Atuador Hidráulico vs Atuador Pneumático: Principais diferenças, aplicações e seleção

Na indústria moderna, os sistemas de automação não podem funcionar sem um atuador e necessitam de um para controlar as operações mecânicas, incluindo empurrar, agarrar, posicionar e muito mais. Os tipos de actuadores podem ser subdivididos em muitas categorias, mas as mais proeminentes são os actuadores hidráulicos e pneumáticos, que se distinguem pelo seu tipo de energia ou fonte de energia. O seu desempenho e princípios de funcionamento diferem muito uns dos outros, o que lhes permite serem utilizados numa variedade de aplicações em vários sectores da indústria. Este artigo tem como objetivo explicar as diferenças mais importantes entre os actuadores hidráulicos e pneumáticos, as suas principais vantagens, cenários de aplicação típicos e oferecer orientação sobre como tomar a decisão certa ao selecionar entre eles durante o processo de conceção.

Conhecer as distinções fundamentais dos actuadores hidráulicos e pneumáticos é tão importante como conhecer as regras básicas de gramática quando se aprende uma nova língua. Uma base sólida permite que uma solução de automação seja concebida e optimizada de forma mais fundamental e eficaz.

O que é um Atuador Hidráulico?

Um atuador hidráulico é um dispositivo que utiliza um líquido altamente pressurizado, normalmente um óleo hidráulico ou lubrificantes de equipamento, e o transforma em movimento ou força. O seu princípio fundamental assenta na utilização de líquidos que não podem ser comprimidos. A bomba hidráulica gera pressão para o óleo hidráulico e este óleo é bombeado através de tubos para o atuador, como tipos de cilindros (como os cilindros hidráulicos) e motores. A aplicação contínua da pressão do fluido do óleo a alta pressão empurra os pistões ou as palhetas do atuador e obtém-se um grande impulso ou binário que permite o movimento linear ou o movimento de rotação. Um sistema hidráulico completo é composto, entre outros, por uma bomba hidráulica, um motor elétrico para a acionar, um reservatório, um filtro, um refrigerador, válvulas de controlo e tubos e acessórios. Como é sabido, um sistema hidráulico é uma das melhores soluções em aplicações em que é necessária uma grande precisão e controlo com uma elevada produção de força, especialmente em cenários de carga pesada, muitas vezes referidos como fornecendo força bruta ou a maior potência. Este é um facto há muito estabelecido na indústria.

O que é um Atuador Pneumático?

Um atuador pneumático utiliza a energia do gás comprimido, normalmente a pressão do ar, para criar força e movimento. O seu princípio de funcionamento baseia-se num compressor de ar que comprime o ar ambiente e o armazena num tanque recetor. O ar é depois processado em unidades de preparação que incluem filtros, reguladores e, nalguns casos, lubrificadores. O tanque recetor, incluindo os seus filtros, reguladores e lubrificadores, tem de estar isento de óleo, sujidade, humidade e ter a pressão correta. O ar comprimido limpo e seco controlado por pressão é então enviado através de tubos para o atuador, que pode ser um cilindro pneumático ou um motor, também conhecidos como dispositivos pneumáticos. O atuador, conhecido como o tipo de deslocamento positivo, responde ao sinal pneumático e empurra ou roda o pistão e as palhetas, permitindo o movimento linear ou o movimento de rotação. Os sistemas pneumáticos são preferidos devido à sua estrutura simples, operação rápida e funcionamento limpo. São comuns em aplicações de carga ligeira e em linhas de produção.

Principais diferenças: Uma comparação pormenorizada

Tanto os actuadores hidráulicos como os pneumáticos funcionam com a utilização da pressão do fluido, mas o seu desempenho, atributos do sistema, adaptabilidade ao ambiente e custos são muito diferentes. Estas distinções são importantes para avaliar qual a tecnologia que melhor se aplica a um determinado contexto.

Diferenças de desempenho

As diferenças destacam-se na força e na densidade de potência. O funcionamento dos sistemas hidráulicos é frequentemente efectuado a pressões mais elevadas, variando entre dezenas e centenas de megapascal, o que permite que os motores hidráulicos produzam um enorme impulso ou um binário elevado. Para operações que requerem um binário muito elevado ou uma força significativa, por exemplo, elevação de cargas pesadas, fixação ou accionamentos de binário elevado, os motores hidráulicos são frequentemente preferidos. Têm ainda uma elevada densidade de potência, ou seja, podem fornecer uma grande força num pequeno volume. Nos sistemas pneumáticos, a pressão de funcionamento é mais baixa, normalmente entre 0,4 e 1,0 MPa, e por isso a força de saída também é mais baixa. A força de saída pode ser aumentada utilizando actuadores maiores, mas isto torna-os menos compactos.

Em termos de resposta à velocidade, bem como de controlo da velocidade, os actuadores pneumáticos têm uma vantagem competitiva em termos de resposta, bem como de movimentos mais rápidos, capazes de velocidades elevadas. A sua prontidão é caracterizada pela baixa densidade e pelo fácil fluxo de gás, o que lhe permite arrancar e parar rapidamente. Por estas razões, são adequados para acções de alta aceleração. Mas devido à compressibilidade do ar, o controlo preciso da velocidade nos sistemas pneumáticos é difícil e facilmente alterado pela carga. Pelo contrário, os sistemas hidráulicos movem-se mais lentamente, mas têm um controlo preciso e estável da velocidade ao nível superior devido à incompressibilidade do líquido. Podem também manter uma velocidade definida com cargas em constante mudança, permitindo movimentos lineares precisos.

Os actuadores hidráulicos são incomparáveis em termos de precisão, rigidez e capacidade de posicionamento. Devido à incompressibilidade dos líquidos, os sistemas hidráulicos têm um elevado grau de rigidez e, por conseguinte, uma alteração muito reduzida da posição e da velocidade sob influências externas. Isto ajuda a obter um movimento estável e precisão na posição mantida, o que é essencial em sistemas que necessitam de um controlo preciso da posição ou da força. Os sistemas pneumáticos são menos eficazes devido à compressibilidade do gás, à rigidez reduzida, à presença de deformação elástica, ao desvio de posição sob carga variável e exigem técnicas de controlo elaboradas para tentar um posicionamento de elevada precisão.

Diferenças nas caraterísticas do sistema e no ambiente

Os sistemas hidráulicos são normalmente mais complicados do que os sistemas pneumáticos em termos de complexidade do sistema e de peças. É necessário ter uma unidade de potência hidráulica completa, válvulas complexas e tubagem de alta pressão. Os sistemas pneumáticos são bastante simples. Um compressor de ar, um tanque recetor, unidades de preparação de ar, válvulas e tubagens são as principais unidades a incluir.

No que diz respeito à adaptabilidade e limpeza ambiental, os sistemas pneumáticos têm uma vantagem. A sua utilização de ar comprimido limpo e seco aumenta ainda mais a qualidade. Não há contaminação devido a fugas, o que permite a utilização em indústrias que exigem uma limpeza muito elevada, como a indústria alimentar, farmacêutica e eletrónica. As peças pneumáticas também são menos susceptíveis a alterações periféricas de temperatura, mesmo em áreas de temperaturas extremas. Os sistemas hidráulicos utilizam óleo para o seu sistema hidráulico. Este óleo também pode apresentar fugas, o que provocará contaminação, representando um risco de danos e envolvendo potencialmente materiais perigosos. Também eles devem ter um elevado grau de limpeza do óleo. O óleo é sensível às mudanças de temperatura, o que pode afetar o desempenho e aumentar a necessidade de medidas extremas adicionais, especialmente em temperaturas extremas.

A segurança é outra preocupação. A elevada pressão a que os sistemas hidráulicos funcionam apresenta maiores riscos e exige precauções de segurança mais rigorosas e o cumprimento de requisitos de segurança mecânica. Por outro lado, os sistemas hidráulicos têm boas capacidades de autobloqueio; mantêm a posição após a perda de potência. Os sistemas pneumáticos têm uma pressão de funcionamento mais baixa, o que os torna mais seguros; no entanto, perdem geralmente a capacidade de manter a posição em caso de perda de ar.

Diferenças económicas e de manutenção

No que diz respeito aos custos financeiros, os sistemas pneumáticos são muitas vezes mais baratos devido às suas peças menos dispendiosas e acessórios mais fáceis. Em comparação, os seus homólogos hidráulicos situam-se no lado mais caro devido às instalações complexas e ao equipamento dispendioso.

No entanto, os gastos de energia apresentam outro problema, uma vez que a necessidade de produzir ar comprimido aumentará estes custos para os sistemas pneumáticos, especialmente se estiverem a funcionar com uma eficiência inferior à ideal. Ironicamente, embora uma instalação hidráulica possa conservar energia em algumas aplicações, os custos contínuos das mudanças de fluido hidráulico e de filtros tornam-nos bastante negativos.

Os sistemas pneumáticos podem beneficiar de uma menor necessidade de manutenção, uma vez que uma única tarefa domina a preparação da unidade de ar. A limpeza do óleo, juntamente com a substituição dos vedantes e dos filtros, e as verificações de manutenção do desengorduramento tornam as configurações hidráulicas mais complexas. Os construtores misturam muitas vezes a resolução de problemas com a manutenção geral e o conhecimento de sistemas delicados implica a necessidade de competências especializadas.

Aqui está uma tabela de comparação concisa para actuadores hidráulicos e pneumáticos:

Caraterística	Atuador hidráulico	Atuador pneumático
Meio de trabalho	Líquido (óleo hidráulico)	Gás (ar comprimido)
Pressão de funcionamento	Elevado	Baixa
Força de saída	Alta, alta densidade de potência	Relativamente baixo
Controlo de velocidade	Preciso e estável	Difícil de controlar com precisão
Precisão/rigidez	Elevado	Baixa
Complexidade do sistema	Complexo	Simples
Limpeza ambiental	Propenso a fugas de fluidonão adequado para ambientes limpos	Limpo e amigo do ambiente, adequado para ambientes limpos
Segurança	Risco de alta pressão, normalmente com fecho automático	Segurança de baixa pressão, perde a posição em caso de perda de ar
Custo inicial	Elevado	Baixa
Manutenção	Complexo	Simples

Vantagens dos Actuadores Hidráulicos

Os actuadores hidráulicos oferecem vantagens importantes em aplicações específicas:

• Imensa saída de força: O atuador hidráulico pode produzir um impulso ou binário que supera qualquer sistema pneumático, o que o torna muito útil em aplicações pesadas, uma vez que é capaz de fornecer força bruta e impor potência.
• Elevada precisão e rigidez: Mais adequado para aplicações que necessitam de um controlo preciso da posição, da velocidade de movimento e de um elevado grau de rigidez, o que permite movimentos lineares precisos.
• Movimento suave: É possível obter um movimento muito suave e controlável, mais adequado para utilização num movimento em que seja necessária uma força contínua uniforme.
• Controlo de bloqueio automático: Mantém a sua posição em segurança mesmo que a energia ou a pressão sejam removidas, o que aumenta a segurança.

Vantagens dos Actuadores Pneumáticos

Os actuadores pneumáticos têm vantagens únicas em muitos campos da automação:

• Estrutura básica e preço económico: Investimento primário reduzido juntamente com despesas de instalação reduzidas e ótimo para as nossas aplicações com orçamento limitado.  
• Reação e movimentos rápidos: Capaz de arrancar/parar rapidamente e de efetuar movimentos cíclicos a alta velocidade, proporciona um retorno ainda mais rápido.  
• Não poluente e amigo do ambiente: Aplicável em áreas sensíveis à limpeza, uma vez que o meio de trabalho é isento de poluição.  
• Mais fácil de obter a proteção contra explosões: Não utiliza energia eléctrica, o que significa maior segurança em ambientes explosivos ou inflamáveis.  
• Proteção contra sobrecarga: Protege o sistema, parando automaticamente em caso de sobrecarga.

Cenários de aplicação típicos

Atuador hidráulico

Os actuadores hidráulicos são frequentemente utilizados em aplicações industriais que exigem elevados níveis de força, controlo preciso ou funcionamento em ambientes agressivos:

• Equipamento de construção: Escavadoras, gruas, bulldozers, etc., utilizam cilindros hidráulicos para levantar e escavar com força. Isto inclui equipamento de construção pesado.
• Prensas industriais e máquinas de estampagem: São utilizadas para estampagem e outros processos de formação de metal que requerem uma pressão imensa.
• Máquinas de moldagem por injeção e de fundição injetada: São utilizadas em processos de moldagem para fixação e injeção; dois processos que requerem um controlo preciso e elevados níveis de força.
• Engenharia marítima e offshore: São utilizados em sistemas de leme, bem como em guinchos de âncora e coberturas de escotilha que têm de suportar cargas pesadas e funcionar em ambientes agressivos.
• Equipamento metalúrgico: São utilizados para redução de laminação e abertura de portas de fornos, ambos em condições de alta temperatura e carga pesada.

Atuador pneumático

Os actuadores pneumáticos têm uma forte presença no mercado em circunstâncias em que existe uma elevada exigência de velocidade, automação, limpeza ou baixos custos, particularmente em equipamento de manuseamento de materiais e outras aplicações industriais:

• Linhas de produção automatizadas: Para agarrar, colocar, empurrar, fixar, selecionar, bem como outros movimentos repetitivos com uma elevada taxa de velocidade, permitindo uma grande variedade de movimentos.
• Máquinas de embalagem: Para selagem, corte, transporte, paletização de sacos de embalagem e muito mais.
• Processamento de alimentos e bebidas: A sua natureza limpa presta-se a uma ampla utilização no transporte, distribuição e embalagem de produtos alimentares.
• Produtos farmacêuticos e equipamentos médicos: Na produção e embalagem de produtos farmacêuticos e no controlo de equipamentos médicos, que requerem elevada limpeza e segurança.
• Automatização de válvulas: Para o controlo da abertura/fecho e regulação de várias válvulas industriais.

Selecionar o atuador certo para as suas necessidades

A escolha entre um atuador hidráulico e pneumático não é uma simples questão de um ser superior ao outro; depende dos requisitos específicos da aplicação. Para tal, é necessário considerar exaustivamente vários factores para tomar a decisão certa:

1. Força ou binário necessário: Este é o fator mais crítico. Avalie a força máxima e contínua necessária. Se for necessária uma força imensa, o sistema hidráulico é normalmente a única opção.
2. Velocidade de movimento e precisão de controlo: Determinar os requisitos da aplicação relativamente à velocidade de movimento e à precisão do controlo de velocidade.
3. Variação da carga: Se a carga variar frequente e significativamente e for necessário manter a estabilidade da posição ou da velocidade, os sistemas hidráulicos têm uma vantagem.
4. Ambiente de trabalho: Ter em conta a limpeza do ambiente, a temperatura, a humidade e a presença de substâncias inflamáveis/explosivas, incluindo materiais perigosos ou zonas com temperaturas extremas.
5. Orçamento de custos: Avaliar o investimento inicial e os custos de funcionamento e manutenção a longo prazo.
6. Complexidade do sistema e capacidade de manutenção: Considerar as capacidades de instalação e manutenção no local e a tolerância à complexidade do sistema.
7. Fornecimento de energia: Confirmar a disponibilidade de uma fonte de energia de alta pressão (para a bomba hidráulica) ou de uma fonte de ar comprimido no local.
8. Requisitos de segurança: Considerar quaisquer requisitos de segurança específicos da aplicação, como o bloqueio automático em caso de perda de energia ou à prova de explosão, e o cumprimento dos requisitos de segurança mecânica.

Ao avaliar estes factores de forma abrangente, pode ser tomada uma decisão mais informada relativamente à tecnologia de atuador mais adequada para uma aplicação específica durante o processo de design.

VINCER: Fornecedor fiável de soluções de válvulas acionadas

Fundada em 2010, a VINCER está focada em fornecer soluções de válvulas automatizadas e tem mais de dez anos de experiência no campo das válvulas acionadas por actuadores eléctricos e pneumáticos. Temos um profundo conhecimento das necessidades específicas de indústrias como dessalinização, processamento de alimentos e mineração, e estamos comprometidos em fornecer serviços de válvulas automatizadas de alta qualidade e completos. A principal vantagem da VINCER reside no fornecimento de soluções de válvulas automatizadas económicas. Em comparação com as marcas internacionais, temos vantagens significativas em termos de preço, garantindo a qualidade e o desempenho do produto, ajudando os clientes a reduzir os custos de aquisição.

Oferecemos uma vasta gama de produtos, incluindo válvulas de esfera eléctricas e pneumáticas, válvulas de borboleta, válvulas de controlo, válvulas solenóides, etc., e temos fortes capacidades de personalização. Podemos fornecer soluções altamente adaptadas com base nas necessidades do cliente em termos de funções, materiais (cerca de 50 opções), normas e tamanhos.

A VINCER tem uma equipa profissional de engenheiros que podem analisar detalhadamente as necessidades dos clientes em oito dimensões: análise do meio, método de controlo, análise da temperatura, requisitos de material, análise da pressão do meio, tempo de abertura e fecho do meio, determinação da norma de ligação, posição e espaço de instalação, fornecer uma seleção profissional e precisa e conceção de soluções, e fornecer serviços de aquisição completos. Controlamos rigorosamente a qualidade, e os nossos produtos passaram as certificações CE, RoHS, SIL, FDA e outras. A empresa passou a certificação ISO9001 para garantir a fiabilidade do produto.

Somos conhecidos pela nossa resposta rápida e serviço de qualidade, e temos a capacidade de lidar com pedidos de emergência personalizados. Ao escolher a VINCER, obterá uma solução rentável e profissional, produtos fiáveis e um parceiro de válvulas de automatização de resposta rápida.

Tendências futuras na tecnologia de actuadores

A tecnologia dos actuadores está em constante evolução para satisfazer a crescente procura de inteligência, eficiência e sustentabilidade por parte da indústria. As tendências futuras incluem a integração de mais sensores e funções de comunicação para obter um controlo e monitorização de estado mais inteligentes, melhorando simultaneamente a eficiência global do sistema para reduzir os custos operacionais e maximizar a eficiência. Também promoverá a integração e modularização de actuadores com outros componentes para simplificar a estrutura do sistema. À medida que a tecnologia avança, os actuadores eléctricos serão mais amplamente utilizados devido às suas vantagens de precisão e controlabilidade. Além disso, a indústria também está a prestar cada vez mais atenção à utilização de materiais e processos amigos do ambiente para reduzir a fuga de fluidos e o risco de danos. Todas estas tendências promoverão conjuntamente o desenvolvimento da tecnologia de actuadores e trarão novas possibilidades para futuras aplicações industriais.

Conclusão

Duas tecnologias críticas no domínio industrial são os actuadores hidráulicos e pneumáticos, cada um com vantagens e esferas de aplicação peculiares. Devido à sua elevada precisão e força poderosa, os sistemas hidráulicos são essenciais nos domínios do controlo de cargas pesadas e de precisão. Os sistemas pneumáticos, por outro lado, são predominantemente utilizados em linhas de produção automatizadas devido à sua simplicidade, velocidade e funcionamento limpo. A seleção adequada baseia-se na análise das necessidades da aplicação e em considerações de peso.

A VINCER, como fornecedor de válvulas acionadas, aplica os princípios de eficiência de custos, vasta gama de ofertas de produtos, forte personalização e serviço profissional para garantir soluções de válvulas fiáveis para os clientes, optimizando assim os sistemas de controlo de fluidos para uma maior eficiência e eficácia operacional. Os actuadores irão certamente evoluir com o avanço da tecnologia, tornando-se cada vez mais inteligentes e mais eficientes e amigos do ambiente, tendo assim um maior impacto na automação industrial no futuro, provando ser alguns dos mais versáteis cavalos de batalha da indústria moderna.