Aquí hay un par de preguntas que los ingenieros y diseñadores deberían hacerse antes de elegir actuadores lineales.

Los diseñadores que se preparan para elegir un actuador lineal para un dispositivo o máquina específicos deben tener una lista de preguntas para formular a los proveedores y fabricantes. Estas listas suelen incluir preguntas frecuentes (FAQ), y la mayoría de las empresas que venden actuadores están preparadas para ellas. Sin embargo, en muchos casos, estos proveedores esperan que los compradores potenciales planteen otras preguntas, quizás más incisivas y reveladoras: las llamadas preguntas infrecuentes (iFAQ).

Aquí hay un par de preguntas que los ingenieros deberían hacerse al considerar la especificación de actuadores lineales.

P: Necesito velocidad y precisión en una longitud considerable. ¿Qué tipo de actuador debo usar?

A. Es una pregunta pertinente. Muchos ingenieros de diseño sobreestiman la precisión de los motores y actuadores tradicionales en recorridos largos. Creen erróneamente que si el actuador funciona bien en recorridos cortos, funcionará igual de bien en recorridos largos. Si bien muchos sistemas lineales cumplen dos de los tres requisitos que suelen buscar los ingenieros (largos recorridos, alta velocidad y alta precisión de posicionamiento), los actuadores de motor lineal son los únicos que ofrecen los tres sin limitaciones. Se utilizan con frecuencia en la fabricación de semiconductores, la inspección de electrónica de consumo, aplicaciones médicas y de ciencias biológicas, máquinas herramienta, impresión y embalaje.

Para contextualizar, definamos los motores lineales. Básicamente, un motor lineal es un motor rotativo desenrollado y dispuesto horizontalmente. Esto permite que el motor se acople directamente a la carga lineal. En cambio, otros diseños utilizan un motor rotativo acoplado mediante mecanismos, lo que puede introducir holgura, pérdidas de eficiencia y otras imprecisiones. Los motores lineales también suelen tener velocidades máximas superiores a las de los husillos de bolas con la misma longitud de recorrido.

Actualmente se utilizan tres tipos principales de motores lineales. El primero es el de núcleo de hierro, que cuenta con bobinas enrolladas alrededor de dientes de materiales ferrosos y recubiertas con laminado. Estos motores ofrecen la mayor fuerza por unidad de tamaño y una buena disipación del calor, y suelen ser los más económicos. Sin embargo, la presencia de hierro en el motor provoca un aumento del par de torsión (debido a las interacciones entre los imanes del motor), por lo que a menudo son algo menos precisos que el segundo tipo, los motores lineales sin núcleo de hierro.

Como su nombre indica, los motores lineales sin núcleo de hierro no contienen hierro en su interior. El actuador es esencialmente una placa de epoxi en la que se han insertado bobinas de cobre enrolladas con precisión. Se desliza entre dos filas de imanes enfrentados (también conocido como guía magnética en U). Una barra espaciadora situada a un lado de los imanes los une. Las principales ventajas de los motores sin núcleo de hierro son las menores fuerzas de atracción y la ausencia de efecto de engranaje. Esto los hace más precisos que los motores con núcleo de hierro. Sin embargo, las dos filas de imanes encarecen las unidades sin núcleo de hierro en comparación con las versiones con núcleo de hierro. La gestión de la transferencia de calor también puede resultar compleja, por lo que es importante determinar con antelación si una aplicación concreta presenta riesgo de sobrecalentamiento. Los motores sin núcleo de hierro más recientes incorporan bobinas superpuestas que proporcionan una mayor superficie de contacto para la disipación del calor. Este diseño también permite que el motor tenga una mayor densidad de fuerza.

El tercer y último tipo son los motores lineales sin ranuras, que son básicamente híbridos de los dos primeros. Un motor sin ranuras tiene una sola fila de imanes, como el de núcleo de hierro, lo que contribuye a mantener un precio más bajo. Un núcleo de hierro laminado garantiza una buena transferencia de calor, así como menores fuerzas de atracción y oscilaciones de engranaje que los motores con núcleo de hierro. Los motores sin ranuras también ofrecen la ventaja de un perfil más bajo que los motores sin núcleo de hierro, además de su menor precio. Para los diseñadores que priorizan la miniaturización de los componentes de sus máquinas, cada milímetro de espacio ahorrado puede ser crucial.

P: ¿Cómo puedo saber si un determinado actuador es adecuado para su uso en un entorno específico?

A. Con demasiada frecuencia, los ingenieros de diseño eligen los actuadores de forma aislada, sin considerar dónde se utilizarán. Los actuadores lineales tienen piezas móviles críticas que solo funcionan correctamente en los entornos para los que fueron diseñados y fabricados. El uso de un actuador lineal inadecuado puede causar problemas que van desde un funcionamiento incorrecto hasta daños irreparables en el propio actuador. Para aplicaciones que generan suciedad, como una herramienta de corte que desprende partículas y residuos, el actuador requerirá sellado y blindaje para protegerlo de los contaminantes.

Desde la perspectiva opuesta, un actuador sin la protección adecuada puede introducir contaminación en un entorno limpio, comprometiendo su funcionamiento. El desgaste normal provoca que las etapas lineales generen partículas con el tiempo. En salas blancas o entornos de vacío, a menudo se restringe el uso de equipos que no emitan partículas, por lo que es fundamental que los actuadores utilizados en estos entornos estén equipados con sellos y protecciones para evitar que las partículas entren en el ambiente. Algunos dispositivos mecánicos que proporcionan movimiento lineal, como en el procesamiento de semiconductores, se mueven solo micras a la vez, por lo que incluso la más mínima contaminación puede comprometer y arruinar una aplicación.

Los sellos y protectores resguardan los componentes críticos de la exposición a entornos hostiles, permitiendo que los actuadores lineales funcionen según su diseño. En entornos limpios, los sellos y protectores resguardan el entorno de la aplicación de posibles contaminantes generados por el actuador, no el actuador en sí. Además de los sellos y protectores, los actuadores lineales personalizados pueden diseñarse con puertos de presión positiva que purgan los contaminantes del interior de la unidad, maximizando así su rendimiento y vida útil.

Al elegir actuadores lineales, se deben considerar diversos factores ambientales. Entre ellos se incluyen la temperatura ambiente, la presencia de humedad, la exposición a productos químicos y gases (distintos del aire ambiente), la radiación, el nivel de presión atmosférica (para aplicaciones en vacío), la limpieza y la proximidad de equipos. Por ejemplo, ¿existe algún equipo cercano que pueda transmitir vibraciones que afecten el rendimiento de la etapa lineal?

El grado de protección IP de una etapa lineal, que suele figurar en sus especificaciones, indica si cuenta con la protección adecuada frente a entornos específicos. Los grados de protección IP definen los niveles de eficacia de los sellos de una carcasa contra la intrusión de cuerpos extraños (polvo y suciedad) y diversos niveles de humedad.

La clasificación de la carcasa se expresa mediante las siglas «IP-» seguidas de dos dígitos. El primer dígito indica el grado de protección contra partes móviles y cuerpos extraños. El segundo dígito identifica el nivel de protección frente a la exposición a diferentes niveles de humedad (desde goteo y salpicaduras hasta inmersión total).

Dedicar tiempo a comprobar el grado de protección IP de un actuador al inicio del proceso de selección permite descartar de forma rápida y sencilla las unidades inadecuadas para el entorno. Por ejemplo, un actuador con grado de protección IP30 no ofrece protección contra la humedad, pero impedirá la entrada de objetos del tamaño de un dedo. Si la protección contra la humedad es fundamental, busque un actuador con un grado de protección superior, como IP54, que protege contra el polvo y las salpicaduras de agua. Sin embargo, los actuadores sin protección contra la humedad o la entrada de objetos pueden ser alternativas económicas para entornos donde los contaminantes no representan un problema.