Actuadores 101. Qué es un actuador, qué hacen, cómo funcionan.

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Un actuador es un dispositivo que requiere una entrada de fuente de energía, generalmente energía eléctrica, una entrada de señal externa de alguna forma para decirle al actuador qué hacer, y luego el dispositivo se activa. La salida en forma de movimiento, puede ser rotativa o lineal, y se utiliza para lograr un resultado deseado en un sistema.

El término Actuador proviene del acto de Actuar algo, en otras palabras, Actuar es operar algo. Entonces, para simplificar la expresión de lo que hace, un actuador lee una señal y luego actúa, u opera. Los actuadores suelen formar parte de un sistema, máquina o dispositivo general. Es un componente dentro de esa máquina que hace algo al hacer que se mueva.

Actuadores 101 que es un actuador

Para que un actuador funcione, se requiere una entrada de fuente de energía, generalmente energía eléctrica. También requiere una entrada de señal externa de alguna forma para decirle al actuador qué hacer, y luego el dispositivo Actúa. La salida suele tener la forma de un movimiento que puede ser rotativo o lineal y se utiliza para lograr el resultado deseado en un sistema.

Historia de los actuadores

Los actuadores existen desde hace más de 100 años y su nombre proviene de lo que hacen, actúan algo. Es decir, mueven algo al abrir o cerrar, empujar o tirar, levantar o dejar caer, etc. El tipo más común de actuador que usa todos los días es el actuador de solenoide para bloquear y desbloquear la puerta de su automóvil, o un actuador lineal eléctrico se utiliza para abrir y cerrar el maletero de un coche. Esos son tipos muy comunes de actuadores electromecánicos que se utilizan ampliamente en nuestra vida diaria. Antes de que se creara la electricidad, todavía se fabricaban, pero serían controlados por humanos, como el pestillo de una puerta.

¿Dónde se utilizan los actuadores?

Hay más de 50 actuadores que se utilizan en un automóvil moderno, los automóviles probablemente tienen la mayoría de los actuadores que usaríamos como parte de nuestra vida diaria. Un automóvil los usa en los inyectores de combustible, válvulas para el suministro y administración de combustible, sistemas de calefacción y refrigeración, incluso los sistemas de entretenimiento pueden usarlos para abrir y cerrar altavoces, pantallas de GPS, etc.

Actuadores 101 - Qué es un actuador y cómo funciona

que es un actuador

Veamos un ejemplo típico de un sistema de actuador utilizado en nuestra vida diaria. La calefacción en un automóvil tiene configuraciones de temperatura fría y caliente, así como un ventilador también con diferentes niveles de fuerza. El ajuste de temperatura se controla en realidad a través de un actuador que regula la cantidad de aire que fluye a través de un intercambiador de calor. Ese actuador controla la posición del flujo de aire, cuanto más fluye sobre el intercambiador de calor, más caliente está el aire, por el contrario, cuanto más lejos está del intercambiador de calor, más frío está.

actuadores en coches

¿Es un relé un actuador?

UN Relé A veces también se considera que es una forma de Actuador eléctrico, es decir, que el relé activa una señal eléctrica o conexión de algún tipo. Aunque esto pueda parecer un componente eléctrico sin partes móviles, en realidad tiene un componente móvil. Un relé es una bobina cargada magnéticamente que abre y cierra un conector a través de un campo electromagnético. Como puede ver, es una forma de actuador solo a pequeña escala.

A los efectos de este artículo, nos centraremos más en los actuadores lineales. El término actuadores es en realidad muy amplio y puede abarcar también actuadores rotativos, solenoides y otros tipos.

actuadores

Actuadores de solenoide

Siguiendo con los Automotrices, expliquemos otro tipo de actuador muy común, y ese es el actuador de solenoide. Los solenoides funcionan como un relé, toman una corriente eléctrica y crean un campo electromagnético, es esa fuerza magnética que hace que una varilla se mueva hacia adentro y hacia afuera. Normalmente, cuanto mayor es el campo magnético que se suministra al actuador de solenoide, más fuerza se crea y viceversa. Estos son actuadores de tipo encendido / apagado muy simples con pocas opciones de control además de encenderlos o apagarlos. Por ejemplo, no tiene un control real sobre la velocidad o la fuerza, de hecho, para empeorar las cosas, el actuador de solenoide también tiene una carrera muy limitada. Es raro encontrar un actuador de solenoide con más de 2 "(pulgadas) de carrera.

actuadores de solenoide

El cierre centralizado de las puertas de los automóviles es el tipo más común de actuador de solenoide utilizado. simplemente conectan y desconectan el pestillo de la manija de la puerta. El mecanismo de control también es muy simple para un actuador de solenoide y es un solo pulso de electricidad de 12 V CC que se envía al solenoide para activarlo, y un resorte es lo que lo hace regresar.

A continuación se muestra un actuador de solenoide típico, como se usa en la mayoría de los automóviles. Probablemente no parezcan familiares, pero eso se debe a que la mayoría de las personas no pueden ver el interior de los paneles de las puertas de un automóvil.

tipo de actuador

Actuadores piezoeléctricos

El movimiento de estos actuadores proviene de haber sido energizados por voltaje y requieren voltajes muy grandes para expandirlos y contraerlos, generalmente más de 200V. El material piezoeléctrico es un tipo de cerámica, es muy frágil y tendrá muchas capas con placas de metal entre cada capa para que cada pila piezoeléctrica se energice.

Se requieren grandes cantidades de voltaje para cambios muy pequeños en la longitud, por lo general, un piezo solo se expandirá aproximadamente en un 1% de su tamaño, pero su fuerza es muy alta, esto significa que puede amplificar la expansión de las pilas piezo para obtener movimiento de movimiento. y fuerza de compensación por accidente cerebrovascular. La amplificación podría hacerse mecánicamente casi como una idea de palanca, pero generalmente se usan en aplicaciones donde se necesita una precisión y control muy altos. Se usan más comúnmente como inyectores de combustible para automóviles donde el actuador piezoeléctrico controla el volumen de combustible que ingresa al cilindro y el nivel de control debe estar por debajo del nivel de micrones.

Actuadores piezoeléctricos

Actuadores neumaticos

Estos tipos de actuadores usan gas presurizado o aire en un cilindro creado por mi bomba de alta presión para mover un pistón para crear un movimiento lineal. Al igual que los actuadores hidráulicos, el diseño de actuadores lineales neumáticos existe desde hace mucho tiempo. Se usa un compresor de aire para presurizar el aire o el gas inerte en un tanque, y ese aire a alta presión se usa para hacer que el pistón de los actuadores se deslice hacia adentro y hacia afuera. Una vez que el pistón en el actuador ha alcanzado el final de la carrera, se mueve un interruptor de válvula para abrir la válvula al otro extremo del actuador, donde nuevamente el aire a alta presión empuja el pistón en el actuador en la otra dirección.

Actuadores neumaticos

Los beneficios de utilizar la neumática son:

  1. La alta velocidad es posible y está controlada por la válvula de presión y la capacidad volumétrica del sistema.
  2. Se puede lograr una fuerza bastante alta
  3. Se emite poco sonido aparte de cuando la bomba necesita reponer el tanque de alta presión
  4. Son posibles carreras muy largas
  5. Fiabilidad y durabilidad de ciclo extremadamente altas.
  6. Los actuadores pueden ser realmente muy pequeños y de tamaño compacto, ya que son de construcción bastante simple.

Inconvenientes de los actuadores neumáticos:

  1. Se requiere equipo adicional, como un tanque y una bomba de alta presión.
  2. No se puede permitir que todo el sistema tenga fugas del sistema falla
  3. El aire es un gas compresible y, como tal, significa que si un actuador neumático se mueve con mucha fuerza, siempre hay un retraso porque el gas se comprimirá naturalmente primero antes de mover el pistón dentro del actuador. Esto significa que habrá un retraso en el sistema. Los actuadores hidráulicos resuelven este problema
  4. Se puede lograr un control posicional muy bajo. Mire el video a continuación donde usamos Lego para demostrar la falta de control en comparación con un actuador mecánico y el uso de un DTI (indicador de prueba de dial) para mostrar la diferencia

¿Dónde se utilizan los actuadores neumáticos?

Se utilizan cuando se requiere un movimiento de alta velocidad o cuando se necesita cubrir rápidamente una gran distancia lineal, como pulgadas por segundo o 30 pulgadas por segundo. Una vez instalados, es difícil moverlos de un lugar a otro, ya que requieren mucho tiempo de instalación. Estos actuadores se encuentran en las líneas de montaje de las fábricas de fabricación, ya que son ideales para realizar millones de ciclos sin mantenimiento y pueden moverse muy rápidamente.

Actuadores hidraulicos

Los actuadores hidráulicos funcionan exactamente de la misma manera que los actuadores neumáticos, excepto que, en lugar de utilizar aire o gas a alta presión, utilizan un líquido no compresible llamado fluido hidráulico. Debido a que el fluido no es compresible, tiene una gran ventaja importante, estos sistemas son capaces de generar fuerzas inmensas y es por eso que los ve utilizados exclusivamente en equipos de construcción de servicio pesado, excavadoras, volquetes, carretillas elevadoras, tractores, etc.

actuadores hidráulicos

¿Cómo funciona el actuador hidráulico?

El actuador hidráulico usa fluido a alta presión para empujar un pistón hacia atrás y hacia adelante donde la conmutación se realiza a través de interruptores de válvula. TEstos sistemas requieren bombas de alta presión, válvulas y tuberías de alta presión, y un tanque para contener todo ese fluido hidráulico. Por lo tanto, si tiene mucho espacio y dinero y requiere una gran cantidad de fuerza, entonces el sistema hidráulico podría ser el camino a seguir.

Los beneficios de utilizar actuadores hidráulicos son:

  1. Es posible una velocidad moderada y está controlada por la velocidad de la bomba.
  2. Se puede lograr una fuerza extremadamente alta
  3. Son posibles carreras muy largas
  4. Fiabilidad y durabilidad de ciclo extremadamente altas.
  5. Los actuadores pueden ser realmente muy pequeños y de tamaño compacto, ya que son de construcción bastante simple.

Inconvenientes de los actuadores hidráulicos:

  1. Existen inconvenientes en el uso de sistemas hidráulicos desde el punto de vista operativo. El principal es el control. Tiene muy poco control de precisión cuando se trata de estos sistemas.
  2. Se requiere fluido hidráulico para que el sistema funcione y, si hay fugas, el fluido puede ser muy tóxico.
  3. Cuando la bomba hidráulica está funcionando, puede ser ruidoso y cuanto mayor sea la fuerza requerida, mayor será el ruido.
  4. El fluido hidráulico tiene una viscosidad muy baja, por lo que no fluye suavemente a través de tuberías y válvulas, etc., todo esto requiere energía para empujar todo ese fluido a alta presión a través de todas estas tuberías y accesorios, etc. Como resultado, los sistemas hidráulicos son muy ineficientes para operar y use.
  5. Estos sistemas son costosos de comprar e instalar.

Actuadores rotativos

Un actuador giratorio es un actuador que produce un movimiento giratorio, lo que los hace ideales para abrir y cerrar válvulas. Hay muchas formas diferentes de crear un movimiento giratorio y, por lo tanto, un actuador giratorio. Las diferencias vienen en forma de aplicación. Por ejemplo, en la imagen de arriba, puede ver que el movimiento giratorio se crea a través de un movimiento de cremallera y piñón en el que la "cremallera" se controla como un pistón. El pistón puede ser controlado hidráulicamente o usando aire y gas a alta presión para ser controlado neumáticamente. Entonces, ¿cuál sería la diferencia ?. Si el actuador giratorio anterior está controlado hidráulicamente, las fuerzas ejercidas pueden ser enormes y, por lo tanto, esto se adaptaría a las aplicaciones industriales cuando se requieren grandes fuerzas para abrir y cerrar una válvula. Si este actuador giratorio se controla neumáticamente, es posible que el actuador requiera menos fuerza para girar el eje principal, que es lo que se utilizará para realizar las tareas necesarias.

actuadores giratorios

Principio del actuador giratorio

El movimiento producido por un actuador giratorio puede ser una rotación continua, como se ve en un motor eléctrico, o un movimiento podría ser una rotación angular fija. Con un actuador giratorio controlado neumática o hidráulicamente, es más probable que sean del tipo de rotación angular fija, esto se debe a que la cremallera o pistón que gira el eje principal solo puede moverse hasta cierto punto, por lo que el movimiento de rotación está restringido por la carrera lineal disponible. . Si se requiere más rotación, entonces el pistón debe deslizarse más, alternativamente y se usa una relación de transmisión diferente para crear el movimiento.

relación de engranajes del actuador giratorio

Actuador rotativo servo

Otro tipo de actuador giratorio es un servomotor y un motor paso a paso. Estos son actuadores controlados eléctricamente que tienen un movimiento de rotación constante, pero también ofrecen un control de rotación muy preciso.

Actuador rotativo servo

Estos tipos de actuadores se usan comúnmente en robótica y electrónica de consumo donde el movimiento de rotación y el par son producidos por un motor giratorio que a través de algunos engranajes se reduce la velocidad y aumenta el par para crear el movimiento giratorio. Para obtener un control preciso, el actuador tendrá un sensor que mide la posición. Esto suele tener la forma de un sensor Hall o codificador que envía una señal al sistema de control que se traduce en posición. Una gran característica de los servomotores es que pueden fabricarse muy pequeños y usarse en lugares muy reducidos.

Conversión del movimiento giratorio de un servomotor a movimiento lineal

 convertir el movimiento giratorio de un servomotor en movimiento lineal

Debido a que los servoactuadores giratorios se usan con tanta frecuencia y son relativamente económicos de comprar, se ha convertido en una forma popular para que las personas creen movimiento lineal. A través de enlaces simples y alguna forma de sistema de guía lineal, es posible crear un movimiento lineal. La carrera resultante será directamente proporcional a la longitud del brazo de la palanca, como puede ver en la imagen de arriba. Cuanto más largo sea el brazo del servoactuador, más larga será la carrera, sin embargo, la desventaja es que la fuerza se reducirá porque el par es proporcional a la longitud del brazo.

Ecuación de par inferior para actuadores giratorios

ecuación de par para actuadores giratorios

Actuadores lineales electromecánicos.

Con los actuadores lineales eléctricos, el movimiento giratorio de un motor de CA o CC se convierte en movimiento lineal a través de un husillo. Un Leadscrew es básicamente un engranaje helicoidal mecanizado en una varilla. A medida que el husillo gira debido a que el motor gira el husillo directamente o mediante algunos engranajes, la tuerca (como se muestra en amarillo a continuación) se desliza hacia arriba y hacia abajo en el husillo en un movimiento lineal y crea ese movimiento lineal; de ahí el nombre "Actuador lineal". Esto es muy diferente a un actuador de solenoide que sigue siendo una forma de actuador lineal, pero en la industria de la ingeniería, los ingenieros suelen diferenciar los dos llamándolos "actuadores de solenoide" y "actuadores lineales" aunque ambos emiten movimiento lineal.

actuador lineal un tipo de actuador

Con los actuadores lineales eléctricos, tener tornillos de cabeza de diferente longitud le brinda diferentes longitudes de carrera. Al girar el tornillo de avance más rápido o más lento desde el motor, se obtienen carreras lineales de diferentes velocidades. Y, por lo tanto, cuanta más fuerza del motor se aplica al tornillo de avance, más fuerza se le da a la tuerca que se desliza hacia arriba y hacia abajo del tornillo de avance. La tuerca está unida a lo que llamamos la Vara, y es esta Vara a la que le colocas las cosas para crear ese movimiento lineal. Cuanto más par de torsión se pueda aplicar al tornillo de avance, más fuerza lineal estará disponible para ser utilizada por la varilla deslizante.

Hay diferentes formas de crear el par de un actuador. Agregar engranaje entre el motor y el tornillo de avance es el método más común, cuanto mayor es la relación de engranaje, más fuerza se crea, pero hay una compensación, cuanto mayor es la fuerza, menor es la velocidad, por el contrario, mayor es la velocidad bajar la fuerza. Ganar velocidad extra para una fuerza dada significa tener que usar un motor de entrada más grande, y eso requiere más corriente y un motor más grande y, por lo tanto, más dinero.

Actuadores lineales eléctricos

Un electrico solenoide es un dispositivo que convierte el movimiento de rotación de un motor en movimiento lineal, o toma corriente eléctrica para crear un campo electromagnético y usa el magnetismo para forzar a un objeto metálico a intentar alejarse de su campo magnético. Si bien ambos son muy diferentes, comparten el mismo nombre y ambos dan como resultado lo que sugiere su nombre ... actúan. Esto significa que todos proporcionan movimientos de empuje y tracción en un movimiento lineal o de rotación.

Para obtener una descripción más detallada de cómo funciona un actuador lineal eléctrico, creamos este artículo "Dentro de un actuador lineal: cómo funciona un actuador"

Si está buscando comprar un actuador lineal eléctrico, hemos creado un artículo llamado “No utilice un actuador lineal hasta que lea estos 5 pasos”Esto puede ayudarlo a evitar algún problema común antes de gastar dinero.

Actuadores micro lineales

micro actuadores

 Micro actuadoreso Mini Actuadores Lineales se utilizan en aplicaciones donde el espacio es limitado o la carrera requerida del actuador es pequeña. Tal vez necesite mover algo pequeño o no muy lejos, entonces un actuador micro lineal sería ideal para tal aplicación. Normalmente, las carreras de los microactuadores son de 10 mm a 100 mm y son de tamaño muy compacto. Una de las desventajas de un microaccionador es que las fuerzas tienden a ser mucho menores debido a los motores más pequeños incorporados.

Resumamos ¿Qué es un actuador?

Los actuadores vienen en muchas formas diferentes, desde rotativas hasta lineales, el tipo requerido depende de la aplicación para la que se van a utilizar. Los actuadores rotativos industriales grandes que se accionan hidráulicamente son ideales para abrir enormes válvulas de tuberías de aceite y micro actuadores puede ser alimentado por pequeñas fuentes de energía de 12v con gran exactitud y precisión para robótica y aplicaciones pequeñas.

actuadores lineales electromecánicos

 

 

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