Actuadores hidráulicos, neumáticos o eléctricos: consejos útiles

Las tecnologías que utilizan fluidos como fuente de energía (aire / aceite) tienen su lugar ganado. En los últimos 10 años los actuadores eléctricos han ganado terreno de forma considerable. Presentamos algunos sencillos y prácticos consejos para la correcta selección de actuadores según su aplicación.

Actuadores hidráulicos, neumáticos o eléctricos

En base a un artículo publicado por engineering.com*, donde se consulta a especialistas en la materia, buscamos presentar una serie de tips prácticos y sencillos respecto a la selección de las mejores opciones de elementos de automatización de movimientos en los diferentes sectores industriales.

Según la opinión de uno de los especialistas consultados (Festo, en este caso) menciona a modo de intoducción lo siguiente: “Los sistemas basados en fluidos claramente no desaparecerán. De todas formas en muchas aplicaciones donde éstas eran ubicuas, hoy están siendo cuestionadas o desplazadas por sistemas eléctricos. Por el momento, las 3 tecnologías tienen su lugar en la industria, pero la flexibilidad de los componentes eléctricos, sumado al hecho de que sus costos continúan bajando, los coloca como viables para aplicaciones que tiempo atrás no lo eran”.

Variables a negociar entre actuadores neumáticos, hidráulicos y eléctricos

Para bajar a tierra los parámetros a tener en cuenta en la selección, el autor utiliza una metáfora clara para quienes alguna vez jugaron a algún videogame. En estos juegos era común tener que elegir entre personajes con diferentes porcentajes de resistencia, habilidad y velocidad. En el caso de los actuadores los parámetros que se ponen en juego son: la fuerza, la precisión de posicionamiento y la velocidad.

Actualmente, por ejemplo, el solapamiento entre fuerza y velocidad de los actuadores de fluido y los eléctricos está creciendo. Los actuadores eléctricos incluso están encontrando su camino incluso en prensas pesadas y otras aplicaciones que tradicionalmente eran dominadas por la hidráulica.

Flexibilidad

Algunas aplicaciones requieren de mayor flexibilidad que otras. Del mismo modo, los diferentes tipos de actuadores varían en flexibilidad. Debido a esto, considerar la flexibilidad es a menudo un buen lugar para comenzar al decidir por uno u otro tipo de actuador.

Para esta consideración, se recomienda mirar su aplicación. ¿Su configuración necesitará cambios en el futuro? ¿Cuántas posiciones necesitará alcanzar su actuador? Por ejemplo, si está recogiendo objetos de un transportador y colocándolos en un segundo o  tercer transportador, se necesitan tres posiciones. Con cilindros neumáticos, esto requeriría al menos dos cilindros, ya sea uno contra el otro o por separado, uno para cada transportador. Con los dispositivos eléctricos, se puede establecer una posición en cualquier punto a lo largo del dispositivo, y puede programar fácilmente múltiples puntos.

Tomado en general, los eléctricos también son más flexibles cuando se trata de fuerza. Tomemos por ejemplo un actuador basado en husillo de bolas, que empuja hasta 40 toneladas cortas. En el otro extremo del espectro, los motores lineales alcanzan una velocidad de hasta 10 m/s (en el caso de los actuadores de correa dentada). Esta amplia gama de especificaciones significa que cualquiera que sean sus necesidades, hay un dispositivo eléctrico que se adapta a ellas.

Si su aplicación utiliza un amplio mix, en el sentido de que su configuración necesitará manejar fuerzas extremadamente altas y bajas, puede tener sentido elegir un sistema hidráulico, asegurándose de que sus actuadores puedan manejar cualquier fuerza requerida.

En términos de flexibilidad, el principal beneficio de la neumática es que son fáciles de instalar y operar. Si necesita cambiar de una carrera de 6” a una carrera de 12”, será relativamente sencillo cambiar el cilindro. Sin embargo, habría que analizarlo en una situación del mundo real, y sobre todo en caso que se necesiten cambios más complejos. En estos casos el tiempo y el costo comenzarán a aumentar considerablemente.

Pros y Contras de las diferentes tecnologías de actuadores
Pros y Contras de las diferentes tecnologías de actuadores

Costo

Usualmente es muy dispar los que se ve en las ferias comerciales y lo que realmente se usa en las instalaciones productivas, donde lo que prima es la practicidad del costo. Es obvio, ese robot colaborativo que asiste a una impresora 3D de metal mientras transmite datos a un iPad es genial, pero ¿es real?

Para los ingenieros de fabricación, el juego se llama “hacer el trabajo de manera eficiente y dentro del presupuesto”. Esa es una de las razones por las cuales los actuadores neumáticos probablemente nunca desaparezcan, a pesar de haber sido superados técnicamente por los avances en la tecnología eléctrica, y a pesar que los motores eléctricos y los variadores se están abaratando cada año. A modo de ejemplo, si realizarémos la comparación de una línea de propulsores lineales neumáticos y eléctricos, obtendríamos que que la versión eléctrica cuesta aproximadamente cinco veces más.

Claramente los sistemas hidráulicos son los más costosos, no solo por la inversión inicial, si no que además requieren de mayor mantenimiento y equipos auxiliares para funcionar.

¿Cómo elegir el accionador adecuado para su aplicación?

Ahora que hemos repasado los conceptos básicos de los diferentes tipos de actuadores, elegir un actuador se reduce a su aplicación específica. Considere las siguientes preguntas:

Fuerza / Carga útil

Fuerza alta – Miles de libras.

Para fuerzas extremadamente altas, como una aplicación de prensa o un sistema de pórtico para equipo pesado, se propone hidráulica o eléctrica. La siguiente pregunta a considerar es la tasa de ciclo, para determinar qué opción se desgastaría más rápido y requeriría más mantenimiento durante la vida útil de su sistema. Pregunte a su proveedor sobre el mantenimiento y el desgaste de cada producto.

El siguiente factor a considerar es el aceite. Si ocurre un derrame, limpiar grandes volúmenes de aceite es costoso y lleva mucho tiempo. Incluso si no se produce una fuga, el aceite puede arrastrarse y afectar lentamente las superficies de su máquina. En entornos limpios como la electrónica o la industria de alimentos, la posibilidad de fugas de aceite puede eliminar la opción hidráulica.

Fuerza media – decenas a cientos de libras

Cuando su fuerza requerida esté dentro del rango para las tres opciones, considere sus necesidades de posicionamiento. ¿El movimiento requerirá más de 2 posiciones de parada?

Si es así, un sistema neumático será complicado de implementar y requerirá un ajuste manual. Sin embargo, la neumática puede ser la opción menos costosa. La siguiente pregunta es el nivel de precisión requerido. En las tareas de ensamblaje, por ejemplo, es posible que necesite una precisión de grano fino, en el rango del décimo milímetro. Si es así, los actuadores eléctricos pueden ser la mejor opción. Los sistemas neumáticos suelen tener una precisión de unos pocos milímetros. Lo último a considerar es la tasa de ciclo de su aplicación. Si bien los motores lineales son más caros que otros tipos de actuadores, durante muchos ciclos (más de 100 millones) siguen funcionando con fuerza, mientras que otros sistemas deberán reemplazarse.

Fuerza baja

Tenga en cuenta la precisión y los requisitos de movimiento dinámico de su aplicación. Los movimientos “simples”, como un simple empuje, no requieren más que un simple cilindro neumático. Sin embargo, cada vez que desee un mayor control sobre la posición o la velocidad del dispositivo, debe considerar los componentes eléctricos.

Breves conclusiones

Los sistemas de energía mediante fluidos sobresalen en aplicaciones tradicionales donde las ventajas principales de los sistemas eléctricos son excesivas, basicamente debido a su mayor costo. Sin embargo, las eláctricas aún se están desarrollando, los costos están bajando incluso para los actuadores electromecánicos más avanzados. Algunos expertos creen que algún día los sistemas de fluidos serán completamente obsoletos en la industria del movimiento lineal. Sin embargo, hoy en día es común ver una combinación de tecnologías, incluso en una máquina. Una prensa grande, por ejemplo, podría usar un cilindro hidráulico grande, con actuadores eléctricos para cargar / descargar y actuadores neumáticos para agarrar piezas.

*Extracto de artículo publicado por Isaac Maw, engineering.com – abril 2018.

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