveis para aumentar a precisão e a eficiência dos seus sistemas automatizados?
Como escolhê-los diante de outras tecnologias disponíveis
É de grande importância enfatizar que os atuadores podem não ser elétricos, e você já deve ter ouvido falar em atuadores hidráulicos, magnéticos, pneumáticos, piezoelétricos ou elétricos.
Assim como os tipos diferentes de atuadores elétricos são dedicados segundo as características das aplicações, a escolha de cada um dos diferentes atuadores vai ser em função da aplicação e das vantagens e desvantagens.
Quer entender isso por meio de um exemplo?
Então vamos utilizar a válvula ¼ de volta (esfera ou borboleta) como objeto de comparação, está bem?
- Fonte de energia: enquanto o atuador pneumático utiliza ar comprimido, o atuador elétrico fornece energia eletrica (24 Volts CC ou 220 CA, por exemplo e dependendo do modelo), caso o circuito não tenha ar comprimido;
- Precisão: o atuador elétrico é mais preciso, se comparado ao atuador pneumático e, isso se dá pelo fato de que controlar o ar (fluido compressível) pode naõ ser simples;
- Velocidade: a abertura e o fechamento de válvulas com atuadores pneumático é mais rápida;
- Ambiente (segurança): quando supomos a aplicação de atuadores em ambientes explosivos, o atuador pneumático é visto como à prova de explosão, porque não tem componentes elétricos. Contudo, há atuadores elétricos à prova de explosão, porém são mais caros;
- Ambiente (restrições): em salas limpas (controle de partículas), não é interessante utilizar sistemas pneumáticos, para não levantar partículas e resíduos no ar devido ao escape de ar;
- Ciclagem: o atuador pneumático pode ser operado ininterruptamente, enquanto o elétrico pode ser superaquecido se utilizado em uma quantidade exacerbada de vezes;
- Posicionamento: ambos atuadores podem ser utilizados como on-off (abertura total ou fechamento total) ou como atuadores proporcionais. Contudo, o atuador pneumático precisaria de um posicionador;
- Feedback: comum entre atuadores elétricos, indicando a posição real do atuador. Já o pneumático precisaria de um monitor de posição para dar feedback ao controlador;
Portanto, se um sistema possui ou não ar comprimido, se a velocidade é importante ou não, além de outras situações que foram indicadas, o atuador elétrico pode ou não ser viável. Quem vai ditar isso vai ser a sua necessidade e a aplicação.
Conclusão
Escolher o atuador correto impacta diretamente a eficiência, a segurança e a confiabilidade do processo industrial.
A Nepin oferece uma linha completa de atuadores elétricos para aplicações on-off, proporcionais e com recursos avançados de comunicação e feedback.
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FAQ – Atuadores elétricos industriais
1. O que é um atuador elétrico?
É um dispositivo que converte energia elétrica em movimento mecânico para controlar válvulas, dampers, registros e outros componentes automatizados.
2. Qual a diferença entre atuador elétrico proporcional e on-off?
O proporcional permite controle contínuo e preciso da posição, enquanto o on-off opera apenas totalmente aberto ou totalmente fechado.
3. Quando vale mais a pena utilizar atuadores elétricos?
Quando a aplicação exige alta precisão, integração com sistemas automatizados e controle mais refinado das variáveis do processo.
4. Atuadores elétricos podem substituir os atuadores pneumáticos?
Depende da aplicação. Atuadores elétricos oferecem maior precisão e feedback integrado, enquanto os pneumáticos costumam ter maior velocidade e robustez para alta ciclagem.
