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 accionarse mediante fluido o aire a presión, así como mediante electricidad. A continuación, se presenta un análisis 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. 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 mediante una fuerza elástica o mediante el fluido que se suministra 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 gira un husillo. Una tuerca roscada o de bolas, con roscas que coinciden con las del husillo, impide que gire con este. Cuando el husillo gira, la tuerca se desplaza a lo largo de las roscas. La dirección del movimiento de la tuerca depende de la dirección de giro del husillo y también devuelve el actuador a su posición original.

【Actuadores neumáticos】

Ventajas

Las ventajas de los actuadores neumáticos residen en su simplicidad. La mayoría de los actuadores neumáticos de aluminio tienen una presión nominal máxima de 150 psi con diámetros de entre ½ y 8 pulgadas, lo que se traduce en una fuerza de aproximadamente 30 a 7500 lb. Los actuadores de acero tienen una presión nominal máxima de 250 psi con diámetros de entre ½ y 14 pulgadas, y generan fuerzas de entre 50 y 38 465 lbf.

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

Las aplicaciones típicas de los actuadores neumáticos se dan en zonas con temperaturas extremas. El rango de temperatura habitual 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, ya que no generan interferencias magnéticas gracias a la ausencia de motores.

En los últimos años, la neumática ha experimentado numerosos avances en miniaturización, materiales e integración con la electrónica y la monitorización de condiciones. El costo de los actuadores neumáticos es bajo en comparación con otros actuadores. Según Bimba Manufacturing, por ejemplo, un actuador neumático promedio cuesta entre $50 y $150. Además, son ligeros, requieren un mantenimiento mínimo y cuentan con componentes duraderos que los convierten en 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 implican que las operaciones a presiones más bajas tendrán fuerzas menores y velocidades más lentas. Un compresor debe funcionar a presión de funcionamiento constante, incluso si no hay movimiento.

Para ser verdaderamente eficientes, los actuadores neumáticos deben dimensionarse para una tarea específica. Por lo tanto, no pueden utilizarse para otras aplicaciones. Un control preciso y eficiente requiere reguladores y válvulas proporcionales, pero esto incrementa los costos y la complejidad.

Aunque el aire es fácilmente accesible, puede contaminarse con aceite o lubricación, lo que ocasiona tiempos de inactividad y mantenimiento. Las empresas aún tienen que pagar por el aire comprimido, lo que lo convierte en un consumible, y el compresor y las líneas representan otro problema de mantenimiento.

【Actuadores hidráulicos】

Ventajas

Los actuadores hidráulicos son robustos y aptos para aplicaciones de alta fuerza. Pueden producir fuerzas 25 veces mayores que los cilindros neumáticos de igual tamaño. También operan a presiones de hasta 4000 psi.

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

• Un actuador hidráulico puede mantener la fuerza y ​​el torque 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 pérdida mínima 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 pueden causar 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 hace que los sistemas de movimiento lineal sean grandes y difíciles de adaptar.

【Actuadores eléctricos】

Ventajas

Los actuadores eléctricos ofrecen la máxima precisión en el control de posicionamiento. Un ejemplo de su rango de precisión es de +/- 0,000315 pulgadas y una repetibilidad inferior a 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 información inmediata para diagnóstico y mantenimiento.

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

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

• Al no haber fugas de fluidos se eliminan los riesgos ambientales.

Desventajas

El costo unitario inicial de un actuador eléctrico es mayor que el de los actuadores neumáticos e hidráulicos. Según el ejemplo de Bimba Manufacturing, un actuador eléctrico puede costar entre $150 y más de $2,000, 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 en funcionamiento continuo se sobrecalentará, lo que aumentará el desgaste del reductor. Además, el motor puede ser de gran tamaño y causar problemas de instalación.

El motor seleccionado fija los límites de fuerza, empuje y velocidad del actuador en un valor fijo. Si se desean valores diferentes de fuerza, empuje y velocidad, se debe cambiar el motor.