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 alimentarse con fluido o aire a presión, así como con 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 desplaza a lo largo del eje del pistón, generando una fuerza lineal. El pistón regresa a su posición original mediante un mecanismo de retorno o mediante el suministro de fluido al otro extremo del pistón.

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

Un actuador lineal eléctrico convierte la energía eléctrica en par motor. Un motor eléctrico, conectado mecánicamente, hace girar un husillo. Una tuerca de rosca, ya sea de bolas o de avance, con roscas que coinciden con las del husillo, impide que este gire con él. Al girar el husillo, 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, además, permite que el actuador regrese 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 con diámetros interiores que van desde ¼" hasta 8" pulgadas, lo que se traduce en una fuerza aproximada de 30 a 7500 lb. Los actuadores de acero tienen una presión máxima de 250 psi con diámetros interiores que van desde ¼" hasta 14" pulgadas, y generan fuerzas que van desde 50 hasta 38 465 lbf.

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

• Las aplicaciones típicas de los actuadores neumáticos se dan en zonas con temperaturas extremas. El rango de temperatura típico es de -40 °F a 250 °F. En términos de 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 debido a la ausencia de motores.

En los últimos años, la neumática ha experimentado importantes avances en miniaturización, materiales e integración con la electrónica y el monitoreo de condiciones. El costo de los actuadores neumáticos es bajo en comparación con otros actuadores. Según Bimba Manufacturing, por ejemplo, el precio promedio de un actuador neumático oscila entre $50 y $150. 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 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 constante, incluso si no hay movimiento.

Para ser realmente eficientes, los actuadores neumáticos deben dimensionarse para una función específica. Por lo tanto, no pueden utilizarse en otras aplicaciones. Un control preciso y una alta eficiencia requieren reguladores y válvulas proporcionales, lo que incrementa los costos y la complejidad.

Aunque el aire comprimido es fácilmente accesible, puede contaminarse con aceite o lubricante, lo que provoca tiempos de inactividad y mantenimiento. Las empresas aún deben pagar por el aire comprimido, lo que lo convierte en un consumible, y el compresor y las tuberías representan otro aspecto que requiere mantenimiento.

【Actuadores hidráulicos】

Ventajas

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

• Los motores hidráulicos tienen una relación potencia-peso entre 1 y 2 hp/lb mayor que 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 pérdida mínima de potencia.

Desventajas

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

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

【Actuadores eléctricos】

Ventajas

Los actuadores eléctricos ofrecen el posicionamiento de control de máxima precisión. Un ejemplo de su rango de exactitud 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 silenciosos, suaves y repetibles.

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

• Proporcionan un control total 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 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 $2000, 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 engranaje reductor. Además, el motor puede ser grande y generar problemas de instalación.

• El motor seleccionado fija los límites de fuerza, empuje y velocidad del actuador a un valor determinado. Si se desean valores diferentes para estos parámetros, es necesario cambiar el motor.