Existen numerosos factores técnicos y comerciales que los fabricantes de equipos originales (OEM) deben evaluar al diseñar soluciones de control de movimiento para maquinaria industrial. Muchos tipos de maquinaria industrial utilizan el control de movimiento para llevar a cabo sus funciones, y algunas de las tecnologías más populares en las que confían los OEM para el control de movimiento lineal son los actuadores lineales neumáticos y eléctricos. El control de movimiento puede iniciarse manualmente por los operarios o automáticamente mediante plataformas de control avanzadas.
Al diseñar sistemas de automatización, los fabricantes de equipos originales (OEM) históricamente han tenido que elegir entre distintas tecnologías de control de movimiento. Tanto el control neumático como el eléctrico tienen sus ventajas: el neumático se considera robusto, fácil de usar y mantener, mientras que el eléctrico se percibe como inteligente, rápido y preciso. Los OEM han tenido que seleccionar la tecnología que más beneficios aportara a la aplicación, pero, en algunos casos, se sacrificaron necesidades clave en favor de otras.
Los procesos y las prioridades de aplicación han evolucionado con el tiempo. La sostenibilidad es hoy la máxima prioridad en casi todos los sectores, mientras que los procesos se han vuelto más complejos y requieren movimientos más precisos y eficientes. Las funciones se consolidan en espacios más reducidos con menos componentes.
También ha cambiado algo importante. Los fabricantes de equipos originales ya no tienen que elegir una sola tecnología. Existen sistemas de automatización híbridos que combinan las ventajas de las tecnologías neumáticas y eléctricas para ofrecer el máximo beneficio en aplicaciones complejas de control de movimiento.
Tendencias que impulsan los sistemas de automatización híbridos
Algunos fabricantes de equipos originales (OEM) podrían preguntarse por qué se necesita el movimiento lineal eléctrico además del neumático. Al reconocer las diversas tendencias que impulsan la evolución y el uso de los sistemas de automatización híbridos, podemos comprender mejor cómo surgieron las soluciones multitecnológicas. La sostenibilidad, la transformación digital, el diseño de las máquinas y la presión competitiva influyen en su popularidad.
Sostenibilidad
En todos los sectores se observa una mayor atención al consumo energético, las emisiones de carbono y el ahorro de costes. El sentido de responsabilidad individual, la demanda de los clientes, las regulaciones gubernamentales y la presión de las partes interesadas impulsan esta atención, y muchas empresas están asumiendo compromisos y estableciendo objetivos a largo plazo basados en ambiciosas iniciativas para lograr la neutralidad de carbono.
Los sistemas de control de movimiento que consumen menos energía y pueden alimentarse con recursos renovables son clave para lograr equipos energéticamente eficientes y forman parte de una estrategia corporativa sostenible.
Transformación digital
Los fabricantes actuales interactúan a diario con la automatización digital y las interfaces de usuario detalladas, y esperan la misma capacidad digital de los sistemas industriales. A medida que las empresas transforman digitalmente sus operaciones, están experimentando beneficios reales y fiables.
Los sensores integrados en los dispositivos monitorizan continuamente la temperatura, la posición, la carga y el desgaste en tiempo real. La monitorización, la configuración automática, el diagnóstico y los datos de proceso recopilados, presentados en paneles de control, proporcionan a los operarios la información necesaria para tomar decisiones seguras y fundamentadas. Los sistemas de control de movimiento conectados permiten a los operarios analizar el rendimiento de la producción, el consumo energético y la fiabilidad.
El acceso a esta información a través de paneles de control permite a los fabricantes controlar mejor y mejorar continuamente sus operaciones y, en última instancia, su producción.
Competencia de mercado
Entre la escasez de mano de obra y los problemas en la cadena de suministro, mantener la competitividad nunca ha sido tan difícil para las empresas. Además, la transformación digital de la fabricación industrial y las tecnologías avanzadas que la impulsan han permitido a las empresas que invierten en ellas optimizar significativamente sus operaciones.
Más que nunca, es fundamental mantener la agilidad para responder a las cambiantes necesidades del mercado y satisfacer de forma fiable la demanda de los clientes, a fin de mantenerse a la vanguardia. Los fabricantes deben minimizar el tiempo de inactividad de las máquinas y maximizar la producción, y la incorporación de soluciones de automatización híbrida conectada puede contribuir a mejorar la fiabilidad y el tiempo de actividad de las máquinas.
Para optimizar el consumo de energía, mejorar las operaciones y mantenerse a la vanguardia en sus sectores, las empresas buscan una solución integral de control de movimiento. Los principales proveedores de tecnología comprenden esta necesidad y han desarrollado una gama de soluciones avanzadas e integradas que combinan servomotores, motores y actuadores eléctricos, así como sistemas neumáticos.
Los fabricantes de equipos originales (OEM) tienen una importante oportunidad para incorporar sistemas de automatización híbridos en el diseño de sus máquinas, de manera que se adapten mejor a las principales necesidades e inquietudes de sus clientes y las satisfagan.
Automatización y diseño de máquinas contemporáneas
Una de las maneras en que las empresas superan los desafíos y aumentan la producción es integrando máquinas más pequeñas y sofisticadas en sus líneas de producción. Su menor tamaño permite que quepan más máquinas en el mismo espacio de producción, y la tecnología avanzada de control de movimiento posibilita la automatización de tareas de alta precisión, desde el ensamblaje hasta la inspección final del producto.
Los fabricantes también buscan tecnología de control de movimiento que ofrezca: mayor precisión para evitar desperdicios; ciclos de producción más cortos para aumentar la productividad; y mayor flexibilidad de posicionamiento para que los operarios puedan modificar los programas de la máquina con solo pulsar un botón. El uso de máquinas con estas características puede traducirse en una mayor producción en menos tiempo, una mayor sostenibilidad y una reducción de costes.
Cómo seleccionar un control de movimiento neumático, eléctrico o híbrido
Existen numerosas opciones de control de movimiento, y puede resultar confuso saber cuál elegir. ¿Cuándo utilizan los fabricantes de equipos originales (OEM) sistemas eléctricos, cuándo neumáticos y cuándo ambos?
Hay muchos factores y aspectos a tener en cuenta al seleccionar soluciones de movimiento:
1. ¿Cumplen con los requisitos de rendimiento, flexibilidad y precisión de la aplicación?
2. ¿Cuáles son los costos iniciales de operación y de mantenimiento continuo?
3. ¿Cómo afectan a la eficiencia energética de la máquina?
4. ¿Cómo se integrarán los productos de movimiento con otros dispositivos?
5. ¿Pueden recopilar datos y analizar el estado del dispositivo?
6. ¿Harán que diseñar una máquina sea más fácil y rápido?
7. ¿Cuál es la curva de aprendizaje para las nuevas tecnologías?
El control de movimiento neumático y el eléctrico presentan ventajas distintas, según las necesidades de cada aplicación, y una aplicación puede beneficiarse de uno u otro, o de ambos. Para algunas aplicaciones, resulta evidente cuál es la mejor opción. Para un mecanismo sencillo que empuje cajas fuera de una cinta transportadora, un cilindro neumático es la solución más lógica. Sin embargo, si estas cajas deben clasificarse en diferentes líneas o posiciones de la cinta transportadora, se requiere un actuador eléctrico multiposición.
En aplicaciones más complejas, la elección puede resultar ambigua. Esto indica que las aplicaciones podrían beneficiarse enormemente del uso de ambos sistemas. Los cilindros electromecánicos pueden utilizar aire comprimido mediante un conector neumático para sellar el aire en aplicaciones de llenado. En sistemas de ensamblaje, un sistema lineal eléctrico multieje puede utilizar una pinza neumática. Asimismo, un eje lineal eléctrico que opera en dirección vertical puede utilizar un cilindro neumático para compensar el peso.
La automatización multitecnológica permite a los fabricantes de equipos originales aprovechar las ventajas complementarias de las tecnologías de control de movimiento neumáticas y eléctricas en una misma aplicación y trasladar esos beneficios a sus clientes.
Analicemos las fortalezas de cada tecnología para comprender mejor cómo pueden trabajar juntas:
Control de movimiento neumático
El movimiento neumático se logra mediante la aplicación de un gas comprimido que actúa físicamente sobre un mecanismo para producir el movimiento deseado. Las soluciones neumáticas han demostrado ofrecer un funcionamiento robusto en cuanto a hardware, diseño e instalación, y, por lo general, requieren menos cambios o reemplazos al actualizar un sistema neumático en comparación con un sistema servo.
El ejemplo más conocido de control de movimiento neumático es un cilindro con pistón interno, que produce movimiento lineal. Quizás por eso la neumática se considera a menudo una tecnología de movimiento discreto, útil únicamente para extender o retraer completamente un mecanismo.
Sin embargo, la continua innovación impulsada por los proveedores de tecnología de control de movimiento ha ampliado las posibilidades. Por ejemplo, se puede lograr un movimiento de rotación continuo utilizando actuadores de cuarto de vuelta.
También se dispone de sensores y controles de flujo para supervisar y optimizar el funcionamiento, mientras que el control de presión diferencial permite que el equipo logre un posicionamiento neumático continuo. Mediante electroválvulas de encendido/apagado electroneumáticas relativamente pequeñas o válvulas de posicionamiento modulantes, se aplica una presión controlada contra una contrapresión constante.
Los operarios pueden controlar la posición manualmente mediante botones e interruptores o automáticamente mediante un controlador lógico programable (PLC) o un controlador de bucle.
Control de movimiento eléctrico
Los actuadores eléctricos combinados con servomotores se caracterizan por su alta velocidad, precisión y eficiencia, y logran el movimiento mediante la conversión de electricidad en movimiento rotacional o lineal. Estos sistemas de lazo cerrado suelen incluir componentes más complejos, como un controlador de movimiento, un servomotor, un motor y un sensor de retroalimentación, así como prácticas de diseño más avanzadas que las soluciones de movimiento neumático.
Cada servomotor está asociado a un variador que sigue señales de comando para proporcionar la función deseada y ofrecer posicionamiento preciso, velocidades angulares exactas y perfiles de aceleración variables. Gracias a esta versatilidad, los sistemas de servocontrol pueden proporcionar control de movimiento posicional para diversas aplicaciones, desde un brazo robótico hasta cintas transportadoras de rotación continua.
Dado que los servomotores y controladores son dispositivos con microprocesador, poseen un alto nivel de funcionalidad integrada y pueden ofrecer directamente funciones de diagnóstico y registro de datos, tanto locales como remotas, para los paneles de control.
La conexión de PLC y otros controladores a sistemas de servocontrol permite a los fabricantes de equipos originales (OEM) lograr un control y sincronización de movimiento aún más avanzados. Entre sus funciones especializadas se incluyen el posicionamiento de alta precisión con repetibilidad submicrométrica, el control electrónico de levas y engranajes, y resultan beneficiosas para las aplicaciones más complejas, como el mecanizado, la robótica y los equipos de fabricación.
Por ejemplo, una línea de envasado puede actualizarse de discos de leva mecánicos a un sistema de servoaccionamiento con discos de leva eléctricos. Mientras que cambiar el formato con discos mecánicos es complejo, requiere mucho tiempo y es propenso a errores, la conversión de la máquina con discos de leva eléctricos se realiza con solo pulsar un botón. Esto ahorra tiempo, mejora la precisión, minimiza los desperdicios y reduce los costos.
Control de movimiento híbrido
Un sistema de automatización híbrido electroneumático permite a los fabricantes aplicar las tecnologías adecuadas para cada función específica. Cuando la sostenibilidad, la flexibilidad de posicionamiento, la precisión, la estabilidad, el funcionamiento silencioso, la conectividad y la monitorización son prioritarios, el control de movimiento eléctrico ofrece grandes ventajas. En aplicaciones con limitaciones de espacio, que requieren un funcionamiento robusto o un diseño, instalación y puesta en marcha rápidos, el control de movimiento neumático es la mejor opción.
Las líneas de producción en la mayoría de las plantas de fabricación incluyen diversos tipos de equipos OEM, con el producto moviéndose entre máquinas a través de cintas transportadoras de transporte y acumulación. Estas líneas ofrecen muchas oportunidades para integrar el movimiento lineal neumático y eléctrico.
Por ejemplo, una línea de producción típica de envasado de bebidas incluye las siguientes funciones: moldeo por soplado y estirado de botellas, llenado y taponado de botellas, transporte y acumulación, etiquetado de botellas, inspección del llenado y etiquetado, empaquetado de botellas en cajas y paletizado y retractilado de las cajas. El moldeo por soplado y estirado, el plegado de cajas y la aplicación de pegamento se benefician del movimiento neumático, mientras que el transporte y posicionamiento de las botellas dentro de los equipos de llenado y etiquetado se beneficia del movimiento servo.
Los sistemas de transporte y paletización sencillos se benefician de ambos tipos de movimiento: los transportadores pueden accionarse con motores eléctricos, y los topes y compuertas de los productos pueden funcionar mediante accionamiento neumático. La manipulación de cajas a granel se puede realizar con sistemas neumáticos, mientras que la interpolación y los ajustes de posición precisos se pueden controlar mediante servomotores.
Ventajas de los sistemas de automatización híbridos
Los principales proveedores de tecnología de control de movimiento ofrecen ahora paquetes de soluciones integrales que incluyen control de movimiento eléctrico, neumático o híbrido. Estas soluciones completas incorporan dispositivos inteligentes a nivel de campo, control de movimiento, control de maquinaria y análisis de datos.
Las opciones neumáticas incluyen un cilindro neumático, un sistema de válvulas, un controlador, análisis y un panel de control mediante una puerta de enlace, mientras que las eléctricas incluyen un actuador lineal eléctrico, un servomotor y su variador, un controlador y un panel de control mediante una puerta de enlace. Si bien ambas tecnologías ofrecen paneles de control, los datos están disponibles directamente desde el servomotor y los sistemas neumáticos requieren la adición de sensores.
Las soluciones completas e integradas como esta ofrecen numerosas ventajas tanto para los fabricantes de equipos originales (OEM) como para sus clientes. Al estar ya diseñados y ensamblados, los sistemas de automatización híbridos pueden agilizar la adquisición, el desarrollo y la puesta en marcha. De lo contrario, los OEM deben adquirir los componentes por separado y diseñarlos y adaptarlos ellos mismos. Esto no solo alarga el proceso y añade complejidad a la cadena de suministro, sino que también puede generar problemas de dimensionamiento.
Los sistemas de automatización híbridos también ofrecen una flexibilidad que permite a los fabricantes de equipos originales (OEM) diseñar máquinas capaces de producir una amplia gama de productos, minimizar los tiempos de cambio de formato y adaptarse a las necesidades cambiantes a lo largo del tiempo. Dado que muchas empresas se enfrentan a una presión constante para aumentar la productividad y reducir los costes operativos, esto puede acortar los ciclos de producción, incrementar la utilización de la maquinaria y prolongar la vida útil de los equipos.
Gracias a la reconfiguración electrónica del control de movimiento, los operarios pueden modificar los perfiles de movimiento sobre la marcha. Algunos sistemas ofrecen un diseño preparado para el futuro y están equipados con funciones que pueden implementarse ahora o en futuras generaciones de máquinas. Para ofrecer a los clientes la máxima flexibilidad, busque sistemas con actuadores eléctricos extremadamente versátiles que cubran una amplia gama de requisitos de aplicación.
Además de mantener la competitividad, los sistemas de automatización híbridos pueden mejorar la sostenibilidad del fabricante. Estos sistemas ofrecen mayor eficiencia a las máquinas y reducen los desperdicios, lo que a su vez disminuye el consumo de recursos y los costos. La eficiencia energética permite alcanzar mejor los objetivos de sostenibilidad, mientras que el ahorro de costos reduce el costo total de propiedad. Para lograr mayor repetibilidad y uniformidad, es importante buscar un sistema con movimiento lineal eléctrico que ofrezca los más altos niveles de confiabilidad y precisión.
Mayor flexibilidad, eficiencia y rendimiento.
Los fabricantes de equipos originales (OEM) pueden determinar si un sistema de automatización híbrido beneficiará a una aplicación evaluando factores clave de la misma, entre los que se incluyen:
1. consumo de energía,
2. costos operativos,
3. flexibilidad de posición,
4. precisión,
5. vibración y ruido,
6. CAP-EX,
7. conectividad,
8. tamaño,
9. instalación y
10. Tiempo de puesta en marcha y durabilidad.
Para seleccionar las soluciones más adecuadas que permitan obtener los resultados deseados, es fundamental colaborar con un socio experto en control de movimiento y transformación digital que cuente con una cartera integral de tecnologías y opciones de dimensionamiento. Un socio de este tipo puede ayudar a los fabricantes de equipos originales (OEM) a implementar soluciones y ofrecer soporte a largo plazo.
Con los sistemas de automatización híbridos, las empresas no tienen que elegir entre rendimiento, flexibilidad, sostenibilidad, conectividad y coste. Pueden tenerlo todo: movimiento lineal preciso y potente, la flexibilidad para adaptarse a las cambiantes necesidades de producción, datos e información para maximizar la producción, consumo energético optimizado y un menor coste total de propiedad.
Fecha de publicación: 5 de diciembre de 2023