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#Tendencias de productos
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El mundo de la actuación se vuelve electromecánico
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Velocidad, precisión y tamaño.
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Cuando se trata de actuadores lineales, los dispositivos electromecánicos se están convirtiendo en la opción preferida frente a sus primos neumáticos debido a su velocidad, precisión y tamaño.
En los últimos años, han aumentado las demandas de los directores de fábricas y empresas para que se utilicen más actuadores eléctricos de varilla y menos actuadores neumáticos en los equipos de automatización de las fábricas. Son varios los factores que impulsan esta conversión, pero los más significativos son las crecientes necesidades de:
1. Mejorar el rendimiento de las máquinas con actuadores electromecánicos de mayor precisión.
2.Reducir el tamaño de los equipos con actuadores electromecánicos que requieren sólo una cuarta parte del espacio para proporcionar el mismo empuje que los actuadores neumáticos.
3. Utilizar la energía de forma más eficiente, ya que los actuadores electromecánicos no necesitan compresores de aire funcionando las 24 horas del día para mantener la presión.
4. Reducir el mantenimiento y el coste total de propiedad, porque los actuadores electromecánicos utilizan menos componentes, no necesitan compresores y no sufren fugas de aire.
Una vez tomada la decisión de sustituir los actuadores neumáticos por los electromecánicos, el siguiente paso es seleccionar los actuadores electromecánicos adecuados entre las numerosas marcas. Aunque las especificaciones fundamentales de empuje pueden ser similares, existen diferencias significativas en las áreas de rendimiento del ciclo de vida, la capacidad de mantenimiento y la resistencia ambiental.
En general, cuanto mayor sea el diámetro del husillo de bolas, mayor será el potencial de empuje. Sin embargo, para conseguirlo es necesario que el cojinete de empuje y todos los puntos de fijación, incluidos el tubo de extensión, la tuerca esférica interior, el alojamiento del cojinete y el alojamiento del rascador, estén bien acoplados. De lo contrario, cualquier aumento del empuje se produciría a expensas de la vida útil del sistema. Un componente demasiado débil para soportar su carga se desgastará mucho más rápido o incluso se dañará.
Se pueden tener dos actuadores, cada uno con un husillo de bolas de 16 mm y que proporcione 750 N de empuje, y uno, por ejemplo, puede tener una vida útil de 2.000 km de recorrido, mientras que el otro proporciona 8.000 km de recorrido. La diferencia radica en lo bien que se acoplan el husillo de bolas y los demás componentes.
Además, debido a que los mayores diámetros de los husillos a bolas se correlacionan con el coste y el espacio necesario, el acoplamiento correcto del husillo a bolas y otros componentes reduce ambos. Para cumplir un requisito de aplicación de 3.200 N de fuerza, un proveedor podría utilizar un husillo de bolas de 20 mm de diámetro, mientras que otro proveedor, con componentes debidamente acoplados, podría lograr el mismo empuje con un husillo de 12 mm de diámetro. Así, este último tornillo de bolas puede reducirse sin sacrificar el rendimiento.
El correcto acoplamiento de los husillos de bolas con otros componentes afecta significativamente a la vida útil del actuador y, cuando se combina con el diseño del soporte, los dos factores tienen el mayor impacto en la precisión y la capacidad de carga. Otro objetivo del diseño del actuador es reducir el juego libre radial y lateral. Los factores que afectan a esto son el diámetro del cuerpo del soporte, la superficie de contacto y el uso de patas de apoyo. Un cuerpo portador más grande, por ejemplo, soporta mayores cargas radiales externas al maximizar la superficie de contacto en situaciones de carga lateral. La capacidad de carga lateral de los actuadores eléctricos aumenta el rendimiento, la precisión y la compacidad a un nivel que no se puede alcanzar con los actuadores neumáticos o hidráulicos.
Aunque la maximización de las áreas de superficie mejora la capacidad de carga radial y lateral, no necesariamente ayuda a la estabilidad. Esto suele solucionarse bloqueando las patas elevadas en canales acanalados (tres en la imagen superior). Estas patas de apoyo reducen las vibraciones, que pueden añadir ruido y contribuir al desgaste. La mayoría de los diseños utilizan uno o dos de estos surcos, con lo que se eliminan algunas holguras, pero pueden generar chasquidos cuando el sistema empieza a desgastarse con el tiempo. Sin embargo, el uso de cuatro patas en lugar de dos reduce el desgaste y el ruido, proporcionando una protección antirrotación más eficaz y duradera. Además, las patas adicionales garantizan un movimiento de retorno libre de adherencias, lo que reduce aún más la holgura debida al desgaste.
Además, la curvatura de estas patas de soporte hacia el exterior crea una precarga radial que reduce el juego en el tubo de empuje. También centra el cuerpo del portador y la tuerca esférica, eliminando la necesidad de calzar el portador a la extrusión y compensando el desgaste durante la vida útil del dispositivo. Mantener todo alineado reduce la cantidad de veces que hay que calibrar el actuador para obtener un par de giro constante.
Las tolerancias estrechas son fundamentales para reducir el desgaste y el ruido. Pero si no hay ningún espacio de aire, la presión se acumula cuando los actuadores funcionan a altas velocidades. Esto provoca un sobrecalentamiento, contribuyendo a los problemas de lubricación y otros problemas de durabilidad. Para solucionarlo, hay que hacer que dos de los elementos clave masculinos de las patas portadoras sean más bajos que los dos restantes; éste es el enfoque que adopta Thomson con muchos de sus actuadores. De esta forma, se consigue el espacio suficiente para evitar que se acumule la presión. Como se ve en la imagen anterior, dos de los elementos de llave macho situados ortogonalmente en las patas de soporte son más bajos que los otros dos.
Mantenimiento
La facilidad de mantenimiento afecta al rendimiento del ciclo de vida y contribuye a los beneficios de la productividad. Los actuadores electromecánicos difieren en su lubricación y en el manejo del motor. La mayoría de los actuadores se retraen para exponer parcialmente las piezas en un 60% a 70% para su lubricación. Los técnicos retiran las tapas, localizan las piezas que necesitan lubricación, añaden grasa y pueden tener que repetir este proceso.
Sin embargo, un enfoque mejor es extender o retraer el tubo completamente, dejando al descubierto todos los componentes para una máxima exposición. Esto permite a las empresas utilizar la lubricación automática. Además, el uso de una boquilla de lubricación eliminaría la necesidad de retirar la tapa, simplificando aún más el mantenimiento.
El mantenimiento también puede acelerarse si se elimina el tiempo necesario para acoplar el motor con el actuador mecánico. Tradicionalmente, el montaje del motor en configuración paralela lleva entre 20 y 25 minutos. Una vez montado el motor, el técnico debe utilizar una serie de herramientas para ajustar la tensión y la alineación de la correa. Esto requiere al menos 12 pasos.
Sin embargo, si el actuador viene con una solución paralela premontada, la correa se puede pretensar durante el montaje, eliminando la necesidad de ajustes de tensión en varios pasos: el motor se puede atornillar y utilizar en sólo tres pasos. Para el montaje en línea, las ventajas de una solución premontada son similares, aunque no tan espectaculares.
Además, el uso de rodamientos de montaje a horcajadas elimina el riesgo de desalineación. También protege el eje del motor de las cargas radiales, lo que reduce el ruido y prolonga aún más la vida útil del actuador.
Resistencia ambiental
Los actuadores electromecánicos difieren en su capacidad de soportar condiciones duras, el medio ambiente y los frecuentes lavados a alta presión. Esto depende del perfil exterior, la elección del material y los métodos de sellado.
Los perfiles con superficies lisas son más limpios que las superficies acanaladas porque no acumulan polvo ni líquidos. Por tanto, son más apropiados para entornos difíciles en los que se requieren lavados frecuentes. Sin embargo, tener un exterior liso puede tener una desventaja. Si se utiliza en aplicaciones que requieren la fijación de sensores, podría ser necesario un complemento de plástico adicional para fijar el sensor.
La resistencia al medio ambiente también depende de la composición del material del tubo de extensión. La mayoría de los sistemas utilizan acero cromado, pero el acero inoxidable es una opción mucho mejor para los entornos difíciles.
Un indicador clave de la resistencia al medio ambiente es el código de protección de entrada (IP). Una clasificación IP de 65, por ejemplo, significa que el dispositivo es a prueba de polvo y está protegido contra los chorros de agua a baja presión procedentes de cualquier dirección, como los que podrían encontrarse en una operación de lavado de la industria alimentaria y de bebidas. Sólo unos pocos actuadores eléctricos cumplen esta clasificación, pero en entornos corrosivos es fundamental. Una clasificación IP de 54 proporciona cierta protección contra las salpicaduras de agua y menos del 100% de protección contra el polvo, por lo que es aceptable para algunas aplicaciones de lavado, pero no si hay presión. Una clasificación IP de 40, que es común entre los actuadores lineales, implica que no hay protección contra el polvo o los líquidos.
Las clasificaciones IP más altas dependen principalmente del uso de mejores juntas. Thomson, por ejemplo, sella todos los compartimentos, incluidos los soportes del motor, en sus actuadores electromecánicos. Todas las juntas también deben estar selladas y extenderse hasta el motor en lugar de detenerse en la placa de montaje.
La próxima generación de control de movimiento
A medida que aumentan las demandas del mercado de mayor productividad, menores tiempos de cambio, mayor fiabilidad, mayor ahorro de energía y menores costes de mantenimiento y funcionamiento, cada vez más diseñadores y usuarios finales se decantan por los actuadores electromecánicos en lugar de los neumáticos. Para la maquinaria que requiere un control de movimiento sofisticado, los actuadores electromecánicos son prácticamente la única alternativa. Pero incluso para tareas sencillas de movimiento lineal, los diseñadores y usuarios de control de movimiento se inclinan por el accionamiento eléctrico debido a su menor o más fácil mantenimiento, mayor ahorro de energía y funcionamiento más limpio.
Las ventajas son aún mayores si se comparan cuidadosamente las diferentes marcas de actuadores eléctricos. Interprete siempre la "capacidad de carga" en el contexto de la vida útil del sistema y los requisitos de espacio. Hay verdaderas compensaciones en estas áreas. El diseño del portador afecta a la precisión, así como a la capacidad de carga lateral y rotativa, por lo que hay que prestar mucha atención a cómo se fija el portador en el canal y a la forma y tamaño de los mecanismos de guía.
La mejora de los mecanismos y las piezas, como las patas de apoyo y los diseños de las piernas, que pueden curvarse para mejorar el agarre, mejorarán la precisión y el desgaste. Y el perfil exterior adecuado, la elección de materiales y la estrategia de sellado son factores clave para la resistencia ambiental. Los perfiles más suaves, los materiales de acero inoxidable y los grados de protección más altos suelen ofrecer la mayor protección.