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¿Qué rendimiento ofrecen los actuadores eléctricos frente a los cilindros hidráulicos en condiciones de funcionamiento adversas?

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Entorno térmico (calor/frío), vida útil y mantenimiento

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1. Entorno térmico

Un problema importante para los sistemas hidráulicos es la gestión del calor. Las ineficiencias de los sistemas hidráulicos provocan sobrecalentamiento. Las temperaturas del fluido hidráulico superiores a 80 °C dañan la mayoría de los compuestos de las juntas y aceleran la degradación del aceite. El diseño del circuito puede desempeñar un papel importante en la generación de calor. Las mangueras, los racores y otros componentes pueden ser un factor si su dimensionamiento no se ajusta a los requisitos de caudal. Los sofisticados sistemas de detección de carga pueden mitigar la mayoría de los problemas de calor, pero pueden resultar costosos. Los intercambiadores de calor son una forma económica de gestionar esto sin tener que sobredimensionar significativamente el depósito y, en última instancia, el espacio que ocupa la unidad de potencia hidráulica (HPU).

Existen dos formas de resolver los problemas de sobrecalentamiento en los sistemas hidráulicos: reducir la carga térmica o aumentar la disipación del calor. Los sistemas hidráulicos disipan el calor a través del depósito, manteniendo el nivel adecuado de aceite o utilizando un intercambiador de calor. Mantener un sistema hidráulico en buen estado para gestionar el calor requerirá una atención y un mantenimiento constantes.

Los actuadores eléctricos pueden sobrecalentarse en ocasiones, pero la causa suele deberse a cambios extremos en el ciclo de trabajo o a que el actuador se utiliza con una intensidad superior a la prevista en su diseño o dimensionamiento. Los cambios extremos en la temperatura ambiente que no se hayan tenido en cuenta en el diseño también pueden provocar sobrecalentamiento, pero estas condiciones son excepciones y, por lo general, no se dan en la mayoría de los entornos de automatización industrial. Gracias a su mayor eficiencia y precisión en el dimensionamiento, los sistemas de actuadores eléctricos pueden seleccionarse para funcionar a la temperatura deseada en función del volumen de trabajo requerido. La predicción precisa de la temperatura permite que el sistema de actuadores eléctricos funcione de forma constante sin afectar a la vida útil del dispositivo.

2. Entorno frío

Las bajas temperaturas plantean otros problemas para los sistemas hidráulicos. El aceite frío provoca un funcionamiento lento e irregular hasta que el aceite se calienta, lo que a su vez provoca grandes oscilaciones en la fuerza y la velocidad. Los cambios bruscos de temperatura, de caliente a frío, también pueden afectar a la integridad de la junta del vástago, un componente crítico que ayuda a evitar fugas y contaminación. Los calentadores del depósito de aceite pueden controlar las temperaturas de arranque, pero suponen un componente y un gasto adicionales.

Los actuadores eléctricos, por su parte, pueden utilizarse con grasa para temperaturas extremas, lo que permite arranques rápidos y eficaces a bajas temperaturas. Suele haber una pequeña diferencia de rendimiento en la repetibilidad de la fuerza al pasar de una temperatura fría a una cálida. Esta diferencia es aceptable en la mayoría de las aplicaciones, lo que a menudo hace que sea preferible optar por actuadores eléctricos en lugar de hidráulicos.

3. Vida útil y mantenimiento

Los sistemas hidráulicos son dispositivos robustos y de uso generalizado que pueden tener una larga vida útil. La contrapartida es que requieren un mantenimiento frecuente y una atención constante para alcanzar el rendimiento deseado a lo largo de la vida útil del sistema. Mantener la integridad de las juntas del vástago y del pistón es fundamental para la repetibilidad, ya que son los elementos principales que contienen la presión necesaria para el movimiento y la fuerza. Si estos componentes se desgastan o se dañan, deben sustituirse. De lo contrario, la fuerza se reducirá a la presión inicial o las fugas afectarán a la velocidad. El cambio periódico de los filtros de aceite y del propio aceite son tareas de mantenimiento adicionales. El aceite contaminado o degradado también puede afectar gravemente al funcionamiento del sistema. Descuidar las tareas de mantenimiento provocará fugas o contaminación y el fallo prematuro de los componentes.

Por otro lado, los actuadores eléctricos dimensionados para la vida útil de una aplicación no requieren mantenimiento. Los principales elementos de potencia de un actuador eléctrico son el husillo de potencia y otros elementos de cojinetes de empuje. Estos elementos cuentan con una especificación de capacidad de carga dinámica (DLR) que puede utilizarse para estimar la cantidad de trabajo (fuerza sobre distancia) que puede realizar un actuador eléctrico. Utilizando una estimación de vida útil L10 estándar del sector, se puede estimar con una fiabilidad del 90 % que los actuadores eléctricos durarán en una aplicación.

Estos elementos de potencia suelen estar engrasados de por vida, pero se pueden aplicar métodos sencillos de engrase in situ si es necesario. El otro elemento sujeto a desgaste en un actuador eléctrico de vástago es la junta del vástago, diseñada para impedir la entrada de agua, polvo y otros contaminantes ambientales en los componentes internos del actuador. A diferencia de las juntas de los cilindros hidráulicos, no es necesaria ninguna presión en el interior del actuador para su correcto funcionamiento. Incluso si la junta falla, el actuador seguirá funcionando. Las juntas de vástago de la mayoría de los actuadores eléctricos se sustituyen de forma fácil y económica en caso de avería. El uso indebido es la principal causa de fallo de los actuadores eléctricos. Exceder las especificaciones de rendimiento del actuador durante períodos prolongados o la negligencia grave son los factores de uso indebido más comunes.