Os atuadores elétricos lineares têm ganhado cada vez mais espaço em aplicações industriais e automação de processos, substituindo com eficiência sistemas pneumáticos e hidráulicos em tarefas que exigem precisão, controle e baixo custo de manutenção.
Presentes em esteiras automatizadas, máquinas de embalagem, dispositivos de posicionamento e até mesmo em equipamentos médicos, esses atuadores são responsáveis por converter energia elétrica em movimento linear com alta confiabilidade.
Neste Post, você vai entender o que são os atuadores elétricos lineares, como funcionam e quais são suas principais funções nas mais diversas aplicações industriais.
O que são atuadores elétricos lineares?
Um atuador elétrico linear é um dispositivo que converte energia elétrica em movimento linear para empurrar, puxar e posicionar cargas com rapidez e precisão.
Presentes em equipamentos tão variados quanto mesas ajustáveis, esteiras seletoras, sistemas de painéis solares e até robôs industriais, eles garantem operações seguras, silenciosas e de fácil controle, substituindo trabalho pneumático ou hidráulico aumentando a precisão e repetibilidade
Como funciona um atuador elétrico linear?
O atuador funciona através de um motor elétrico, em sistemas simples de baixa ciclagem e não requer alta precisão será um Motor DC e em sistemas mais sofisticados será um motor de passo ou um servo motor.
O atuador faz o movimento linear através de um Fuso Trapezoidal para baixa ciclagem, acoplado ao fuso é feita uma chaveta que impede da haste girar e avançar linearmente.
Esse movimento linear do fuso, transmite através da castanha a uma haste ou tubo de extensão, que realiza o trabalho de empurrar ou puxar.
Engrenagens internas podem ser usadas para reduzir a velocidade e aumentar a força, enquanto chaves de fim de curso e codificadores controlam a posição e o curso.
Em atuadores lineares DC, o mais comum são sensores Hall ou potenciômetro que gera um sinal 0-10K proporcional ao avanço totalmente fechado a totalmente aberto. Um exemplo desse modelo é o atuador Linear Elétrico da kalatec LAG-2
Principais componentes de um atuador elétrico linear
Vejamos a seguir os principais componentes responsáveis pelo funcionamento do atuador elétrico linear:
- Motor elétrico: fornece a força rotacional.
- Caixa de engrenagens (redução): ela reduz a velocidade do motor e aumentando o torque na mesma relação da redução.
- Fuso Acme ou fuso de esferas: converte o movimento rotacional em movimento linear.
- Porca de Bronze ou castanha de Esferas: ela percorre o caminho do fuso, movendo a haste.
- Haste (tubo interno): é a parte que se estende e retrai, onde a carga é conectada.
- Carcaça (tubo externo): protege os componentes internos e fornece o suporte estrutural.
- Chaves fim de curso: elas interrompem o movimento nos limites de extensão e retração.
- Sensor Hall: Dispositivo eletrônico que serve para registrar o deslocamento do atuador linear e gera sinais elétricos em geral +5V.
- Embreagem Limitadora de Torque: Usada nos atuadores industriais da Kalatec para prevenir excesso de carga e proteger o produto.
Atuadores elétricos, hidráulicos e pneumáticos: qual a diferença?
Os atuadores elétricos convertem energia elétrica diretamente em movimento mecânico, eles oferecem alta precisão de posicionamento, controle de velocidade, força e eficiência energética, pois consomem energia apenas quando em movimento.
Além de serem limpos, silenciosos e de fácil integração com sistemas de controle digital, são ótimos para robótica, automação de processos e equipamentos médicos.
Em contraste, os atuadores hidráulicos utilizam um fluido incompressível (óleo) sob pressão para gerar movimento, eles se destacam pela capacidade de produzir forças e torques extremamente elevados em um pacote compacto, além de manterem a posição sob carga sem consumo contínuo de energia.
No entanto, exigem uma unidade de potência complexa (bomba, reservatório, válvulas), e são suscetíveis a vazamentos (o que os torna menos limpos), menos eficientes energeticamente devido à necessidade de manter a pressão e demandam manutenção mais complexa, eles são utilizados em máquinas pesadas, prensas industriais e equipamentos de construção.
Por fim, os atuadores pneumáticos operam com ar comprimido, eles são conhecidos pela simplicidade, alta velocidade de operação e segurança em ambientes de área classificada, por não envolverem fluidos inflamáveis ou eletricidade.
Contudo, oferecem menor densidade de força em comparação com os hidráulicos, controle de posição menos preciso (especialmente para posições intermediárias) e são energeticamente ineficientes, já que a compressão do ar é um processo custoso, além de serem ruidosos devido ao escape de ar.
Normalmente são utilizados em linhas de montagem, automação de embalagens e ferramentas manuais onde a velocidade e a simplicidade são prioritárias em detrimento da precisão fina ou da força extrema.
Quais os benefícios desse tipo de atuador em projetos de automação?
Os atuadores elétricos lineares oferecem diversos benefícios para projetos de automação, como velocidade, desempenho e vida útil superiores.
Em termos de velocidade, os atuadores lineares servo acionados operam rapidamente, o que favorece ciclos de trabalho mais curtos e maior produtividade em linhas de produção e processos automatizados.
Seu excelente desempenho proporciona controle de posicionamento preciso e repetível, o que é vital para aplicações que exigem movimentos exatos e consistentes.
Veja no vídeo abaixo nosso webinar de como utilizar o Atuador Linear eletromecânico na indústria:
Além de sua capacidade de controlar a força e a velocidade de forma programável, juntamente com a ausência de vazamentos e a limpeza inerente (sem fluidos hidráulicos ou ar comprimido).
Quanto à vida útil, os atuadores servos acionados tendem a ser robustos, exigem pouca manutenção em comparação com seus equivalentes hidráulicos e pneumáticos, e são projetados para suportar milhões de ciclos de operação.
Sua facilidade de integração com sistemas de controle digital e a eficiência energética contribuem para que ele seja uma escolha preferencial para automação moderna.
Onde são usados os atuadores elétricos lineares?
Os atuadores elétricos lineares são amplamente utilizados em diversas aplicações, como:
- Robótica: para movimentos precisos de braços robóticos, garras e sistemas de posicionamento.
- Esteiras e transportadores: para controle de desvio, elevação e posicionamento de produtos.
- Válvulas: abertura e fechamento automatizado e preciso de válvulas industriais.
- Máquinas CNC: posicionamento de ferramentas e peças com alta precisão.
- Equipamentos médicos: para ajuste de camas hospitalares, cadeiras de rodas e mesas cirúrgicas.
- Automação residencial e predial: abertura de janelas, portas, persianas e sistemas de ventilação.
- Indústria automotiva: ajuste de assentos, espelhos e sistemas de direção.
- Equipamentos agrícolas: no controle de implementos e posicionamento de componentes em máquinas.
- Indústria de embalagens: movimentação e posicionamento de produtos e componentes.
Como escolher o atuador elétrico ideal?
A escolha certa deve considerar fatores como:
- Força: Força Máxima que o atuador precisará mover (N)
- Curso: Distância útil do movimento (mm)
- Velocidade: Velocidade máxima (mm/s)
- Ciclos: Quantos Ciclos por hora
- Precisão: Máximo erro de posicionamento aceito (mm)
A precisão de posicionamento e a repetibilidade são vitais para aplicações que exigem movimentos exatos, essa capacidade estão presentes nos atuadores elétricos servo acionados ou com motores de passo.
O ciclo de trabalho (tempo em que o atuador estará ativo vs. inativo) influencia a escolha do motor e da caixa de engrenagens para evitar superaquecimento. Esse dado é crucial para os atuadores Lineares DC, e é denominado “duty cycle”.
As condições ambientais, como temperatura, umidade e presença de poeira ou líquidos, ditam o grau de proteção IP necessário.
Por fim, a tensão de alimentação (DC ou AC), as opções de feedback (potenciômetros, encoders) para controle de posição e o custo-benefício geral também são determinantes na decisão.
Integração de atuadores com CLPs e sistemas de controle
A integração de atuadores elétricos lineares com Controladores Lógicos Programáveis (CLPs) e outros sistemas de controle permite o controle preciso e automatizado de movimentos.
Essa integração acontece através de sinais de entrada/saída (digitais para ligar/desligar, analógicos para velocidade ou posição) ou por meio de redes de comunicação industriais (como Modbus, EtherCAT), que possibilitam um controle sofisticado e a troca de dados em tempo real.
O Engenheiro Sérgio Araujo Lacerda – Gerente da Kalatec Máquinas fala sobre a importância do CLP no controle dos atuadores:
“O CLP atua como o ‘cérebro’ do sistema, ele interpreta dados de sensores e envia comandos ao atuador, o que garante repetibilidade, segurança e otimização de processos.”
Sérgio continua explicando com o exemplo:
“Em uma linha de embalagem, um CLP pode comandar um atuador para ajustar a altura de um cabeçote de preenchimento com base no tamanho da embalagem.”
Em sistemas de HVAC, um atuador é passível de ser controlado por um sistema predial para abrir ou fechar dampers de ventilação conforme a temperatura ambiente.
Na robótica, o CLP coordena múltiplos atuadores para movimentos complexos e sincronizados de um braço robótico.
Principais cuidados na manutenção de atuadores elétricos lineares
Os principais cuidados incluem a lubrificação periódica do fuso e da porca, conforme as recomendações do fabricante, para reduzir o atrito e o desgaste.
Realize inspeções visuais regulares para verificar sinais de danos físicos, corrosão, desgaste excessivo em componentes móveis ou cabos elétricos, e garantir que todas as conexões estejam seguras.
Além disso, evite a sobrecarga do atuador, respeite seus limites de força e ciclo de trabalho, e assegure que as chaves fim de curso funcionem corretamente para prevenir movimentos além dos limites seguros.
Conclusão
Em síntese, os atuadores elétricos lineares são elementos fundamentais na automação industrial destacando-se pela precisão, controle, eficiência energética e durabilidade.
Sua versatilidade viabiliza aplicações em robótica, máquinas CNC e uma vasta gama de sistemas industriais, tornando-os essenciais para quem busca inovação e produtividade.
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