Cuando se trata de actuadores lineales, los dispositivos electromecánicos se están convirtiendo en la opción preferida sobre sus primos neumáticos debido a su velocidad, precisión y tamaño.

En los últimos años, la demanda de los gerentes de fábricas y empresas ha aumentado para utilizar más actuadores eléctricos de varilla y menos actuadores neumáticos en los equipos de automatización industrial. Diversos factores impulsan esta conversión, pero los más significativos incluyen la creciente necesidad de:

• Mejore el rendimiento de la máquina con actuadores electromecánicos capaces de mayor precisión.
• Reduzca el tamaño del equipo con actuadores electromecánicos que requieren sólo aproximadamente una cuarta parte del espacio para proporcionar el mismo empuje que los actuadores neumáticos.
• Utilice la energía de manera más eficiente, porque los actuadores electromecánicos no necesitan compresores de aire que funcionen las 24 horas del día, los 7 días de la semana para mantener la presión.
• Reduce el mantenimiento y el costo total de propiedad, porque los actuadores electromecánicos utilizan menos componentes, no requieren compresores y no sufren fugas de aire.

Una vez tomada la decisión de sustituir los actuadores neumáticos por electromecánicos, el siguiente paso es seleccionar los actuadores electromecánicos adecuados entre las numerosas marcas disponibles. Si bien las especificaciones de empuje fundamentales pueden ser similares, existen diferencias significativas en cuanto a rendimiento durante el ciclo de vida, facilidad de mantenimiento y resistencia ambiental.

En general, cuanto mayor sea el diámetro del husillo de bolas, mayor será el potencial de empuje. Sin embargo, para lograrlo es necesario un acoplamiento correcto del rodamiento de empuje y todos los puntos de fijación, incluyendo el tubo de extensión, la tuerca de bolas interior, la carcasa del rodamiento y la carcasa del rascador. De lo contrario, cualquier aumento del empuje se traduciría en una reducción de la vida útil del sistema. Un componente demasiado débil para soportar su carga se desgastará mucho más rápido o incluso resultará dañado.

Se podrían tener dos actuadores, cada uno equipado con un husillo de bolas de 16 mm y con un empuje de 750 N. Uno, por ejemplo, podría tener una vida útil de 2000 km, mientras que el otro ofrece 8000 km. La diferencia radica en la correcta conexión entre el husillo de bolas y los demás componentes.

Además, debido a que los diámetros mayores de los husillos de bolas se correlacionan con el costo y el espacio ocupado, un acoplamiento adecuado entre el husillo y otros componentes reduce ambos. Para cumplir con un requisito de aplicación de 3200 N de fuerza, un proveedor podría usar un husillo de bolas de 20 mm de diámetro, mientras que otro, con componentes correctamente acoplados, podría lograr el mismo empuje con un husillo de 12 mm de diámetro. Por lo tanto, este último husillo de bolas puede reducirse sin sacrificar el rendimiento.

El correcto acoplamiento de los husillos de bolas con otros componentes afecta significativamente la vida útil del actuador y, en combinación con el diseño del soporte, ambos factores tienen el mayor impacto en la precisión y la capacidad de carga. Otro objetivo del diseño del actuador es reducir el juego libre radial y lateral. Los factores que influyen en esto son el diámetro del cuerpo del soporte, la superficie de contacto y el uso de patas de apoyo. Un cuerpo de soporte más grande, por ejemplo, soporta mayores cargas radiales externas al maximizar la superficie de contacto en situaciones de carga lateral. La capacidad de carga lateral de los actuadores eléctricos aumenta el rendimiento, la precisión y la compacidad a un nivel inalcanzable con los actuadores neumáticos o hidráulicos.

Aunque maximizar las superficies mejora la capacidad de carga radial y lateral, no necesariamente mejora la estabilidad. Esto suele solucionarse fijando las patas elevadas en canales ranurados (tres en la imagen superior). Estas patas de apoyo reducen las vibraciones, que pueden añadir ruido y contribuir al desgaste. La mayoría de los diseños utilizan una o dos de estas crestas, eliminando así la holgura, pero pueden generar chasquidos a medida que el sistema se desgasta con el tiempo. Sin embargo, usar cuatro patas en lugar de dos reduce el desgaste y el ruido, proporcionando una protección antirrotación más eficaz y duradera. Además, las patas adicionales garantizan un movimiento de retorno sin adherencia, lo que reduce aún más la holgura causada por el desgaste.

Además, al curvar estas patas del soporte hacia afuera se crea una precarga radial, lo que reduce la holgura en el tubo de empuje. Además, centra el cuerpo del soporte y la tuerca de bolas, eliminando la necesidad de calzar el soporte a la extrusión y compensando el desgaste durante la vida útil del dispositivo. Mantener todo alineado reduce la necesidad de calibrar el actuador para un par de ralentí constante.

Las tolerancias estrechas son cruciales para reducir el desgaste y el ruido. Sin embargo, si no hay espacio de aire, la presión se acumula cuando los actuadores funcionan a altas velocidades. Esto provoca sobrecalentamiento, lo que contribuye a problemas de lubricación y otros problemas de durabilidad. Para solucionar esto, dos de las chavetas macho de las patas del soporte están más bajas que las dos restantes; este es el enfoque que Thomson utiliza en muchos de sus actuadores. Esto proporciona el espacio justo para evitar la acumulación de presión. Como se muestra en la imagen superior, dos de las chavetas macho situadas ortogonalmente en las patas del soporte están más bajas que las dos restantes.

Mantenibilidad

La facilidad de mantenimiento influye en el rendimiento del ciclo de vida y contribuye a la productividad. Los actuadores electromecánicos difieren en su lubricación y manejo del motor. La mayoría de los actuadores se retraen para exponer parcialmente las piezas entre un 60 % y un 70 % para su lubricación. Los técnicos retiran las tapas, localizan las piezas que necesitan lubricación, añaden grasa y, en ocasiones, es necesario repetir este proceso.

Sin embargo, un mejor enfoque consiste en extender o retraer el tubo por completo, dejando al descubierto todos los componentes para una exposición máxima. Esto permite a las empresas utilizar lubricación automatizada. Además, el uso de una boquilla de lubricación eliminaría la necesidad de retirar la tapa, simplificando aún más el mantenimiento.

El mantenimiento también se puede agilizar si se elimina el tiempo necesario para acoplar el motor al actuador mecánico. Tradicionalmente, el montaje del motor en paralelo toma de 20 a 25 minutos. Una vez montado el motor, un técnico debe usar diversas herramientas para ajustar la tensión y alineación correctas de la correa. Esto requiere al menos 12 pasos.

Sin embargo, si el actuador incluye una solución paralela preensamblada, la correa se puede pretensar durante el montaje, eliminando así la necesidad de ajustes de tensión en varios pasos: el motor se puede atornillar y usar en solo tres pasos. Para el montaje en línea, las ventajas de una solución preensamblada son similares, aunque no tan significativas.

Además, el uso de rodamientos de montaje a horcajadas elimina el riesgo de desalineación. También protege el eje del motor de cargas radiales, lo que reduce el ruido y prolonga la vida útil del actuador.

Resistencia ambiental

Los actuadores electromecánicos difieren en su capacidad para soportar condiciones ambientales adversas y frecuentes lavados a alta presión. Esto depende del perfil exterior, la elección del material y los métodos de sellado.

Los perfiles con superficies lisas son más limpios que los ranurados, ya que no acumulan polvo ni líquidos. Por lo tanto, son más adecuados para entornos hostiles que requieren lavados frecuentes. Sin embargo, un exterior liso podría tener una desventaja: si se utilizan en aplicaciones que requieren la instalación de sensores, podría ser necesario un accesorio de plástico adicional para fijar el sensor.

La resistencia ambiental también depende de la composición del material del tubo de extensión. La mayoría de los sistemas utilizan acero cromado, pero el acero inoxidable es una opción mucho mejor para entornos hostiles.

Un indicador clave de resistencia al entorno es el Código de Protección de Entrada (IP). Una clasificación IP de 65, por ejemplo, significa que el dispositivo es a prueba de polvo y está protegido contra chorros de agua a baja presión desde cualquier dirección, como los que se pueden encontrar en una operación de lavado en la industria de alimentos y bebidas. Solo unos pocos actuadores eléctricos cumplen con esta clasificación, pero en entornos corrosivos es fundamental. Una clasificación IP de 54 ofrece cierta protección contra salpicaduras de agua y menos del 100 % contra el polvo, lo que la hace aceptable para algunas aplicaciones de lavado, pero no si hay presión. Una clasificación IP de 40, común entre los actuadores lineales, implica que no hay protección contra polvo ni líquidos.

Una clasificación IP más alta depende principalmente del uso de sellos de mejor calidad. Thomson, por ejemplo, sella todos los compartimentos de sus actuadores electromecánicos, incluidos los soportes del motor. Todas las juntas también deben estar selladas y extenderse hasta el motor, en lugar de detenerse en la placa de montaje.

La próxima generación del control de movimiento

A medida que el mercado exige mayor productividad, tiempos de cambio más cortos, mayor fiabilidad, mayor ahorro energético y menores costes de mantenimiento y operación, cada vez más diseñadores y usuarios finales optan por actuadores electromecánicos en lugar de neumáticos. Para maquinaria que requiere un control de movimiento sofisticado, los actuadores electromecánicos son prácticamente la única alternativa. Pero incluso para tareas sencillas de movimiento lineal, los diseñadores y usuarios de control de movimiento se inclinan por la actuación eléctrica debido a su menor o más sencillo mantenimiento, mayor ahorro energético y un funcionamiento más limpio.

Se pueden obtener mayores beneficios comparando cuidadosamente diferentes marcas de actuadores eléctricos. Interprete siempre la "capacidad de carga" en el contexto de la vida útil declarada del sistema y los requisitos de espacio. Existen desventajas reales en estos aspectos. El diseño del soporte afecta la precisión, así como la capacidad de carga lateral y rotatoria, por lo que debe prestar mucha atención a cómo se fija el soporte en el canal, así como a la forma y el tamaño de los mecanismos de guía.

Mecanismos y piezas mejorados, como las patas de soporte y sus diseños, que pueden curvarse para un mejor agarre, mejorarán la precisión y la resistencia al desgaste. El perfil exterior, la elección de materiales y la estrategia de sellado adecuados son factores clave para la resistencia ambiental. Los perfiles más lisos, los materiales de acero inoxidable y las clasificaciones IP más altas suelen ofrecer la mayor protección.