Las
variables involucradas con estas magnitudes suelen ser de fuerza, posición,
velocidad y aceleración. Los dispositivos que realizan la transformación de las
magnitudes se conocen como actuadores y se clasifican, según su funcionamiento,
en eléctricos, hidráulicos y neumáticos.
"Un
actuador es un dispositivo que convierte la energía en movimiento o que se
utiliza para aplicar fuerza. El dispositivo toma energía de una determinada
fuente (que puede ser energía creada por aire, líquido o electricidad) y la
convierte en el movimiento deseado. Los actuadores se utilizan típicamente en
aplicaciones industriales y de manufactura. Dispositivos como válvulas,
motores, interruptores y bombas dependen ampliamente de ellos. Cada tipo de
actuador cuenta con distintas versiones y se ofrece en diferentes tamaños,
estilos y modos de operación, de acuerdo con cada aplicación en específico." Información de "Especificar"
Tipos de actuadores:
Los
actuadores se categorizan según la fuente de energía que utilizan para generar
el movimiento. Por ejemplo:
Los actuadores eléctricos son de los más limpios, fáciles de usar y de disponibilidad inmediata, debido a que no usan aceite ni requieren aire comprimido para operar. En cambio, dependen de la energía de una fuente externa, como una batería, para conducir un motor y convertir la energía eléctrica en fuerza mecánica. Los actuadores eléctricos operados por motor se utilizan en líneas de tubería de grandes diámetros. Información de "Especificar"
"La estructura de un actuador eléctrico es simple, ya que solo requiere de energía como fuente de poder. Es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador. Existen un gran cantidad de modelos y es fácil utilizar con motores eléctricos estandarizados según la aplicación."
Tipos Actuadores Eléctricos:
Motores de corriente continua (DC): Los motores de DC están constituidos por dos devanados internos, inductor e inducido, que se alimentan con corriente continua:
El inducido, también denominado devanado de excitación, está situado en el estator y crea un campo magnético de dirección fija, denominado excitación.
El inducido, situado en el rotor, hace girar al mismo debido a la fuerza de Lorentz que aparece como combinación de la corriente circulante por él y del campo magnético de excitación. Recibe la corriente del exterior a través del colector de delgas, en el que se apoyan unas escobillas de grafito.
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. De esta forma se consigue transformar automáticamente, en función de la velocidad de la máquina, la corriente continua que alimenta al motor en corriente alterna de frecuencia variable en el inducido. Este tipo de funcionamiento se conoce con el nombre de autopilotado. Las velocidades de rotación que se consiguen con estos motores son del orden de
1000 a 3000 rpm con un comportamiento muy lineal y bajas constantes de tiempo.
Las potencias que pueden manejar pueden llegar a los 10KW. Como se ha indicado, los motores DC son controlados mediante referencias de
velocidad. Estas normalmente son seguidas mediante un bucle de
retroalimentación de velocidad analógica que se cierra mediante una electrónica
específica (accionador del motor).
Motores de corriente alterna (AC): Motores paso a paso Los motores paso a paso generalmente no han sido considerados dentro de los accionamientos industriales, debido principalmente a que los pares para los que estaban disponibles eran muy pequeños y los pasos entre posiciones consecutivas eran grandes. En los último años se han mejorado notablemente sus características técnicas, especialmente en lo relativo a su control, lo que ha permitido fabricar motores paso a paso capaces de desarrollar suficientes en pequeños pasos para su uso como accionamientos industriales. Existen tres tipos de motores paso a paso:
De imanes permanentes.
De reluctancia variable.
Híbridos.
Funcionamiento:
Como se utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y las señales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entra la fuente de poder y el actuador.
Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario utilizar reductores, debido a que los motores son de operación continua.
Características:
Las características de control, sencillez y precisión de los accionamientos eléctricos han hecho que sean los más usados en los robots industriales actuales.
Modo de Comunicación:
Los actuadores eléctricos se comunican mediante el funcionamiento de los mismos, ya que si una parte llega a fallar no se puede realizar la acción que se requiere para llevar a cabo su movimiento. Sistema de "llave de seguridad" : Este método de llave de seguridad para la retención de las tapas del actuador, usa una cinta cilíndrica flexible de acero inoxidable en una ranura de deslizamiento labrada a máquina. Esto elimina la concentración de esfuerzos causados por cargas centradas en los tornillos de las tapas y helicoils. Las Llaves de Seguridad incrementan de gran forma la fuerza del ensamblado del actuador y proveen un cierre de seguridad contra desacoplamientos peligrosos.
Los actuadores mecánicos trabajan mediante la conversión de un tipo de movimiento (por ejemplo, movimiento rotativo) a otro tipo de movimiento (por ejemplo, un movimiento lineal). Estos actuadores emplean una combinación de componentes para operar, incluidos engranes, poleas, cadenas, resortes y rieles, entre otros.
"Un ejemplo sencillo de la operación de un actuador mecánico es un bloque de cadena con engranes utilizado para levantar una carga desde el piso. El movimiento mecánico de la cadena sobre los engranes crea un movimiento lineal ascendente, que permite levantar la carga."
Los Actuadores Mecánicos son los que
convierten la energía del aire comprimida en trabajo mecánico. Aunque en esencia
son idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de compresión es mayor en
este caso, además de que hay una pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo
que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad. En
esta clasificación aparecen los fuelles y diafragmas, que utilizan aire comprimido
y también los músculos artificiales de hule, que últimamente han recibido mucha
atención.
Tipos Actuadores Mecánicos:
Hidráulicos: son aquellos que se transmiten a través de líquidos cuando son presionados.
Neumáticos: son aquellos que funcionan mediante la fuerza de aire comprimido.
Funcionamiento:
Su aplicación o funcionamiento se define por el campo de acciones inmediato respecto al movimiento a transformar:
Elevación.
Traslación.
Posicionamiento lineal.
Los actuadores se utilizan con frecuencia como mecanismos para introducir movimiento, o para sujetar un objeto a fin de impedir el movimiento. La conversiones entre el movimiento circular y lineal se hace comúnmente a través de unos simples de mecanismo, incluyendo:
Tornillo:
Tornillo de gato, tornillo de bola y actuadores de tornillo de rodillos funcionan todos ellos en el principio de la simple máquina conocida como el tornillo. Al girar la tuerca del actuador, el eje del tornillo se mueve en una linea. Al mover el eje del tornillo, la tuerca gira.
Rueda y Eje:
Hoist, torno de piñón y cremallera, transmisión por cadena, correa, cadena rígida y actuadores cinturones rígidos funcionan según el principio de la rueda y el eje. Al mover el miembro lineal, la rueda/eje gira.
Características:
Las características están ligadas al funcionamiento de estos, ya que utilizan principios de transformación de energía mecánica, para así lograr las actividades respectivas dependiendo del movimiento lineal que se quiera ejecutar: elevación, traslación y posicionamiento lineal, es decir, que dependerá directamente de los componentes que conformen el actuador, aplicados al campo de acción en el cual se quieran integrar, se observara que cuando se aplica una fuerza sobre una superficie sobre la cual aplicará la fuerza más pequeña será la presión que se ejerza y cuanto más pequeña se la superficie mayor será la presión que se ejerza encima y cuanto más pequeña sea la superficie mayor sera la presión.
Alta fiabilidad, simplicidad de utilización, mínima manutención, seguridad y precisión de posicionamiento; irreversibilidad según el modelo de aplicación, sincronismo de movimiento. En el funcionamiento de los automatismos se caracteriza por tres fases:
Entrada de datos u órdenes.
Control de actuadores.
Realización de tareas concretas.
Utilizan energía mecánica
Utilizan tres movimientos:
Elevación
Traslación
Posicionamiento linea
Modo de Comunicación:
Cuando aplicamos una fuerza sobre una
superficie determinada decimos que ejercemos presión. Cuando más grande sea la
superficie sobre la cual aplicamos la fuerza más pequeña será la presión que
ejercemos encima y cuanto más pequeña sea la superficie mayor será la presión.
En
el SI la fuerza se mide en Newtones y la superficie en m². El cociente entre estas
unidades nos da la unidad de presión, los Pascales. Pa= F/S.
En neumática el
pascal resulta una unidad muy pequeña, por eso se utiliza un Bar que es igual a
105 pascales. Otras unidades que se utilizan para medir la presión son:
atmósferas que equivalen a la presión atmosférica nivel del mar.
Los actuadores hidráulicos, son de mayor antigüedad, puede ser clasificados de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base a fluidos a presión.
Existen tres grandes grupos:
Cilindro Hidráulico
Motor Hidráulico
Motor Hidráulico de oscilación
Los actuadores hidráulicos utilizan líquidos como aceite para generar movimientos lineales, rotativos u oscilatorios. A diferencia del aire, los líquidos son prácticamente imposibles de comprimir, por lo que los actuadores hidráulicos se utilizan en aplicaciones donde se requiere de una fuerza inmensa. Se utilizan en todos los sistemas que manejan cargas grandes, como maquinaria pesada de construcción y barcos.
Los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los
neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren
demasiado equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento
periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son
limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento.
FUNCIONAMIENTO:
Minuto 0:44 explicación del funcionamiento
La misión de los actuadores es generar o transmitir movimiento a piezas o elementos, previas órdenes dadas por la unidad de control y mando. Los actuadores hidráulicos utilizan como energía aceites minerales, que trabajan a presión entre 50 y 100 bares y que en ocasiones pueden superar los 300 bares.
CARACTERÍSTICAS:
Sin embargo, las características del fluido utilizado en los actuadores hidráulicos marcan ciertas diferencias con los neumáticos. En primer lugar, el grado de compresibilidad de los aceites usados es considerablemente menor al del aire, por lo que la precisión obtenida en este caso es mayor. Por motivos similares, es más fácil en ellos realizar un control continuo, pudiendo posicionar su eje en todo un intervalo de valores (haciendo uso del servocontrol) con notable precisión. Además, las elevadas presiones de trabajo, diez veces superiores a las de los actuadores neumáticos, permiten desarrollar elevadas fuerzas y pares.
"Las bombas hidráulicas son los elementos encargados de impulsar el aceite o líquido hidráulico, transformando la energía mecánica rotatoria en energía hidráulica."
MODO DE COMUNICACIÓN:
"Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren demasiado equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento." Tipos Actuadores Hidráulicos:
Cilindro Hidráulico
De acuerdo con su función podemos clasificar a los cilindros hidráulicos en 2 tipos:
Cilindro de efecto simple:
Una barra es colocada en un extremo del pistón, cuando la presión es ejercida en la parte contraria al extremo del pistón donde está la barra, esta sube hasta donde la presión lo empuje, ejerciendo una fuerza sobre la barra de contracción, después la barra es regresada a la posición inicial por la simple acción de resortes o de la gravedad. La carga solo puede colocarse en un extremo del cilindro.
Cilindro de efecto doble
La carga puede colocarse en cualquiera de los lados del cilindro. Se genera un impulso horizontal debido a la diferencia de presión entre los extremos del pistón cuando el líquido entra en este.
Motor Hidráulico
En los motores hidráulicos el movimiento rotatorio es generado por la presión. Estos motores los podemos clasificar en dos grandes grupos: El primero es uno de tipo rotatorio en el que los engranes son accionados directamente por aceite a presión, y el segundo, de tipo oscilante, el movimiento rotatorio es generado por la acción oscilatoria de un pistón o percutor; este tipo tiene mayor demanda debido a su mayor eficiencia. En los motores hidráulicos el movimiento rotatorio es generado por la presión.
Estos motores los podemos clasificar en dos grandes grupos:
*El de tipo rotatorio: en el que los engranes son accionados directamente por aceite a presión.
*El de tipo oscilante: el movimiento rotatorio es generado por la acción oscilatoria de un pistón o percutor; este tipo tiene mayor demanda debido a su mayor eficiencia.
Motor Hidráulico de oscilación
Tiene como función, el absorber un determinado volumen de fluido a presión y devolverlo al circuito en el momento que éste lo precise.
