Un actuador lineal mueve una carga, que puede ser un conjunto, componentes o un producto terminado, en línea recta. Convierte la energía en movimiento o fuerza y ​​puede funcionar con fluido o aire comprimido, así como con electricidad. A continuación, se presenta un desglose de los actuadores lineales más 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. Al aumentar la presión, el cilindro se desplaza a lo largo del eje del pistón, generando una fuerza lineal. El pistón regresa a su posición original mediante la fuerza de un resorte o al suministrarse fluido al otro lado del pistón.

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

Un actuador lineal eléctrico convierte la energía eléctrica en par motor. Un motor eléctrico, conectado mecánicamente, hace girar un tornillo sin fin. Una tuerca de bolas o de avance roscada, con roscas que coinciden con las del tornillo, no puede girar con este. Al girar el tornillo, la tuerca se desplaza a lo largo de la rosca. El sentido de giro de la tuerca depende del sentido de giro del tornillo y, además, devuelve el actuador a su posición original.

【Actuadores neumáticos】

Ventajas

Las ventajas de los actuadores neumáticos radican en su simplicidad. La mayoría de los actuadores neumáticos de aluminio tienen una presión máxima de 150 psi y diámetros de cilindro de entre ¼ y 8 pulgadas, lo que se traduce en una fuerza de entre 30 y 7500 lb aproximadamente. Los actuadores de acero tienen una presión máxima de 250 psi y diámetros de cilindro de entre ¼ y 14 pulgadas, y generan fuerzas de entre 50 y 38 465 lbf.

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

Los actuadores neumáticos se utilizan habitualmente en entornos con temperaturas extremas, generalmente entre -40 °F y 250 °F. En cuanto a seguridad e inspección, al utilizar aire comprimido, los actuadores neumáticos evitan el uso de materiales peligrosos. Cumplen con los requisitos de protección contra explosiones y seguridad de la maquinaria, ya que no generan interferencias magnéticas al carecer de motores.

En los últimos años, la neumática ha experimentado numerosos avances en miniaturización, materiales e integración con la electrónica y la monitorización de estado. El coste de los actuadores neumáticos es bajo en comparación con otros actuadores. Según Bimba Manufacturing, por ejemplo, el precio medio de un actuador neumático oscila entre 50 y 150 dólares. Además, los actuadores neumáticos son ligeros, requieren un mantenimiento mínimo y cuentan con componentes duraderos, lo que convierte a la neumática en un método rentable para el movimiento lineal.

Desventajas

Las pérdidas de presión y la compresibilidad del aire hacen que los sistemas neumáticos sean menos eficientes que otros métodos de movimiento lineal. Las limitaciones del compresor y del suministro de aire implican que las operaciones a bajas presiones tendrán fuerzas menores y velocidades más lentas. Un compresor debe funcionar continuamente a presión de operación, incluso cuando no hay movimiento.

Para ser realmente eficientes, los actuadores neumáticos deben dimensionarse para una tarea específica. Por lo tanto, no se pueden usar para otras aplicaciones. Un control preciso y una alta eficiencia requieren reguladores y válvulas proporcionales, pero esto aumenta los costos y la complejidad.

Aunque el aire comprimido está fácilmente disponible, puede contaminarse con aceite o lubricantes, lo que provoca tiempos de inactividad y mantenimiento. Las empresas deben pagar por el aire comprimido, convirtiéndolo en un consumible, y el compresor y las tuberías representan otro problema de mantenimiento.

【Actuadores hidráulicos】

Ventajas

Los actuadores hidráulicos son robustos e idóneos para aplicaciones de alta fuerza. Pueden generar fuerzas 25 veces superiores a las de los cilindros neumáticos de igual tamaño. Además, funcionan a presiones de hasta 4000 psi.

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

• Un actuador hidráulico puede mantener la fuerza y ​​el par constantes 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 mínima pérdida de potencia.

Desventajas

Los sistemas hidráulicos pueden tener fugas de fluido. Al igual que con los actuadores neumáticos, la pérdida de fluido reduce la eficiencia. Sin embargo, las fugas de fluido hidráulico generan problemas de limpieza y posibles daños a los componentes y áreas circundantes.

Los actuadores hidráulicos requieren numerosos componentes, como un depósito de fluido, motores, bombas, válvulas de descarga e intercambiadores de calor, además de equipos de reducción de ruido. Esto da como resultado sistemas de movimiento lineal de gran tamaño y difíciles de instalar.

【Actuadores eléctricos】

Ventajas

Los actuadores eléctricos ofrecen el posicionamiento de máxima precisión. Su rango de precisión es de +/- 0,000315 pulgadas, con una repetibilidad inferior a 0,0000394 pulgadas. Su configuración es adaptable a cualquier propósito o requerimiento de fuerza, y su funcionamiento es silencioso, suave y repetible.

• Los actuadores eléctricos se pueden conectar en red y reprogramar rápidamente. Ofrecen información inmediata para el diagnóstico y el 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 cuanto al ruido, son más silenciosos que los actuadores neumáticos e hidráulicos.

• Al no haber 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, el precio de un actuador eléctrico puede oscilar entre los 150 y más de 2000 dólares, dependiendo de su diseño y componentes electrónicos.

• 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 reductor. Además, el motor puede ser de gran tamaño y generar problemas de instalación.

El motor seleccionado fija los límites de fuerza, empuje y velocidad del actuador a un valor predeterminado. Si se desea un conjunto diferente de valores para fuerza, empuje y velocidad, es necesario cambiar el motor.