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 demanda por parte de los gerentes de fábricas y empresas para utilizar más actuadores eléctricos de tipo varilla y menos actuadores neumáticos en los equipos de automatización industrial ha ido en aumento. Varios factores impulsan esta transición, pero los más importantes incluyen la creciente necesidad de:

• Mejore el rendimiento de su máquina con actuadores electromecánicos capaces de ofrecer una mayor precisión.
• Reduzca el tamaño de los equipos con actuadores electromecánicos que requieren solo alrededor de 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 funcionando las 24 horas del día, los 7 días de la semana, para mantener la presión.
• Reduce 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 reemplazar los actuadores neumáticos por electromecánicos, el siguiente paso es seleccionar el actuador electromecánico adecuado entre las numerosas marcas disponibles. Si bien las especificaciones básicas de empuje pueden ser similares, existen diferencias significativas en cuanto al rendimiento a lo largo de su vida útil, la facilidad de mantenimiento y la resistencia ambiental.

En general, cuanto mayor sea el diámetro del husillo de bolas, mayor será su capacidad de empuje. Sin embargo, para lograrlo se requiere un acoplamiento adecuado entre el cojinete de empuje y todos los puntos de fijación, incluyendo el tubo de extensión, la tuerca de bolas interior, la carcasa del cojinete y la carcasa 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 su carga se desgastará mucho más rápido o incluso se dañará.

Podrías tener dos actuadores, cada uno equipado con un husillo de bolas de 16 mm y que proporcione 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 precisión con la que el husillo de bolas y los demás componentes se acoplan entre sí.

Además, dado que los husillos de bolas de mayor diámetro conllevan un mayor coste y tamaño, un acoplamiento adecuado entre el husillo y los demás componentes reduce ambos. Para cumplir con un requisito de aplicación de 3200 N de fuerza, 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. De este modo, se puede reducir el tamaño del segundo husillo de bolas sin sacrificar el rendimiento.

El acoplamiento adecuado de los husillos de bolas con otros componentes influye significativamente en 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 la holgura 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 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 de apoyo mejora la capacidad de carga radial y lateral, no necesariamente contribuye a la estabilidad. Esto se suele solucionar fijando las patas elevadas en canales ranurados (tres en la imagen superior). Estas patas de apoyo reducen las vibraciones, que pueden generar ruido y contribuir al desgaste. La mayoría de los diseños utilizan una o dos de estas ranuras, lo que reduce la holgura, pero puede 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 atascos, reduciendo 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 bola, eliminando la necesidad de calzar el soporte con 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 reducir el desgaste y el ruido. Sin embargo, si no hay 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 problemas de durabilidad. Para solucionar esto, se colocan dos de las chavetas macho en las patas del soporte a una altura menor que las otras dos; 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 observa en la imagen superior, dos de las chavetas macho, situadas ortogonalmente en las patas del soporte, están a una altura menor que las otras dos.

Mantenibilidad

La facilidad de mantenimiento influye en el rendimiento durante su ciclo de vida y contribuye a mejorar 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, aplican grasa y, posiblemente, deban repetir este proceso.

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

El mantenimiento también se puede agilizar eliminando 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, un técnico debe utilizar diversas herramientas para ajustar la tensión de la correa y alinearla correctamente. 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 la necesidad de ajustes de tensión en varios pasos; el motor se puede atornillar y utilizar 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 cojinetes de montaje sobre bastidor elimina el riesgo de desalineación. También protege el eje del motor de las 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, el material elegido y los métodos de sellado.

Los perfiles con superficies lisas son más limpios que las superficies estriadas, ya que no acumulan polvo ni líquidos. Por lo tanto, son más adecuados para entornos exigentes donde se requieren lavados frecuentes. Sin embargo, un exterior liso también puede tener sus inconvenientes. Si se utilizan en aplicaciones que requieren la instalación de sensores, podría ser necesario un accesorio de plástico adicional para fijarlos.

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 adversos.

Un indicador clave de la resistencia ambiental es el índice de protección IP. Un índice 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 encuentran en las operaciones de lavado en la industria alimentaria y de bebidas. Solo unos pocos actuadores eléctricos cumplen con este índice, pero en entornos corrosivos, es fundamental. Un índice IP de 54 proporciona cierta protección contra salpicaduras de agua y una protección inferior al 100 % contra el polvo, lo que lo hace aceptable para algunas aplicaciones de lavado, pero no si hay presión involucrada. Un índice IP de 40, común entre los actuadores lineales, implica que no hay protección contra el polvo ni los líquidos.

Un mayor grado de protección IP depende principalmente del uso de mejores sellos. 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

Ante la creciente demanda del mercado de 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 los actuadores electromecánicos en lugar de los neumáticos. Para la maquinaria que requiere un control de movimiento sofisticado, los actuadores electromecánicos son prácticamente la única alternativa. Pero incluso para tareas de movimiento lineal sencillas, los diseñadores y usuarios de sistemas de control de movimiento se decantan por la actuación eléctrica debido a su menor mantenimiento, su mayor ahorro energético y su funcionamiento más limpio.

Se pueden obtener aún mayores beneficios comparando cuidadosamente las distintas marcas de actuadores eléctricos. Siempre interprete la "capacidad de carga" en el contexto de la vida útil declarada del sistema y los requisitos de espacio. Existen ventajas e inconvenientes reales en estos aspectos. El diseño del soporte afecta tanto a la precisión como a la capacidad de carga lateral y rotacional, por lo que es fundamental prestar especial atención a cómo se fija el soporte en el canal, así como a la forma y el tamaño de cualquier mecanismo de guiado.

La mejora de los mecanismos y componentes, como las patas de soporte y su diseño curvo para un mejor agarre, aumentará la precisión y la durabilidad. Asimismo, 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 índices de protección IP más altos suelen ofrecer la mayor protección.