- Actuadores
hidráulicos - Actuadores
Neumáticos - Partes de un
Actuador - Actuadores
Eléctricos - Motores a paso
Los actuadores son dispositivos capaces de generar una
fuerza a
partir de líquidos, de energía
eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un
regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a
un elemento final de control como lo
son las válvulas.
Existen tres tipos de actuadores:
- Hidráulicos
- Neumáticos
- Eléctricos
Los actuadores hidráulicos, neumáticos
eléctricos son usados pera manejar aparatos mecatronicos.
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.
Los actuadores eléctricos también son muy
utilizados en los aparatos mecatronicos, como por ejemplo, en los
robots. Los servomotores CA sin escobillas se utilizaran en el
futuro como actuadores de posicionamiento
preciso debido a la demanda de
funcionamiento sin tantas horas de mantenimiento
Por todo esto es necesario conocer muy bien las características de cada actuador para
utilizarlos correctamente de acuerdo a su aplicación
especifica
Los actuadores hidráulicos, que son los de
mayor antigüedad, pueden 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
Cilindro hidráulico
De acuerdo con su función
podemos clasificar a los cilindros hidráulicos en 2 tipos:
de Efecto simple y de acción doble. En el primer tipo se
utiliza fuerza
hidráulica para empujar y una fuerza externa, diferente,
para contraer. El segundo tipo se emplea la fuerza
hidráulica para efectuar ambas acciones. El
control de
dirección se lleva a cabo mediante un
solenoide que se muestra a
continuación
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En el interior poseen un resorte que cambia su constante
elástica con el paso de la corriente. Es decir, si circula
corriente por el pistón eléctrico este puede ser
extendido fácilmente.
Cilindro de presión
dinámica
Lleva la carga en la base del cilindro. Los costos de
fabricación por lo general son bajos ya que no hay partes
que resbalen dentro del cilindro.
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Cilindro de Efecto simple.
La barra esta solo en uno de los extremos del
pistón, el cual se contrae mediante resortes o por la
misma gravedad. La carga puede colocarse solo en un extremo del
cilindro.
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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
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Cilindro telescópico.
La barra de tipo tubo multietápico es empujada
sucesivamente conforme se va aplicando al cilindro aceite a
presión. Se puede lograr una carrera relativamente en
comparación con la longitud del cilindro
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Motor hidráulico
En los motores
hidráulicos el movimiento
rotatorio es generado por la presión. Estos motores los
podemos clasificar en dos grandes grupo: 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. A
continuación se muestra la
clasificación de este tipo de motores
Motor de engranaje
Tipo Rotatiorio Motor de
Veleta
Motor de Hélice
Motor Hidráulico Motor de Leva
excéntrica
Pistón Axial
Tipo Oscilante Motor con eje inclinado
Motor de Engranaje.
El aceite a presión fluye desde la entrada que
actúa sobre la cara dentada de cada engranaje generando
torque en la dirección de la flecha. La estructura del
motor es simple, por lo que es muy recomendable su uso en
operaciones a
alta velocidad.
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Motor con pistón eje inclinado
EL aceite a presión que fluye desde la entrada
empuja el pistón contra la brida y la fuerza resultante en
la dirección radial hace que el eje y el bloque del
cilindro giren en la dirección de la flecha. Este tipo de
motor es muy conveniente para usos a alta presión y a alta
velocidad. Es
posible modificar su capacidad al cambiar el ángulo de
inclinación del eje.
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Motor oscilante con pistón
axial
Tiene como función,
el absorber un determinado volumen de fluido
a presión y devolverlo al circuito en el momento que
éste lo precise.
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A los mecanismos que convierten la energía del
aire comprimido
en trabajo mecánico se les denomina actuadores
neumáticos. 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.
De Efecto simple
Cilindro Neumático
Actuador Neumático De efecto
Doble
Con engranaje
Motor Neumático Con Veleta
Con pistón
Con una veleta a la vez
Multiveleta
Motor Rotatorio Con pistón
De ranura Vertical
De émbolo
Fuelles, Diafragma y músculo
artificial
Cilindro de Simple Efecto
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Cremallera
Transforman un movimiento lineal en un movimiento
rotacional y no superan los 360°
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Rotativos de Paletas
Son elemento motrices destinados a proporcionar un giro
limitado en un eje de salida. La presión del aire
actúa directamente sobre una o dos palas imprimiendo un
movimiento de giro. Estos no superan los 270° y los de paleta
doble no superan los 90°.
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1 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.
2 PIÑÓN CON RANURA: Esta ranura en la parte
superior del piñón provee una transmisión
autocentrante, directa para indicadores de
posición e interruptores de posición, eliminando el
uso de bridas de acoplamiento. (Bajo la norma Namur).
3 COJINETES DE EMPALME: Estos cojinetes de empalme
barrenados y enroscados sirven para simplificar el acoplamiento
de accesorios a montar en la parte superior. (Bajo normas ISO
5211 Y VDI).
5 PASE DE AIRE GRANDE: Los conductos internos para el
pasaje de aire extra grandes permiten una operación
rápida y evita el bloqueo de los mismos.
6 MUÑONERAS: Una muñonera de nuevo
diseño
y de máxima duración, permanentemente lubricada,
resistente a la corrosión y de fácil reemplazo,
extiende la vida del actuador en las aplicaciones más
severas.
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7 CONSTRUCCIÓN: Se debe
proveer fuerza máxima contra abolladuras, choques y
fatiga. Su piñón y cremallera debe ser de gran
calibre, debe ser labrado con maquinaria de alta
precisión, y elimina el juego para
poder obtener
posiciones precisas.
8 CERAMIGARD: Superficie fuerte, resistente a la
corrosión, parecida a cerámica. Protege todas las partes del
actuador contra desgaste y corrosión.
9 REVESTIMENTO: Un revestimiento doble, para
proveer extra protección contra ambientes
agresivos.
11 ACOPLE: Acople o desacople de módulos
de reposición por resorte, o de seguridad en caso de falla
de presión de aire.
12 TORNILLOS DE AJUSTE DE CARRERA: Provee ajustes
para la rotación del piñón en ambas
direcciones de viaje; lo que es esencial para toda válvula
de cuarto de vuelta.
16 MUÑONERAS RADIALES Y DE CARGA DEL
PIÑÓN: Muñoneras reemplazables que
protegen contra cargas verticales. Muñoneras radiales
soportan toda carga radial.
17 SELLOS DEL PIÑÓN – SUPERIOR E
INFERIOR: Los sellos del piñón están
posicionados para minimizar todo hueco posible, para proteger
contra la corrosión.
19 RESORTES INDESTRUCTIBLES DE SEGURIDAD EN CASO DE
FALLA:
Estos resortes son diseñados y fabricados
para nunca fallar y posteriormente son protegidos contra la
corrosión. Los resortes son clasificados y asignados de
forma particular para compensar la pérdida de memoria a la cual
esta sujeta todo resorte; para una verdadera confianza en caso de
falla en el suministro de aire.
La estructura de un actuador eléctrico es
simple en comparación con la de los actuadores
hidráulicos y neumáticos, ya que sólo se
requieren de energía
eléctrica como fuente de
poder. 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.
Utilización de un pistón
eléctrico para el accionamiento de una válvula
pequeña.
La forma mas sencilla para el accionamiento con un
pistón, seria la instalación de una palanca
solidaria a una bisagra adherida a una superficie paralela al eje
del pistón de accionamiento y a las entradas roscadas, tal
y como se observa en el siguiente diagrama:
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El pistón eléctrico puede ser
accionado por una corriente, con lo cual para su accionamiento,
solo hará falta utilizar un simple relé. En caso
que se decidiera alimentarlo con cc, la corriente deberá
ser del mismo valor pudiendo
ser activado por una salida a transistor de un
PLC.
Accionamiento con Alambres
Musculares
Los Alambres Musculares , también son
actuadores. Tienen una apariencia semejante a la de un pelo, con
la gran diferencia que al activarlos con corriente
eléctrica estos se contraen generando fuerzas desde
los 20 a los 2000 gramos, dependiendo de su
diámetro.
Podría construirse un sistema semejante
al utilizado con el pistón, lográndose aun una
mayor rapidez para el accionamiento del
mecanismo.
También podrían implementase
montajes mas sencillos, como el de una alambre en V invertida que
posea los dos terminales del alambre solidarios a un chasis
montado por debajo de la base de la válvula, de tal manera
que el vértice de la V invertida este sobre el mecanismo
de cierre de la válvula. Como se observa en el siguiente
esquema:
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Es un dispositivo electromecánico que
convierte pulsos eléctricos en movimientos
mecánicos distintos. El eje de un motor a pasos gira con
incrementos discretos a paso del paso cuando pulsos
eléctricos son aplicados en la secuencia
apropiada.
Existen tres tipos básicos de motores a
Pasos. Ellos son:
Reductancia variable
Imán permanente
Híbrido
Enciclopedia Encarta 2002 y
2003
libro "Basics of Hydraulic flow" de Anthony
Esposito.
Nelson Diaz Tapia