En lo que respecta a los actuadores lineales, los dispositivos electromecánicos se están convirtiendo en la opción preferida frente a sus homólogos neumáticos debido a su velocidad, precisión y tamaño.

En los últimos años, la presión de los gerentes de fábricas y empresas para que se utilicen más actuadores eléctricos de vástago y menos actuadores neumáticos en los equipos de automatización industrial ha aumentado considerablemente. Varios factores impulsan esta transición, pero entre los más importantes se encuentran las crecientes necesidades de:

• Mejore el rendimiento de la máquina con actuadores electromecánicos capaces de una mayor precisión.
• Reduzca el tamaño de los equipos con actuadores electromecánicos que requieren solo una cuarta parte del espacio para proporcionar el mismo empuje que los actuadores neumáticos.
• Utilice la energía de forma más eficiente, ya que 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.
• Reducen el mantenimiento y el coste total de propiedad, ya que 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 básicas de empuje pueden ser similares, existen diferencias significativas en cuanto a rendimiento a lo largo de su vida útil, facilidad de mantenimiento y resistencia ambiental.

En general, a mayor diámetro del husillo de bolas, mayor es su potencial de empuje. Sin embargo, para lograrlo, es fundamental un acoplamiento correcto del cojinete de empuje y todos los puntos de fijación, incluyendo el tubo de extensión, la tuerca de bolas interna, el alojamiento del cojinete y el alojamiento del rascador. De lo contrario, cualquier aumento en el empuje se produciría a expensas de la vida útil del sistema. Un componente demasiado débil para soportar la carga se desgastará mucho más rápido o incluso podría dañarse.

Podrías tener dos actuadores, cada uno equipado con un husillo de bolas de 16 mm y que proporciona 750 N de empuje; por ejemplo, uno podría tener una vida útil de 2000 km, mientras que el otro ofrece 8000 km. La diferencia radica en la precisión del acoplamiento entre el husillo de bolas y los demás componentes.

Además, dado que los husillos de bolas de mayor diámetro se correlacionan con un mayor coste y tamaño, un acoplamiento adecuado entre el husillo y los demás componentes reduce ambos. Para cumplir con un requisito de fuerza de 3200 N, un proveedor podría utilizar 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 puede ser de menor tamaño sin sacrificar el rendimiento.

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

Si bien maximizar la superficie mejora la capacidad de carga radial y lateral, no necesariamente aumenta la estabilidad. Esto se suele solucionar fijando las patas elevadas en canales ranurados (tres en la imagen superior). Estas patas de soporte reducen las vibraciones, que pueden generar ruido y contribuir al desgaste. La mayoría de los diseños utilizan una o dos ranuras de este tipo, lo que reduce la holgura, pero puede producir 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 antirrotacional más eficaz y duradera. Además, las patas adicionales garantizan un retorno fluido, lo que reduce aún más la holgura debida al desgaste.

Además, la curvatura hacia afuera de las patas del soporte crea una precarga radial que reduce la holgura en el tubo de empuje. También 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 frecuencia con la que se debe calibrar el actuador para obtener un par de ralentí constante.

Las tolerancias ajustadas son cruciales para minimizar el desgaste y el ruido. Sin embargo, si no existe ningún espacio de aire, la presión aumenta cuando los actuadores funcionan a altas velocidades. Esto provoca sobrecalentamiento, lo que contribuye a problemas de lubricación y otros inconvenientes de durabilidad. Para solucionar esto, dos de los puntos de anclaje macho de las patas del soporte se sitúan a menor altura que los otros dos; este es el enfoque que Thomson adopta en muchos de sus actuadores. Esto proporciona el espacio justo para evitar la acumulación de presión. Como se observa en la imagen superior, dos de los puntos de anclaje macho, situados ortogonalmente en las patas del soporte, se encuentran a menor altura que los otros dos.

Mantenibilidad

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

Sin embargo, una mejor opción es extender o retraer completamente el tubo, dejando al descubierto todos los componentes para una máxima visibilidad. 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 requiere de 20 a 25 minutos. Una vez montado el motor, el técnico debe utilizar diversas herramientas para ajustar la tensión de la correa y la alineación. Este proceso requiere al menos 12 pasos.

Sin embargo, si el actuador viene con una solución paralela premontada, la correa se puede pretensar durante el montaje, eliminando la necesidad de ajustes de tensión en varias etapas; el motor se puede atornillar y usar en solo tres pasos. Para el montaje en línea, las ventajas de una solución premontada son similares, aunque no tan significativas.

Además, el uso de cojinetes 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 aún más la vida útil del actuador.

Resistencia ambiental

Los actuadores electromecánicos difieren en su capacidad para soportar condiciones adversas, el entorno y lavados frecuentes 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 acanalados, ya que no acumulan polvo ni líquidos. Por lo tanto, son más adecuados para entornos exigentes donde se requieren lavados frecuentes. Sin embargo, tener un exterior liso puede tener una desventaja. Si se utilizan en aplicaciones que requieren la fijación de sensores, podría ser necesario un accesorio de plástico adicional para acoplar el sensor.

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

Un indicador clave de la resistencia ambiental es el código de protección IP (Ingress Protection). Una clasificación IP65, por ejemplo, significa que el dispositivo es hermético al polvo y está protegido contra chorros de agua a baja presión desde cualquier dirección, como los que se pueden encontrar en las operaciones de lavado en la industria alimentaria y de bebidas. Solo unos pocos actuadores eléctricos cumplen con esta clasificación, pero en entornos corrosivos, es fundamental. Una clasificación IP54 ofrece cierta protección contra salpicaduras de agua y una protección inferior al 100% contra el polvo, lo que la hace aceptable para algunas aplicaciones de lavado, pero no si hay presión involucrada. Una clasificación IP40, común en los actuadores lineales, implica que no existe protección contra el polvo ni los líquidos.

Los índices IP más altos dependen principalmente del uso de mejores juntas. Thomson, por ejemplo, sella todos los compartimentos, incluidos los soportes del motor, en sus actuadores electromecánicos. Todas las juntas también deben estar selladas y extenderse hasta el motor, en lugar de detenerse en la placa de montaje.

La próxima generación de control de movimiento

A medida que crece la demanda del mercado por 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 sistemas de control de movimiento se decantan por la actuación eléctrica debido a un mantenimiento menor y/o más sencillo, un mayor ahorro energético y un funcionamiento más limpio.

Se pueden obtener beneficios aún mayores 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 compromisos reales en estas áreas. El diseño del soporte afecta la precisión, así como las capacidades de carga lateral y rotativa, por lo que preste mucha atención a cómo se fija el soporte en el canal y a la forma y el tamaño de cualquier mecanismo de guiado.

La mejora de mecanismos y piezas, como las patas de soporte y su diseño (que permite una mejor sujeción), aumenta la precisión y la durabilidad. El perfil exterior adecuado, la selección de materiales y la estrategia de sellado son factores clave para la resistencia ambiental. Los perfiles más lisos, los materiales de acero inoxidable y los grados de protección IP más altos suelen ofrecer la mayor protección.