Un actuador lineal mueve una carga, que puede ser un conjunto, componentes o un producto terminado, en línea recta. Convierte energía en movimiento o fuerza y ​​puede funcionar con fluido presurizado o aire, así como con electricidad. A continuación se presenta un desglose de los actuadores lineales comunes, sus ventajas y desventajas.

¿Cómo funcionan?

• Los actuadores lineales neumáticos constan de un pistón dentro de un cilindro hueco. La presión de un compresor externo o una bomba manual mueve el pistón dentro del cilindro. A medida que aumenta la presión, el cilindro se mueve a lo largo del eje del pistón, creando una fuerza lineal. El pistón regresa a su posición original ya sea mediante una fuerza de retorno elástico o mediante el suministro de fluido al otro lado del pistón.

• Los actuadores lineales hidráulicos funcionan de manera similar a los actuadores neumáticos, pero un líquido incompresible de una bomba en lugar de aire presurizado mueve el cilindro.

• Un actuador lineal eléctrico convierte la energía eléctrica en par. Un motor eléctrico conectado mecánicamente hace girar un tornillo de avance. Se impide que un paso roscado o una tuerca de bolas con roscas correspondientes a las del tornillo gire con el tornillo. Cuando el tornillo gira, la tuerca se mueve a lo largo de las roscas. La dirección en la que se mueve la tuerca depende de la dirección en la que gira el tornillo y también devuelve el actuador a su posición original.

【Actuadores neumáticos】

Ventajas

• Los beneficios de los actuadores neumáticos provienen de su simplicidad. La mayoría de los actuadores neumáticos de aluminio tienen una presión máxima de 150 psi con tamaños de orificio que van desde ? a 8 pulgadas, lo que se traduce en aproximadamente 30 a 7500 libras de fuerza. Los actuadores de acero tienen una presión nominal máxima de 250 psi con tamaños de orificio que van desde ? a 14 pulgadas, y generan fuerzas que van desde 50 a 38,465 lbf.

• Los actuadores neumáticos generan un movimiento lineal preciso al proporcionar una precisión, por ejemplo, de 0,1 pulgadas y una repetibilidad de 0,001 pulgadas.

• Las aplicaciones típicas de los actuadores neumáticos involucran áreas de temperaturas extremas. Un rango de temperatura típico es de -40°F a 250°F. En términos de seguridad e inspección, al utilizar aire, los actuadores neumáticos evitan el uso de materiales peligrosos. Cumplen con los requisitos de protección contra explosiones y seguridad de las máquinas porque no crean interferencias magnéticas debido a su falta de motores.

• En los últimos años, la neumática ha visto muchos avances en miniaturización, materiales e integración con la electrónica y el monitoreo de condición. El coste de los actuadores neumáticos es bajo en comparación con otros actuadores. Según Bimba Manufacturing, por ejemplo, el actuador neumático promedio cuesta entre 50 y 150 dólares. Los actuadores neumáticos también son livianos, requieren un mantenimiento mínimo y tienen componentes duraderos que hacen de la neumática un método rentable de movimiento lineal.

Desventajas

• Las pérdidas de presión y la compresibilidad del aire hacen que la neumática sea menos eficiente que otros métodos de movimiento lineal. Las limitaciones del compresor y del suministro de aire significan que las operaciones a presiones más bajas tendrán fuerzas más bajas y velocidades más lentas. Un compresor debe funcionar continuamente con presión de funcionamiento incluso si nada se mueve.

• Para ser verdaderamente eficientes, los actuadores neumáticos deben dimensionarse para un trabajo específico. Por tanto, no se pueden utilizar para otras aplicaciones. Un control preciso y una eficiencia requieren reguladores y válvulas proporcionales, pero esto aumenta los costos y la complejidad.

• Aunque el aire está fácilmente disponible, puede estar contaminado por aceite o lubricación, lo que provoca tiempos de inactividad y mantenimiento. Las empresas todavía tienen que pagar por el aire comprimido, lo que lo convierte en un consumible, y el compresor y las líneas son otro problema de mantenimiento.

【Actuadores hidráulicos】

Ventajas

• Los actuadores hidráulicos son resistentes y adecuados para aplicaciones de alta fuerza. Pueden producir fuerzas 25 veces mayores que los cilindros neumáticos del mismo tamaño. También operan en presiones de hasta 4000 psi.

• Los motores hidráulicos tienen una alta relación potencia-peso de 1 a 2 hp/lb mayor que un motor neumático.

• Un actuador hidráulico puede mantener constante la fuerza y ​​el par sin que la bomba suministre más fluido o presión debido a la incompresibilidad de los fluidos.

• Los actuadores hidráulicos pueden tener sus bombas y motores ubicados a una distancia considerable con una pérdida mínima de potencia.

Desventajas

• El sistema hidráulico perderá líquido. Al igual que los actuadores neumáticos, la pérdida de fluido conduce a una menor eficiencia. Sin embargo, las fugas de fluido hidráulico provocan problemas de limpieza y posibles daños a los componentes y áreas circundantes.

• Los actuadores hidráulicos requieren muchas piezas complementarias, incluido un depósito de fluido, motores, bombas, válvulas de liberación e intercambiadores de calor, junto con equipos de reducción de ruido. Esto genera sistemas de movimientos lineales que son grandes y difíciles de acomodar.

【Actuadores eléctricos】

Ventajas

• Los actuadores eléctricos ofrecen el posicionamiento de control de mayor precisión. Un ejemplo del rango de precisión es +/- 0,000315 pulgadas y una repetibilidad de menos de 0,0000394 pulgadas. Sus configuraciones son escalables para cualquier propósito o requisito de fuerza, y son silenciosas, suaves y repetibles.

• Los actuadores eléctricos se pueden conectar en red y reprogramar rápidamente. Ofrecen retroalimentación inmediata para diagnóstico y mantenimiento.

• Proporcionan un control completo de los perfiles de movimiento y pueden incluir codificadores para controlar la velocidad, la posición, el par y la fuerza aplicada.

• En términos de ruido, son más silenciosos que los actuadores neumáticos e hidráulicos.

• Debido a que no hay fugas de fluidos, se eliminan los riesgos ambientales.

Desventajas

• El coste unitario inicial de un actuador eléctrico es superior al de los actuadores neumáticos e hidráulicos. Según el ejemplo de Bimba Manufacturing, un actuador eléctrico puede costar entre 150 y más de 2.000 dólares dependiendo de su diseño y electrónica.

• Los actuadores eléctricos no son adecuados para todos los entornos, a diferencia de los actuadores neumáticos, que son seguros en áreas peligrosas e inflamables.

• Un motor que funciona continuamente se sobrecalentará, aumentando el desgaste del engranaje reductor. El motor también puede ser grande y crear problemas de instalación.

• El motor elegido bloquea los límites de fuerza, empuje y velocidad del actuador en una configuración fija. Si se desea un conjunto diferente de valores de fuerza, empuje y velocidad, se debe cambiar el motor.