A segurança dos atuadores elétricos é um pilar para a confiabilidade de sistemas automatizados, sobretudo em processos que dependem de movimentos precisos para o controle de válvulas e outros mecanismos sob diferentes cargas e ambientes.
À medida que a automação industrial evoluiu, os atuadores passaram a incorporar limites de torque, sensores integrados, eletrônica de supervisão, registradores de dados (data logger) e rotinas de desligamento automático, reduzindo falhas e sobrecargas e mantendo a operação dentro de parâmetros seguros definidos por normas como a série IEC 60534 (válvulas de controle) e requisitos de segurança funcional
Este artigo tem como objetivo principal abordar como os atuadores elétricos operam, quais tecnologias e funções internas sustentam sua segurança, e como integrá-los corretamente à automação e às normas; não trata de seleção e dimensionamento detalhados do atuador para cada aplicação, confira.
Como os atuadores elétricos operam e onde surgem os principais riscos?
Atuadores elétricos convertem energia elétrica em movimento rotacional ou linear para manobrar válvulas e mecanismos por meio de motor, engrenagens, eletrônica de controle e sensores de posição e de fim de curso; falhas em qualquer subsistema podem comprometer desempenho e segurança. Em aplicações industriais, os riscos surgem quando a carga excede a capacidade nominal do atuador, quando sinais de comando são errôneos ou conflitantes, e quando fatores ambientais degradam a isolação elétrica, partes mecânicas e a precisão do movimento. Fabricantes de atuadores “inteligentes” documentam essas vulnerabilidades e oferecem diagnósticos contínuos para mitigá-las.
Riscos operacionais mais comuns
Entre os riscos mais recorrentes estão o torque excessivo, o torque excedente força componentes além dos limites de projeto, causa travamentos e pode danificar a válvula; sobrecorrentes (overcurrent) e quedas de tensão também afetam a resposta do sistema e introduzem instabilidades. Motores incorporados aos atuadores precisam de proteção térmica conforme a IEC 60034‑11, que trata de protetores e detectores térmicos nos enrolamentos e estabelece limites de temperatura e métodos de ensaio para evitar dano permanente por sobreaquecimento, inclusive em sobrecargas de variação rápida.
Em termos práticos, os atuadores aplicam desligamento térmico (thermal trip) via termostatos, termistores PTC ou lógica eletrônica do inversor/driver para interromper a alimentação quando o aquecimento excede limites seguros, além de estratégias de “impedance protection” para limitar corrente em rotor travado nos motores menores.
Impacto de instalações inadequadas
Instalações inadequadas podem gerar uma série de problemas que comprometem o desempenho e a vida útil dos atuadores. No aspecto mecânico, erros de alinhamento entre atuador e válvula são frequentes e causam esforços adicionais no eixo, levando ao desgaste prematuro. A fixação insuficiente do conjunto provoca vibrações e perda de rigidez, enquanto tubulações mal posicionadas próximas à válvula aumentam a turbulência e o ruído. Além disso, o dimensionamento incorreto do atuador pode resultar em falta de torque ou força, tornando a operação insegura. Esses problemas mecânicos impactam diretamente a estabilidade do controle, elevam o nível de ruído, aceleram danos internos como desgaste do eixo e reduzem significativamente a vida útil do equipamento, podendo até ocasionar falhas críticas.
No que se refere à instalação elétrica, conexões inadequadas ou inversão de terminais comprometem a proteção contra explosão e a confiabilidade do sistema. A ausência de vedação nas entradas de cabos permite a entrada de umidade e poeira, enquanto a falta de conformidade com normas de proteção IP ou NEMA expõe componentes a riscos ambientais. Instalar atuadores em áreas classificadas sem dispositivos adequados aumenta o risco de ignição. Esses fatores podem causar falhas intermitentes ou permanentes, corrosão, curtos-circuitos e superaquecimento, resultando em perda de confiabilidade e paradas não programadas.
Por fim, as condições ambientais do local de instalação também exercem grande influência. A exposição direta ao sol eleva a temperatura interna do alojamento, afetando a eletrônica sensível. Ambientes com poeira, umidade ou agentes corrosivos aceleram a degradação dos componentes, enquanto variações extremas de temperatura comprometem o desempenho de atuadores pneumáticos ou elétricos. A falta de proteção contra intempéries, como chuva ou jatos d’água, aumenta o risco de infiltração e falhas. Esses fatores ambientais podem levar ao superaquecimento, bloqueios mecânicos, curtos elétricos e necessidade de manutenção frequente, elevando custos e reduzindo a confiabilidade do sistema.
Mecanismos internos de proteção dos atuadores elétricos
Atuadores modernos combinam sensores, eletrônica de supervisão e algoritmos para proteger nos níveis mecânico, elétrico e lógico. Entre as soluções, destacam‑se limitadores mecânicos de torque (friction clutch, shear‑pin e detent/roller), que reagem em milissegundos a sobrecargas por colisões ou travamento, e proteções elétricas por corrente/temperatura configuráveis no controlador. O objetivo é identificar anomalias em tempo real, atuar antes que se convertam em avarias e registrar tendências para manutenção preditiva.
Limitadores de torque e proteção contra sobrecarga
Os limitadores de torque, mecânicos ou eletrônicos, interrompem ou reduzem o esforço transmitido quando o valor ajustado é excedido, protegendo engrenagens, eixos e válvulas sob variação frequente de carga. Em atuadores lineares, fins de curso e detecção de sobrecorrente complementam a proteção, definindo paradas seguras no fim de curso e frente a obstáculos. A literatura técnica compara as abordagens e destaca que a escolha entre fim de curso e sobrecorrente depende do ciclo, da inércia e da precisão exigida pela aplicação.
Sensores e sistemas de monitoramento integrados
Sensores de posição, fim de curso, corrente e temperatura fornecem leituras contínuas e habilitam alarmes e bloqueios no controlador lógico programável (PLC). Em atuadores “inteligentes”, registradores de dados (data logger) capturam torque, temperatura, vibração e eventos, permitindo análise de tendência, perfis de torque da válvula e manutenção preditiva, inclusive extração de dados para softwares de gestão de ativos.
Função de desligamento automático
Recursos de desligamento térmico (thermal trip) e proteção contra sobrecorrente (overcurrent) interrompem a alimentação ao ultrapassar limites seguros, evitando danos ao motor e à eletrônica; ajustes devem considerar o equilíbrio entre segurança e continuidade, de acordo com a IEC 60034‑11 e práticas de proteção de motores industriais.
Segurança física e elétrica: grau de proteção e construção do atuador
A segurança física e elétrica dos atuadores exige atenção especial desde a fase de seleção até a instalação. É fundamental garantir a integridade mecânica do equipamento, escolhendo materiais adequados para resistir às condições do processo e do ambiente. A pintura deve oferecer proteção contra corrosão e intempéries, enquanto o grau de proteção do alojamento precisa ser compatível com o nível de exposição à poeira, umidade e jatos d’água, conforme normas IP ou NEMA. Além disso, os prensa-cabos devem ser selecionados com base no tipo de cabo, no material e na vedação necessária para impedir a entrada de contaminantes, assegurando robustez e durabilidade do conjunto. Esses cuidados são essenciais para evitar falhas estruturais, infiltrações e degradação prematura dos componentes.
Atuadores instalados em áreas classificadas
Quando os atuadores são instalados em áreas classificadas, os requisitos tornam-se ainda mais rigorosos. Além da integridade mecânica, é indispensável que todos os componentes possuam certificação adequada para atmosferas explosivas, conforme normas internacionais aplicáveis. A seleção correta dos prensa-cabos deve considerar não apenas a vedação, mas também a compatibilidade com dispositivos à prova de explosão, garantindo que não haja pontos vulneráveis para ignição. O encapsulamento dos cabos e a utilização de conduítes ou sistemas de proteção adicionais são práticas recomendadas para manter a segurança elétrica em ambientes críticos. É importante destacar que abrir compartimentos energizados em áreas classificadas representa um risco severo de explosão, podendo causar danos graves à instalação e às pessoas. Por isso, qualquer intervenção deve ser realizada apenas após a completa desenergização e seguindo procedimentos específicos para atmosferas perigosas.
Controles externos e integração com sistemas de automação
A integração de um novo atuador a sistemas de automação existentes exige atenção especial para garantir compatibilidade e desempenho adequado. Um dos primeiros pontos a considerar são os protocolos de comunicação utilizados pelo sistema legado, que podem ser dedicados ou proprietários. É essencial verificar se o novo equipamento suporta esses protocolos ou se há necessidade de gateways ou conversores, evitando falhas na troca de dados e perda de funcionalidades críticas. Outro aspecto importante é o ajuste do tempo de resposta: novos atuadores podem apresentar tempos de trânsito diferentes após o acionamento em relação ao que está configurado no PLC. Essa discrepância pode comprometer a qualidade do controle, gerar desvios no processo e até causar alarmes falsos. Recomenda-se revisar as parametrizações e, se necessário, ajustar os tempos no controlador para manter a precisão operacional.
Além disso, é fundamental garantir que as funções de intertravamento e parada segura estejam corretamente implementadas. O intertravamento consiste em impedir movimentos ou operações que possam causar riscos ao processo ou à segurança, enquanto a parada segura assegura que, em caso de falha ou emergência, o atuador e a válvula atinjam uma posição segura definida pelo projeto. Essa função é essencial para sistemas SIL (Safety Integrity Level) e SIS (Safety Instrumented System), pois contribui para reduzir riscos e proteger pessoas, equipamentos e o meio ambiente. Negligenciar esses cuidados pode comprometer a integridade funcional do sistema e aumentar significativamente a probabilidade de incidentes.
Boas práticas de instalação para garantir segurança em atuadores elétricos
A instalação correta de atuadores elétricos é essencial para garantir desempenho, segurança e longevidade do equipamento. Para evitar os problemas comuns apontados anteriormente, algumas boas práticas devem ser seguidas.
No aspecto mecânico, é fundamental assegurar o alinhamento preciso entre atuador e válvula, utilizando ferramentas adequadas e seguindo as tolerâncias recomendadas pelo fabricante. A fixação deve ser firme, com torque controlado nos parafusos, evitando vibrações e instabilidade. As tubulações próximas à válvula devem ser posicionadas de forma a reduzir esforços mecânicos e turbulência, mantendo distâncias mínimas e suportes adequados. Além disso, o atuador deve ser corretamente dimensionado para fornecer o torque necessário, garantindo operação segura sem sobrecarga.
Quanto à parte elétrica, todas as conexões devem ser realizadas conforme as normas aplicáveis, respeitando a polaridade e especificações do fabricante. É indispensável utilizar prensa-cabos adequados ao tipo de cabo e ao grau de proteção exigido, assegurando vedação contra poeira e umidade. Em áreas classificadas, devem ser empregados componentes certificados e sistemas de encapsulamento para evitar riscos de ignição. Antes da energização, recomenda-se verificar a continuidade, isolamento e integridade das vedações, garantindo que não haja pontos vulneráveis.
Por fim, as condições ambientais devem ser cuidadosamente avaliadas. O atuador deve ser instalado em local protegido contra exposição direta ao sol, utilizando coberturas ou barreiras quando necessário para evitar superaquecimento da eletrônica. Em ambientes com poeira, umidade ou agentes corrosivos, recomenda-se o uso de alojamentos com grau de proteção adequado (IP/NEMA) e aplicação de revestimentos anticorrosivos. Para locais sujeitos a intempéries, é essencial prever sistemas de drenagem e proteção contra jatos d’água, assegurando que o equipamento mantenha sua integridade funcional.
Seguir essas práticas contribui para reduzir falhas, prolongar a vida útil do atuador e garantir que o desempenho planejado seja alcançado com segurança.
Manutenção preventiva e inspeção: como evitar falhas e acidentes
Manutenção programada antecipa falhas por meio de inspeções visuais, verificação de folgas, análise de vibração e leitura de perfis de torque; quando associadas ao histórico de operação gravado pelo registrador de dados (data logger), a estratégia preditiva torna‑se mais precisa e reduz paradas. Programas de serviços de fabricantes combinam visitas periódicas, troca de selos e óleo, auditorias de obsolescência e uso de plataformas de gestão de ativos para elevar a confiabilidade.
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Conformidade com normas e padrões industriais
O cumprimento de normas IEC, NEMA e ABNT — incluindo IEC/ABNT NBR 60529 (IP), IEC 60079 (áreas classificadas), IEC 60034‑11 (proteção térmica de motores) e séries IEC 60534 (válvulas de controle) — estabelece base para avaliações de risco, auditorias e aceitação regulatória de aplicações críticas. A ABNT atua como representante brasileiro da IEC e ISO, publicando equivalentes nacionais (NBR), o que facilita a aderência normativa no Brasil.
Posição em caso de falhas para atuadores elétricos (Fail Safe Position)
Em atuadores elétricos, a posição após perda de energia normalmente é “manter” (stayput) ou depender de freio mecânico; contudo, é possível adotar posição de segurança (fail‑safe) mediante dois conceitos. O primeiro se baseia em energia elétrica de reserva: baterias internas ou fonte externa de 24 VCC comandam o atuador até a posição pré configurada (abrir/fechar) quando há falha de alimentação CA; fabricantes descrevem opções “bateria de emergência (shutdown battery)” e “falha segura com bateria (battery fail‑safe)”, inclusive com janela de tempo limitada para completar o movimento e salvaguardar a bateria. O segundo conceito emprega energia mecânica armazenada por mola: a unidade de falha segura acoplada ao atuador fornece torque constante para operar a válvula sem necessidade de energia elétrica durante a emergência, com versões certificadas para áreas explosivas e capacidade SIL para funções ESD (parada de emergência). Este método é particularmente eficaz em válvulas de quarto de volta (borboleta, esfera e plugue), e evita dependência de baterias em ambientes severos. Em qualquer abordagem, a definição da posição de segurança deve considerar o risco do processo, o tempo máximo para alcançar o estado seguro, o torque exigido em toda a viagem, a classe de temperatura e o comportamento do conjunto válvula‑atuador sob condições de falha, conforme princípios de segurança funcional e certificações aplicáveis.
Soluções da SAMSON para segurança e automação industrial
A segurança operacional depende de atuadores capazes de responder com precisão a variações de carga, pressão e temperatura. Nesse contexto, a SAMSON se destaca por desenvolver tecnologias que combinam robustez mecânica e controle eletrônico avançado, favorecendo a confiabilidade dos processos.
Nesse contexto, a solução SAM GUARD AI, da SAMSON, oferece uma abordagem avançada de monitoramento preditivo que se destaca por sua capacidade de identificar falhas em válvulas, atuadores e outros equipamentos da planta dias a semanas antes da ocorrência real.
O SAM GUARD AI® combina algoritmos de inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina (machine learning) com conhecimentos humanos (Human‑Enhanced Machine Learning), criando um “gêmeo digital” que espelha o comportamento real da planta. Esse sistema analisa milhares de variáveis em tempo real, sem necessidade de sensores adicionais, com foco em gerar no máximo cinco alertas realmente relevantes por dia, eliminando o ruído e facilitando ações eficazes.
A adoção do SAM GUARD AI resulta em benefícios claros: aumento da disponibilidade, com capacidade de prevenir paradas inesperadas, e elevação da performance operacional e redução de custos de manutenção. Estudos internos da SAMSON revelam melhoria de até 10 % na confiabilidade, diminuição de até 30 % nas falhas e retorno financeiro de US$ 1 para cada US$ 5 investidos. Além disso, a solução é compatível com sistemas legados e pode ser configurada em apenas 2 a 3 semanas, utilizando dados históricos existentes e garantindo integração rápida com instalações em todo o mundo.
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