Conheça os tipos de atuadores em IoT

Nov 25, 2023

Getty Images/iStockphoto

Os atuadores, que antecedem a era digital, são componentes de hardware no centro de muitas implantações de IoT. No nível mais básico, um atuador é um dispositivo que converte energia em movimento.

"São apenas maneiras de transformar uma forma de energia em ação ou movimento", disse Shawn Chandler, membro sênior do IEEE e diretor de energia, sustentabilidade e infraestrutura da consultoria Guidehouse.

Para que os engenheiros construam produtos eficazes e funcionais, eles devem saber como funciona o hardware do atuador, bem como as fontes de energia e os requisitos de manutenção de cada tipo. Com esse conhecimento, eles podem garantir que não haja surpresas no desenvolvimento de hardware durante todo o fluxo de trabalho e fabricação do projeto do produto.

Na IoT, os atuadores permitem uma ação física baseada em dados que se originam de um ou mais sensores.

A conversão dos dados do sensor em atividade segue esta sequência:

Por exemplo, uma implantação de IoT que regula uma unidade de refrigeração possui sensores para ler a temperatura. Os sensores enviam os dados de temperatura para o sistema de controle conforme programado. O sistema de controle compara essas leituras de temperatura com a faixa de temperatura desejada programada. Se a temperatura sair dessa faixa pré-programada, o sistema de controle enviará um sinal a um atuador para ligar ou desligar a refrigeração.

Em muitas implantações de IoT, o sensor, o controlador e o atuador são componentes fisicamente diferentes que se comunicam por meio de redes de comunicação com ou sem fio e um protocolo de internet. Em outras compilações, um único dispositivo físico abriga todos os três componentes. Uma válvula inteligente, por exemplo, geralmente contém um sensor, controlador e atuador.

Algumas implantações de IoT se concentram nos próprios atuadores. Nesses casos de uso, os sensores monitoram o desempenho do atuador, disse Preston Johnson, gerente sênior de soluções para integridade e confiabilidade de ativos na borda inteligente do integrador especialista em domínio CBT.

"No velho mundo, você teria que ter alguém para inspecionar os atuadores", disse Johnson. "Mas, com o advento da IoT, não precisamos enviar inspetores. Podemos obter relatórios sobre o desempenho dos atuadores ou se eles precisam de mitigação."

Sensores podem monitorar, por exemplo, a velocidade com que os atuadores abrem e fecham válvulas em tubulações, com controladores que analisam as medições para garantir o bom funcionamento dos atuadores e enviar um alerta quando houver mau funcionamento.

No caso da válvula inteligente que contém o sensor, o controlador e o atuador em uma parte, o dispositivo pode ter um protocolo de comunicação para enviar dados a um servidor central que analisa o desempenho da válvula, disse Johnson.

Para executar o movimento, o atuador requer energia. Os principais tipos de fontes de energia são os seguintes:

Cada tipo vem com vantagens e desvantagens potenciais.

Atuadores elétricos, uma opção comum para dispositivos IoT, convertem energia em torque mecânico. A energia elétrica é menos ruidosa em operação do que outros tipos de atuadores. Esses atuadores não requerem fluido para funcionar. Além disso, os atuadores elétricos oferecem posicionamento de precisão de alto controle devido à programação. Mas esses atuadores podem ser caros. Eles também podem não ser adequados para ambientes operacionais extremos encontrados em alguns casos de uso de fabricação, aeroespacial e militar.

Os atuadores hidráulicos podem exercer uma grande quantidade de força e se mover em alta velocidade. Essas características são adequadas para uso em equipamentos de construção e fabricação. Mas eles têm altos requisitos de manutenção. Por exemplo, eles podem precisar de mitigação de ruído e vazamentos de fluido podem reduzir seu desempenho.

Os atuadores pneumáticos, que usam ar comprimido ou gás para energia, têm requisitos de manutenção mais baixos e uma vida útil mais longa do que outros tipos de atuadores. Eles são duráveis ​​e capazes de trabalhar em temperaturas extremas. Esta categoria também pode iniciar e parar o movimento rapidamente. Mas eles ainda requerem alguma manutenção. Por exemplo, eles exigem um suprimento de ar constante e sua eficiência é afetada por mudanças na pressão do ar e do gás.