En un mercado en el que las alternativas de actuadores son realmente numerosas, el conflicto radica más bien en seleccionar el componente ideal para los objetivos de tu productividad mediante un excelente proceso de cálculo, pero también mediante una oferta versátil que ponga a tu alcance las cualidades de las soluciones más innovadoras, disponibles y redituables. Por ello, en este blog te hablaremos de cada una de las tecnologías que pueden formar parte de los actuadores, pero, especialmente, nos interesa que conozcas los beneficios de la electromecánica con el fin de sumarnos a tus proyectos de automatización con soluciones inteligentes, ahorradoras y confiables.
Para lo anterior, decidimos compartirte información valiosa de la mano de Exlar, líder en diseño y desarrollo de actuadores electromecánicos.
Un actuador tiene la función de suministrar fuerza para posicionar una carga en escenarios con o sin resistencias. Para ello, transforma diferentes tipos de energías con el fin de tener un efecto determinado sobre un proceso. La fuerza que ejerce un actuador para hacer actuar a algún otro componente puede tener tres fuentes de energía:
● hidráulica
● neumática
● eléctrica
Te interesa leer “Eleva y posiciona el éxito de tu industria con actuadores”.
En las siguientes líneas te presentaremos las ventajas y desventajas que conviene tomar en cuenta durante la selección de actuadores que integrarán a tus aplicaciones.
Tecnología hidráulica
Los actuadores hidráulicos han prevalecido a lo largo de las décadas como una de las mejores soluciones en la industria porque, evidentemente, tienen ventajas destacables tales como gran potencia y alta velocidad; no obstante, el desempeño de este tipo de actuadores puede ser poco benéfico para un sistema de movimiento entero, pues su precisión y repetibilidad son de calidad moderada, requieren compleja e intrincada instalación, así como mantenimiento recurrente ocasionado por las bombas y tubos dispuestos para lo hidráulico. Aunado a ello, el costo de instalación es elevado, la eficiencia energética es baja, el impacto al ambiente es nocivo y la escalabilidad es limitada.
- Además del costo inicial de las líneas de los sistemas hidráulicos, la elevada presión del fluido requiere que las bombas y otros controladores estén en un estado siempre activo, ya sea que se usen para la producción real o no.
- Una manguera hidráulica quemada puede cerrar una línea por horas debido a limpieza y reemplazo. Por si fuera poco, el equipo suele fallar cuando se le presiona con más fuerza, así que los ciclos pico de producción pueden ser un problema con la tecnología hidráulica.
Por mencionar un ejemplo, en la industria del moldeo de plástico, los moldes vienen en una variedad de formas y tamaños; la cantidad de fuerza requerida para mantener los moldes cerrados durante el proceso de moldeo es alta si se emplea tecnología hidráulica, pues se necesitaría un cilindro hidráulico para proporcionar la fuerza requerida durante un período prolongado e ininterrumpido.
Por su parte, un actuador electromecánico y servocontrolado que sea integrado en este tipo de aplicaciones reduce los costos en la energía requerida para mantener el molde cerrado (hasta un 50 % menos en comparación con un sistema de energía hidráulica tradicional).
Todo este escenario abre una gran área de oportunidad para las soluciones electromecánicas en actuadores:
- Los sistemas hidráulicos tienen, en el mejor de los casos, un 50% de eficiencia, en comparación con el 80% de eficiencia que ofrece la tecnología servoeléctrica. La notable cantidad de ahorro de energía puede financiar el retrofit completo de un sistema hidráulico a eléctrico.
- Una solución eléctrica es naturalmente más limpia y amigable con el medio ambiente, pues no genera fluidos hidráulicos como desechos.
- Los sistemas servoeléctricos se pueden configurar para no consumir energía durante el movimiento detenido. Los sistemas hidráulicos, en cambio, utilizan energía de forma permanente porque requieren presión y potencia para mantener la posición.
- Los actuadores eléctricos requieren muy poco mantenimiento porque no hay mangueras de aceite o sellos que causen fugas. Además, los fluidos hidráulicos son caros y requieren ser reemplazados periódicamente.
- En aplicaciones que involucran elevadas temperaturas como las estaciones de energía, control de procesos o el ámbito militar, los actuadores electromecánicos eliminan el riesgo implícito en los aceites inflamables.
- El tamaño físico de un sistema eléctrico es mucho más pequeño que el de un sistema hidráulico debido a la eliminación de depósitos para el fluido.
- Analizar el costo de instalación de un sistema eléctrico es sencillo en comparación con el complicado análisis que exige la instalación de la infraestructura requerida para un sistema hidráulico.
- Los niveles de ruido son por lo menos un 30 % más bajos gracias a los sistemas eléctricos; por lo que, las directivas de salud y seguridad se suman a los argumentos de las empresas para sustituir tecnología hidráulica por tecnología electromecánica.
- La tecnología electromecánica permite lograr velocidades de ciclo más altas en ciclos más cortos, así que el tiempo de reacción es mucho mejor en comparación con los sistemas hidráulicos.
Tecnología neumática
A continuación, se muestra una comparación entre la tecnología neumática e hidráulica para una aplicación hipotética que requiere un movimiento horizontal básico de punto a punto con una carrera de 15 pulgadas y 35 libras de peso de herramientas y que, además, necesita ser ciclado 30 veces por minuto dentro de un ciclo de trabajo completo del 50%.
Con un cilindro electromecánico el tiempo de movimiento de 0,5 segundos se puede lograr al utilizar un perfil de movimiento con 0,1 segundos de aceleración, 0,3 segundos a velocidad constante y 0,1 segundo de desaceleración. La velocidad máxima de este perfil es de 37,5 pulgadas por segundo. Con la eficiencia de un sistema eléctrico, la potencia necesaria para que el actuador electromecánico realice esta aplicación tiene un costo de energía de 0.07 dólares por kwh, aproximadamente 165 dólares por año.
Un cilindro neumático con un carga de 35 lbs, la velocidad máxima requerida de 37.5 pulgada/seg. y un diámetro de 2 pulgadas es utilizado con una presión de aire supuesta de 85 psi. El volumen del cilindro, combinado con la tasa de ciclo a 85 psi, da como resultado un consumo de aire equivalente a un costo anual de energía de más de $1,100. En otras palabras, el costo de la energía para operar el cilindro eléctrico representa el 15 % del costo del cilindro neumático.
Otra desventaja de los cilindros neumáticos es el costo de la energía desperdiciada debido a las fugas de aire. El gráfico abajo muestra hasta $ 9000 perdidos por año con una simple fuga de aire de ¼ de pulgada de diámetro.
Exlar, respaldado por su experticia como desarrollador de tecnología electromecánica para actuadores, considera que diseñar un sistema que maneje múltiples posiciones requiere niveles altos de precisión en posicionamiento y necesita flexibilidad en el cambio de posiciones. Con base en ello, sus soluciones electromecánicas se ocupan de cubrir estos elementos clave y, de esta forma, logran destacar sólidamente sobre las soluciones neumáticas.
Actuadores con tecnología electromecánica
Los actuadores eléctricos garantizan un desempeño impecable a alta velocidad y con gran fuerza; son flexibles y fáciles de programar para adaptarse a una variedad de condiciones de carga; tienen alta precisión y repetibilidad, son fáciles de instalar, requieren poco mantenimiento y son amigables con el medio ambiente. Con esta tecnología, no sólo te olvidas de problemas asociados con costos de mantenimiento e instalación, sino que contribuyes a mejorar la seguridad de los operadores, pues los actuadores electromecánicos son una solución no tóxica.
Menor consumo de energía
Funcionamiento más silencioso
Uno de los principales avances en accionamiento electromecánico incluye un servomotor rotativo construido sobre la tuerca que aloja los tornillos planetarios, tal como lo ha diseñado Exlar para sus diferentes familias de actuadores. De esta forma, los tornillos tienen tuercas que rotan sobre una varilla roscada; tales elementos forman un engranaje entre sí y quedan alojados, a su vez, en un mecanismo muy similar al de un reductor planetario. Este diseño provee más puntos de contacto que lo permitido por un tornillo de bolas, lo cual significa que la fuerza aplicada es distribuida sobre una amplia superficie, lo que da como resultado muchos menos niveles de estrés y más vida útil del actuador.
Los rodillos conectan la tuerca con el tornillo, lo cual genera un movimiento sincronizado sin recirculación; esto permite conseguir alta velocidad tanto lineal como rotativa en aplicaciones donde la fuerza es una variable sustancial. Asimismo, existe menos vibración y ruido aun a altas velocidades debido a la ausencia del recirculamiento de los rodamientos. Sumado a esto, la integración del motor reduce el número de componentes al tiempo que ofrece un dispositivo mucho más compacto y ligero. La configuración integral de los actuadores electromecánicos de Exlar elimina el juego mecánico y responde de forma impecable al alto dinamismo. Además de lo anterior, la tecnología electromecánica de Exlar integra motores sin escobillas que también tienen dispositivos de retroalimentación para garantizar mayor precisión y repetibilidad, así como un control muy preciso tanto de la posición como de la velocidad del vástago de salida del actuador.
Los modelos innovadores de los actuadores eléctricos de Exlar combinan la eficiencia del tornillo de rodillos, así como la velocidad, fuerza y precisión del servomotor en una sola unidad.
Aplicaciones exitosas de la tecnología electromecánica
En URANY conocemos los desafíos que surgen cuando se decide sustituir la tecnología hidráulica por actuadores electromecánicos. Por ejemplo, si el sistema tiene más de un actuador hidráulico, el enfoque de una conversión por partes puede ser un proceso más difícil en comparación con la conversión de todos los ejes de la máquina al mismo tiempo. Si la aplicación tiene condiciones de carga difíciles, se debe ajustar el perfil de movimiento para aliviar el impacto de las cargas de choque y la alta vibración; esto con el fin de convertir correctamente una tecnología de actuación a otra. En resumen, este proceso exige comprender cómo dimensionar el nuevo actuador adecuadamente.
Sin embargo, en URANY también tenemos la solución para estos dilemas que surgen al cambiar de tecnologías. Nuestro servicio de cálculo tiene el compromiso de mostrar el análisis de cada uno de los ejes (entendemos por ejes, en este punto, la unidad mínima en la que podemos dividir una máquina que requiere un proceso de cálculo). Para emitir este documento, empleamos la herramienta especializada de Wittenstein, el software Cymex.
El cálculo de aplicación que realizamos y nuestra convicción por ser siempre confiables tienen la finalidad de evitar riesgos, fallas técnicas y, por supuesto, costos adicionales o innecesarios; de ahí que, evidentemente, existirán ocasiones en las que los resultados del cálculo indiquen que la tecnología requerida no es la adecuada para cumplir con el objetivo solicitado. En ese sentido, es nuestro compromiso proveer una propuesta adecuada que esté alineada con los requerimientos de la aplicación y que proporcione un excelente desempeño. Otra de nuestras garantías es que la información recopilada es tal cual la que empleamos para realizar el cálculo. ¿A qué nos referimos? No utilizamos valores de protección en los datos que tomamos y, como consecuencia, no ofrecemos equipo sobredimensionado.
Una vez librado el conflicto asociado con una transición segura entre tecnologías, conviene mencionarte que actualmente existen numerosas industrias que ya están utilizando los actuadores eléctricos para sus aplicaciones. A continuación, concluimos este blog con algunos ejemplos que Exlar nos comparte a manera de testimonio:
- En la fabricación de automóviles, los herramentales robóticos, las pistolas de soldadura, las servoprensas y los sistemas de sujeción se benefician de la tecnología de los actuadores electromecánicos.
- El equipo para procesar alimentos utiliza actuadores eléctricos para el llenado volumétrico, así como para transportar productos.
- Las industrias relacionadas con el petróleo y el gas están utilizando actuadores eléctricos para reemplazar tecnología hidráulica y neumática debido a los beneficios ambientales, la precisión y la flexibilidad que estos ofrecen.
- El ejército usa los accionamientos electromecánicos para sus escotillas de puertas debido a su limpieza, robustez, longevidad y a que son de bajo mantenimiento.
Especialmente, Exlar se ha preocupado por desarrollar soluciones con tecnología innovadora, limpia y con alta relación costo-rendimiento con el fin de sumarse a la automatización de aplicaciones de misión crítica y proveer, en todos los ámbitos, un control más efectivo y completo sobre el movimiento.
¡Mayor eficiencia y menos mantenimiento!
Cambiar un sistema hidráulico o neumático a uno eléctrico no es tarea fácil, pero tampoco debes realizarlo solo. Puedes contar con expertos en cálculo de aplicación que contribuyan a darte certeza en esta transición al seleccionar los componentes ideales gracias a una evaluación exhaustiva de los sistemas que actualmente tienes activos, así como a un examen de las necesidades de tu industria.
URANY es tu aliado en transportadores, robótica, control de movimiento y componentes de automatización.
