¿Qué es un Actuador?

Un actuador es un dispositivo mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover o «actuar» otro dispositivo mecánico. La fuerza que provoca el actuador proviene de tres fuentes posibles: presión neumática, presión hidráulica o fuerza motriz eléctrica (motor eléctrico o solenoide). Dependiendo del origen de la fuerza, el actuador se denomina «neumático», «hidráulico» o «eléctrico».

Clasificación de los Actuadores Lineales

• Lineales: generan una fuerza en línea recta.
• Rotatorios: generan una fuerza rotatoria, como lo haría un motor eléctrico.

Usos de los Actuadores Hidráulicos, Neumáticos y Eléctricos

• Actuadores hidráulicos: se emplean cuando lo que se necesita es potencia, pero son muy costosos.
• Actuadores neumáticos: son los más usados en la industria, también son llamados actuadores de posicionamiento, es decir, se encargan de posicionar los objetos.
• Actuadores eléctricos: se utilizan en aparatos mecatrónicos, se utilizarán en el futuro como actuadores de posicionamiento preciso debido a la demanda de funcionamiento sin tantas horas de mantenimiento.

Funcionamiento de los Actuadores

Primeramente, el actuador deberá tener el proceso que va a realizar bajo control, es decir, deberá evaluar que puede trabajar; una vez determinado que el proceso está bajo control, el actuador ejecuta la acción que se tiene que llevar a cabo a la velocidad con que esta deba realizarse.

Características de los Actuadores Mecánicos

Transforman el movimiento rotativo a la entrada, en un movimiento lineal en la salida. Los actuadores mecánicos son aplicables para los campos donde se requiera movimientos lineales tales como: elevación, traslación y posicionamiento lineal.

Clasificación de los Actuadores Mecánicos

• Actuadores Mecánicos Hidráulicos
  • Efecto Simple: se utiliza fuerza hidráulica para empujar y una fuerza externa diferente para contraer.
  • Acción doble: Se emplea la fuerza hidráulica tanto para empujar como para contraer una fuerza externa.
• Actuadores Mecánicos Neumáticos: Son mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico, se les denomina actuadores neumáticos.

Diferencia entre Actuadores Mecánicos Hidráulicos y Neumáticos

En los actuadores mecánicos neumáticos, el rango de compresión es mayor, también existe diferencia en cuanto al uso y en su estructura debido a que los actuadores hidráulicos tienen poca viscosidad.

Características Generales de los Actuadores Eléctricos

• Solo requieren de energía eléctrica.
• Como solo se necesitan cables para transmitir las señales, son muy versátiles.
• No hay restricciones de distancia entre la fuente de poder y el actuador.

Ventajas y Desventajas de los Actuadores Eléctricos

Ventajas:

• Precisos
• Fiables
• Fácil control
• Sencilla instalación
• Silenciosos

Desventajas:

• Potencia limitada

Ejemplos de Actuadores Eléctricos

• Motores de corriente continua (DC) o Servomotores
• Motor paso a paso
• Motor de corriente alterna (AC)

Componentes de un Motor de Corriente Continua

• Rotor: constituye la parte móvil del motor y proporciona el torque para mover la carga.
• Estator: constituye la parte fija y su función es suministrar el flujo magnético que será usado por el bobinado del rotor para realizar el movimiento giratorio.

Característica Principal de los Servomotores

Capacidad para posicionarse de forma inmediata en cualquier posición dentro de su intervalo de operación. Para ello, el servomotor espera un tren de pulsos que se corresponde con el movimiento a realizar.

¿Qué es un Motor Paso a Paso?

Es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control.

Clasificación de los Motores Paso a Paso

• De imanes permanentes
• De reluctancia variable
• Híbridos

Motores de Corriente Alterna

Se basan en la utilización de corriente alterna. La variación de la tensión con el tiempo puede tener diferentes formas: senoidal, triangular, trapezoidal.

Ventajas de la Corriente Alterna

• Generadores y motores más baratos y eficientes, y menos complejos.
• Posibilidad de transformar su tensión de manera simple y barata (transformadores).
• Posibilidad de transporte de grandes cantidades de energía a largas distancias con un mínimo de sección de conductores (a alta tensión).
• Posibilidad de motores muy simples, (como el motor de inducción asíncrono de rotor en cortocircuito).
• Desaparición o minimización de algunos fenómenos eléctricos indeseables (magnetización en las máquinas, y polarizaciones y corrosiones electrolíticas en pares metálicos).

Tipos de Motores de Corriente Alterna

• Motores asíncronos
• Motores síncronos

Tipos de Actuadores Eléctricos

• Motores de corriente continua (DC).
• Motores de corriente alterna (AC).
• Motores paso a paso.

¿Por qué se Utilizan los Motores de Corriente Continua?

Se utilizan debido a su facilidad de control.

Conversión de Energía Eléctrica en Mecánica

Para que se pueda dar la conversión de energía eléctrica en energía mecánica de forma continua, es necesario que los campos magnéticos del estator y del rotor permanezcan estáticos entre sí.

Tipos de Motores Paso a Paso

• De imanes permanentes
• De reluctancia variable
• Híbridos

Motores de Reluctancia Variable: Composición del Rotor

Se encuentra formado por un material ferro-magnético que tiende a orientarse.

Señal de Control en Motores Paso a Paso

La señal de control son trenes de pulsos que van actuando rotativamente sobre una serie de electroimanes dispuestos en el estator.

Motor sin Problemas de Mantenimiento por Ausencia de Escobillas

Motor síncrono autopilotado excitado.

Factores que Influyen en la Elección de un Actuador

Los factores son: el proceso bajo control, la acción que se tiene que llevar a cabo y la velocidad con la que deba realizarse.

Sistemas Predominantes en Ambientes Robóticos Industriales

Son los sistemas de acondicionamiento eléctrico.

Dispositivos con Mayor Exactitud y Repetitividad en los Sistemas

Estos son los dispositivos eléctricos.

Función del Actuador

Representa la interfaz entre el sistema de control de proceso y la válvula.

Bomba de Accionamiento más Poderosa

Powerpum-2, Honda GX100.

Modos de Comunicación entre Actuadores y su Necesidad

Son bus de campo, cable y Bluetooth. Siendo necesarios para maximizar el desempeño de las tareas de los actuadores.

Estándares Utilizados en Sistemas de Comunicación por Bus de Campo

Estándares Factory bus a nivel de los sistemas de información como el higher-end empleado a nivel dirigencial y lower-end a nivel de redes de campo.

¿Qué es el Control Centronik?

Es la solución utilizada para aplicaciones de control Todo/Nada o Abrir/Cerrar.

Funciones y Características del Control Centronik

• Concepto de diseño modular y programable gracias al uso de microprocesador.
• Controles locales (ABRIR, STOP, CERRAR, etc.) no intrusivos con selector LOCAL/REMOTO protegido por candado.
• Indicación local con 5 LEDS.
• Control del motor por contactores inversores o tiristores (opción).
• Corrección automática de fases y capacidades de autodiagnóstico.
• Fuente de alimentación 24 VDC.
• Protección IP67 o IP68 (opción).
• Protección Eex AtX opcional.
• Comunicación remota digital por bus de campo (opción).
• PROFIBUS, DeviceNet, MODBUS.
• Conexión eléctrica por borneros o conectores.

¿Qué son las Interfaces de Comunicación y Red Fieldbus?

Es un sistema de comunicación digital bidireccional que interconecta instrumentos o dispositivos inteligentes localizados en el campo o en cuartos de control.

Características de las Interfaces de Comunicación y Red Fieldbus

• Medio Físico: Tres tipos son definidos: cable, fibra óptica y señales de radiofrecuencia.
• Velocidad de comunicación: 31.25kbps, 1 MB/s y 2.5 MB/s.
• Número de dispositivos por bus (31.25 kbps): 2 a 32 dispositivos, sin alimentación sobre el bus y sin capacidad de instalaciones intrínsecamente segura. 2 a 6 dispositivos con alimentación en el bus y seguridad intrínseca.
• Distancia Máxima: Hasta 1900 metros sin repetidores para 31.25 kbps, número máximo de repetidos igual a cuatro. Hasta 750 metros para un MB/s y hasta 500 metros para 2.5MB/s.

¿Qué es el Profibus?

Es un estándar de comunicaciones para buses de campo.

Características del Profibus

• Ideal para la interconexión de sensores y actuadores binarios.
• A través del cable AS-i se transmiten datos y alimentación.
• Gran flexibilidad de topologías, que facilita el cableado de la instalación.
• Sistema monomaestro, con un protocolo de comunicación con los esclavos muy sencillo.
• Ciclo del bus rápido. Máximo tiempo de ciclo 5 ms con direccionamiento estándar y 10 ms con direccionamiento extendido.
• Permite la conexión de sensores y actuadores No AS-i mediante módulos activos.
• Hasta 124 sensores y 124 actuadores binarios con direccionamiento estándar.
• Hasta 248 sensores y 186 actuadores binarios con direccionamiento extendido.
• Longitud máxima de cable de 100 m uniendo todos los tramos, o hasta 300 m con repetidores.
• Detección de errores en la transmisión y supervisión del correcto funcionamiento de los esclavos por parte del maestro de la red.
• Cables auxiliares para la transmisión de energía: Cable Negro (24 V DC) y Rojo (220 V AC).

Tipos de Actuadores Lineales Neumáticos

• Cilindros de simple efecto.
• Cilindros de doble efecto.
  • Sin amortiguación.
  • Amortiguación fija.
  • Amortiguación regulable.
• Cilindros sin vástago.
• Actuador rotativo (cilindros).

Característica de los Cilindros de Simple Efecto

Para que el cilindro pueda volver a su posición de reposo se requiere que el aire pueda ir a un escape.

Características de los Cilindros de Doble Efecto

• Sin amortiguación: Están diseñados para aplicaciones con cargas ligeras y baja velocidad y para mayores velocidades se requiere amortiguación externa.
• Amortiguación fija: Pueden tener una velocidad muy elevada y se pueden desarrollar fuerzas de choque considerables al final de la carrera; la amortiguación fija, p.e. amortiguadores de goma, está destinada a cilindros de pequeño diámetro y cargas ligeras.
• Amortiguación regulable: Se apropia de parte del aire de escape cerca del punto de final de carrera y lo evacua más lentamente a través de una restricción regulable. Para acelerar grandes cargas o altas velocidades del cilindro, se necesita un amortiguador externo. Si la velocidad del émbolo supera los 500mm/s, será necesario un tope mecánico externo.

Característica de los Cilindros sin Vástago

Se deslizan por el desplazamiento de la tuerca o tuercas de un husillo a bolas al que se encuentran unidos. A los carros de los cilindros CMH, se les incorpora una tuerca a bolas (M), o tuerca trapecial (TR). Se deslizan en un rodamiento lineal prismático, que a su vez, está montado sobre un perfil tubular de aluminio extrusionado.

Aplicaciones de un Cilindro sin Vástago

Donde se necesiten fuerzas lineales, por ejemplo:

• Como accionamiento para avances.
• Accionamiento para transportes.
• Accionamiento de cabezales para robots industriales.
• Accionamiento para estructuras internas de máquinas.
• Donde se requieran lograr movimientos en uno o más ejes.
• Posicionado del material en sierras, prensas, cizallas, etc.
• Posiciones en cadena con piezas largas (perforación de regletas-guía, etc.).
• Como accionamiento en ejes lineales con avances y velocidades controladas.
• Accionamientos bidimensionales (mesas en cruz) en ejecución simple y en ejecución paralela.
• Sistemas tridimensionales de coordenadas.
• Manipuladores con control de posicionado.

Funcionamiento de los Actuadores Rotativos

En esta ejecución de cilindro de doble efecto, el vástago es una cremallera que acciona un piñón y transforma el movimiento lineal en un movimiento giratorio, podemos regular si queremos el movimiento en sentido de las agujas del reloj o al revés.

Aplicaciones de los Actuadores Rotativos

Al dar un movimiento rotativo se puede emplear para:

• Voltear piezas y doblar tubos metálicos.
• Regular acondicionadores de aire.
• Accionar válvulas.