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 lista una lista de preguntas para los proveedores y fabricantes. Estas listas suelen incluir preguntas frecuentes (FAQ, por sus siglas en inglés), y la mayoría de las empresas que venden actuadores están preparadas para responderlas. Sin embargo, en muchos casos, los proveedores esperan que los compradores potenciales formulen otras preguntas, quizás más incisivas y reveladoras: las llamadas preguntas poco frecuentes (iFAQ, por sus siglas en inglés).

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 muy acertada. 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 (recorridos largos, alta velocidad y alta precisión de posicionamiento), los actuadores de motor lineal son los únicos que ofrecen los tres sin compromiso. Se utilizan con frecuencia en la fabricación de semiconductores, la inspección de productos electrónicos 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 extendido. Esto permite que el motor se acople directamente a la carga lineal. En cambio, otros diseños utilizan un motor rotativo y lo acoplan mediante mecanismos, lo que puede generar holgura, pérdidas de eficiencia y otras imprecisiones. Los motores lineales también suelen alcanzar velocidades máximas más altas que 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, cuyas bobinas están enrolladas alrededor de dientes de materiales ferrosos y recubiertas de laminado. Estos motores ofrecen la mayor fuerza por unidad de tamaño y una buena disipación del calor, y suelen ser los menos costosos. Sin embargo, la presencia de hierro en el motor provoca un aumento del par de torsión (debido a la interacción entre los imanes), por lo que a menudo son algo menos precisos que 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 firmemente. Se desliza entre dos filas de imanes enfrentadas (también conocido como guía magnética en U). Una barra espaciadora a lo largo de uno de los lados 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 hacen que las unidades sin núcleo de hierro sean más caras que las versiones con núcleo de hierro. Gestionar la transferencia de calor también puede ser difícil, por lo que es importante comprender desde el principio si una aplicación en particular corre el riesgo de sobrecalentamiento. Los motores sin núcleo de hierro más recientes cuentan con 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 los de núcleo de hierro, lo que ayuda a mantener su precio más bajo. Un núcleo de hierro laminado garantiza una buena transferencia de calor, así como menores fuerzas de atracción y menor efecto de retención magnética que los motores de núcleo de hierro. Los motores sin ranuras también ofrecen la ventaja de un perfil más bajo que los de núcleo de hierro, además de su menor precio. Para los diseñadores que priorizan mantener los componentes de sus máquinas lo más pequeños posible, cada milímetro de espacio ahorrado puede ser crucial.

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

Con demasiada frecuencia, los ingenieros de diseño eligen los actuadores de forma aislada, sin considerar su aplicación. Los actuadores lineales poseen 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 ocasionar problemas que van desde un funcionamiento incorrecto hasta daños irreparables al propio actuador. En aplicaciones que generan suciedad, como una herramienta de corte que desprende partículas y residuos, el actuador requerirá sellado y protección para evitar la entrada de contaminantes.

Desde la perspectiva opuesta, un actuador sin la protección adecuada puede introducir contaminación en un entorno limpio, comprometiendo la aplicación. 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 liberan partículas, por lo que es fundamental que los actuadores utilizados en estos entornos estén equipados con sellos y protectores para evitar que las partículas entren en el ambiente. Algunos dispositivos mecánicos que proporcionan movimiento lineal, como los utilizados en el procesamiento de semiconductores, se mueven solo micras a la vez, por lo que incluso la mínima contaminación puede comprometer y arruinar una aplicación.

Los sellos y protectores protegen los componentes críticos de la exposición a entornos adversos, permitiendo que los actuadores lineales funcionen según su diseño. En entornos limpios, los sellos y protectores protegen 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 dentro de la unidad, manteniendo así el rendimiento y la vida útil al máximo.

Al elegir actuadores lineales, es necesario considerar diversos factores ambientales. Estos 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 presencia de equipos cercanos. Por ejemplo, ¿existe algún equipo en las proximidades que pueda transmitir vibraciones que afecten el rendimiento de la etapa lineal?

El índice de protección IP (Protección contra la Entrada de Partículas y Polvo) de una etapa lineal, que generalmente se especifica en sus características técnicas, indica si ofrece la protección adecuada contra entornos específicos. Los índices IP definen la eficacia de los sellos de la carcasa contra la entrada de cuerpos extraños (polvo y suciedad) y diversos niveles de humedad.

La clasificación de la carcasa se indica con las siglas “IP-” seguidas de dos dígitos. El primer dígito indica el grado de protección contra piezas móviles y cuerpos extraños. El segundo dígito identifica el nivel de protección contra la exposición a diferentes niveles de humedad (desde goteos y salpicaduras hasta inmersión total).

Comprobar el grado de protección IP de un actuador al inicio del proceso de selección es una forma rápida y sencilla de descartar unidades inadecuadas para el entorno. Por ejemplo, un actuador con IP30 no ofrece protección contra la humedad, pero sí impide la entrada de objetos del tamaño de un dedo. Si la protección contra la humedad es esencial, 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 intrusión ni la humedad pueden ser alternativas económicas para entornos donde la contaminación no representa un problema.