O que é o atuador elétrico

Atuador elétrico é um dispositivo que converte a energia elétrica entrante em energia cinética, ou seja, em movimento mecânico. Também pode ser chamado de motor ou interruptor. Ele é operado à distância, permitindo uma vasta gama de movimentos em modo remoto onde o seu acionamento presencial poderia comportar riscos para o operador, devido à insalubridade do ambiente onde este está localizado, pelo fato de estar presente em local de difícil acesso ou, ainda, em aplicações que requerem saídas de alto torque. Os atuadores de válvulas, por exemplo, desempenham um papel importante na automação do controle de processos.

Os atuadores elétricos são amplamente utilizados em diversas aplicações, como controladores de portas, aberturas e comportas, atuação de válvulas e em processos de maquinação. Eles são usados em estações de tratamento de águas residuais, usinas de energia, refinarias, mineração e processos nucleares, fábricas de alimentos e oleodutos.

Tipos de atuadores elétricos

Os atuadores elétricos, de acordo com seu movimento, podem ser lineares ou rotativos.

O atuador elétrico linear converte o movimento rotativo de um motor de baixa voltagem contínua em movimento de translação, ou seja, movimento de empurrar e puxar. Não possui rotação completa. A maior parte dos atuadores lineares utiliza uma combinação de engrenagens para retrair ou estender o braço de acionamento. Estes atuadores são utilizados com válvulas do tipo gaveta e guilhotina.

No atuador elétrico rotativo também são utilizadas engrenagens, conexões diretas ou cames na transferência de movimento, dependendo do torque de aplicação, e o movimento realizado é de rotação ou giratório. Este tipo de mecanismo possui rotação completa ou infinita. Os atuadores rotativos são utilizados com válvulas de esfera e borboleta.

De acordo com o sistema de abertura, os atuadores elétricos se classificam em on-off e proporcional. O tipo on-off permite apenas posição de fechamento ou abertura do fluxo. Já o proporcional permite a regulagem da abertura em diversas posições, de acordo com a necessidade.

Uma característica importante dos atuadores elétricos é o Grau de Proteção IP (International Protection), um padrão definido pela norma internacional IEC 60529, que classifica e avalia o nível de proteção de produtos eletrônicos contra intrusão (partes do corpo como mãos e dedos), poeira, contato acidental e água. Este grau de proteção é avaliado através de dois dígitos. O primeiro, que vai de 0 a 6, diz respeito às partículas sólidas (poeira), e o segundo dígito, que vai de 0 a 9, corresponde ao meio líquido. O Grau de Proteção é expresso como nesses exemplos: IP 21, IP 65, IP 67.

Atuador elétrico para válvula de esfera e para válvula borboleta

Atuador elétrico

Os atuadores elétricos são usados na automação de vários tipos de válvulas, como válvulas de esfera e de válvulas borboleta, operadas por ¼ de volta, e também aquelas operadas por multivoltas, como válvulas globo e gaveta, além de substituir os atuadores pneumáticos em locais onde não se dispõe de ar comprimido.

As válvulas de esfera são econômicas e muito utilizadas para o bloqueio da passagem de fluidos nas tubulações. Seu largo uso na indústria se dá devido à sua capacidade de bloquear o fluxo com apenas ¼ de volta, além de suportar vários níveis de pressão e tipos de fluidos. Este bloqueio é bastante eficiente, pois, além de ser imediato, comporta apenas uma perda mínima no fluxo. O material de construção da válvula varia de acordo com a necessidade, como temperatura, pressão, nível de corrosão do fluido circulante na tubulação e também de acordo com as condições externas (submerso, ambiente ácido etc.).

Válvula borboleta

A válvula borboleta, assim como a válvula de esfera, também regula ou isola a vazão do fluido dentro de uma rede e pertence ao grupo das válvulas de movimento rápido (¼ de volta). O dispositivo que controla o fluxo é um disco chamado borboleta, que gira em torno de seu próprio eixo, limitado a 90°. Quando está numa posição em paralelo com o tubo, permite a passagem do fluxo, e bloqueia na posição perpendicular. Diferentemente da válvula de esfera, o disco, ou borboleta, permanece dentro do fluxo, comportando uma perda mínima de pressão.

Vantagens dos atuadores elétricos

Com a evolução dos meios de produção, a automação foi se tornando cada vez mais uma necessidade, por trazer diversas vantagens, como: aumento da produtividade, melhoria da qualidade do produto final, diminuição de desperdício, redução dos custos, segurança dos trabalhadores, competitividade e capacidade de monitoramento, controle e auxílio na tomada de decisões.

Para que fosse possível a comunicação entre diversos equipamentos de fabricantes diferentes dentro de uma mesma rede, fez-se necessária a criação de protocolos padronizadores chamados Fieldbus. Um destes protocolos comumente utilizado na automação industrial é conhecido como Profibus, que é um sistema dito multimestre e permite a operação conjunta de equipamentos ou controladores terminais de engenharia ou visualização, com seus respectivos periféricos.

Os dispositivos mestres determinam a comunicação de dados em um barramento. Esta comunicação é realizada enquanto o dispositivo mestre possui o direito de acesso ao barramento com um token, um mecanismo de arbitragem que deve ser implementado para evitar possíveis colisões no barramento quando mais de uma estação deseja transmitir uma mensagem.

Os mestres são chamados de estações ativas no barramento. Já os dispositivos escravos são dispositivos de periferia, como, válvulas, módulos de I/O, posicionadores, transmissores etc. Estes periféricos não possuem direito de acesso ao barramento e somente enviam ou reconhecem alguma informação do mestre quando for solicitado.