Válvulas automatizadas precisam de atuadores para operar. Uma vez que suas tecnologias são tão diferentes, a escolha entre um atuador pneumático ou elétrico para um sistema de processo pode parecer confuso. Vamos discutir as diferenças entre o atuador rotativo elétrico e pneumático para atuação de uma válvula de processo.
Os atuadores rotativos são utilizados para atuar válvulas de ¼ de volta (90 graus), como as válvulas borboleta ou válvulas de esfera.
Atuadores rotativos elétricos são conhecidos por seus altos níveis de precisão, controle e eficiência energética. Normalmente, eles são usados para ligar/desligar ou modular a posição da válvula. O atuador elétrico, em caso de falha, mantém sua última posição após a perda de energia.
Os atuadores rotativos pneumáticos são geralmente mais baratos, têm menos peças móveis e, portanto, tem manutenção mais simples. Atuadores pneumáticos são comumente usados quando as condições de segurança de retorno da mola são necessárias. Para aplicações que precisam que a válvula feche em caso de falhas, os atuadores pneumáticos são mais baratos do que atuadores elétricos, que exigem backup da bateria para funcionalidade de segurança contra falhas.
Cada tecnologia tem suas vantagens e desvantagens e os critérios abaixo devem ser considerados para garantir que o melhor atuador para a aplicação seja especificado.
1. Fonte de energia
Um dos fatores mais importantes para determinação do atuador certo para sua aplicação é a disponibilidade de energia para acionar os atuadores. Os atuadores pneumáticos precisam de disponibilidade de ar comprimido e os atuadores elétricos precisam de uma fonte de energia elétrica.
Os atuadores pneumáticos são normalmente atuados com pressões de ar comprimido entre 5 e 8 bar. Pressões mais baixa vão exigir tamanhos maiores de atuadores para comandar a válvula.
Os atuadores elétricos normalmente são alimentados por 24VDC ou 220VAC, porém outras opções de voltagem também estão disponíveis.
Em alguns casos em que o ar comprimido não é disponível, a melhor opção será o atuador rotativo elétrico.
2. Função
Controle de válvulas liga/desliga (on/off)
Tanto os atuadores elétricos quanto os pneumáticos podem ser usados em aplicações on/off e normalmente operam em uma rotação de 90 graus, comumente referenciada como operação de ¼ de volta.
Controle de abertura proporcional ou modular
Os atuadores elétricos e pneumáticos podem fornecer controle proporcional onde a % de abertura da válvula pode ser controlada. Isso é feito de uma maneira diferente para cada um.
Para um atuador pneumático é necessário a utilização de um posicionador, colocado acima do atuador, controlando a pressão de ar que entra no atuador.
Existem tipos de posicionadores pneumáticos e eletropneumáticos disponíveis. Os posicionadores pneumáticos são controlados usando um sinal de controle pneumático de 3-15 psi, e os posicionadores eletropneumáticos usam um sinal elétrico de 0 a 10V ou 4-20mA.
Atuadores elétricos para controle proporcional (ou modulação de controle) estão disponíveis usando os mesmos sinais de controle (0 a 10V ou 4-20mA). Estes atuadores usam circuitos de computador para ler o sinal de controle, receber feedback da haste da válvula, que por sua vez leva o atuador para a posição desejada.
Ambos os tipos podem fornecer um sinal de retorno indicando sua posição (feedback), se especificado.
Os tempos de operação em atuadores elétricos normalmente são mais lentos do que em atuadores pneumáticos. Isso é verdade tanto para os liga/desliga, quanto para os atuadores proporcionais. Porém, os atuadores elétricos normalmente têm um controle mais preciso da posição de abertura da válvula de processo.
3. Fluido
Ao trabalhar com fluidos inflamáveis, atuadores pneumáticos têm a vantagem da segurança. Uma vez que os atuadores pneumáticos não têm componentes elétricos, eles não são suscetíveis a qualquer faísca, arco ou curto-circuito, portanto, eles podem ser usados em áreas perigosas (explosivas).
4. Área de utilização
Ambientes explosivos
Atuadores pneumáticos são inerentemente à prova de explosão e são uma boa escolha em áreas potencialmente perigosas. No entanto, qualquer componente elétrico, como válvulas solenoides, sensores e posicionadores devem ser classificados para uso nessas áreas perigosas.
Temperatura ambiente / Condições Ambientais
Os atuadores elétricos normalmente podem ser utilizados em temperaturas ambientes entre -40 e 65°C sem problemas. Já os atuadores pneumáticos podem atuador com uma faixa de temperatura maior, porém é muito importante considerar a consequência de temperaturas do ar comprimido, que podem causar condensação de água no ar comprimido, inclusive congelando, que pode afetar seu funcionamento. Por outro lado, o atuador elétrico pode sofrer em ambientes de alta humidade, que podem (mais facilmente) causar danos aos componentes internos elétricos do atuador.
Calor Extremo: quando o superaquecimento é uma preocupação, os atuadores pneumáticos têm uma vantagem sobre os atuadores elétricos, que podem superaquecer se colocados em ambientes quentes.
Frio Extremo: nos atuadores pneumáticos, o ar comprimido que está sendo utilizado deve ser seco, ou as linhas de ar isoladas, a fim de evitar a formação e congelamento da condensação, o que tornaria o atuador inoperável.
5. Posição de falha após perda de energia
Todos os atuadores têm uma posição de falha. Esta é a posição que o atuador assumirá no caso de perda de energia, seja ar comprimido ou eletricidade. Existem três diferentes posições de falha: aberto, fechado ou última posição.
Os atuadores pneumáticos de retorno da mola se moverão para a posição de falha após a perda de ar de abastecimento. Isso pode ser aberto ou fechado, e é especificado no momento da compra.
Os atuadores pneumáticos de dupla ação simplesmente permanecerão em sua última posição, ou posição atual.
Atuadores elétricos são em sua grande maioria disponíveis para o modo de falha em última posição, significando que em caso de perda de energia elétrica, o atuador mantém sua posição atual. No entanto, existem opções com baterias de energia para alterar a posição no caso de falha.
6. Desempenho
Ao decidir entre atuadores pneumáticos ou elétricos, características chave de desempenho como velocidade, torque, ciclo de serviço e vida-útil também devem ser considerados.
Velocidade
Os atuadores pneumáticos proporcionam tempos de atuação mais rápidos em geral quando comparados com atuadores elétricos de tamanho semelhante. A velocidade de atuação do atuador pneumático pode ser controlada usando válvulas reguladores de fluxo na linha de ar de alimentação. Atuadores elétricos exigirão um módulo de controle de velocidade.
Torque
Para especificar um atuador rotativo para válvulas, um dos fatores mais importantes é determinar o torque necessário para acionar a válvula específica. Caso tenha uma válvula e não saiba o torque requerido, entrem em contato e podemos ajudar.
Em geral, os atuadores pneumáticos fornecem mais torque quando comparados a um atuador elétrico de tamanho e peso similares.
Ciclagem
Ciclagem (ou ciclo de trabalho) do atuador é o período que o atuador está acionado versus o tempo em repouso. Um componente que está sendo atuado sem parar tem uma ciclagem de 100%. A maioria dos atuadores elétricos tem ciclos de serviço inferiores a 100% e só podem operar intermitentemente sem superaquecimento. Por exemplo: Se o atuador tiver um ciclo de serviço de 25%, para cada 1 minuto de operação, 3 minutos de não operação são necessários. Em geral, os atuadores pneumáticos podem operar continuamente (100% de ciclagem). Em alguns casos, porém, o ciclo de trabalho muito alto pode gerar aquecimento por atrito.
Vida útil
Vida útil é o número de ciclos que o atuador pode executar antes de exigir reparo ou substituição. Atuadores pneumáticos normalmente têm um ciclo de vida de 1 milhão de ciclos. Em contraste, os atuadores elétricos têm uma vida útil de ciclo mais curta, tipicamente de 10.000 a 15.000 atuações.
7. Custo
Os custos a serem considerados não devem ser o custo de aquisição (compra do atuador), mas os custos de operação, manutenção, controle e todos aspectos relacionados.
Entre em contato com a MTi para ajudarmos a escolher o melhor atuador rotativo para sua aplicação.
Veja o vídeo onde mostramos as diferenças dos atuadores pneumáticos e elétricos
