O que é um atuador?

Um atuador é um componente que ajuda as máquinas a realizar movimentos físicos convertendo energia, muitas vezes elétrica, pneumática (ar) ou hidráulica, em força mecânica. Em poucas palavras, é o componente em qualquer máquina que possibilita o movimento.

Às vezes, para responder à pergunta sobre o que um atuador faz, o processo é comparado ao funcionamento do corpo humano. Assim como os músculos do corpo permitem que a energia seja convertida em algum tipo de movimento, como o dos braços ou das pernas, os atuadores trabalham em uma máquina para executar uma ação mecânica.

De forma simples, um atuador é um dispositivo que converte energia, que pode ser elétrica, hidráulica ou pneumática, em saída mecânica de modo que possa ser controlada. A quantidade e a natureza da entrada dependem do tipo de energia a ser convertida e da função do atuador. Os atuadores elétricos funcionam com entrada de corrente elétrica ou tensão; para atuadores hidráulicos, a entrada é um líquido incompressível, e para atuadores pneumáticos, a entrada é ar. 

A seguir estão os componentes usuais que fazem parte do funcionamento de um atuador:

• Fonte de alimentação: Frequentemente encontradas na forma de válvulas proporcionais hidráulicas e inversores elétricos, elas fornecem a energia necessária para acionar o atuador. No setor industrial, geralmente são de natureza elétrica ou fluida e podem converter sua fonte de entrada em um valor de saída conforme as medições definidas pelo controlador.  
• Atuador: O dispositivo real que converte a energia fornecida em força mecânica.
• Carga mecânica: A energia convertida pelo atuador geralmente é usada para fazer um dispositivo mecânico funcionar. A carga mecânica refere-se ao sistema mecânico que está sendo acionado pelo atuador.
• Controlador: Um controlador garante que o sistema funcione perfeitamente com as quantidades de entrada adequadas e outros pontos de ajuste decididos por um operador.

Tipos de atuadores lineares

Dependendo do tipo de movimento que realizam e da fonte de energia usada para funcionar, existem diferentes tipos de atuadores. Aqui está uma lista dos diversos tipos de atuadores lineares:

Como o nome sugere, atuadores lineares elétricos usam energia elétrica para permitir movimentos em linha reta utilizando uma variedade de componentes internos que trabalham em conjunto. Eles funcionam movendo uma haste para frente e para trás com base em sinais elétricos. Os atuadores lineares elétricos operam com um motor que gera movimento rotativo em alta velocidade e uma caixa de engrenagens que reduz essa velocidade. Isso, por sua vez, aumenta o torque usado para girar um fuso de avanço, o que resulta no movimento linear de uma haste ou de uma porca motriz.

Motores de CC com e sem escovas são comumente usados como o acionamento rotativo de atuadores elétricos. Com diferentes engrenagens, também é possível alcançar diferentes velocidades — velocidades mais altas resultam em menor força. Um fim de curso dentro da haste principal do atuador, nas extremidades superior e inferior, interrompe o fuso ao atingir o final do seu movimento ou Recorrido. Quando a haste atinge o final, o interruptor corta a alimentação do motor; no entanto, um diodo ligado em paralelo ao interruptor permite o fluxo de corrente no sentido oposto, para que você possa reverter a direção quando necessário.

A finalidade de um atuador linear hidráulico é a mesma de um atuador linear elétrico – gerar um movimento mecânico em linha reta. A diferença é que os atuadores lineares hidráulicos fazem isso com uma pressão desequilibrada, aplicada com fluido hidráulico sobre um pistão em um cilindro oco, capaz de gerar um torque forte o suficiente para mover um objeto externo.

A principal vantagem de um atuador linear hidráulico é a alta quantidade de torque que ele pode gerar. Isso ocorre porque os líquidos são praticamente incompressíveis. Atuadores hidráulicos de simples ação têm pistões que podem se mover apenas em uma direção, sendo necessária uma mola para o movimento de retorno. Um atuador hidráulico de dupla ação aplica pressão em ambas as extremidades para facilitar um movimento semelhante de ambos os lados.

Os atuadores pneumáticos costumam ser considerados os mais econômicos e simples de todos. Os atuadores pneumáticos usam ar comprimido para criar movimento, seja estendendo e retraindo um pistão ou, mais raramente, usando um carro que se desloca sobre um trilho ou um tubo cilíndrico. A retração do pistão é feita por uma mola ou pelo fornecimento de fluido a partir da outra extremidade.

Os atuadores lineares pneumáticos são ideais para atingir alta velocidade e torque em um espaço relativamente pequeno. Seu ponto forte é o movimento rápido de ponto a ponto, e eles não se danificam facilmente com paradas bruscas. Essa robustez os torna populares em dispositivos que precisam ser à prova de explosão ou resistentes a condições severas, como altas temperaturas.

Um guia completo de A a Z sobre como selecionar, testar e implementar movimento linear para qualquer aplicação. Escrito por engenheiros, para engenheiros.

Facilidade de uso

Um benefício de usar atuadores lineares elétricos é a conveniência que oferecem como uma alternativa simples de operar para produzir movimento linear. Atuadores elétricos padrão usam um motor DC com escovas e têm uma operação simples com 2 fios para estender e retrair. Conectar um atuador a uma chave gangorra ou a uma caixa de controle permite uma instalação limpa e organizada, sem necessidade de tubos, válvulas ou mangueiras presentes em sistemas hidráulicos e pneumáticos.

Embora alternativas possam ter um custo inicial menor para produzir movimento linear, os atuadores lineares elétricos eliminam o incômodo de toda a mão de obra extra exigida para integrá-los como soluções de instalação rápida.

Baixa manutenção

Os atuadores lineares elétricos são autolubrificados internamente por toda a vida útil da unidade e não requerem manutenção quando usados dentro de suas especificações. Isso ajuda a economizar tempo de mão de obra e recursos ao longo da vida útil do atuador elétrico. Também há opções com Grau de proteção IP à prova d'água e classificações de névoa salina para maior resistência à corrosão sob intempéries. Como resultado, eles apresentam vida útil mais longa, reduzindo a necessidade de substituições frequentes.

Operação ecológica

Alternativas como a hidráulica e a pneumática exigem mais componentes para operar, como trocadores de calor, reservatórios de fluido, reguladores e compressores. O excesso de materiais e o calor gerado por mais componentes em operação têm um impacto maior no meio ambiente. Os atuadores elétricos garantem uma forma ecológica de fornecer movimento linear, sem risco de poluir o oceano com vazamentos de óleo. A operação ecológica dos atuadores elétricos também pode reduzir o trabalho extra exigido para que certos OEMs (fabricantes de equipamentos originais) atendam a regulamentações específicas de saúde e segurança.

Ao comprar um atuador, é fundamental entender qual modelo se adapta melhor às suas necessidades com base no projeto e nas especificações. A seguir, algumas considerações importantes sobre como escolher o atuador certo para suas necessidades:

1. Requisitos de Carga: Refere-se a quanta força sua aplicação exigirá. Isso influenciará sua escolha do modelo de atuador.
2. Velocidade: Dependendo da aplicação, você pode precisar de um atuador linear rápido ou lento. Escolha de acordo com as necessidades da sua aplicação.
3. Comprimento do Recorrido: Isto indica quão longe o atuador precisa se mover. Certifique-se de compatibilizar o comprimento do Recorrido com os requisitos de distância de deslocamento do seu projeto.
4. Requisitos de alimentação elétrica: A tensão e a Corrente exigidas por cada modelo de atuador podem variar. Considere as opções de tensão e as opções de fonte de alimentação disponíveis para o seu atuador.
5. Resistência ambiental: Considere sua aplicação e o ambiente para determinar se seu atuador linear deve suportar um determinado nível de poeira, entrada de líquidos e/ou corrosão.
6. Feedback posicional: Determine se sua aplicação exigirá um certo nível de movimento de precisão/recursos avançados ou se um controle manual básico de avanço e reverso é adequado.
7. Compatibilidade do sistema de controle: Escolha sistemas de controle compatíveis com o(s) atuador(es) elétrico(s) escolhido(s). Se você já possui sistemas de controle, certifique-se de que o(s) atuador(es) escolhido(s) sejam compatíveis.

Confira nosso canal no YouTube para visões gerais da nossa linha de atuadores. Também temos um guia para download com perguntas que podem ajudar engenheiros, compradores e gerentes de operações a escolher, entre nossa gama de atuadores lineares, o modelo mais adequado

Requisitos de Carga

Há alguns fatores envolvidos em encontrar a força adequada para lidar com os requisitos de Carga de uma aplicação. As variáveis podem incluir a Carga, o ângulo em que a Carga está sendo aplicada e o tamanho dimensional da Carga. Os requisitos de Carga são mesurados por quanta força é necessária para empurrar e/ou puxar diretamente sobre o eixo de um atuador (unidades de exemplo: lbs, kg, Newton). Use nossa Ferramenta Calculadora de Atuadores para obter estimativas iniciais como ponto de referência para os modelos de atuadores que você pode considerar.

Classificação de Velocidade

As velocidades de deslocamento geralmente dependem das opções de classificação de força para as quais um atuador foi configurado. Alguns modelos vêm com múltiplas opções de classificação de força que podem ser selecionadas ao fazer um pedido online. Essas diferentes opções de classificação de força têm suas relações de engrenagem internas ajustadas para um determinado ajuste de torque, o que também afeta a velocidade de deslocamento do atuador. A Velocidade de um atuador é medida pela distância percorrida ao longo de um período de tempo (exemplo: polegadas/segundo, mm/segundo)

Comprimento do Recorrido

O comprimento de orifício a orifício (H2H) de um atuador, medido do centro do orifício de montagem traseiro ao centro do orifício de montagem dianteiro, é afetado pelo comprimento do Recorrido. Isso ocorre porque um Recorrido mais longo exige um atuador com um corpo mais longo para acomodar o eixo recolhido. O comprimento do Recorrido pode ser calculado subtraindo o comprimento H2H totalmente fechado do comprimento H2H totalmente aberto do atuador (unidades de exemplo: polegada ou " para abreviar, mm)

Requisitos de energia elétrica

Uma aplicação pode vir com uma fonte de alimentação pré-existente ou com uma nova fonte instalada com determinadas classificações e requisitos elétricos. Verifique as classificações de tensão (VCC ou VCA) e de Corrente (ampere ou A) da(s) fonte(s) de alimentação e do(s) atuador(es) para confirmar se estão dentro de uma faixa adequada. Como regra geral, a fonte de alimentação precisa ter uma classificação de Corrente superior à exigência máxima de Corrente combinada de todas as unidades conectadas a ela.

Atuadores de 12 V vs 24 V: qual escolher?

Resistência ambiental

O sistema de Grau de proteção IP usa um sistema de 2 dígitos para definir sua classificação de proteção para todos os produtos. O primeiro dígito representa a proteção contra sólidos e o segundo, contra líquidos. O Código IP foi projetado para padronizar as classificações de proteção e limitar a interpretação equivocada ou a representação indevida da capacidade de proteção de um produto. A classificação de névoa salina é crucial para a proteção contra corrosão que pode ocorrer em estradas salgadas, praias, água salgada etc.

Feedback posicional

Dispositivos de Feedback posicional integrados, como encoders, sensores de efeito Hall, potenciômetros etc., são usados para transmitir sinais que serão lidos por um controlador para determinar a posição do Recorrido do atuador. Isso permite recursos como vários atuadores que podem se deslocar simultaneamente na mesma velocidade em movimento síncrono, predefinições de memória e/ou exibição de posição.

Compatibilidade do sistema de controle

Verifique se o seu atuador possui protocolos de comunicação/Feedback posicional compatíveis com os controladores que você estava considerando. Por exemplo, os PA-12-T (TTL/PWM) e PA-12-R (RS-485) servoatuadores de microprecisão oferecem controle de posição preciso, com precisão posicional de até 100 μm, e exigem protocolos de comunicação avançados para esse desempenho. Outra coisa a considerar é se o tipo de motor do seu atuador será compatível com um sistema de controle. Motores sem escovas de operação contínua, como os encontrados em nossos PA-14 atuadores lineares personalizados, exigem caixas de controle compatíveis com seu funcionamento, como a caixa de controle LC-241.

Para ver quais de nossas caixas de controle e atuadores são compatíveis entre si, confira nossas tabelas de comparação e tabelas de compatibilidade abaixo:

Funções programáveis

Caixas de controle, como a nossa série FLTCON, permitem ter funções programadas, recursos de segurança e outras configurações do usuário que podem ser acessadas pelo controle remoto conectado. Quando vários atuadores do tipo efeito Hall são conectados a uma caixa de controle FLTCON, a caixa garante a sincronização dos motores para que se movam juntos na mesma velocidade.

Controles manuais básicos

Considere se há restrições de orçamento para o projeto e escolha um sistema de controle que ofereça o melhor custo-benefício atendendo aos seus requisitos de desempenho. Por exemplo, projetos simples em ambientes internos que não exigem alta precisão funcionariam sem problemas ao conectar um interruptor basculante básico, sem alto Grau de proteção IP, para controlar um micro ou mini atuador linear de 2 fios a um preço acessível.

Os atuadores lineares elétricos vêm em uma ampla variedade de designs, cada um projetado para atender a requisitos específicos de desempenho, condições ambientais e restrições de espaço. De microunidades compactas que cabem nos espaços mais apertados a modelos industriais de serviço pesado capazes de mover milhares de libras, cada categoria oferece pontos fortes e aplicações exclusivas.

Fatores como fator de forma, capacidade de força, comprimento de Recorrido e ambiente operacional desempenham um papel na determinação do atuador certo para a tarefa. Compreender as características e especialidades dos diferentes tipos de atuadores — como tubulares, micro, industriais, mini, padrão, de trilho e telescópicos — pode ajudar você a escolher a melhor solução para o seu projeto, seja para robótica de precisão, máquinas de grande porte ou sistemas de automação sob medida.

Para comparar nossos diferentes modelos de atuadores lineares, temos nossa ferramenta de comparar atuadores e compilamos uma tabela comparativa de referência de atuadores.

Micro Atuadores

Microatuadores são projetados para aplicações em que o espaço é extremamente limitado. Seu pequeno fator de forma permite a integração em sistemas compactos, embora isso venha ao custo da força de saída, que geralmente fica na faixa de baixa a média. As variantes de microatuadores podem se destacar em posicionamento de alta precisão em vez de elevação de cargas pesadas e são frequentemente escolhidas por sua construção leve e adaptabilidade.

Mini Atuadores

Mini atuadores preenchem a lacuna entre os micro e os atuadores padrão, oferecendo um equilíbrio entre tamanho compacto e capacidades de força moderadas. Seu design permite que se encaixem em aplicações com espaço de instalação limitado, oferecendo desempenho adequado para uma variedade de necessidades de automação. Mini atuadores oferecem flexibilidade sem sacrificar demais a força nem o comprimento de Recorrido, tornando-os uma opção versátil para projetos de serviço médio com atenção ao espaço. Também temos um quiz online com perguntas que podem ajudar a orientá-lo na escolha entre nossa linha de micro e mini atuadores para encontrar o modelo mais adequado às suas necessidades.

Atuadores padrão

Atuadores padrão são a categoria mais comum e versátil, projetados para uso geral em uma ampla variedade de setores. Eles vêm em diversos comprimentos de Recorrido e capacidades de força, com ampla compatibilidade com sistemas de controle e fácil integração em configurações simples e complexas com funções de Feedback. Sua combinação equilibrada de desempenho, disponibilidade e custo acessível os torna a escolha certa para projetos que exigem confiabilidade sem restrições especializadas.

Atuadores industriais

Atuadores industriais são feitos para aplicações de serviço pesado que exigem força máxima e alta resistência às intempéries. São projetados com materiais robustos, motores de alta capacidade e sistemas de engrenagens resistentes, capazes de produzir forças que podem ultrapassar 3000 lb. Muitos são desenvolvidos com opções de Montagem personalizáveis e conformidade com normas industriais. Em ambientes onde o tempo de atividade e a capacidade de Carga são críticos, os atuadores industriais oferecem a durabilidade e o desempenho confiável necessários para condições exigentes em ambientes agressivos.

Atuadores tubulares

Atuadores tubulares apresentam uma carcaça cilíndrica que lhes confere uma aparência elegante e de baixo perfil, tornando-os funcionais e esteticamente agradáveis. Seu design fechado geralmente vem com graus de proteção IP mais altos, como IP65 ou superior, oferecendo resistência confiável contra poeira e água. Um design tubular permite largura e altura mais compactas em troca de um comprimento total retraído maior. Isso os torna indicados para ambientes externos ou aplicações em que o atuador ficará exposto às intempéries e para instalações com espaço limitado de largura e altura.

Atuadores de trilho

Atuadores de trilho operam de forma diferente dos designs tradicionais do tipo haste, usando um carro deslizante interno para gerar movimento dentro de um corpo de comprimento fixo. Como o comprimento do corpo não muda com o Recorrido, eles são ideais para situações em que o espaço de extensão é limitado. Esse design melhora a estabilidade, pois o carro móvel tem múltiplos pontos de contato com um percurso predefinido, em vez de ficar suspenso no ar. Como a arquitetura aberta dos atuadores de trilho é mais sensível à poeira e à água em comparação com os designs convencionais selados, os atuadores de trilho são mais indicados para aplicações internas.

Atuadores telescópicos

Atuadores telescópicos empregam várias etapas aninhadas de hastes que se estendem umas das outras, de forma semelhante às seções de um telescópio. Isso permite alcançar longos comprimentos de Recorrido sem exigir um grande comprimento retraído, tornando-os ideais para aplicações com severas restrições de espaço quando armazenados. Semelhante às colunas elevatórias, eles costumam ser mais complexos mecanicamente, mas oferecem capacidades exclusivas que os atuadores padrão não conseguem igualar. Ao combinar armazenamento compacto com grande capacidade de extensão, os atuadores telescópicos oferecem uma solução eficaz para alcançar maiores distâncias em aplicações com pouco espaço.

A maneira mais simples de garantir que você tenha os suportes de montagem corretos para seu atuador linear é obter seus suportes de montagem do fabricante original do atuador e verificar se são compatíveis. Para mais informações, oferecemos nossa tabela de compatibilidade de suportes de montagem e descrições de produto em cada um de nossos atuadores. Outros fabricantes também podem ter fontes semelhantes; no entanto, você também pode entrar em contato com suporte ao cliente conforme necessário. Em certos casos, usuários com requisitos exclusivos ou aplicações especializadas podem considerar fabricar seus próprios suportes sob medida de acordo com as medidas, o design e o formato de que precisam. Confira nossos desenhos 3D de atuadores como fonte de referência adicional.

É tão importante quanto obter suportes de montagem compatíveis para seus atuadores lineares selecionar o processo de montagem com um método adequado à sua aplicação. Abaixo estão dois métodos comuns usados para montar um atuador linear elétrico. 

• Montagem de pivô duplo 
• Montagem estacionária

Montagem de pivô duplo

A montagem de pivô duplo é um método que envolve fixar um atuador em ambos os lados com um ponto de montagem livre para pivotar, que geralmente consiste em um pino de montagem ou uma forquilha. A montagem de pivô duplo permite que o atuador pivote em ambos os lados enquanto se estende e se retrai, permitindo que a aplicação alcance um movimento de trajetória fixa com dois pontos de pivô livres.

Um exemplo de aplicação desse método é abrir e fechar automaticamente portas de galinheiro. Quando o atuador se estende, os dois pontos fixos permitem que a porta abra. A ação de abrir e fechar a porta provoca mudanças de ângulo, mas o pivô oferece espaço de sobra para que os dois pontos de montagem girem. Ao usar esse método, certifique-se de que haja espaço suficiente para o atuador se estender, sem quaisquer obstáculos no caminho.

Montagem estacionária

No método de montagem estacionária, o eixo pode se estender e retrair da carcaça em um trajeto em linha reta, enquanto o restante do atuador permanece montado em uma posição fixa e estacionária. Um suporte de montagem para a carcaça do eixo pode ser usado para ajudar a manter o alinhamento ideal do atuador no lugar sobre a superfície de montagem. Esse tipo de montagem é comumente usado para realizar ações como empurrar e puxar um acessório frontalmente. Por exemplo, essa forma de montagem é ideal para empurrar e puxar um trinco deslizante de porta para trancar e destrancar uma porta. Ao decidir por esse método, certifique-se de que o dispositivo de montagem possa suportar a carga aplicada pelo atuador. 

A versatilidade dos atuadores lineares elétricos, com operações eficientes, construção durável, opções de personalização e especificações de alto desempenho, abre um mundo de possibilidades. A seguir, alguns exemplos de aplicações e setores onde são utilizados: 

• Automação residencial: A conveniência e a segurança extras de contar com fechaduras de segurança para portas, pérgolas de cobertura motorizadas com lâminas, portas automáticas e persianas tornam os atuadores soluções populares para casas inteligentes. Eletrodomésticos como TVs podem ser posicionados na altura ideal sem complicações usando elevadores de TV que fazem uso de atuadores lineares elétricos. Também existem elevadores de mesa que usam atuadores para ajustar a altura conforme as necessidades dos usuários.

Aplicações de atuadores elétricos na automação residencial:

• Projetos personalizados/DIY: Em muitos casos, a prototipagem de um novo produto ou a criação de versões em pequena escala é uma etapa crítica do processo que ajuda a determinar desafios potenciais que talvez precisem ser abordados antes de prosseguir com um projeto finalizado. Parques de diversões personalizados e fantasias de Halloween utilizam animatrônica, robôs de cinema e adereços de efeitos especiais que cativam o público com movimento realista.
  
• Indústrias médicas: Na área médica, o controle preciso de microatuadores é essencial para equipamentos projetados para manipular o fluxo de fluidos, acionar robôs cirúrgicos ou posicionar equipamentos médicos. Camas e cadeiras ajustáveis, equipamentos de reabilitação e equipamentos de imagem podem incorporar miniatuadores para proporcionar movimento silencioso e suave em ambientes hospitalares.
  
• Indústrias automotivas: As aplicações automotivas abrangem uma variedade de casos de uso e exigem soluções inovadoras com atuadores lineares personalizados, adaptados para acompanhar sua crescente demanda. Os casos de uso podem incluir abrir compartimentos de armazenamento, elevar campers, inclinação de espelhos, ajustes dos vidros, ajustes de assentos e automatização de conversões de teto.
• Aplicações marítimas: As opções de design à prova d'água e resistentes à água, combinadas com recursos de desempenho versáteis, também tornam os atuadores lineares elétricos populares em aplicações marítimas e casos de uso OEM. Para torres de wakeboard, compartimentos internos e controles de ré, os atuadores oferecem flexibilidade e operações limpas que atendem às normas marítimas e ambientais.
  
• Indústria de manufatura: As plantas de manufatura os utilizam no manuseio de materiais, como equipamentos de corte que se movem para cima e para baixo, e válvulas que controlam o fluxo de matérias-primas. Robôs e braços robóticos, tanto dentro quanto fora da indústria de manufatura, também utilizam sistemas de atuadores lineares para obter movimento em linha reta. 
• Energia renovável: Sistemas de rastreamento solar são essenciais nas instalações modernas de energia solar, projetados para otimizar o alinhamento dos painéis solares com o sol e maximizar a captação de energia. Atuadores lineares elétricos melhoram significativamente a funcionalidade desses sistemas ao proporcionar controle preciso, automação avançada e recursos de segurança robustos.

Na Progressive Automations, a qualidade está no centro de tudo o que fazemos. Desde o primeiro dia, construímos uma organização obcecada por qualidade, com um conjunto rigoroso de padrões, buscando nada menos que o melhor para nossos clientes e trabalhando por melhorias contínuas. Por isso, temos o prazer de anunciar que a Progressive Automations agora é certificada ISO 9001:2015! Cumprir e superar esse conjunto de padrões é o que nos permite superar consistentemente as expectativas dos clientes.

Como uma marca global com presença dedicada nos EUA, Canadá e Austrália, a Progressive Automations se destaca por uma ampla seleção de atuadores lineares elétricos, incluindo modelos de alta resistência, micro e tubulares. Com envio rápido, suporte especializado e soluções OEM de atuadores sob medida, somos o fornecedor de referência de atuadores elétricos para setores que vão da automação residencial à manufatura industrial. Nosso compromisso com a qualidade e com a experiência do cliente nos torna uma das principais escolhas entre os fornecedores de sistemas de atuadores.

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