Atuadores, servindo como base do movimento

1. Noções básicas de um atuador

Um atuador pode ser descrito como um componente encontrado em vários dispositivos e máquinas, cuja função é converter energia de diferentes fontes, como energia elétrica, pressão hidráulica, forças pneumáticas e muito mais, em movimento mecânico controlável. Os requisitos específicos de entrada e as características operacionais de um atuador dependem do tipo de energia a ser convertida e da finalidade pretendida do atuador.

COMO FUNCIONAM OS ATUADORES

Os atuadores elétricos utilizam corrente ou tensão elétrica como entrada para gerar a saída mecânica desejada. Os atuadores hidráulicos aproveitam fluidos incompressíveis para produzir força e movimento, enquanto os atuadores pneumáticos dependem de ar comprimido para obter o mesmo resultado. Independentemente do consumo específico de energia, o resultado final é a conversão de energia em energia mecânica, que se manifesta como movimento físico ou execução de tarefas mecânicas.

Apesar de não receberem o mesmo nível de atenção diária da mídia que conceitos como inteligência artificial e aprendizado de máquina, os atuadores ocupam um papel crucial no mundo moderno, sem paralelo com a maioria dos outros dispositivos já inventados. Eles servem como componentes indispensáveis ​​em inúmeras aplicações industriais, desde sistemas mecatrônicos que controlam braços robóticos até o gerenciamento preciso de parâmetros de motores em sistemas automotivos. Os atuadores contribuem significativamente para a operação eficiente e eficaz de diversas máquinas e equipamentos e existem bilhões deles hoje.

Em resumo, um atuador representa um elo vital entre as fontes de energia e a produção mecânica, convertendo diversas formas de energia em movimento físico controlado. Seu funcionamento confiável e preciso permite a realização prática de inúmeros avanços tecnológicos, ressaltando seu status indispensável no cenário industrial atual.

“Os atuadores podem não ganhar as manchetes como a inteligência artificial e o aprendizado de máquina fazem na mídia, mas desempenham um papel fundamental em nosso mundo moderno que não tem paralelo com qualquer outro dispositivo já criado.”

2. Tipos diferentes

ATUADORES LINEARES ELÉTRICOS

Primeiro, temos atuadores lineares elétricos. Imagine-os como os burros de carga da família de atuadores. Eles são projetados para produzir movimento linear, o que significa que empurram ou puxam em linha reta. Pense em uma haste motorizada que se estende ou retrai, permitindo um movimento preciso e controlado. Os atuadores lineares elétricos encontram aplicações em diversos domínios, desde robótica e automação até móveis ajustáveis ​​ou até mesmo equipamentos médicos.

ATUADORES ROTATIVOS

A seguir, temosatuadores rotativos, ou Motoredutores CC, como às vezes são chamados. Esses são irmãos dos atuadores lineares elétricos, mas em vez de movimento linear, eles giram ou giram. Eles são como o coração giratório de uma máquina, fornecendo força rotacional para mover os componentes. Você encontrará atuadores rotativos em máquinas industriais, válvulas, robótica ou até mesmo em motores de limpador de para-brisa, então, como você pode imaginar, eles também vêm em uma grande variedade de tamanhos. Os motores de engrenagem CC são encontrados em todos os atuadores lineares; somente quando você adiciona um parafuso de avanço e algumas chaves de limite eletrônicas é que eles se transformam em um atuador linear. O motorredutor elétrico é o que cria o movimento rotativo de um motor, e as engrenagens são usadas para diminuir a velocidade, mas aumentar o torque, para permitir que um movimento rotativo mais utilizável seja disponibilizado para aplicações diárias. Para resumir um motorredutor DC, ele torna o movimento rotativo utilizável. Um motor elétrico por si só não é muito utilizável. Eles são muito rápidos e não têm muito torque. A caixa de engrenagens é adicionada aos motores para desacelerá-los e aumentar o torque para criar um dispositivo útil de controle de movimento.

ATUADORES PIEZO

Agora, vamos falar sobre atuadores piezoelétricos. Eles são os mágicos tecnológicos do mundo dos atuadores, usando materiais piezoelétricos. Quando um campo elétrico é aplicado, esses materiais mudam de forma, resultando em movimentos altamente precisos. Os atuadores Piezo são conhecidos por sua excepcional precisão, capacidade de resposta e capacidade de operar em ambientes exigentes. Eles são frequentemente usados ​​em áreas como nanotecnologia, microscopia e até mesmo em dispositivos de áudio de última geração. A desvantagem dos atuadores Piezo é que seu curso está na casa dos mícrons; na verdade, é provável que você nunca veja um atuador Piezo com um curso superior a 10 mm.

ATUADORES HIDRÁULICOS E PNEUMÁTICOS

Seguindo em frente, encontramos atuadores hidráulicos e pneumáticos. Eles operam com princípios diferentes, mas ambos usam energia fluida para gerar movimento. Os atuadores hidráulicos utilizam líquidos incompressíveis, enquanto os atuadores pneumáticos utilizam ar comprimido. Esses atuadores são conhecidos por suas imensas capacidades de força, tornando-os ideais para aplicações pesadas. Você encontrará atuadores hidráulicos em máquinas de construção, prensas industriais ou até mesmo em trens de pouso de aeronaves. Os atuadores pneumáticos, por outro lado, são comumente encontrados em sistemas de automação, ferramentas pneumáticas e até mesmo no controle de válvulas ou comportas.

Por último, temos atuadores de pista também conhecido como atuadores deslizantes. Eles são como os executores versáteis da família de atuadores lineares, capazes de realizar movimentos lineares ao longo de um trilho ou trilho. Imagine um controle deslizante movendo-se suavemente para frente e para trás, permitindo posicionamento ou ajustes precisos. Os atuadores de pista são usados ​​em diversas aplicações, como robótica, controles deslizantes de câmera para filmagem ou até mesmo em dispositivos médicos onde é necessário um movimento preciso ao longo de uma pista.

3. Aplicativos

Os atuadores desempenham um papel crucial em trazer movimento e automação para vários dispositivos e sistemas que encontramos em nossas vidas diárias. Esses dispositivos atuam como “músculos” das máquinas, convertendo energia em movimento mecânico para realizar uma ampla gama de tarefas. Desde simples interruptores liga-desliga até sistemas robóticos complexos, os atuadores encontram aplicação em diversos campos, oferecendo funcionalidade, conveniência e eficiência aprimoradas.

Os atuadores vêm em vários formatos, cada um adaptado para atender a requisitos e tarefas específicas. Vamos explorar alguns dos diferentes tipos de atuadores e algumas aplicações típicas em que eles se destacam:

1. Atuadores Lineares Elétricos: Esses atuadores são amplamente utilizados para controle preciso de movimento linear. Eles são encontrados em aplicações como:
   • Automação residencial: acionamento de tratamentos de janelas motorizados, móveis ajustáveis ​​e fechaduras automatizadas.
   • Assistência médica: possibilitando camas ajustáveis, elevadores de pacientes e posicionamento de equipamentos médicos.
   • Automação industrial: Controle de sistemas transportadores, braços robóticos e mecanismos de manuseio de materiais.
2. Atuadores Hidráulicos: Esses atuadores aproveitam a potência de fluidos pressurizados, normalmente óleo ou água, para gerar força e movimento. Eles são comumente encontrados em aplicações como:
   • Aeroespacial: Alimentando superfícies de controle de vôo como ailerons, elevadores e trens de pouso.
   • Máquinas pesadas: Operar escavadeiras, carregadeiras e prensas hidráulicas.
   • Automotivo: Controle de sistemas de freio, direção hidráulica e tetos conversíveis.
3. Atuadores Pneumáticos: Esses atuadores usam ar comprimido ou gás para gerar movimento mecânico. Eles são amplamente utilizados em aplicações como:
   • Robótica: Habilitando mecanismos de preensão, braços robóticos e linhas de montagem automatizadas.
   • Sistemas HVAC: Controle de amortecedores, válvulas e compressores de ar para controle climático eficiente.
   • Dispositivos médicos: Facilitadores de membros protéticos, bombas pneumáticas e instrumentos cirúrgicos.
4. Atuadores Piezoelétricos: Esses atuadores utilizam o efeito piezoelétrico para gerar movimento através da deformação de certos materiais. Eles encontram aplicação em áreas como:
   • Nanoposicionamento: Permite movimentos ultraprecisos em microscópios de sonda de varredura e microscópios de força atômica.
   • Óptica e fotônica: espelhos de ajuste fino, posicionamento de lentes e direção de feixe de laser.
   • Dispositivos médicos: Facilitando dosagem precisa, microcirurgia e procedimentos minimamente invasivos.
5. Atuadores rotativos desempenham um papel significativo em diversas aplicações, fornecendo movimento rotacional para uma infinidade de tarefas. Aqui estão algumas aplicações principais onde os atuadores rotativos são comumente empregados:
   • Robótica: Atuadores rotativos são amplamente utilizados em sistemas robóticos para permitir movimentos rotacionais precisos e controlados. Eles alimentam as articulações dos robôs, permitindo movimentos versáteis e articulados, o que é crucial para tarefas que vão desde a automação industrial até a robótica assistencial na área da saúde.
   • Manufatura e Automação Industrial: Os atuadores rotativos encontram aplicações em processos de fabricação, como linhas de montagem, manuseio de materiais e operações de usinagem. Eles permitem posicionamento preciso, indexação rotativa e atuação de ferramentas robóticas ou garras.
   • Válvulas e Amortecedores: Os atuadores rotativos são parte integrante dos sistemas de controle de válvulas, facilitando a abertura e o fechamento de válvulas em processos industriais, estações de tratamento de água e sistemas HVAC. Eles também desempenham um papel no controle de amortecedores em sistemas de ventilação para um gerenciamento eficiente do fluxo de ar.
   • Indústria automobilística: Atuadores rotativos são utilizados em vários sistemas automotivos, incluindo controle de aceleração, mecanismos de direção, tetos conversíveis e controle eletrônico de estabilidade. Eles garantem um movimento suave e preciso, melhorando o desempenho e a segurança do veículo.
   • Aeroespacial e Defesa: Atuadores rotativos são componentes cruciais em aplicações aeroespaciais, como superfícies de controle de voo (ailerons, elevadores, lemes), trens de pouso e sistemas de orientação de mísseis. Eles fornecem controle preciso e confiável dessas funções críticas.
   • Equipamento de entretenimento e palco: Os atuadores rotativos são comumente encontrados em equipamentos da indústria do entretenimento, como palcos giratórios, sistemas de iluminação automatizados e cenários móveis. Eles permitem performances dinâmicas e cativantes, controlando de maneira suave e precisa o movimento desses elementos.
   • Energia renovável: Os atuadores rotativos são empregados em sistemas de energia renovável, como turbinas eólicas e sistemas de rastreamento solar. Eles permitem o ajuste e o posicionamento das pás do rotor nas turbinas eólicas para uma captura ideal do vento e rastreiam o movimento do sol para a máxima absorção de energia solar.
   • Dispositivos médicos: Os atuadores rotativos desempenham um papel importante em equipamentos médicos, incluindo robôs cirúrgicos, sistemas de diagnóstico por imagem e dispositivos protéticos. Eles fornecem movimento rotacional controlado para procedimentos precisos, ajustes de imagem e mobilidade assistida.

4. Como escolher

Encontrando o ajuste perfeito:

A seleção do atuador correto depende de vários fatores relacionados às suas necessidades específicas. As considerações incluem a extensão do movimento necessário no seu sistema (linear ou rotativo), a força necessária, se a força será consistente durante todo o curso do atuador ou apenas em uma direção, a importância da velocidade e a disponibilidade de energia de entrada.

Estas questões podem parecer amplas, mas são factores cruciais que precisam de ser abordados. No FIRGELLI, nos especializamos em Atuadores Lineares Elétricos e também oferecemos alguns Atuadores Rotativos. Desenvolvemos ferramentas para ajudá-lo a determinar o modelo de atuador apropriado para sua aplicação. O processo típico envolve as seguintes etapas:

Passo 1.Avalie o tipo de movimento necessário:

Sua aplicação precisa de movimento rotativo ou linear. se precisar de movimento linear, vá para nossa página seletora de Atuador Linear. Se você precisar de movimento rotativo, vá para nossa página de atuadores rotativos.

Passo 2: Descubra quanta força você precisa:

O objetivo principal de um atuador é gerar movimento ou levantar um objeto. Na sua situação ou aplicação específica, é crucial determinar o peso do objeto. Lembre-se de que a distribuição da carga pode não ser uniforme durante todo o percurso do atuador.

A capacidade de carga de um atuador indica o peso máximo que ele pode levantar. Embora diferentes atuadores possam parecer semelhantes, suas capacidades de carga podem variar. Portanto, antes de adquirir um atuador, é fundamental garantir que sua capacidade corresponda ao peso do seu objeto.

Por exemplo, vamos considerar que você precisa levantar um peso de 100 libras. Neste caso, não recomendamos a compra de um atuador de força de 100 libras porque é importante ter uma margem de segurança incorporada no sistema. Operar um atuador em seu nível de potência máximo não é o ideal, assim como dirigir um carro constantemente em sua velocidade máxima. O carro não foi projetado para esta operação sustentada em alta velocidade.

Portanto, se você precisar de uma força de 100 libras, sugerimos escolher um modelo de força de 150 libras ou 200 libras para garantir segurança e desempenho ideal.

Etapa 3: Avalie o nível de precisão necessário:

Quando se trata de atuadores lineares elétricos, existem basicamente dois tipos principais: aqueles com feedback e aqueles sem feedback. Um atuador sem feedback opera simplesmente movendo-se para dentro e para fora, sem qualquer capacidade integrada para determinar sua própria posição entre os cursos. A menos que você forneça um sinal para interromper seu movimento durante o golpe, ele continuará se movendo.

Contudo, certas aplicações requerem conhecimento da posição do atuador durante o seu curso. Pode haver vários motivos para isso, como a necessidade de mover algo para uma posição específica ou sincronizar vários atuadores para funcionarem precisamente na mesma velocidade e tempo, independentemente da força ou das alterações envolvidas.

Neste último caso, um atuador de feedback é necessário. Esses tipos de atuadores incluem sensores integrados, como sensores Hall ou ópticos, que fornecem feedback a um controlador. Este feedback permite que o controlador monitore e determine constantemente a posição do atuador.

O FIRGELLI Controlador FCB-1 é um dispositivo que pode ser conectado a até quatro atuadores simultaneamente, lendo os sinais de posição de todos os quatro para fornecer controle sincronizado.

Se o controle posicional não for necessário para sua aplicação, um atuador simples sem feedback será mais que suficiente.

Etapa 4: Considere a entrada de energia:

Se você está considerando um sistema elétrico para o seu atuador, é essencial determinar a tensão disponível e o consumo de corrente. Porém, mesmo que você opte por sistemas hidráulicos ou pneumáticos, ainda precisará de eletricidade para operá-los. O ponto principal aqui é que para aplicações móveis como carros ou caminhões, é comum ter disponível uma fonte de alimentação de 12 VCC.

5. Como instalar

A instalação de um atuador dependerá de vários fatores, como a localização dos pontos de conexão no atuador. Se você estiver instalando um atuador linear, deverá considerar o tipo de movimento que ele produzirá. Por exemplo, mesmo que o atuador seja linear, isso não significa que o seu movimento será estritamente linear. Vamos considerar um cenário em que você está levantando uma escotilha articulada para acessar o sótão, semelhante a abrir a tampa de um porta-malas. Neste caso, o atuador girará em um ângulo ao abrir a escotilha ou a tampa do porta-malas. Portanto, é crucial permitir que o atuador gire livremente durante a operação. É por isso que os atuadores lineares são equipados com manilhas em cada extremidade, que permitem o uso de um pino cruzado para conectar o atuador à aplicação e permitir o movimento rotacional. Normalmente as pessoas usam um Suporte do atuador para cada extremidade de um atuador e esses suportes correspondem ao modelo de atuador utilizado.

6. Versatilidade

“Com a crescente popularidade das tendências de automação, os clientes estão continuamente buscando caminhos para incorporar atuadores em suas aplicações”.

Os atuadores oferecem uma ampla gama de recursos versáteis, tornando-os adequados para inúmeras aplicações e indústrias. A sua capacidade de gerar movimentos precisos e controlados permite a sua integração em diversos sistemas, melhorando a automação e a eficiência.

Em ambientes industriais, os atuadores são úteis em robótica, equipamentos de fabricação e linhas de montagem. Eles permitem posicionar, levantar, empurrar ou puxar objetos com precisão, contribuindo para processos de produção simplificados. Os atuadores também são comumente usados ​​em aplicações automotivas, como vidros elétricos, ajustes de assentos e portas automatizadas, proporcionando comodidade e conforto aos usuários.

No campo da saúde, os atuadores desempenham um papel vital em dispositivos e equipamentos médicos. Eles permitem o movimento preciso de instrumentos cirúrgicos, camas ajustáveis ​​e auxiliares de mobilidade, melhorando o atendimento e o conforto do paciente. Os atuadores também encontram aplicações na indústria aeroespacial, onde controlam diversas funções, como lançamento de trem de pouso, ajustes de flaps de asa e sistemas de posicionamento por satélite.

Além disso, a versatilidade dos atuadores se estende à automação residencial, onde são empregados em sistemas domésticos inteligentes, móveis motorizados e persianas automatizadas. Esses atuadores melhoram a conveniência, a eficiência energética e o conforto geral em espaços residenciais.

A adaptabilidade dos atuadores é ainda evidenciada pela sua utilização em máquinas agrícolas, sistemas de ventilação, painéis solares e até instalações artísticas. Eles oferecem controle preciso, operação confiável e resistência, permitindo que prosperem em diversos ambientes e aplicações.

Com sua versatilidade e amplas capacidades, os atuadores continuam a revolucionar diversos setores, possibilitando a automação, aprimorando a funcionalidade e melhorando o desempenho geral em inúmeras aplicações.

• Indústria: veículos industriais e agrícolas, equipamentos automatizados, equipamentos de transporte intralogístico, sistemas de abertura de janelas e ventilação...
• Médico: camas, mesas, cadeiras e carrinhos médicos, elevadores de pacientes, auxiliares de mobilidade...
• Mobília doméstica: poltronas, poltronas reclináveis, móveis de cozinha, mesas...
• Móveis profissionais: mesas sit-stand, estações de trabalho, bancadas de laboratório, estações de controle, expositores...

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