Solenoides vs. Atuadores Lineares: Escolhendo o Controle de Movimento Certo para Automação Industrial

Solenoides e atuadores lineares são dispositivos padrão para aplicações industriais. Na maior parte, eles controlam o movimento de mecanismos ou sistemas que requerem automação. Quando usados por um controlador principal com sinal de feedback, eles permitem movimento controlado com precisão.

 

O Que é um Solenoide?

O termo solenoide refere-se a um dispositivo no setor industrial que requer um campo magnético para operar. Inclui uma bobina condutora pela qual uma corrente elétrica pode passar. À medida que a corrente elétrica passa pela bobina, um campo magnético se desenvolve, e um êmbolo metálico dentro da bobina se move sob a força do campo magnético.

Quando a corrente elétrica é desligada, o campo magnético se torna zero. O êmbolo metálico não está mais sob a força do campo magnético e pode se mover livremente. O êmbolo é carregado com uma mola, que retrai o êmbolo à sua posição inicial sob campo magnético zero.

 

O Que é um Atuador Linear?

Um atuador linear é um dispositivo que cria movimento linear de um conjunto mecânico anexado, geralmente uma haste. O movimento linear é executado com um motor embutido conectado à haste linear através de engrenagens de diferentes tamanhos e proporções. À medida que o motor gira, as engrenagens convertem o movimento rotacional em movimento linear.

Atuadores lineares geralmente usam motores de corrente contínua (CC) escovados ou sem escova e uma fonte de alimentação CC, como 12 VCC ou 24 VCC. No entanto, motores CC não são obrigatórios. Motores de passo e de indução também podem mover atuadores lineares, dependendo da carga e aplicação. A direção do movimento do atuador pode ser facilmente invertida invertendo os terminais da fonte de alimentação.

 

Figura 1. Um atuador linear. Imagem usada com cortesia da Bola Systems

 

Atuadores lineares contêm sensores em ambas as extremidades mínima e máxima para detectar o curso da haste em ambas as extremidades e, se necessário, parar movimento adicional para evitar danos aos componentes internos. A velocidade do atuador linear não é rápida, mas pode entregar potência significativa. Por essa razão, atuadores lineares são usados em aplicações que requerem movimento contra itens pesados. Alguns atuadores lineares também incluem sinais de feedback, indicando seu alcance limite.

A haste linear não pode se mover para sua posição inicial quando não há corrente. Em vez disso, requer tensão CC em polaridade oposta para mover a haste de volta à sua posição inicial.

 

Comparando Solenoides e Atuadores Lineares

Vamos olhar algumas semelhanças e diferenças entre solenoides e atuadores lineares.

Semelhanças

• Ambos os dispositivos podem ativar ou controlar outro conjunto mecânico ou sistema.
• Ambos os dispositivos podem entregar movimento com força, tornando-os adequados para aplicações que requerem operação forte e estável.
• A saída de ambos os dispositivos é um movimento linear de uma haste metálica.
• Eles permanecem ativados enquanto uma tensão aplicada permanece; a ativação para quando a tensão se torna zero.

Diferenças

Algumas áreas-chave que distinguem solenoides e atuadores incluem tensão aplicada, direção do movimento e feedback.

Tensão Aplicada: Solenoides requerem tensão de corrente alternada (CA) para ativação e movimento porque usam um campo magnético para operação, e apenas a tensão CA pode criar o campo magnético. Atuadores lineares tendem a usar motores CC, que não podem operar com tensão CA.

Direção do Movimento: Solenoides só podem criar movimento em uma direção. Quando não há tensão aplicada, a força para, e o êmbolo mecânico permanece presente a menos que seja carregado com a mola para trazê-lo de volta à sua posição inicial.

 

Figura 2. O movimento básico de um atuador linear. Imagem usada com cortesia de Bcraig15

 

Atuadores lineares podem mover em ambas as direções, frente e ré. Isso é conseguido alterando a polaridade da tensão CC aplicada nos terminais do atuador. Isso permite controlar o conjunto anexado em ambas as direções. A posição do atuador linear permanece fixa em sua posição atual, mesmo na ausência de tensão aplicada.

Feedback: Solenoides não permitem rastrear a posição da haste, nem o feedback de posição pode ser implementado porque o movimento é em um único estágio com uma posição máxima. Em vez disso, feedback do conjunto mecânico ou sistemas anexados externamente fornece o status dos solenoides e pode monitorar o solenoide.

Atuadores lineares podem fornecer feedback direto sobre seu movimento com base em suas posições de limite mínimo e máximo. O movimento inteiro também pode ser rastreado com sensores e circuitos de controle externos. Versões avançadas também podem ter recursos integrados de feedback de posição sem usar componentes ou circuitos externos.

 

Aplicações Industriais de Solenoides e Atuadores Lineares

Vamos ver algumas aplicações industriais de solenoides e atuadores lineares.

 

Solenoides

Válvulas: Solenoides podem ser usados em combinação com válvulas, chamadas válvulas solenoides. Válvulas solenoides são comuns em aplicações industriais onde fluidos, como água e vapor, estão envolvidos. Elas ligam e desligam válvulas e fornecem uma maneira eficaz de comutar fornecimento de fluido sem envolvimento humano.

 

Figura 3. Válvulas solenoides são usadas para refrigeração industrial. Imagem usada com cortesia da Danfoss

 

Áreas comuns de aplicação para válvulas solenoides incluem equipamentos para alimentos e bebidas, farmacêutico, HVAC e utilidades.

Contatores e Relés: A bobina do solenoide também é comumente usada em contatores e relés, que também são usados no desenvolvimento de circuitos elétricos e eletrônicos. A bobina do solenoide está conectada aos contatos e pode se mover para fazer ou quebrar o contato. A bobina é energizada e desenergizada com a tensão de fonte externa, que geralmente vem do controlador principal ou controlador lógico programável (CLP).

No caso de contatos normalmente abertos (NA), os contatos são feitos quando a bobina energiza, conectando a tensão de fonte aos contatos terminais. Similarmente, quando bobinas são desenergizadas, contatos são quebrados, desconectando a tensão de fonte à fonte terminal. No caso de contatos normalmente fechados (NF), o oposto ocorre.

Mecanismo de Travamento: Bobinas de solenoide também podem ser utilizadas como mecanismo de travamento em indústrias de manufatura. A bobina do solenoide ativa um travamento quando energizada e desativa o travamento quando desenergizada. Os mecanismos de travamento podem ser empregados em diferentes partes da máquina para garantir a segurança do produto ou humana. Quando a máquina está em operação, o travamento ativa e restringe o acesso a partes móveis ou perigosas.

Por exemplo, em caixas de passagem usadas na indústria farmacêutica, um mecanismo de travamento restringe a abertura da porta por um período específico e impede a abertura simultânea de ambos os lados.

 

Atuadores Lineares

Vamos ver algumas áreas de aplicação para atuadores lineares.

HVAC: Atuadores lineares são parte integrante de componentes HVAC, como unidades de tratamento de ar (UTA), já que a regulação de componentes HVAC requer mudança em diferentes parâmetros, como velocidade do soprador e fornecimento de água gelada. Por exemplo, em UTA, atuadores lineares abrem e fecham dampers de ar para controlar o fluxo de ar na área de suprimento.

Máquinas de Embalagem: Atuadores lineares são usados em máquinas de embalagem e estão começando a substituir sistemas de curso baseados em pneumática. Eles executam muitas funções, incluindo inserção e encaixotamento.

Atuadores lineares melhor se adequam às operações de embalagem porque podem executar funções com força, permitindo-lhes lidar com itens pesados. Seu comprimento de curso pode variar dependendo dos requisitos do pacote, permitindo-lhes usar objetos de várias dimensões e tamanhos sem troca. Isso ajuda os usuários da máquina a reduzir tempos de troca e aumentar a produtividade. Outras vantagens incluem fácil limpeza e manutenção.

O desenvolvimento de CLPs e sistemas de automação permitiu que fabricantes de máquinas ofereçam máquinas custo-efetivas e eficientes, contribuindo para o sucesso geral de todas as indústrias. No entanto, sistemas de automação sozinhos não são suficientes. Requer componentes mecânicos que possam agir de acordo com requisitos do processo, sejam compatíveis com um sistema de automação e possam se comunicar adequadamente.

Solenoides e atuadores lineares são dois de muitos tais componentes mecânicos. Eles são usados em diversas indústrias para entregar parâmetros de processo com o mais recente sistema de automação. Eles permitiram que fabricantes migrassem para sistemas eficientes substituindo componentes menos eficientes energeticamente e produtivos.