Mecatrónica

ACTUADORES
Los actuadores son todos aquellos dispositivos que nos sirven para llevar a cabo las actividades físicas
generando una fuerza a partir de líquidos, energía eléctrica, etc. Los actuadores brindan una salida necesaria
para un elemento de control, un ejemplo de esta podría es una Válvula.
Para decidir que tipo de acturador se necesita utilizar entre la diversidad de estos, se debe saber la acción que
se quiere realizar y a la velocidad se quiere realizar.
Existen cuatro tipos de sistemas de actuadores:
• Neumáticos
• Hidráulicos
• Eléctricos
SISTEMAS NEUMÁTICOS
Estos mecanismos funcionan a base de la presión que se ejerce por el aire comprimido transformándolo en
una fuerza mecánica, existen tanto cilindros lineales como actuadores rotatorios que dan movimiento. Estos
actuadores son baratos y seguros, sin embargo, son menos precisos en cuanto a velocidad y posición se refiere
puesto que varía la compresibilidad del aire utilizado. Son más utilizados cuando se requiere de mucha
potencia y para actividades ligeras que son en simplicidad las de Recoger−Colgar.
Estos sistemas de actuadores tienen la siguiente clasificación:
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EJEMPLOS DE:
CILINDRO NEUMÁTICO DE EFECTO SIMPLE
El funcionamiento del cilindro es el siguiente:
Para hacer avanzar el vástago, el aire a presión penetra por el orificio de la cámara trasera, llenándola y
haciendo avanzar al vástago. Para que esto sea posible, el aire de la cámara delantera ha de ser desalojado al
exterior a través del orificio correspondiente. En el retroceso del vástago, se invierte el proceso haciendo que
el aire penetre por el orificio de la tapa delantera, y sea evacuado al exterior a través del conducto unido a la
tapa trasera, en ocasiones se utilizan resortes que empujan al eje hasta la posición original o de reposo.
El cilindro neumático de efecto doble utiliza los mismos principios pero se le añade efecto de movimiento al
ya visto anteriormente, permitiendo que el cilindro tenga dos fases movimientos uno de ida y el otro de
venida.
CILINDRO NEUMÁTICO DE GIRO (ROTATIVO)
Estos dispositivos se encuentran acoplados de tal forma que permitan, entre si, un cambio de un movimiento
lineal producido por un vástago interno a un movimiento rotacional de hasta 360º mediante una pieza circular
colocada en la parte interna del dispositivo. En estos dispositivos la pieza que añade el movimiento lineal es
una cremallera que es empujada por la fuerza de la presión y la pieza que brinda el movimiento rotativo es un
engrane acoplado tangencialmente con un eje a la cremallera.
ELEMENTOS DE CONTROL NEUMATICOS.
Electro válvulas:
Para poder controlar los periodos o lapso de cierto fluido, a través de los diferentes sistemas que trabajan con
aire comprimido, es necesario interponer entre el sistema de control y el actuador, una interfase que sirva para
la conversión de la señal de control, que está basada en corriente eléctrica, en movimiento mecánico que
obstruya o permita el paso del aire a presión.
Reguladores de caudal:
Son dispositivos que se instalan sobre los orificios de entrada o salida de aire en los diferentes sistemas
mecánicos. Su principal función es controlar la velocidad del desplazamiento del vástago de los cilindros. Si
el caudal es muy grande, el cilindro actúa casi instantáneo.
ALAMBRES MUSCULARES
Los alambres musculares son delgados alambres de alta resistencia mecánica. Construidos con diferentes
aleaciones de materiales con memoria de forma, es decir, estos pueden ser entrenados para cambiar de forma
dependiendo de la temperatura a la que sea expuesto este material
A una temperatura ambiental este material es fácil de estirar con la acción de una fuerza mínima. Cuando se le
induce una corriente eléctrica sobre este material, tiende a deformarse ya que éste se calienta debido a su
resistencia a la corriente. La deformación que sufre un alambre muscular es pequeño, cerca del 5% de la
longitud y la contracción de estos sucede tan rápido como se calientan. Una de las aplicaciones es la de brazo
de palanca, accionado por un alambre muscular al contraerse, levantando así un peso.
La fuerza con que este pueda levantar dicho peso, va a depender del diámetro que tenga este alambre, estos
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diámetros oscilan entre 37 micrones a 375 micrones, y sus fuerzas varían de 20 gramos a 2Kgrs.
Las ventajas de usar alambres musculares son muchas. Tamaño pequeño, livianos, bajo consumo, control
preciso, activación por corriente continua o alterna, bajo magnetismo, accionamiento lineal directo,
deformable, etc.
SISTEMAS HIDRÁULICOS
Estos actuadores se basan, para su funcionamiento, en la presión ejercida por un líquido, generalmente un tipo
de aceite. Las maquinas que normalmente se encuentran conformadas por actuadores hidráulicos tienen mayor
velocidad y mayor resistencia mecánica y son de gran tamaño, por ello, son usados para aplicaciones donde
requieran de una carga pesada (mayor a 10 libras y hasta 2000 libras). Cualquier tipo de sistema hidráulico se
encuentra sellado herméticamente a modo que no permita, de ninguna manera, derramar el líquido que
contiene, de lo contraria se corre un gran riesgo.
Las principales aplicaciones se encuentran en máquinas troqueladoras, en cargadores y en maquinarias pesada
para obras civiles. Este sistema de actuadores se divide en tres grandes grupos:
• Cilindro hidráulico
• Motor hidráulico
• Motor hidráulico de oscilación
Las ventajas que presentan los actuadores de esta naturaleza son:
• Altos índices entre potencia y carga
• Mayor exactitud
• Respuesta de mayor frecuencia
• Desempeño suave a bajas velocidades
• Amplio rango de velocidad
• Produce mas fuerza que un sistema neumático de mismo tamaño.
CILINDRO HIDRÁULICO
DE EFECTO SIMPLE
Una barra es colocada en un extremo del pistón, cuando la presión es ejercida en la parte contraria al extremo
del pistón donde esta la barra, esta sube hasta donde la presión lo empuje, ejerciendo una fuerza sobre la barra
de contracción, después la barra es regresada a la posición inicial por la simple acción de resortes o de la
gravedad. La carga solo puede colocarse en un extremo del cilindro.
DE EFECTO DOBLE
La carga puede colocarse en cualquiera de los lados del cilindro. Se genera un impulso horizontal debido a la
diferencia de presión entre los extremos del pistón cuando el líquido entra en este.
MOTOR HIDRÁULICO
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Estos motores los podemos clasificar en dos grandes grupos: El de tipo rotatorio en el que los engranes son
accionados directamente por aceite a presión, y el de tipo oscilante, el movimiento rotatorio es generado por la
acción oscilatoria de un pistón o percutor; este tipo tiene mayor demanda debido a su mayor eficiencia. A
continuación se muestra la clasificación de este tipo de motores.
Motor de engranaje
Tipo Rotatorio Motor de Veleta
Motor de Hélice
Motor Hidráulico Motor de Leva excéntrica
Pistón Axial
Tipo Oscilante Motor con eje inclinado
MOTOR DE ENGRANAJE
El aceite a presión fluye desde la entrada que actúa sobre la cara dentada de cada engranaje generando torque
en una dirección. La estructura del motor es simple, por lo que es muy recomendable su uso en operaciones a
alta velocidad.
MOTOR OSCILANTE
CON PISTÓN AXIAL
Tiene como función, el absorber un determinado volumen de fluido a presión y devolverlo al circuito en el
momento que éste lo precise.
SISTEMAS ELÉCTRICOS
Los actuadores de este tipo no requieren de alguna actividad física como los sistemas anteriores, y son mucho
mas simples en forma ya que estos solo necesitan de la corriente eléctrica como fuente de poder, y esta no
necesita de estar junto al dispositivo, permitiendo que exista una gran distancia entre estos si es así como se
requiere. Las ventajas que ofrecen estos tipos de actuadores son, entre otros, la exactitud con la que operan, su
alta repetibilidad y el espacio en piso requerido es pequeño, esto los hace ideales para actividades como las de
ensamblaje.
Por lo general los actuadores de estos tipos tienen un acondicionamiento eléctrico, por medio de servomotores
o de motores paso a paso. La salida que brinda un motor paso a paso es la de un incremento en el ángulo que
es iniciado por los pulsos eléctricos precisos para esto. Los robots dirigidos por un motor paso a paso se
utilizan para aplicaciones de trabajo ligero, ya que una carga pesada puede ocasionar una pérdida de pasos y la
subsecuente inexactitud. Existen tres tipos de motores paso a paso, reductancia variable, imán permanente e
híbridos.
Los servomotores proporcionan un control excelente con los requisitos de mantenimiento mínimos. El control
del momento de torsión es posible si, respectivamente, se controlan el voltaje o la corriente que se aplican al
motor. Las ventajas que tales motores ofrecen incluyen un momento de torsión elevado, un tamaño pequeño
de estructura y una carga ligera, así como una curva de velocidad lineal, lo cual reduce el esfuerzo
computacional.
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EJEMPLOS DE:
Pistón eléctrico para una válvula pequeña
Se instala una sola palanca a una bisagra adherida a una superficie paralela al eje del pistón de accionamiento
y a las entradas roscadas, tal y como se observa en el siguiente diagrama:
El pistón eléctrico puede ser accionado por una corriente, con lo cual para su accionamiento, solo hará falta
utilizar un simple relé *. En caso que se decidiera alimentarlo con cc, la corriente deberá ser del mismo valor
pudiendo ser activado por una salida a transistor de un PLC.
* Relés: Elemento de control. Son mecanismos electromagnéticos, que conmutan uno o varios contactos
eléctricos por medio de la fuerza electromagnética, generada por paso de la corriente de control a través de su
bobina.
Actuador Neumático
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