Um atuador linear movimenta 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 ou ar pressurizado, bem como por eletricidade. Aqui está uma análise dos atuadores lineares comuns, suas vantagens e desvantagens.

Como eles funcionam?

• Atuadores lineares pneumáticos consistem em um pistão dentro de um cilindro oco. A pressão de um compressor externo ou 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 elástica ou pelo fornecimento de fluido para o outro lado do pistão.

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

• Um atuador linear elétrico converte energia elétrica em torque. Um motor elétrico conectado mecanicamente gira um fuso de avanço. Uma porca de avanço ou esfera roscada com roscas correspondentes às do fuso é impedida de girar com o fuso. Quando o fuso gira, a porca é acionada ao longo das roscas. A direção em que a porca se move depende da direção em que o fuso gira e também retorna o atuador à sua posição original.

【Atuadores Pneumáticos】

Vantagens

• Os benefícios dos atuadores pneumáticos advêm de sua simplicidade. A maioria dos atuadores pneumáticos de alumínio tem uma pressão nominal máxima de 150 psi, com diâmetros internos que variam de ? a 8 pol., o que se traduz em aproximadamente 30 a 7.500 lb. de força. Os atuadores de aço têm uma pressão nominal máxima de 250 psi, com diâmetros internos que variam de ? a 14 pol., e geram forças que variam de 50 a 38.465 lbf.

• Atuadores pneumáticos geram movimento linear preciso, fornecendo precisão, por exemplo, de 0,1 polegada e repetibilidade de 0,001 polegada.

• As aplicações típicas de atuadores pneumáticos envolvem áreas com temperaturas extremas. Uma faixa de temperatura típica é de -40 °F a 250 °F. Em termos de segurança e inspeção, ao utilizar ar, os atuadores pneumáticos evitam o uso de materiais perigosos. Eles atendem aos requisitos de proteção contra explosão e segurança de máquinas, pois não criam interferência magnética devido à ausência de motores.

• Nos últimos anos, a pneumática tem visto 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 a pneumática menos eficiente do que outros métodos de movimento linear. As limitações do compressor e do fornecimento de ar significam que operações em pressões mais baixas terão forças menores e velocidades mais lentas. Um compressor deve operar continuamente à 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 ​​para outras aplicações. Controle preciso e eficiência exigem reguladores e válvulas proporcionais, mas isso aumenta os custos e a complexidade.

• Embora o ar esteja facilmente disponível, ele pode ser contaminado por óleo ou lubrificação, resultando em paradas e manutenção. As empresas ainda precisam pagar pelo ar comprimido, tornando-o um item de consumo, 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 mesmo tamanho. Também operam em pressões de até 4.000 psi.

• Os motores hidráulicos têm uma alta relação potência-peso de 1 a 2 hp/lb maior que 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 energia.

Desvantagens

• O sistema hidráulico vaza fluido. Assim como os atuadores pneumáticos, a perda de fluido resulta em menor eficiência. No entanto, vazamentos de fluido hidráulico causam problemas de limpeza e potenciais danos aos componentes e áreas adjacentes.

• Atuadores hidráulicos requerem muitas peças complementares, incluindo reservatório de fluido, motores, bombas, válvulas de liberação e trocadores de calor, além de equipamentos de redução de ruído. Isso resulta em sistemas de movimento linear grandes e difíceis de acomodar.

【Atuadores Elétricos】

Vantagens

• Atuadores elétricos oferecem o posicionamento de controle de mais alta precisão. Um exemplo da faixa de precisão é de +/- 0,000315 pol. e uma repetibilidade inferior a 0,0000394 pol. Suas configurações são escaláveis ​​para qualquer finalidade ou exigência de força, além de serem silenciosas, suaves e repetíveis.

• Atuadores elétricos podem ser conectados em rede e reprogramados rapidamente. Eles oferecem feedback imediato para diagnóstico e manutenção.

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

• Em termos de ruído, são mais silenciosos 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 do seu design 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 em funcionamento contínuo superaquece, aumentando o desgaste da engrenagem de redução. O motor também pode ser grande e causar problemas de instalação.

• O motor escolhido fixa os limites de força, empuxo e velocidade do atuador em uma configuração fixa. Se for desejado um conjunto diferente de valores para força, empuxo e velocidade, o motor deverá ser alterado.