Um atuador linear move uma carga, que pode ser um conjunto, componentes ou um produto acabado, em linha reta. Ele converte energia em movimento ou força e pode ser alimentado por fluido pressurizado ou ar, bem como por eletricidade. Aqui está uma descrição dos atuadores lineares mais comuns, suas vantagens e desvantagens.

Como eles funcionam?

• Os atuadores lineares pneumáticos consistem em um pistão dentro de um cilindro oco. A pressão de um compressor externo ou de uma bomba manual move o pistão dentro do cilindro. À medida que a pressão aumenta, o cilindro se move ao longo do eixo do pistão, criando uma força linear. O pistão retorna à sua posição original por meio de uma força de retorno elástico ou pelo fornecimento de fluido para o outro lado do pistão.

• Os atuadores lineares hidráulicos funcionam de forma semelhante aos atuadores pneumáticos, mas, em vez de ar pressurizado, um líquido incompressível proveniente de uma bomba move o cilindro.

• Um atuador linear elétrico converte energia elétrica em torque. Um motor elétrico conectado mecanicamente gira um fuso. Uma porca roscada, com rosca correspondente à do fuso, é impedida de girar junto com o fuso. Quando o fuso gira, a porca é acionada ao longo da rosca. O sentido de movimento da porca depende do sentido de rotação do fuso e também retorna o atuador à sua posição original.

【Atuadores Pneumáticos】

Vantagens

• As vantagens dos atuadores pneumáticos residem na sua simplicidade. A maioria dos atuadores pneumáticos de alumínio tem uma pressão máxima de 150 psi, com diâmetros de furo variando de ¼ a 8 polegadas, o que se traduz em aproximadamente 30 a 7.500 libras de força. Os atuadores de aço têm uma pressão máxima de 250 psi, com diâmetros de furo variando de ¼ a 14 polegadas, e geram forças que variam de 50 a 38.465 libras-força.

• Os atuadores pneumáticos geram movimentos lineares precisos, proporcionando exatidão, por exemplo, de 0,1 polegadas e repetibilidade de 0,001 polegadas.

• Os atuadores pneumáticos são normalmente utilizados em áreas com temperaturas extremas. Uma faixa de temperatura típica varia de -40 °F a 250 °F. Em termos de segurança e inspeção, por utilizarem ar, os atuadores pneumáticos evitam o uso de materiais perigosos. Eles atendem aos requisitos de proteção contra explosões e segurança de máquinas, pois não geram interferência magnética devido à ausência de motores.

• Nos últimos anos, a pneumática testemunhou muitos avanços em miniaturização, materiais e integração com eletrônica e monitoramento de condições. O custo dos atuadores pneumáticos é baixo em comparação com outros atuadores. De acordo com a Bimba Manufacturing, por exemplo, o custo médio de um atuador pneumático varia de US$ 50 a US$ 150. Os atuadores pneumáticos também são leves, exigem manutenção mínima e possuem componentes duráveis, o que torna a pneumática um método econômico de movimento linear.

Desvantagens

• As perdas de pressão e a compressibilidade do ar tornam os sistemas pneumáticos menos eficientes do que outros métodos de movimento linear. As limitações do compressor e do fornecimento de ar significam que as operações em pressões mais baixas terão forças menores e velocidades mais lentas. Um compressor deve operar continuamente sob pressão, mesmo que nada esteja se movendo.

Para serem verdadeiramente eficientes, os atuadores pneumáticos devem ser dimensionados para uma tarefa específica. Portanto, não podem ser usados ​​em outras aplicações. O controle preciso e a eficiência exigem reguladores e válvulas proporcionais, mas isso aumenta os custos e a complexidade.

• Embora o ar comprimido seja facilmente disponível, ele pode ser contaminado por óleo ou lubrificantes, causando paradas e necessidade de manutenção. As empresas ainda precisam pagar pelo ar comprimido, o que o torna um consumível, e o compressor e as tubulações representam outro problema de manutenção.

【Atuadores Hidráulicos】

Vantagens

• Os atuadores hidráulicos são robustos e adequados para aplicações de alta força. Eles podem produzir forças 25 vezes maiores do que cilindros pneumáticos de tamanho equivalente. Além disso, operam com pressões de até 4.000 psi.

• Os motores hidráulicos têm uma relação potência/peso elevada, de 1 a 2 hp/lb superior à de um motor pneumático.

• Um atuador hidráulico pode manter a força e o torque constantes sem que a bomba forneça mais fluido ou pressão, devido à incompressibilidade dos fluidos.

• Os atuadores hidráulicos podem ter suas bombas e motores localizados a uma distância considerável com perda mínima de potência.

Desvantagens

• Os sistemas hidráulicos podem apresentar vazamentos de fluido. Assim como nos atuadores pneumáticos, a perda de fluido resulta em menor eficiência. No entanto, vazamentos de fluido hidráulico podem causar problemas de limpeza e danos potenciais aos componentes e áreas adjacentes.

• Os atuadores hidráulicos requerem muitas peças complementares, incluindo um reservatório de fluido, motores, bombas, válvulas de alívio e trocadores de calor, além de equipamentos de redução de ruído. Isso resulta em sistemas de movimento linear grandes e de difícil acomodação.

【Atuadores Elétricos】

Vantagens

• Os atuadores elétricos oferecem o posicionamento de controle de precisão mais elevado. Um exemplo da faixa de precisão é de +/- 0,000315 polegadas e uma repetibilidade inferior a 0,0000394 polegadas. Suas configurações são escaláveis ​​para qualquer finalidade ou requisito de força, e são silenciosas, suaves e repetíveis.

• Os atuadores elétricos podem ser interligados em rede e reprogramados rapidamente. Eles oferecem feedback imediato para diagnóstico e manutenção.

• Eles proporcionam controle completo dos perfis de movimento e podem incluir encoders para controlar velocidade, posição, torque e força aplicada.

• Em termos de ruído, são mais silenciosos do que os atuadores pneumáticos e hidráulicos.

• Como não há vazamentos de fluidos, os riscos ambientais são eliminados.

Desvantagens

• O custo unitário inicial de um atuador elétrico é maior do que o de atuadores pneumáticos e hidráulicos. De acordo com o exemplo da Bimba Manufacturing, um atuador elétrico pode variar de US$ 150 a mais de US$ 2.000, dependendo de seu projeto e componentes eletrônicos.

• Os atuadores elétricos não são adequados para todos os ambientes, ao contrário dos atuadores pneumáticos, que são seguros em áreas perigosas e inflamáveis.

• Um motor funcionando continuamente superaquecerá, aumentando o desgaste da engrenagem redutora. O motor também pode ser grande e criar problemas de instalação.

• O motor escolhido fixa os limites de força, empuxo e velocidade do atuador em uma configuração fixa. Se forem desejados valores diferentes para força, empuxo e velocidade, o motor deverá ser trocado.