Atuadores 101. O que é um Atuador, o que eles fazem, como funcionam.

O que é um Atuador Atuadores Pneumáticos Atores Hidráulicos Atuadores Rotativos Atuadores Lineares Elétricos

Um atuador é um dispositivo que requer uma entrada de fonte de energia geralmente energia elétrica, uma entrada de sinal externo de alguma forma para dizer ao atuador o que fazer e, em seguida, o dispositivo atua. A saída na forma de um movimento, pode ser rotativa ou linear, e é usada para atingir o resultado desejado em um sistema.

O termo Atuador vem do ato de Atuar algo, ou seja, Atuar é operar algo. Então, para simplificar a expressão do que ele faz, um atuador lê um sinal e então atua ou opera. Normalmente, os atuadores fazem parte de um sistema geral, máquina ou dispositivo. É um componente dentro dessa máquina que faz algo ao fazê-la se mover.

Atuadores 101 o que é um atuador

Para um atuador funcionar, ele requer uma entrada de fonte de energia, geralmente energia elétrica. Também requer uma entrada de sinal externo de alguma forma para dizer ao atuador o que fazer e, em seguida, o dispositivo atua. A saída geralmente tem a forma de um movimento que pode ser rotativo ou linear, usado para atingir o resultado desejado em um sistema.

História dos Atuadores

Os atuadores existem há mais de 100 anos e seu nome veio do que eles fazem, eles atuam em algo. Ou seja, eles movem algo abrindo ou fechando, empurrando ou puxando, levantando ou deixando cair, etc. O tipo mais comum de atuador que você usa todos os dias é o atuador solenóide para travar e destravar a porta do seu carro, ou um atuador linear elétrico usado para abrir e fechar o porta-malas de um carro. Esses são tipos muito comuns de atuadores eletromecânicos, amplamente utilizados em nossas vidas diárias. Antes de a eletricidade ser criada, eles ainda eram feitos, mas seriam controlados por humanos, como a trava de uma porta.

Onde os atuadores são usados?

Existem mais de 50 atuadores usados ​​em um carro moderno, os automóveis provavelmente têm a maioria dos atuadores que usaríamos em nossas vidas diárias. Um carro os usa nos injetores de combustível, válvulas para o abastecimento e gerenciamento de combustível, sistemas de aquecimento e resfriamento, até mesmo os sistemas de entretenimento podem usá-los para abrir e fechar alto-falantes, telas de GPS e assim por diante.

Atuadores 101 - O que é um atuador e como funciona

o que é um atuador

Vejamos um exemplo típico de um sistema de atuador usado em nossa vida diária. O aquecimento de um carro tem configurações de temperatura quente e fria, bem como um ventilador também com diferentes níveis de força. O ajuste de temperatura é realmente controlado por meio de um atuador que regula a quantidade de ar que flui em um trocador de calor. Esse atuador controla a posição do fluxo de ar, quanto mais ele flui sobre o trocador de calor, mais quente está o ar, ao contrário, quanto mais longe ele está do trocador de calor, mais resfriador ele está.

atuadores em carros

Um relé é um atuador?

UMA Retransmissão às vezes também é considerado uma forma de Atuador elétrico, isto é, o relé atua e sinal elétrico ou conexão de algum tipo. Mesmo que isso possa soar como um componente elétrico sem partes móveis, na verdade ele tem um componente móvel. Um relé é uma bobina carregada magneticamente que abre e fecha um conector por meio de um campo eletromagnético. Como você pode ver, é uma forma de atuador em pequena escala.

Para o propósito deste artigo, vamos nos concentrar mais em Atuadores Lineares. O termo Atuadores é na verdade muito amplo e pode abranger também atuadores rotativos, solenóides e outros tipos.

atuadores

Atuadores Solenóides

Ficando com o automotivo, vamos explicar outro tipo de atuador muito comum, que é o atuador solenóide. Os solenóides funcionam como um relé, eles absorvem uma corrente elétrica e criam um campo eletromagnético, é aquela força magnética que então faz uma haste se mover para dentro e para fora. Normalmente, quanto mais alto o campo magnético fornecido ao atuador solenóide, mais força é criada e vice-versa. São atuadores do tipo liga / desliga muito simples, com poucas opções de controle além de ligá-los ou desligá-los. Por exemplo, você não tem controle real sobre a velocidade ou força, na verdade, para piorar, o atuador solenóide também tem curso muito limitado. É raro encontrar um atuador solenóide com mais de 2 "(polegadas) de curso.

atuadores solenóides

O travamento central nas portas do carro são os tipos mais comuns de atuador solenóide usados. eles simplesmente conectam e desconectam a trava da maçaneta da porta. O mecanismo de controle também é muito simples para um atuador solenóide e é um único pulso de eletricidade de 12 Vcc que é enviado ao solenóide para acioná-lo, e uma mola é o que o faz retornar.

Abaixo está um atuador solenóide típico, usado na maioria dos carros. Eles provavelmente não parecem familiares, mas isso ocorre porque a maioria das pessoas não consegue ver o interior dos painéis das portas de um carro.

tipo de atuador

Atuadores Piezo

O movimento desses atuadores vem sendo energizado por voltagem e eles requerem tensões muito grandes para fazê-los expandir e contrair, normalmente acima de 200V. O material Piezo é um tipo de cerâmica, é muito frágil e terá muitas camadas com placas de metal entre cada camada para que cada pilha piezo seja energizada.

Grandes quantidades de voltagem são necessárias para mudanças muito pequenas no comprimento, normalmente um Piezo só se expandirá em cerca de 1% do seu tamanho, mas sua força é muito alta, isso significa que você pode amplificar a expansão das pilhas Piezo para obter movimento e força de compensação para AVC. A amplificação poderia ser feita mecanicamente quase como uma ideia de alavanca, mas eles são normalmente usados ​​em aplicações onde você precisa de alta precisão e controle. Eles são mais comumente usados ​​como injetores de combustível para carros onde o atuador Piezo controla o volume de combustível que entra no cilindro e o nível de controle precisa estar abaixo do nível de mícron.

Atuadores Piezo

Atuadores Pneumáticos

Esses tipos de atuadores usam gás pressurizado ou ar em um cilindro, criando uma bomba de alta pressão para mover um pistão para criar um movimento linear. Assim como os atuadores hidráulicos, o projeto do atuador linear pneumático já existe há muito tempo. Um compressor de ar é usado para pressurizar o ar ou gás inerte em um tanque, e esse ar de alta pressão é usado para fazer o pistão dos atuadores deslizar para dentro e para fora. Uma vez que o pistão no atuador atingiu o final do curso, um interruptor de válvula é então movido para abrir a válvula para a outra extremidade do atuador, onde novamente o ar de alta pressão empurra o pistão no atuador na outra direção.

Atuadores pneumáticos

Os benefícios do uso de pneumática são:

  1. A alta velocidade é possível e é controlada pela válvula de pressão e capacidade volumétrica do sistema
  2. Força razoavelmente alta pode ser alcançada
  3. Pouco som é emitido, exceto quando a bomba precisa reabastecer o tanque de alta pressão
  4. Golpes muito longos são possíveis
  5. Confiabilidade e durabilidade de ciclo extremamente altas.
  6. Os atuadores podem, na verdade, ser muito pequenos e compactos em tamanho, uma vez que são bastante simples de construção.

Desvantagens dos atuadores pneumáticos:

  1. Equipamento adicional é necessário, como tanque e bomba de alta pressão
  2. Todo o sistema não pode vazar das falhas do sistema
  3. O ar é um gás compressível e, como tal, significa que como um atuador pneumático está movendo uma grande força, há sempre um atraso porque o gás irá se comprimir naturalmente antes de mover o pistão dentro do atuador. Isso significa que haverá um atraso no sistema. Atuadores Hidráulicos resolvem este problema
  4. É possível obter um controle posicional muito baixo. Assista ao vídeo abaixo onde usamos Lego para demonstrar a falta de controle em comparação com um atuador mecânico, e usando um DTI (Dial Test Indicator) para mostrar a diferença

Onde os atuadores pneumáticos são usados?

Eles são usados ​​onde o movimento de alta velocidade é necessário ou quando uma grande quantidade de distância linear precisa ser percorrida rapidamente, como polegadas por segundo ou 30 polegadas por segundo. Depois de instalados, eles são difíceis de mover de um lugar para outro, pois requerem muito tempo de instalação. Esses Atuadores são encontrados nas linhas de montagem de fábricas de manufatura, pois são ideais para realizar milhões de ciclos sem manutenção e podem se mover muito rapidamente.

Atuadores Hidráulicos

Os atuadores hidráulicos operam exatamente da mesma maneira que os atuadores pneumáticos, exceto que em vez de usar ar ou gás de alta pressão, eles usam um líquido não compressível chamado fluido hidráulico. Como o fluido não é compressível, ele tem uma grande vantagem, esses sistemas são capazes de forças imensas e é por isso que você os vê usados ​​exclusivamente em equipamentos de construção pesados, escavadeiras, caminhões basculantes, empilhadeiras, tratores etc.

Atuadores Hidráulicos

Como funciona o Atuador Hidráulico?

O atuador hidráulico usa fluido de alta pressão para empurrar um pistão para trás e para frente, onde a comutação é feita por meio de interruptores de válvula. TEsses sistemas requerem bombas de alta pressão, válvulas e tubulações de alta pressão e um tanque para conter todo o fluido hidráulico. Então, se você tem muito espaço e dinheiro e exige uma quantidade muito alta de força, a hidráulica pode ser a caminho a percorrer.

Os benefícios do uso de atuadores hidráulicos são:

  1. A velocidade moderada é possível e é controlada pela velocidade da bomba.
  2. Força extremamente alta pode ser alcançada
  3. Golpes muito longos são possíveis
  4. Confiabilidade e durabilidade de ciclo extremamente altas.
  5. Os atuadores podem, na verdade, ser muito pequenos e compactos em tamanho, uma vez que são bastante simples de construção.

Desvantagens dos atuadores hidráulicos:

  1. Existem desvantagens em usar a hidráulica do ponto de vista operacional. O principal é o controle. Você tem muito pouco controle de precisão quando se trata desses sistemas.
  2. O fluido hidráulico é necessário para que o sistema funcione e se houver vazamento, o fluido pode ser muito tóxico
  3. Quando a bomba hidráulica está operando, pode ser barulhento e quanto maior a força necessária, maior o ruído
  4. O fluido hidráulico tem uma viscosidade muito baixa, por isso não flui suavemente através de tubos e válvulas, etc., tudo isso requer energia para empurrar todo esse fluido em alta pressão através de todos esses tubos e acessórios, etc. Como resultado, os sistemas hidráulicos são muito ineficientes para operar E use.
  5. Esses sistemas são caros para comprar e instalar.

Atuadores Rotativos

Um atuador rotativo é um atuador que produz um movimento giratório, o que os torna ideais para abrir e fechar válvulas. Existem muitas maneiras diferentes de criar movimento rotativo e, portanto, um atuador rotativo. As diferenças vêm na forma do aplicativo. Por exemplo, na imagem acima, você pode ver que o movimento rotativo é criado por meio de um movimento tipo cremalheira e pinhão, onde a "cremalheira" é controlada como um pistão. O pistão pode ser controlado hidraulicamente ou usando ar e gás de alta pressão para ser controlado pneumaticamente. Então, qual seria a diferença? Se o atuador rotativo acima for controlado hidraulicamente, as forças exercidas podem ser enormes e, portanto, atenderia às aplicações industriais quando grandes forças são necessárias para abrir e fechar uma válvula. Se este atuador rotativo for controlado pneumaticamente, o atuador pode exigir menos força para girar o eixo principal, que é o que será usado para realizar as tarefas necessárias.

atuadores rotativos

Princípio do atuador rotativo

O movimento produzido por um atuador rotativo pode ser uma rotação contínua, como visto em um motor elétrico, ou o movimento pode ser uma rotação angular fixa. Com um atuador rotativo controlado pneumaticamente ou hidraulicamente, é mais provável que sejam do tipo de rotação angular fixa, porque a cremalheira ou pistão que gira o eixo principal só pode se mover até certo ponto e, portanto, o movimento de rotação é restringido pelo curso linear disponível . Se mais rotação for necessária, o pistão precisa deslizar mais, alternativamente e uma relação de engrenagem diferente é usada para criar o movimento.

relação de engrenagem do atuador rotativo

Atuador Servo Rotary

Outro tipo de atuador rotativo é um servo motor e um motor de passo. Estes são atuadores controlados eletricamente que têm um movimento rotacional constante, mas também oferecem um controle rotacional muito preciso.

Atuador servo rotativo

Esses tipos de atuador são comumente usados ​​em robótica e eletrônicos de consumo, onde o movimento rotacional e o torque são produzidos por um motor rotativo que, por meio de algumas engrenagens, reduz a velocidade e o torque aumenta para criar o movimento rotativo. Para obter um controle preciso, o atuador terá um sensor que mede a posição. Geralmente, tem a forma de um sensor Hall ou codificador que envia um sinal de volta ao sistema de controle que se traduz em posição. Uma grande característica dos servo motores é que eles podem ser muito pequenos e usados ​​em locais muito apertados.

Converter o movimento rotativo de um motor servo-atuador em movimento linear

 converter o movimento rotativo de um servo motor em movimento linear

Como os servo atuadores rotativos são tão comumente usados ​​e relativamente baratos para comprar, ele se tornou uma forma popular de criar movimento linear. Por meio de ligações simples e alguma forma de sistema de guia linear, é possível criar movimento linear. O curso resultante será diretamente proporcional ao comprimento do braço da alavanca, como você pode ver na imagem acima. Quanto mais longo o braço do servo atuador, mais longo será o curso, entretanto, a desvantagem é que a força será reduzida porque o torque é proporcional ao comprimento do braço.

Abaixo da equação de torque para atuadores rotativos

equação de torque para atuadores rotativos

Atuadores Lineares Eletromecânicos.

Com atuadores lineares elétricos, o movimento rotativo de um motor CA ou CC é convertido em movimento linear por meio de um parafuso de chumbo. Um parafuso de avanço é basicamente uma engrenagem helicoidal usinada em uma haste. Conforme o parafuso de guia gira devido ao motor girar o parafuso de guia diretamente ou por meio de algumas engrenagens, a porca (conforme mostrado em amarelo abaixo) desliza para cima e para baixo no parafuso de guia em um movimento linear e cria aquele movimento linear - daí o nome "Atuador Linear". Isso é muito diferente de um atuador solenóide que ainda é uma forma de atuador linear, mas na indústria de engenharia, os engenheiros normalmente diferenciam os dois chamando-os de "atuadores solenóides" e "atuadores lineares", embora ambos produzam movimento linear.

atuador linear um tipo de atuador

Com os atuadores lineares elétricos, os parafusos de avanço de diferentes comprimentos proporcionam diferentes comprimentos de curso. Girar o parafuso de avanço mais rápido ou mais devagar a partir do motor fornece diferentes cursos lineares de velocidade. E, portanto, quanto mais força do motor é aplicada ao parafuso de guia, mais força é dada à porca que desliza para cima e para baixo no parafuso de guia. A porca está presa ao que chamamos de Haste, e é a essa Haste que você prende as coisas para criar esse movimento linear. Quanto mais torque puder ser aplicado ao fuso, mais força linear estará disponível para ser usada pela barra deslizante.

Existem diferentes maneiras de criar o torque de um atuador. Adicionar engrenagem entre o motor e o fuso é o método mais comum, quanto maior a relação de engrenagem, mais força é criada, mas há uma compensação, quanto maior a força, menor a velocidade, inversamente, quanto maior a velocidade do diminua a força. Ganhar velocidade extra para uma determinada força significa ter que usar um motor de entrada maior, e isso requer mais corrente e um motor maior e, portanto, mais dinheiro.

Atuadores Lineares Elétricos

Um elétrico atuador do é um dispositivo que converte o movimento rotacional de um motor em movimento linear, ou leva corrente elétrica para criar um campo eletromagnético e usa magnetismo para forçar um objeto de metal a tentar se mover para longe de seu campo magnético. Embora ambos sejam muito diferentes, eles compartilham o mesmo nome e ambos resultam no que seu nome sugere ... eles atuam. Isso significa que todos eles fornecem movimentos de empurrar e puxar em um movimento linear ou rotacional.

Para uma visão geral mais detalhada sobre como funciona um Atuador Linear Elétrico, criamos este artigo "Por Dentro de um Atuador Linear - Como funciona um Atuador"

Se você deseja comprar um atuador linear elétrico, criamos um artigo chamado “Não use um atuador linear até ler estas 5 etapas”Isso pode ajudá-lo a evitar alguns problemas comuns antes de gastar algum dinheiro.

Atuadores Micro Lineares

micro atuadores

 Micro Atuadoresou Atuadores Mini Lineares são usados ​​em aplicações onde o espaço é limitado ou o curso do atuador necessário é pequeno. Talvez você precise mover algo pequeno ou não muito longe, então um Atuador Micro Linear seria ideal para tal aplicação. Normalmente, os cursos dos micro-atuadores têm de 10 mm a 100 mm e são muito compactos. Uma das desvantagens de um Micro Atuador é que as forças tendem a ser muito menores devido aos motores menores embutidos neles.

Vamos resumir o que é um Atuador?

Os atuadores vêm em muitas formas diferentes, de rotativos a lineares; o tipo necessário depende da aplicação para a qual serão usados. Grandes atuadores rotativos industriais que são acionados hidraulicamente são ótimos para abrir grandes válvulas de tubos de óleo e micro atuadores pode ser alimentado por pequenas fontes de alimentação de 12 V com grande exatidão e precisão para robótica e pequenas aplicações.

atuadores lineares eletromecânicos

 

 

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