03/02/2020
Embora o preço inicial dos atuadores eletromecânicos tenda a ser mais alto do que os cilindros hidráulicos, sua popularidade está crescendo devido à eficiência energética, tempo de atividade aumentado, manutenção simplificada e outros fatores-chave.
Fig.1 Atuadores eletromecânicos CASM da Ewellix USA (anteriormente SKF Motion Technologies).
Os atuadores hidráulicos têm sido a escolha ideal para engenheiros que procuram produzir grandes forças ou mover cargas pesadas. Hoje, no entanto, um número crescente de engenheiros está escolhendo atuadores eletromecânicos sobre seus contrapontos hidráulicos.
Uma das principais razões para esse comutador é que os atuadores eletromecânicos tendem a ser menores e mais leves, pois não precisam de bombas, acumuladores, tanques de óleo e tubulações. Em vez disso, eles usam um parafuso de esfera ou rolo de precisão para criar força, consumindo energia de um motor elétrico conectado. Isso também facilita a integração de atuadores eletromecânicos no sistema de controle eletrônico de uma máquina. Outro benefício para os atuadores eletromecânicos é que, devido ao seu design, eles tendem a ser mais silenciosos que os atuadores hidráulicos.
Os sistemas eletromecânicos também podem operar em uma faixa mais ampla de velocidade e potência do que os equipamentos hidráulicos e oferecer um nível mais alto de precisão posicional, diz Tarek Bugaighis, presidente da Ewellix USA (anteriormente SKF Motion Technologies), fornecedora de atuadores, pilares, esferas e parafusos de rolos e guias e sistemas lineares. "Eles também trabalham de forma mais consistente", acrescenta. “A viscosidade dos óleos hidráulicos pode mudar com o tempo e a temperatura, afetando o desempenho da máquina. Os sistemas eletromecânicos continuam trabalhando com tolerâncias precisas e, como suas partes móveis são baseadas em uma tecnologia de rolamentos de elementos rolantes bem conhecida, é possível prever a vida útil de suas operações sob um determinado conjunto de condições operacionais ".
Apesar das vantagens aparentes de engenharia da atuação eletromecânica, Bugaighis observa que um fator importante que afeta o uso mais amplo da tecnologia tem sido seu fator de custo inicial. "Em uma base por atuador, o preço inicial de compra de máquinas elétricas é certamente mais alto do que as contrapartes hidráulicas", disse ele. “Porém, quando visto de uma perspectiva de custo total, esse argumento raramente domina. Durante todo o ciclo de vida de uma máquina, os atuadores eletromecânicos oferecem fontes de economia que superam em muito o custo inicial mais alto. ”
Bugaighis aponta seis fatores como os principais motivos pelos quais os sistemas eletromecânicos tendem a ser mais baratos a longo prazo:
- Eficiência energética. Os sistemas hidráulicos têm múltiplas fontes de perda de energia desde a conversão inicial de energia elétrica em movimento para acionar a bomba hidráulica, perdas dentro da própria bomba, atrito de fluido nos tubos de transmissão e perdas adicionais no atuador. “No geral, é provável que um sistema hidráulico entregue apenas cerca de 44% de sua potência de entrada na carga”, diz Bugaighis. “Os sistemas eletromecânicos, por outro lado, perdem energia apenas devido aos limites de eficiência do motor e via atrito nos componentes da caixa de engrenagens e do atuador. Um atuador eletromecânico normalmente transfere 80% de sua energia de entrada para a carga. Além disso, embora as bombas hidráulicas devam funcionar continuamente na maioria das aplicações para garantir uma resposta adequada da máquina, o consumo de energia dos atuadores eletromecânicos é zero quando não estão sendo usados.
- Calor reduzido. A energia perdida nas máquinas hidráulicas é convertida em calor. Em aplicações de precisão, como máquinas de moldagem de plástico, esse calor deve ser removido usando chillers, aumentando ainda mais a demanda geral de energia, diz Bugaighis. Devido à sua maior eficiência, as máquinas acionadas eletricamente requerem apenas cerca de 35% da energia de resfriamento de um equivalente hidráulico.
- Tempos de ciclo mais curtos. A velocidade mais alta e a controlabilidade aprimorada dos atuadores eletromecânicos podem permitir que as máquinas funcionem mais rapidamente, aumentando a produção, de acordo com Bugaighis. “Veja a soldagem por pontos robótica na indústria automotiva, por exemplo. Quando um fabricante de automóveis japonês mudou para pinças de soldagem eletromecânicas, essa alteração, juntamente com a velocidade mais alta dos novos atuadores, permitiu um aumento no rendimento de 10%, equivalente a mais de 100 invólucros da carroceria do veículo todos os dias ”, diz ele.
- Melhor uso do material. Maior precisão e consistência significam que as máquinas acionadas eletricamente tendem a oferecer o dobro da repetibilidade das alternativas hidráulicas, reduzindo assim a sucata. “Mesmo em aplicações que produzem componentes de baixa precisão, as economias com redução de sucata e melhorias na qualidade podem superar o custo adicional do atuador em dois anos ou menos”, diz Bugaighis.
- Maior tempo de atividade. Os dispositivos hidráulicos contam com uma rede de válvulas, mangueiras, filtros e vedações - uma falha em qualquer parte do sistema provavelmente interromperá toda a máquina até que o problema possa ser identificado e reparado. As máquinas elétricas têm menos peças desgastadas e todas localizadas dentro do mecanismo e da caixa de engrenagens dos parafusos de esferas ou rolos. Um problema com um atuador elétrico geralmente pode ser solucionado trocando rapidamente o dispositivo afetado.
- Manutenção simplificada. Ter menos despesas recorrentes, como a necessidade de comprar óleo, filtros ou vedações para sistemas hidráulicos, significa que as máquinas com sistemas eletromecânicos não precisam parar por muito tempo para substituir peças.
"Juntos, esses benefícios resultam em economia de várias dezenas de milhares de dólares por ano para uma máquina de produção típica", diz Bugaighis. "Pouco menos da metade dessas economias vem de outras áreas que não o uso de energia".
