La electrificación de los actuadores lineales aporta nueva productividad y flexibilidad a la manipulación de materiales

Los actuadores lineales eléctricos están elevando la manipulación de materiales a nuevas cotas.

A medida que la transformación digital amplía el alcance de la automatización a más ejes y los actuadores lineales eléctricos manejan cargas cada vez más pesadas, más diseñadores de sistemas de manipulación de materiales están convirtiendo el control de movimiento hidráulico y neumático en eléctrico, especialmente en los nuevos proyectos. Los proveedores de actuadores lineales están respondiendo con innovaciones que amplían el alcance de la automatización de la manipulación de materiales en la gestión de cargas, el dimensionamiento, la inteligencia, la durabilidad, la eficiencia energética, la seguridad y la ergonomía.

El alcance de la automatización de la manipulación de materiales

Los actuadores lineales eléctricos ofrecen cada vez más funciones sofisticadas y avanzadas para la automatización de la manipulación de materiales. Ya se trate de la intralogística periférica de transporte o de apoyo a procesos de producción como la alimentación y el llenado, la manipulación de materiales es cada vez más vital para las operaciones industriales. (Figura 1)

En una operación de montaje, por ejemplo, los actuadores lineales pueden alimentar materiales, manipularlos para optimizar el acceso a las superficies de trabajo o desviar objetos de un transportador a otro. En una operación de envasado de alimentos, por poner otro ejemplo, la preparación puede consumir hasta la mitad del ciclo de trabajo. Los actuadores lineales pueden reducir ese tiempo automatizando el despliegue del cartón o el corte del film.

Los actuadores eléctricos también pueden ampliar el radio de trabajo controlable, transportando materiales hacia o desde el proceso. Pueden apoyar el movimiento de carretillas elevadoras, vehículos de guiado automático (AGV), unidades de elevación telescópica o transportadores aéreos.

Factores que influyen en el movimiento industrial

La automatización de las secuencias de movimiento en la manipulación de materiales exige tener muy en cuenta los siguientes factores:

- Propiedades físicas. Los desarrolladores de automatización de la manipulación de materiales deben tener en cuenta la forma, el peso, el tamaño, la posición y la estabilidad de la dirección de los paquetes que se desplazan por una planta o un sistema transportador. También deben tener en cuenta cómo afectan los materiales de los paquetes a su rodabilidad, deslizabilidad, apilabilidad, sensibilidad superficial y rigidez.

- Parámetros medioambientales. Los diseñadores de equipos de manipulación de materiales deben tener en cuenta parámetros como la disposición de la sala, las limitaciones de tamaño de la máquina y los grados de libertad disponibles.

- Parámetros de movimiento. Al igual que la mayoría de las aplicaciones de control de movimiento, las aplicaciones de manipulación de materiales tienen en cuenta el peso y la inercia de la carga útil, determinados por la velocidad y la aceleración dentro de los tiempos de ciclo y la precisión requerida.

Las aplicaciones de manipulación de materiales también pueden requerir una atención especial a factores cinemáticos como la deriva, el sobreimpulso, el tiempo de estabilización y la intercambiabilidad, con especial atención al accionamiento, el sistema de transmisión de potencia, el sistema de medición de posición y los rodamientos. La fricción puede provocar holguras en los cojinetes, una resolución deficiente de los sistemas de medición de posición y deformaciones estáticas estructurales. La flexibilidad dinámica puede contribuir a debilidades neuronales, que pueden provocar errores y fallos. Los diseñadores de equipos deben tener en cuenta todos estos factores en el contexto del mantenimiento, la seguridad y la durabilidad.

Cualificaciones de electrificación para la manipulación de materiales

Los actuadores lineales eléctricos se han utilizado en operaciones de manipulación de materiales durante muchos años y, durante ese tiempo, se han producido avances que los han optimizado para soportar nuevas operaciones industriales. Estos avances incluyen:

- Manipulación de cargas pesadas

Los actuadores eléctricos pueden manejar ahora cargas pesadas de hasta 25 kN, que antes quedaban relegadas a cilindros hidráulicos o neumáticos. Estas mejoras se deben en gran parte a la mejora de los materiales de los componentes y a los avances en la tecnología de husillos de bolas, como la implementación con rodamientos de bolas.

- Longitudes de carrera ampliadas

Los actuadores lineales eléctricos ahora también son capaces de carreras más largas, abordando aplicaciones que antes dominaban la hidráulica y la neumática. Donde antes los actuadores lineales eléctricos se limitaban a 300 ó 400 milímetros, ahora pueden abarcar hasta 1,2 metros.

- Compactibilidad

Los actuadores suelen diseñarse en espacios reducidos. En una línea de envasado, por ejemplo, los sistemas de alimentación y corte pueden competir con otras unidades por el espacio. En un vehículo autoguiado o una carretilla elevadora, el espacio siempre es reducido, y el tamaño del actuador también puede influir en el consumo de energía. Los actuadores con carcasas del tamaño de un pasaporte pueden soportar ahora cargas de hasta 2.000 N. Caben en espacios reducidos para los que los actuadores de la generación anterior serían demasiado grandes o débiles.

Esta compacidad y sencillez son diferencias importantes con respecto a la hidráulica y la neumática, que requieren una imponente infraestructura de equipos como bombas, mangueras, válvulas, depósitos y compresores. Los actuadores eléctricos simplemente se enchufan a una fuente de alimentación y se conectan a una red. La integración de un PLC permite un control más eficaz y sin fisuras de los actuadores eléctricos, lo que se traduce en una reducción de los tiempos de inactividad, un aumento de la productividad y un ahorro de costes.

- Inteligencia

Los actuadores lineales eléctricos ya están disponibles con controles modulares a bordo que permiten sencillos interruptores de encendido/apagado, conmutación de bajo nivel, realimentación de posición e integración en red de bus CAN. Pueden supervisar y controlar, diagnosticar, leer la posición y las estadísticas de funcionamiento en tiempo real y ajustarse sobre la marcha. (Figura 2)

A medida que las fábricas se vuelvan más avanzadas digitalmente, los diseñadores integrarán las capacidades de manipulación de materiales en operaciones cada vez más sofisticadas. Las cargas se moverán de forma más inteligente, lo que permitirá programar secuencias de movimiento, manejar sistemas a distancia y sincronizar varios actuadores.

- Larga vida útil

Las aplicaciones de manipulación de materiales suelen funcionar las 24 horas del día, los 7 días de la semana. Las aplicaciones de líneas de producción, como un brazo que desvía artículos de una cinta transportadora a otra, tienen ciclos de trabajo elevados y están sujetas a desgaste. En estas aplicaciones pueden utilizarse AGV, carretillas elevadoras y otros equipos móviles que suelen funcionar con baterías. (Figura 3) Los equipos que se utilizan al aire libre o en entornos peligrosos, y están sujetos a la entrada de humedad y polvo, también pueden requerir una larga vida útil.

Los actuadores lineales que utilizan motores sin escobillas pueden tener ciclos de trabajo del 100% y hasta 600 km de vida útil sin mantenimiento. Esta larga vida es una gran ventaja frente a las tecnologías hidráulica y neumática, que requieren un mantenimiento casi constante.

Además, la tecnología de lubricación ha avanzado hasta el punto de que algunos actuadores vienen lubricados de fábrica de por vida. Y el cumplimiento de las normas IP65, IP66 e IP69K evita la entrada de partículas, humedad y otros elementos que pueden acortar la vida útil.

- Seguridad y ergonomía

Los equipos de manipulación de materiales ponen constantemente en peligro a las personas. Por ejemplo, una máquina que pierde potencia puede soltar su carga más rápido de lo que un humano puede apartarse. También puede haber problemas ergonómicos derivados de movimientos repetidos o de la colocación incómoda de las piezas de trabajo.

Los actuadores lineales eléctricos ayudan en estas situaciones con frenos de retención electromecánicos y estáticos, que mantienen la carga en su lugar en caso de que una aplicación pierda potencia. También pueden hacer que el trabajo sea más seguro elevando, bajando o inclinando las mesas de trabajo hasta ángulos cómodos y más ergonómicos.

El picking automatizado ayuda a evitar largas rutas de alimentación y libera al personal de operación del ciclo de trabajo de la máquina en la medida de lo posible, manteniendo la ergonomía y la seguridad como prioridad. (Figura 4) Además, la sustitución de los cilindros hidráulicos elimina el riesgo de resbalones y caídas por fugas de fluido, así como la contaminación del producto por fugas de fluido sólido.

- Personalizar para obtener ventajas competitivas

Aunque la gama de tecnologías disponibles es cada vez mayor, la diversidad de aplicaciones también está impulsando la necesidad de soluciones personalizadas. Los diseñadores exigen cada vez más componentes y sistemas que se adapten a necesidades únicas. A menudo, los fabricantes pueden satisfacer estas necesidades con pequeñas modificaciones de la oferta estándar, pero en ocasiones pueden tener que diseñar algo desde cero. Los proveedores de actuadores con la oferta más amplia son los más propensos a adaptar las líneas estándar o a tener la experiencia necesaria para diseñar algo desde cero. Su flexibilidad y voluntad de ampliar su oferta estándar también es un factor a tener en cuenta.

La capacidad de personalización es otra ventaja significativa de la mayoría de los nuevos diseños de equipos electrificados. Estos equipos suelen ser más modulares que las generaciones anteriores, y los cambios pueden realizarse modificando, añadiendo o eliminando ejes. Los diseños eléctricos reducen la necesidad de rediseñar hasta los componentes más grandes de un sistema, como el rediseño de un colector/válvula hidráulica o el recorrido de tubos o mangueras.

¿Cuál es el retorno?

Para calcular el retorno de la inversión más exacto con la amortización adecuada en un proyecto a medida, tanto para el OEM como para el usuario final, los diseñadores deben tomar las decisiones de adquisición en el contexto de todo el ciclo de vida del producto, incluidos los costes de producción, los costes operativos continuos y la productividad potencial. Asimismo, la decisión debe tener en cuenta las ventajas de integrar la última tecnología, como la electrónica de a bordo, que contribuye a una mayor competitividad para el OEM y beneficios para los usuarios finales.

Los actuadores eléctricos son la tecnología clave que establece la conexión entre este mundo digital emergente y el mundo físico. Hasta hace poco, esta brecha era demasiado amplia para salvarla. Pero ahora que los actuadores eléctricos son más potentes, inteligentes y asequibles, el abismo ya no es tan desalentador. La electrificación está marcando el comienzo de una nueva era de eficiencia, que contribuirá a mejorar la automatización, la manipulación de materiales y, en definitiva, los negocios.