Cómo son los actuadores

¿Qué son los actuadores en la industria?

Los actuadores son una parte importante de los dispositivos y la maquinaria industrial que ayudan a realizar movimientos físicos convirtiendo la energía, por lo general, eléctrica, neumática o hidráulica, en fuerza mecánica.

En pocas palabras, es el componente de cualquier máquina que permite el movimiento.

A veces, para responder a la pregunta de qué hace un actuador, se compara el proceso con el funcionamiento del cuerpo humano.

Al igual que los músculos de un cuerpo que permiten convertir la energía en alguna forma de movimiento, como el movimiento de los brazos o las piernas, los actuadores funcionan en una máquina para realizar una acción mecánica.

Hoy en día, la automatización industrial y la robótica son dos campos en los que es imposible imaginar que se pueda hacer algo sin actuadores. Estas piezas permiten a las máquinas de producción desplazarse de un lugar a otro y agarrar objetos.

En este artículo analizaremos los diferentes tipos de actuadores industriales y cuáles son sus aplicaciones más importantes.

Definición de actuador industrial y cómo funcionan

Un actuador industrial es un dispositivo que produce un movimiento mediante la conversión de la energía y las señales que entran en el sistema. El movimiento que produce puede ser rotativo o lineal.

Los actuadores lineales, como su nombre indica, producen un movimiento lineal. Esto significa que los actuadores lineales pueden moverse hacia adelante o hacia atrás en un plano lineal establecido. Es decir, una distancia establecida que puede viajar en cualquier dirección antes de que deban detenerse.

Por otro lado, los actuadores rotativos producen un movimiento de rotación, lo que significa que el actuador gira en un plano circular.

A diferencia del actuador lineal, el actuador rotativo no está limitado por una trayectoria determinada, lo que significa que puede seguir girando en la misma dirección durante todo el tiempo que sea necesario.

 

para qué sirven los actuadores
Ejemplo de un actuador lineal eléctrico

 

¿Qué funciones tienen los actuadores?

Como ya hemos comentado, los actuadores se utilizan para mover y controlar un sistema o mecanismo.

Para llevar a cabo su cometido, los actuadores necesitan una señal de control y una fuente de energía. Se utilizan mucho en válvulas, compuertas, transportadores, sistemas de control automático, etc.

Por lo general, los actuadores comerciales realizan cualquiera de las dos funciones indicadas a continuación:

  • Accionar un dispositivo como las válvulas de las tuberías.
  • Aplicar una fuerza o un par de torsión para elevar, girar o moldear.

¿Cuáles son los tipos de actuadores más utilizados en la industria?

Los actuadores se utilizan para poner un elemento en funcionamiento de forma automática, tanto si una persona pone algo en marcha como si un ordenador pone en marcha un programa.

Por tanto, una parte del proceso consiste en determinar qué tipo de actuador es el más adecuado para la tarea en cuestión.

Para ello, los actuadores más utilizados en la industria pueden clasificarse según el movimiento que producen y la fuente de energía que utilizan.

Actuadores por el movimiento que producen

Los actuadores de movimiento pueden crear dos tipos principales de movimiento: lineal y rotativo.

Actuadores lineales

Los actuadores lineales, como su nombre indica, son dispositivos que producen un movimiento dentro de una trayectoria recta.

Pueden ser mecánicos o eléctricos y se ven sobre todo en dispositivos hidráulicos o neumáticos.

Cualquier máquina, equipo o aparato que requiera algún tipo de movimiento rectilíneo suele tener un actuador lineal.

En un actuador lineal simple, hay una tuerca, una tapa y un tubo deslizante.

El tubo deslizante proporciona el espacio para el movimiento, mientras que la tuerca y la tapa proporcionan el movimiento de enclavamiento que mantiene el actuador en una trayectoria recta.

Otros actuadores lineales complejos tendrán piezas adicionales, pero el sistema mencionado anteriormente es la base del movimiento recto.

Actuadores rotativos

En contraste con los actuadores lineales, los actuadores rotativos crean un movimiento circular. Desde el término «rotatorio», la mayoría de las máquinas utilizan estas piezas giratorias para completar un movimiento de giro.

A menudo se utilizan junto con un actuador lineal si una máquina requiere moverse hacia adelante, hacia atrás, hacia arriba o hacia abajo.

Muchos actuadores rotativos se alimentan de forma eléctrica, pero algunos se alimentan mediante un sistema hidráulico o neumático.

Se pueden encontrar actuadores rotativos en limpiaparabrisas, ventiladores eléctricos o máquinas de fabricación que transportan mercancías de una zona a otra.

Actuadores por la fuente de energía que utilizan

Para distinguir aún más los diferentes tipos de actuadores, también podemos clasificarlos según la fuente de energía o el sistema que utilizan para moverse.

A continuación se muestran los actuadores más comunes según la fuente de energía:

Actuadores hidráulicos

Los actuadores hidráulicos funcionan mediante el uso de un cilindro lleno de fluido con un pistón suspendido en el centro.

Por lo general, los actuadores hidráulicos producen movimientos lineales, y un resorte está unido a un extremo como parte del movimiento de retorno.

Actuadores neumáticos

Los actuadores neumáticos son una de las opciones más fiables para el movimiento de las máquinas.

Utilizan gases presurizados para crear movimiento mecánico. Muchas empresas prefieren los actuadores neumáticos porque pueden realizar movimientos muy precisos, especialmente al arrancar y parar una máquina.

Actuadores eléctricos

Los actuadores eléctricos, como habrás adivinado, necesitan electricidad para funcionar.

Algunos ejemplos conocidos son los coches eléctricos, la maquinaria de fabricación y los equipos de robótica.

Al igual que los actuadores neumáticos, también crean un movimiento preciso ya que el flujo de energía eléctrica es constante.

Los diferentes tipos de actuadores eléctricos son:

  • Actuadores electromecánicos: Estos actuadores convierten las señales eléctricas en movimientos rotativos o lineales e incluso pueden ser capaces de combinar ambos.
  • Actuadores electrohidráulicos: Este tipo de actuador también se alimenta eléctricamente pero da movimiento a un acumulador hidráulico.

El acumulador proporciona entonces la fuerza para el movimiento, normalmente visto en equipos industriales pesados.

Actuadores térmicos y magnéticos

Los actuadores térmicos y magnéticos suelen consistir en aleaciones con memoria de forma que pueden calentarse para producir el movimiento.

El movimiento de los actuadores térmicos o magnéticos a menudo proviene del efecto Joule, pero también puede ocurrir cuando una bobina se coloca en un campo magnético estático.

El campo magnético provoca un movimiento constante denominado fuerza de Laplace-Lorentz.

La mayoría de los actuadores térmicos y magnéticos pueden producir una amplia y potente gama de movimientos sin dejar de ser ligeros.

Actuadores mecánicos

Algunos actuadores son de tipo mecánico, como las poleas o los sistemas de piñón y cremallera.

Se aplica otra fuerza mecánica, como tirar o empujar, y el actuador aprovecha ese único movimiento para producir los resultados deseados.

Por ejemplo, el giro de un solo engranaje en un conjunto de cremallera y piñones puede movilizar un objeto desde el punto A al punto B.

El movimiento de tirón aplicado en la polea puede llevar el otro lado hacia arriba o hacia el lugar deseado.

Actuadores de polímero superenrollado

Los actuadores de polímero superenrollado son relativamente nuevos con respecto a los diferentes tipos de actuadores.

Se utilizan en robótica y prótesis, ya que pueden reproducir el movimiento del músculo humano mediante una bobina que se contrae y expande cuando se calienta o se enfría.

 

cuántos actuadores hay
Actuador lineal con servomotor

 

¿Dónde se usan los actuadores?

Después de haber hecho la clasisficación de los diferentes tipos de actuadores industriales, ahora vamos a profundizar en sus principales aplicaciones en la industria.

Sistemas de automatización industrial

Los actuadores industriales funcionan bien en la fabricación. Se utilizan mucho en las fábricas para mejorar la eficiencia de los procesos.

Funcionan bien para aplicaciones eléctricas, mecánicas y de control de movimiento. También automatizan las líneas de montaje y otras operaciones para aumentar la productividad de los trabajadores.

Industria del automóvil

Los actuadores utilizados en la industria del automóvil controlan los movimientos que se producen en los coches.

También pueden controlar otros componentes del interior de un vehículo, como los volantes automáticos y los ajustes de los asientos.

Además, hay varios tipos de actuadores que se utilizan en los vehículos para controlar el movimiento de las ruedas.

Un tipo de actuador para automóviles es un cilindro neumático. Está unido a un pistón, que empuja aire a presión. Esto produce un potente empuje que hace que un objeto se mueva de forma rápida o deje de moverse por completo.

Otro tipo es el accionamiento por cadena, que consiste en múltiples engranajes y rodillos. Con este tipo de actuador, los engranajes y rodillos cambian el movimiento del coche en un movimiento circular.

Robótica

Los actuadores de la robótica ayudan a controlar el movimiento y a crear acciones precisas en los robots industriales.

En otras aplicaciones de la robótica como la tecnología médica, utilizan actuadores en los robots de cirugía, para realizar operaciones delicadas dentro del cuerpo.

Procesamiento de alimentos

Puedes encontrar actuadores en equipos de procesamiento de alimentos en la industria alimentaria, como batidoras, prensas, cortadoras y ralladores.

Estos actuadores ayudan a controlar los diferentes procesos en el procesamiento de alimentos utilizando servos y ayudan a crear un ambiente seguro y sanitario en la producción de alimentos.

Fabricación de productos electrónicos

La fabricación de productos electrónicos utiliza muchos tipos de actuadores que crean acciones precisas necesarias en las líneas de montaje.

Algunas aplicaciones incluyen el uso de brazos robóticos para montar placas de circuitos y otros componentes electrónicos.

Además, los actuadores se utilizan para funciones como el calentamiento del plástico durante el proceso de fabricación y otras funciones que requieren movimientos precisos.

Construcción

Una amplia gama de equipos de construcción utiliza actuadores. Los equipos de construcción incluyen una variedad de herramientas que ayudan a que la construcción sea más rápida y eficiente.

Los equipos de construcción también pueden realizar diversas tareas, como excavar, nivelar, apilar, conducir, levantar y mover materiales. Los actuadores trabajan con todas estas máquinas para crear un flujo de trabajo eficiente.

Ejemplos de usos de los actuadores en la industria

En la práctica, los actuadores se utilizan en aplicaciones que requieren inclinación, elevación, tracción o empuje, con una fuerza máxima de 10.000 N.

Los actuadores motorizados suelen incorporar motores eléctricos, cilindros u otros dispositivos de movimiento para producir rotación o traslación lineal.

Las disposiciones de cremallera, los husillos de bolas y otros tipos de componentes de transmisión de potencia conectan los motores, etc., a las cargas.

En muchos casos, los actuadores lineales comienzan con un motor principal rotativo, cuya rotación se convierte en movimiento lineal a través de un tornillo de potencia o dispositivo similar.

Por el contrario, muchos actuadores rotativos pueden comenzar con dispositivos lineales como cilindros hidráulicos que producen un movimiento circular a través de arreglos de cremallera y piñón.

En otras implementaciones, los actuadores se utilizan mucho para accionar válvulas de control a distancia. Por ejemplo, un actuador típico para una válvula de globo debe ser capaz de girar el vástago de la válvula a través de sus muchas revoluciones entre abierto y cerrado.

Con frecuencia, el actuador de una válvula de globo consiste en un motor eléctrico que acciona un engranaje helicoidal que, a su vez, hace girar una tuerca que encaja en las roscas del vástago del operador de la válvula.

Por otro lado, las válvulas de cuarto de vuelta, como las de bola, suelen utilizar actuadores neumáticos para empujar y tirar de los piñones que imparten el movimiento de rotación a la bola de la válvula, la mariposa, etc.

Los actuadores también se utilizan en muchas aplicaciones de movimiento lineal en las que no se dispone de energía neumática para accionar los cilindros o en las que se necesita una fuerza adicional de diseños compactos.

Un actuador lineal poco habitual utiliza una cadena que, cuando es recta, forma una longitud rígida, pero que puede curvarse alrededor del engranaje motriz para obtener su movimiento.

Otros actuadores lineales utilizan correas dentadas, husillos o conjuntos de cremallera y piñón para conseguir una acción de empuje y tracción.

Por otro lado, los actuadores lineales eléctricos se utilizan en máquinas de envasado, equipos médicos, maquinaria de producción, etc., así como en una gran cantidad de aplicaciones de la industria del transporte, desde aviones hasta ferrocarriles.

En ocasiones, los actuadores lineales combinan motores paso a paso con husillos de bolas para lograr un posicionamiento preciso y controlable.

 

Qué es un actuador en ingeniería
Actuador neumático

 

¿Cómo elegir un actuador?

Entender los diferentes tipos de actuadores es un paso crucial para hacer la mejor selección para tu equipo.

Dado que cada tipo tiene su propia finalidad y requisitos energéticos, repasaremos los factores que te ayudarán a tomar la mejor decisión.

Disponibilidad de la fuente de energía

Lo primero que debes tener en cuenta es la compatibilidad de tu fuente de energía. Si tienes un emplazamiento industrial con una fuente eléctrica, quizás la mejor elección -y la opción con más selecciones- sean los actuadores eléctricos.

Si no hay fuentes eléctricas en la zona, o quieres un equipo totalmente funcional sin electricidad, puedes optar por los de tipo neumático o hidráulico.

Movimiento requerido

Otro factor importante a la hora de elegir un actuador es el rango de movimiento que necesitas para los equipos. ¿Es lineal, rotativo o una integración de ambos?

Los actuadores hechos a medida pueden combinar o crear cronológicamente estos movimientos para ayudarte a concretar el equipo final.

Precisión

Algunos actuadores son más precisos que el resto. Otros actuadores tienen un mayor margen de variaciones de movimiento, como los que funcionan a través de la hidráulica.

Cualquier industria que requiera un alto nivel de precisión para la seguridad y el éxito de la operación debe considerar los tipos de actuadores que tienen movimientos específicos.

Preocupaciones por la seguridad y el medio ambiente

La seguridad es otro factor a tener en cuenta a la hora de elegir un actuador para tu equipo.

Los actuadores eléctricos o térmicos deben utilizarse con precaución en áreas con temperaturas extremas o peligros de conducción.

Por ejemplo, el funcionamiento de los actuadores eléctricos cerca de una masa de agua sin sellado u otras medidas de seguridad puede crear un riesgo laboral.

Si tu empresa también está comprometida con la reducción de la huella de carbono, deberás tener en cuenta el impacto medioambiental de cada actuador.

Normalmente, los actuadores eléctricos tienen poca o ninguna huella de carbono.

Directrices oficiales

También hay directrices específicas a seguir para los actuadores industriales en ciertas áreas.

Diferencias entre los sensores y los actuadores

Los sensores y los actuadores siguen señales diferentes, funcionan por medios distintos y deben trabajar juntos para completar una tarea. Además, están ubicados físicamente en zonas diferentes y suelen utilizarse en aplicaciones distintas.

Te puede interesar: ¿Qué es un sensor industrial?

A continuación te detallamos sus diferencias más destacadas

Entradas y salidas

Por un lado, los sensores examinan las entradas del entorno, que desencadenan una acción determinada. Por otro lado, los actuadores controlan las salidas de los sistemas y máquinas.

Señalización eléctrica

Los sensores funcionan mediante señalización eléctrica para leer las condiciones ambientales especificadas y realizar la tarea asignada. Sin embargo, los actuadores miden la energía térmica o de movimiento para determinar la acción resultante.

Dependencia

En definitiva, los sensores y los actuadores pueden depender el uno del otro para realizar una tarea determinada. Si ambos están presentes, un actuador depende de un sensor para hacer su trabajo. Si uno o ambos no funcionan correctamente, el sistema no será funcional.

Conversión de la dirección

Un sensor tiende a convertir un atributo físico en una señal eléctrica. Mientras que un actuador hace lo contrario: convierte una señal eléctrica en una acción física.

Ubicación

Si hay un sensor y un actuador, el primero se encuentra en el puerto de entrada, mientras que el segundo reside en el puerto de salida.

Aplicación

En la práctica, los sensores suelen utilizarse para medir la temperatura, la vibración, la presión o los niveles de fluidos de los activos. En cambio, las aplicaciones industriales de los actuadores incluyen el funcionamiento de dampers, válvulas y engranajes.

Como conclusión final a este apartado, los sistemas industriales pueden utilizar múltiples actuadores y sensores para realizar tareas diversas. Sin embargo, la relación básica es la misma: los dos trabajan juntos.

O bien el sensor envía la señal y el actuador realiza la acción, o bien un movimiento del actuador activa un sensor para enviar una alerta.

Tips para el mantenimiento de actuadores industriales

Todo equipo y maquinaria industrial requiere mantenimiento. El mantenimiento adecuado de tus actuadores te ayudará a evitar paradas importantes, peligros o pérdidas de productividad.

Por lo general, las averías en los actuadores son causados por errores de aplicación, como la carga lateral, el cableado incorrecto, la mala fijación del montaje, la carga excesiva y el exceso de ciclo de trabajo.

De forma habitual, es importante revisar a fondo tu sistema durante la fase de diseño para seleccionar el actuador adecuado y realizar una instalación precisa acorde con las especificaciones del fabricante. Con posterioridad es necesario aplicar un mantenimiento regular.

A continuación se ofrecen algunos consejos generales para mantener tus actuadores en plena forma.

  • Inspeccionar periódicamente: La realización de comprobaciones visuales rutinarias del equipo permitirá identificar los primeros signos de problemas en los actuadores. Un mecánico con experiencia te ayudará a inspeccionar las zonas de desgaste.
  • Reponer y sustituir: Los actuadores hidráulicos a veces necesitan reponer el líquido del cilindro. Comprueba siempre que no haya fugas ni signos de niveles bajos de líquido hidráulico. Sustituye también las tuercas, pernos, bobinas o tornillos sueltos o dañados en las piezas del actuador.
  • Medir los datos de rendimiento: En algunos casos, los actuadores no mostrarán signos externos de un problema, pero puedes rastrear los problemas a través del rendimiento. Los gráficos automatizados y el cálculo del rendimiento pueden ser necesarios si deseas detectar problemas más profundos.

Conclusión

Los actuadores están presentes en casi todos los dispositivos industriales y domésticos que utilizamos hoy en día.

Sin embargo, las innovaciones en este campo reciben poca cobertura en los medios de comunicación en comparación con las tecnologías de vanguardia como la inteligencia artificial (IA), Blockchain, Internet de las cosas (IoT), la impresión 3D, etc.

En el ámbito industrial, los actuadores son cada vez más populares cuando se trata de soluciones para el ajuste de altura y posición. Y no es de extrañar, porque este método ofrece muchas ventajas sobre otros métodos tradicionales.

En los próximos años, se diseñarán nuevos actuadores con mejores parámetros de rendimiento, y los que se están investigando llegarán a las industrias.

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