Automazione industriale, diverse tipologie di attuatori per diversi ambiti di applicazione
In ambito industriale, sono numerose le tipologie di attuatori che possono essere utilizzati a seconda degli ambiti di applicazione a cui essi sono destinati. Si spazia, così, dagli attuatori elettrici a quelli pneumatici, passando per i modelli idraulici. Ma di che cosa si parla, esattamente, quando si fa riferimento a un attuatore?
Cosa è un attuatore: una prima definizione
In ingegneria, questo elemento viene impiegato allo scopo di trasformare in movimento un segnale di input, che in genere è elettrico. Gli attuatori piezoelettrici, i polimeri elettroattivi, i relé, i pistoni idraulici e i motori elettrici sono tutti esempi di attuatori. I motori, in particolare, vengono adoperati specialmente quando si ha la necessità di un movimento circolare, ma ciò non toglie che vi si possa ricorrere anche per applicazioni lineari. Un trasduttore a vite senza fine, infatti, è sufficiente per convertire in movimento lineare uno circolare. Gli attuatori piezoelettrici, invece, non possono che essere lineari.
Quali tipologie di attuatori
Specialmente nel settore dell’automazione civile e in quello dell’automazione industriale trova spazio l’attuatore elettrico, che si basa su un principio di funzionamento non troppo complesso: esso, infatti, consente il comando di un relé per mezzo di un input, che di norma è elettrico. Gli attuatori elettrici possono essere gestiti, a seconda dei casi e delle necessità, in configurazione multipla o in configurazione singola. In questo secondo caso ciascun attuatore viene governato con il tramite di un protocollo BUS, il quale presuppone che i vari componenti dell’impianto siano fisicamente collegati gli uni con gli altri. Non ci sono connessioni fisiche, invece, con una configurazione wifi, dal momento che si ha a che fare – come si può intuire – con una gestione senza fili, tale da consentire una notevole flessibilità dell’impianto.
Gli attuatori più diffusi sono, in ogni caso, quelli elettromagnetici, soprattutto in virtù dei molteplici benefici che mettono a disposizione. Uno degli aspetti più positivi è rappresentato dalla rapidità della loro risposta, ma occorre mettere in evidenza anche l’impedenza di ingresso ridotta. E non è tutto, perché questi attuatori consentono anche il controllo della velocità e della forza, tanto in tensione quanto in corrente. Il loro assemblaggio risulta rapido e semplice, e il rumore è basso: insomma, tanti vantaggi per numerose applicazioni. La forza di Lorentz è il principio di partenza che governa il loro funzionamento, tenendo presente che il numero di spire che compongono l’avvolgimento influenza l’intensità del campo magnetico che viene prodotto, così come la corrente circolante. Quest’ultima, infatti, diminuisce con l’aumentare del numero di spire, a causa delle dimensioni contenute dei cavi elettrici (ovviamente ipotizzando un livello di tensione sempre uguale).
Nel novero delle diverse tipologie di attuatori che sono adottati in ambito industriale ci sono, poi, quelli elettrostatici: in tale circostanza si parla più propriamente di microattuatori. Essi permettono di raggiungere velocità di rotazione molto alte e sono realizzati su wafer di silicio. La varietà di applicazioni possibili è molto ampia, e spazia dalle valvole agli interruttori elettromeccanici, passando per gli attuatori per il controllo di flusso. Ma non è tutto, perché vale la pena di menzionare anche i display, gli interruttori ottici e i relè.
Un attuatore elettrostatico è composto da due piatti piani paralleli che operano sfruttando il principio della forza di Coulomb. In pratica, si è in presenza di forze che stabiliscono un’attrazione tra due corpi che sono caratterizzati da cariche opposte: dopo che tra i piatti si è verificato uno spostamento relativo, gli stessi vengono riallineati.
Gli attuatori idraulici fanno parte di un’altra categoria: essi, infatti, a parità di volume sono in grado di dare origine a una forza più elevata. In base agli ambiti di applicazione, è possibile scegliere tra gli attuatori a turbina, quelli a camera elastica e quelli a pistone. Questi ultimi, tuttavia, si caratterizzano per un lieve difetto, dal momento che introducono attriti e, in più, hanno bisogno di essere sigillati.
Non ci sono problemi generati dagli attriti, invece, se si fa ricorso agli attuatori elastici, i quali sono costituiti da un tubo con la forma di un cilindro che accoglie, al proprio interno, tra camere parallele. La pressione di ognuna di queste camere viene monitorata in modo indipendente; il tubo si incurva in direzione della camera con la pressione più bassa nel caso in cui vi sia, appunto, una differenza di pressione tra le camere. L’efficienza ridotta è, invece, il potenziale punto debole degli attuatori a microturbine: anche in questo caso c’è da tenere conto degli attriti, anche se va detto che si tratta di elementi piuttosto semplici da costruire.
Infine, vale la pena di sapere che anche la microelettronica fa parte dei settori industriali in cui trovano un largo impiego gli attuatori: i microattuatori idraulici, quelli elettromagnetici e quelli elettrostatici vengono definiti attuatori MEMS. Questa sigla è, appunto, l’acronimo di Micro Electro Mechanycal Systems: corrisponde, in sostanza, alla nanotecnologia, cioè la cosiddetta (e rivoluzionaria) tecnologia del microscopico, che include oggetti la cui dimensione media oscilla intorno al micrometro.
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