Solenóides vs. Atuadores Lineares para Automação Industrial

Solenóides 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 um sinal de feedback, eles permitem um movimento controlado com precisão.

O que é um solenóide?

O termo solenóide se refere a um dispositivo no setor industrial que requer um campo magnético para operar. Inclui uma bobina condutora através da qual pode passar uma corrente elétrica. Conforme 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 torna-se 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 o retrai para 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 conectado, geralmente uma haste. O movimento linear é executado com um motor embutido conectado à haste linear por meio de engrenagens de diferentes tamanhos e relações. Conforme o motor gira, as engrenagens convertem o movimento rotacional em movimento linear.

Os atuadores lineares geralmente usam motores de corrente contínua (DC) com escova ou sem escova e uma fonte de alimentação DC, como 12 VDC ou 24 VDC. No entanto, os motores DC não são necessários. Os motores de passo e de indução também podem mover atuadores lineares, dependendo da carga e da aplicação. A direção do movimento do atuador pode ser facilmente revertida invertendo os terminais da fonte de alimentação.

Figura 1. Um atuador linear. Imagem usada cortesia de Bola Systems

Os atuadores lineares contêm sensores nas extremidades mínima e máxima para detectar o deslocamento da haste em ambas as extremidades e, se necessário, interromper o movimento adicional para evitar danos aos componentes internos. A velocidade do atuador linear não é rápida, mas pode fornecer uma potência significativa. Por esse motivo, os atuadores lineares são usados ​​em aplicações que exigem movimento em relação a itens com peso. 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 Solenóides e Atuadores Lineares

Vejamos algumas semelhanças e diferenças entre solenóides e atuadores lineares.

Semelhanças

• Ambos os dispositivos podem ativar ou controlar outro conjunto ou sistema mecânico.
• Ambos os dispositivos podem fornecer movimento com força, tornando-os adequados para aplicações que requerem uma 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 permanecer; a ativação para quando a tensão chega a zero.

Diferenças

Algumas áreas principais que distinguem solenóides e atuadores uns dos outros incluem voltagem aplicada, direção do movimento e feedback.

Tensão aplicada: Os solenóides requerem tensão de corrente alternada (CA) para ativação e movimento porque usam um campo magnético para a 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: Os solenóides 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 cortesia de Bcraig15

Atuadores lineares podem se mover tanto para frente quanto para trás. É conseguido alterando a polaridade da tensão DC aplicada nos terminais do atuador. Isso permite controlar a montagem anexada em ambas as direções. A posição do atuador linear permanece fixa em sua posição atual, mesmo na ausência de tensão aplicada.

Feedback: Os solenóides não permitem que a posição da haste seja rastreada, nem o feedback de posição pode ser implementado porque o movimento está em um único estágio com uma posição máxima. Em vez disso, o feedback do conjunto conectado externamente ou dos sistemas mecânicos fornece o status dos solenóides e pode monitorar o solenóide.

Atuadores lineares podem fornecer feedback direto sobre seu movimento com base em sua posição limite mínimo e máximo. Todo o movimento também pode ser rastreado com sensores externos e circuitos de controle. As versões avançadas também podem ter recursos integrados de feedback de posição sem usar componentes ou circuitos externos.

Aplicações industriais de solenóides e atuadores lineares

Vejamos algumas aplicações industriais de solenóides e atuadores lineares.

Solenóides

Válvulas: Os solenóides podem ser usados ​​em combinação com válvulas, chamadas válvulas solenóides. Válvulas solenóides são comuns em aplicações industriais onde fluidos, como água e vapor, estão envolvidos. Eles ligam e desligam as válvulas e fornecem uma maneira eficaz de alternar o suprimento de fluido sem envolvimento humano.

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

As áreas comuns de aplicação para válvulas solenóides incluem equipamentos para alimentos e bebidas, farmacêuticos, HVAC e utilitários.

Contatores e Relé: A bobina solenóide também é comumente usada em contatores e relés, que também são usados ​​no desenvolvimento de circuitos elétricos e eletrônicos. A bobina solenóide é conectada aos contatos e pode se mover para estabelecer ou interromper o contato. A bobina é energizada e desenergizada com a tensão de alimentação da fonte externa, que geralmente vem do controlador principal ou controlador lógico programável (PLC).

No caso de contatos normalmente abertos (NO), os contatos são feitos quando a bobina é energizada, conectando a tensão da fonte aos contatos do terminal. Da mesma forma, quando as bobinas são desenergizadas, os contatos são rompidos, desconectando a tensão da fonte para a fonte do terminal. No caso de contatos normalmente fechados (NF), ocorre o contrário.

Mecanismo de bloqueio: As bobinas solenóides também podem ser utilizadas como mecanismo de travamento nas indústrias de manufatura. A bobina solenóide ativa uma trava quando energizada e desativa a trava quando desenergizada. Os mecanismos de travamento podem ser empregados em diferentes partes da máquina para garantir a segurança do produto ou do ser humano. Quando a máquina está em operação, a fechadura ativa e restringe o acesso a peças móveis ou perigosas.

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

Atuadores Lineares

Vejamos algumas áreas de aplicações para atuadores lineares.

HVAC: Os atuadores lineares são parte integrante dos componentes HVAC, como unidades de tratamento de ar (AHU), uma vez que a regulação dos componentes HVAC requer uma mudança em parâmetros diferentes, como velocidade do soprador e fornecimento de água gelada. Por exemplo, em AHU, os atuadores lineares abrem e fecham os amortecedores de ar para controlar o fluxo de ar na área de abastecimento.

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

Os atuadores lineares são mais adequados para as operações de embalagem porque podem executar funções com força, permitindo-lhes manusear itens pesados. O comprimento do curso pode variar dependendo dos requisitos do pacote, permitindo que eles usem objetos de várias dimensões e tamanhos sem troca. Isso ajuda os usuários da máquina a reduzir os tempos de troca e aumentar a produtividade. Outras vantagens incluem limpeza e manutenção fáceis.

O desenvolvimento de PLCs e sistemas de automação permitiu aos fabricantes de máquinas oferecer máquinas econômicas e eficientes, contribuindo para o sucesso geral de todas as indústrias. No entanto, os sistemas de automação por si só não são suficientes. Requer componentes mecânicos que possam atuar de acordo com os requisitos do processo, sejam compatíveis com um sistema de automação e possam se comunicar adequadamente.

Solenóides e atuadores lineares são dois de muitos desses componentes mecânicos. Eles são usados ​​em diversos setores para fornecer os parâmetros de processo com o mais recente sistema de automação. Eles permitiram que os fabricantes migrassem para sistemas eficientes, substituindo componentes menos eficientes em termos de energia e produtivos.