Los actuadores eléctricos han cobrado protagonismo en los últimos años gracias a los beneficios que aportan respecto a sus homólogos que utilizan diferentes fuentes de energía.
La Cuarta Revolución Industrial, conocida por todos como Industria 4.0, ha removido todos los principios que antaño estaban a la orden del día con el fin de proporcionar mejoras en la eficiencia industrial a partir de nuevas tecnologías emergentes como, por ejemplo, la robótica, la inteligencia artificial, el Internet of Things (IoT) o la mecatrónica.
En el artículo de hoy, queremos centrarnos en explicarte las características básicas que convierten a los actuadores eléctricos en una de las soluciones más acertadas para el control de movimiento lineal.
Por ese motivo, te alentamos a seguir leyendo. Te aseguramos que no te dejará indiferente.
Podemos definir un actuador eléctrico como un dispositivo que crea un movimiento de una carga o una acción que requiere una fuerza de sujeción, utilizando un motor eléctrico para generar la fuerza necesaria.
Al girar el husillo o el rotor, se crea un movimiento de rotación mediante un motor eléctrico. En la estructura de un actuador eléctrico, hay un tornillo helicoidal al que se le acopla el husillo del motor a través del eje de transmisión.
Los actuadores eléctricos se encuentran en una gran variedad de aplicaciones industriales. Por ejemplo, en la industria de la automoción, para vehículos de transporte sin conductor.
En la industria alimentaria y de bebidas, para la producción de botellas, sistemas de llenado y etiquetado.
Sus ventajas en cuanto a precisión, flexibilidad y bajos costes de funcionamiento hacen que se utilicen en la robótica, la electrónica y el ensamblaje electrónico, las máquinas herramienta y muchos otros sectores industriales.
Como ya sabrás, existen diferentes tipos de actuadores que funcionan con distintos tipos de energía.
A continuación explicaremos las ventajas de los actuadores eléctricos respecto a los actuadores accionados por aire (neumáticos) y por líquidos (hidráulicos).
En la controlabilidad y precisión de posicionamiento, los actuadores eléctricos tienen un enlace mecánico directo entre el motor y el tornillo que proporciona un control completo del sistema, así como una mayor rigidez. Además, no es necesario tiempo de calentamiento, aumentando así la productividad de la máquina.
Los actuadores eléctricos también son más fiables al contar con un mantenimiento predictivo mucho más fácil de realizar.
También son menos sensibles a los contaminantes, ya que no tienen circuito constantemente expuesto a la presión.
Los ensamblajes de los sistemas de los actuadores neumáticos e hidráulicos son más complejos y caros respecto a los eléctricos.
Con los actuadores eléctricos, resulta fácil adaptar las necesidades de la aplicación seleccionando la mejor combinación de husillo y de velocidad de giro del motor, optimizando el consumo de energía sin ninguna complejidad extra.
Como quizás ya sabes, la fuerza que puede ejercer un actuador eléctrico es inferior a los hidráulicos. Pero hay que tener en consideración que, en la mayoría de casos en los que se instala un actuador hidráulico en una máquina es porque se requiere una fuerza alta, superior a 1 Tn.
Los cilindros electromecánicos sólo utilizan cables de alimentación para su funcionamiento, por lo que requieren un espacio más reducido.
Por último, en cuanto al rendimiento representa, una característica importante respecto a otros actuadores es el peso total del sistema.
Los actuadores eléctricos tienen un peso mayor pero son más ligeros si comprendemos la totalidad del sistema.
Los actuadores eléctricos no tienen fluido bajo presión y, por tanto, son más seguros durante su funcionamiento. En caso de incidencia, basta con cortar la potencia del motor para pararlo de inmediato.
Mientras no están en uso, los actuadores eléctricos tienen un consumo cercano a cero. Su alta eficiencia convirtiendo la energía eléctrica en mecánica, permite conseguir grandes ahorros energéticos.
La grasa se utiliza como lubricante en estos sistemas. La cantidad utilizada para su lubricación es pequeña y no representa una fuente significativa de contaminación.
El ruido generado también es muy bajo (negligible) en comparación al neumático o el hidráulico.
La instalación de un actuador eléctrico es muy sencilla en comparación con el hidráulico o neumático.
Para poder instalar un cilindro hidráulico o neumático se requiere de elementos exteriores como tanque o depósito de aceite, bomba hidráulica, sistema de tuberías, racorería y valvulería.
Con el actuador eléctrico se reduce a un cilindro eléctrico que se conecta a un driver. Esto se traduce en una menor huella medioambiental.
Referente al diseño, la conexión de un actuador eléctrico se compone de pocos componentes y el uso de cables eléctricos que permiten una ruta e instalación más flexible.
El mantenimiento de los actuadores hidráulicos requieren un mantenimiento constante a causa de las fugas de sus fluidos. En los actuadores neumáticos, también es necesario realizar el cambio de válvulas y filtros de manera periódica.
En cambio, en los actuadores eléctricos pueden funcionar prácticamente sin mantenimiento durante toda su vida útil o, dependiendo del ciclo de trabajo y la aplicación, pueden requerir solamente una operación de lubricación a intervalos definidos.
Como último punto, la sustitución de los actuadores eléctricos es mucho más rápida al no necesitar reiniciar el funcionamiento del circuito.
Para determinar la diferencia del coste anual entre un actuador eléctrico y un actuador hidráulico, hemos realizado un estudio cuantitativo recopilando datos de un ejemplo real.
Las tres variables que hemos tenido en cuenta para determinarlo son:
El ejemplo se basa en una instalación hidráulica que trabaja 60 horas semanales durante 48 semanas al año. El tiempo de actividad de la instalación es del 60 % y el coste eléctrico por KW es de 0,25 €.
El cilindro hidráulico tiene un diámetro de 25 mm, opera con una presión de trabajo de 150 bares a una velocidad media de 30 mm/s y su características técnicas son de eficiencia estándar.
El sistema hidráulico se sustituye por un sistema eléctrico de 250 W puesto que el sistema hidráulico tiene una potencia útil de 220 W.
Datos de partida
El coste de adquisición del cilindro es de 150 € y el del total del sistema hidráulico 780 € (Bomba, depósito, válvulas, etc…). La vida útil sin mantenimiento del sistema hidráulico es de 10 años.
Por otro lado, el coste de adquisición del sistema eléctrico es de 1260 € y su vida útil sin mantenimiento es de 15 años.
El coste de la instalación del sistema hidráulico es de 12 horas de un técnico, mientras que el tiempo invertido para la instalación del sistema eléctrico es de 7 horas. Hemos calculado que el coste por hora es de 32 €.
Resultado
Para calcular el coste energético anual, contamos que el precio del kWh es de 0,25 € y los sistemas trabajan 60 horas por semana, 48 semanas al año, de las cuales el 60 % del tiempo el cilindro está trabajando.
En el sistema hidráulico, cuando el cilindro no está en funcionamiento, también hay una carga energética conocida como carga inactiva que supone un gasto adicional.
Resultado
Por histórico de intervenciones, definimos que en los sistemas hidráulicos se necesitan alrededor de 6 h anuales de trabajo de manutención (32 €/h) y 45 € en materiales de repuesto (Latiguillos, juntas, aceite, filtros, etc).
En los sistemas eléctricos solamente se requiere de 2 horas anuales de trabajo y no son necesarios materiales de repuesto.
Las conclusiones que hemos extraído son que el coste anual del actuador eléctrico es alrededor de 3 veces inferior al del actuador hidráulico.
Además, basándonos en la intensidad de emisiones de gas a la atmósfera por la generación de electricidad de la 2020 European Greenhouse, las emisiones indirectas de CO2 anuales del sistema eléctrico (114.480 g) son muy inferiores a las del sistema hidráulico (529.257 g).
Por ende, los actuadores eléctricos provocan también una reducción importante de la huella de carbono.
Resultados finales
En Daneel Mechatronics colaboramos con el fabricante mundial de soluciones de movimiento y actuación lineal Ewellix para la comercialización de sus productos.
Esta organización que tiene sus orígenes en SKF y se hizo independiente en 2019, heredó todo su conocimiento y a día de hoy ofrece un portfolio de artículos sin igual.
Esperamos que este artículo te haya servido para ver claramente los beneficios de los actuadores eléctricos. Si todavía te surgen dudas, contacta con nuestros especialistas. Estaremos encantados de asesorarte.
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