Actuadores industriales

ACTUADORES INDUSTRIALES.

Actuadores Industriales. Los sistemas automatizados actualmente se encuentran muy difundidos en todas las empresas donde se trabaja con automatización. Es algo muy necesario cuando se requiere cumplir con las demandas de producción con calidad y tiempos que permitan competir con las exigencias actuales. Se trata de un sistema de instrucciones que cumplen con actividades repetitivas en los procesos, esto con el fin de sustituir el trabajo manual. Cuando hacemos referencia a los sistemas automatizados tanto los sensores como los actuadores son elementos esenciales. Los actuadores funcionan realizando la conversión de la energía en movimientos lineales o rectos necesarios para el empuje necesario en alguna etapa del proceso. Los actuadores rotativos, por su parte, transforman la energía en movimientos oscilatorios y son utilizados en distintas válvulas. El avance del mundo actualmente no tendría los avances que presenta si no contara con estos innovadores sistemas de automatización, los cuales han incrementado de manera exponencial la producción y el rendimiento en el contexto a nivel mundial. En el presente escrito trataremos sobre los actuadores, iniciaremos con una definición y, posteriormente, se enunciarán los diferentes tipos de actuadores y su funcionamiento. ¿Qué es un actuador? Los Actuadores son para los Sensores la dupla ideal, porque les permite a los sensores realizar la tarea asignada, tienen una forma de operar muy fácil de comprender, sencillamente atienden a mando y control, y frecuentemente sólo tienen dos estados: marcha y pare.

Tipos de actuadores eléctricos. Los actuadores eléctricos son equipos que están estructurados por un componente eléctrico y otro mecánico. Son aplicables a cualquier tipo de sistema industrial, de acuerdo con los requerimientos en cada caso, están presentes en la mayoría de las industrias, desde las más básicas hasta las más automatizadas que cuentan con robots industriales, así como también en sistemas de conducción de fluidos en general. Los actuadores eléctricos, ofrecen soluciones flexibles para el control de movimiento, lo que permite satisfacer las necesidades de un gran número de aplicaciones de control de movimiento. Algunos ejemplos de actuadores eléctricos son los siguientes: Relé: Cierra o abre el paso de corriente eléctrica. Actualmente, el más utilizado es el Relé que posee en su interior un circuito electrónico fundamentado en semiconductores o transistores. Este dispositivo es considerado un preactuador. Contactores: Su función es interrumpir o provocar el paso de corriente controlado a distancia en circuitos con alta potencia y tensión. Este dispositivo es considerado un preactuador. Símbolos eléctricos 13 A1 L1 L2 L3 KM1 A2 T1 T2 T3 14 EC A1 L1 L2 L3 13 M A2 T1 T2 T3 14 BOBINA ANSI CONTACTOS CONTACTO PRINCIPALES AUXILIAR

Relé magnetotérmico: Es un dispositivo que posee una zona o umbral que detecta la sobrecarga de corriente interrumpiendo inmediatamente el funcionamiento, asociado al calor generado por la excitación de los electrones en el choque de los átomos. Consta de dos elementos indispensables: un electroimán y una lámina bimetálica que al calentarse desconecta el paso de corriente. Interruptor diferencial: Mide la intensidad de corriente, por tal motivo, ofrece una seguridad a las personas, si existe un exceso de corriente entra y sale a tierra.

Motores eléctricos : Estos dispositivos transforman la energía eléctrica en mecánica para ejecutar una acción por medio de campos magnéticos variables. Dentro de las características se pueden mencionar las siguientes: • Rendimiento: es el cociente entre la potencia útil que generan y la potencia absorbida, mide la capacidad que tiene el motor para convertir la energía eléctrica en energía mecánica. • Velocidad nominal: el número de revoluciones por minuto (rpm o RPM) a las que gira el motor. • Potencia: es la fuerza aplicada a lo largo de una distancia, que el motor es capaz de realizar en la unidad de tiempo a una determinada velocidad de giro. Se mide normalmente en caballos de vapor (CV), siendo 1 CV igual a 736 vatios. • Par motor: es el momento de fuerza (producto vectorial del vector de posición del punto de aplicación de la fuerza y el vector fuerza que actúa sobre el eje del motor) y determina su giro. Se mide Newtons-metro (Nm).

Motores de paso a paso (Step Motors): Es una máquina electromecánica que se encarga de transformar una serie de impulsos eléctricos en pasos angulares discretos los cuales pueden girar un determinado número de grados (un paso o la mitad de paso) de acuerdo con sus entradas de control. Estos actuadores eléctricos son, por lo general, utilizados en las líneas de producción, en función de que los robots realizan actividades de montaje de piezas y soldaduras para la fabricación de vehículos. Por su instalación relativamente sencilla, fiabilidad y facilidad para realizar su control, la aplicación en esta industria es realmente interesante. Por otra parte, se aplican para el accionamiento de compuertas, válvulas y diversos elementos que comunican un proceso con otro o de un estado con otro. Los actuadores eléctricos se utilizan para sistemas de visualización y para realizar las correcciones de forma remota de posiciones, movimiento de brazos con articulaciones, fresado, encolado, manejo automático de objetos con gran precisión y rapidez, elevadores verticales y al realizar transportes de cargas. Existe una gran diferencia entre los actuadores eléctricos y mecánicos, en función de que los eléctricos poseen una transmisión de potencia mediante un funcionamiento electromecánico y la transmisión de la potencia en motorreductores es a través de un funcionamiento mecánico preciso.

Actuadores Neumáticos: La relación entre volumen y presión viene dada por la ley de los gases perfectos: pV=nRTpV=nRT siendo: • p : presión absoluta • V : volumen • n : número de moles • R : constante universal de los gases ideales • T : temperatura absoluta En el diseño del circuito neumático un elemento esencial que lo caracteriza es la potencia que puede desarrollar. La potencia depende directamente de la fuerza, la cual es proporcional a la diferencia de presión entre aire del circuito y el atmosférico: siendo: • P : potencia • p : presión • F : fuerza • Q : caudal de aire • v : velocidad • W: trabajo • v : sección • V : volumen • t : tiempo La velocidad que podrá desarrollar un émbolo no depende directamente de la presión, sino del caudal de fluido a presión que el sistema es capaz de suministrar. La potencia desarrollada por un émbolo de área efectiva A, sobre el que se le aplica una presión efectiva P con un caudal Q será:

Funcionamiento de los cilindros y los actuadores neumáticos Las partes principales de un actuador neumático comprenden una tapa final, un vástago, una camisa de cilindro, un vástago de pistón, un sello del limpiaparabrisas y una manga con un sello. Un actuador neumático con acción simple se acciona por un botón, y en consecuencia el aire empuja hacia afuera el vástago del pistón neumático. Los sistemas neumáticos mediante la utilización del aire comprimido para crear aplicaciones de movimiento rotatorio o lineal. Mediante el aire comprimido actúan sobre un pistón dentro del cilindro y, de esta manera, produce el movimiento necesario, para sujetar o movilizar una carga hacia lo largo de un recorrido lineal. Como aplicación final puede ser muy diversa tan variada como una pinza para manipulación de cristales. Un cilindro neumático también conocido como un actuador de simple efecto tiene una puerta, por la cual entra el aire y posteriormente, el pistón en una determinada dirección luego es devuelto por medio de un resorte a su posición original. Los cilindros neumáticos poseen ciertas ventajas, como una carrera limitada, esto los hace más útiles en maniobras más lentas; además usan menos aire con eficiencia óptima y bajos costos de operatividad. Un actuador (cilindro) neumático de doble efecto presenta dos orificios a través de los cuales se aplica presión para impulsar el pistón neumático en dirección opuesta a la que tiene creada el primer puerto, a esto se le llama: “retroceso y adelantamiento”. Para los cilindros de simple efecto al igual que para los de doble efecto, se cumple que “a mayor diámetro mayor salida en función de la fuerza”.

Tipos de actuadores neumáticos Actuadores rotativos: Produce un movimiento rotativo estándar cuando recibe su energía de entrada (aire comprimido). El más básico de actuador que se utiliza en procesos neumáticos, lo que lo hace útil para un gran número de aplicaciones, por lo que son muy vistos en los procesos industriales, desde válvulas en la industria petroquímica hasta muy pequeños medidores analógicos, son muy útiles y versátiles. Cilindros de tirantes: Son por lo general asociados con la hidráulica, pero existen versiones neumáticas disponibles y presentan menos inconvenientes que sus homólogos hidráulicos. Estos poseen varillas roscadas de alta resistencia para sujetar las tapas al barril del cilindro. Por su robustez tienen amplia aplicación en las fábricas industriales. Pinzas neumáticas: Ofrecen un movimiento paralelo o angular, asemejan a dedos pequeños que recogen alguna pieza u objeto. Se realizan combinaciones de estos con otros componentes (neumáticos o electrónicos) para construir un diseño que sea capaz de recoger componentes para ser trasladados a otros lugares, y permitir realizar flujos de trabajo. Actuadores sin vástago: Este no posee barras físicas, utilizan un sistema de cremallera y piñón, otros pueden tener cadenas de eslabones mecánicos muy parecidos a los utilizados en las aplicaciones electromecánicas. Generadores de vacío: Transforman la energía potencial del flujo de aire comprimido en el vacío utilizable, de esta manera, pueden alimentar otros elementos conectados al sistema. Estos actuadores son muy aplicados en las industrias de alimentos y bebidas. Por ejemplo, los actuadores neumáticos (elásticos) y los cilindros (taponado) son utilizados en preformas de PET para líneas de llenado tanto en caliente como en frío. Cabe destacar que la diferencia de presión del aire en un actuador neumático convierte la energía para su funcionamiento posterior y de esta manera, poder ser aplicado en tareas de este tipo a realizar. Los actuadores neumáticos: Pueden ser utilizados en un sinnúmero de aplicaciones y son muy útiles sistemas de automatización de fábricas como la producción, el manejo y el embalaje de materiales colocar o mover piezas y realizar actividades de traslado y colocación, también en labores de sujeción, en la que una pieza se mantiene en su posición a través de mandíbulas accionadas por cilindros.

Actuadores Hidráulicos. Los actuadores hidráulicos son los utilizan un fluido a presión, por lo general, un tipo de aceite, para hacer posible la movilidad de sus mecanismos. Se utilizan mayormente en robots grandes, por presentar mayor velocidad y resistencia mecánica. En esta ilustración, se puede observar parte de la gran variedad y existencia de actuadores disponibles actualmente para las aplicaciones de automatización:

Definición de actuadores hidráulicos. Los actuadores hidráulicos representan los componentes finales en las etapas de un circuito hidráulico. Estos tienen como función convertir la energía hidráulica proveniente de la central hidráulica (diseñada de tal manera que el actuador hidráulico pueda realizar su proceso de forma adecuada) para generar fuerza y movimiento, el cual puede ser lineal o rotativo.

Actuadores hidráulicos lineales Los cilindros hidráulicos son los actuadores hidráulicos lineales. Estos se clasifican: Cilindro hidráulico de simple efecto: Por la acción de la presión hidráulica se realiza el movimiento lineal en un sentido y por un muelle interno el retorno puede efectuarse mecánicamente o por el mismo proceso retornar mediante la fuerza mecánico-externa, esto ocurre cuando ya no tiene presión hidráulica. Cilindro hidráulico de doble efecto: Son actuadores hidráulicos lineales que realizan su movimiento en dos sentidos mediante la presión hidráulica. Actuadores hidráulicos rotativos: Estos pueden ser de diversos tipos de acuerdo con el proceso a realizar, puede ser de giro continuado o giro con cierto número de grados, con el fin de realizar un pequeño giro de unos tantos grados o girar 360 ° una vuelta completa. Motores hidráulicos: Realizan la misma función que realiza un motor eléctrico, pero presenta una serie de ventajas en función de las características del proceso. El tamaño del motor en este caso es menor puesto que la central hidráulica pudiera ubicarse en un lugar diferente a aquel donde se requiere el movimiento.

Ventajas de los actuadores hidráulicos • Los actuadores pueden ubicarse distantes de la bomba y el circuito, central hidráulica, y no tener pérdidas de fuerza. • Ejercen una mayor potencia mediante un equipo de menos peso en relación con actuadores como los neumáticos o eléctricos, logrando superar en más de 20 veces la fuerza en comparación con la neumática. • Los actuadores hidráulicos soportan niveles de presión que llegan a los 4000 psi. Desventajas de los actuadores hidráulicos • Los circuitos y actuadores hidráulicos suelen presentar fugas de líquido hidráulico en partes del circuito como son racors , válvulas, uniones, lo que genera pequeñas pérdidas de eficiencia que, por lo general, son despreciables que no afectan el proceso final, pero produce deterioro y suciedad en los componentes y en el lugar. • • Al efectuar un movimiento ya sea lineal o rotativo se requieren muchos componentes que forman los elementos del circuito hidráulico: la central hidráulica, depósito, válvulas, la bomba, entre otros. Se ve la necesidad de ubicarlo no muy alejado del sitio de trabajo. En cuanto al ruido, estos actuadores son muy ruidosos en comparación con los actuadores eléctricos y neumáticos.

Referencias bibliográficas. • Brunet, A., Segundo, P y Herrero, (2020). Introducción a la Automatización Industrial. Madrid: Universidad Politécnica de Madrid • Pazmiño, D. (2012). Estudio, y Selección de Elementos Básicos de Un módulo mecatrónico para diagnosticar, ejecutar y Evaluar Procesos Electroneumáticos en el Laboratorio. Ecuador: Universidad Técnica de Ambato