Actuadores Industriales: Tipos, Funcionamiento y Componentes Esenciales

Actuadores: Conceptos Fundamentales y Tipos

Un actuador es un elemento que provoca un efecto controlado sobre un sistema. Su función principal es transformar la energía en movimiento o acción. Según la fuente de energía que utilizan, los actuadores se clasifican en:

• Eléctricos: Utilizan energía eléctrica para generar movimiento.
• Neumáticos: Funcionan con aire comprimido.
• Hidráulicos: Emplean aceite a presión.

Componentes Eléctricos Clave

En el ámbito de la automatización y el control, diversos componentes eléctricos son fundamentales para el funcionamiento de los actuadores y la protección de los sistemas:

Relé

Un relé es un dispositivo que consiste en un interruptor automático controlado por un electroimán. La señal de mando excita el electroimán y el interruptor puede dar paso a uno o varios circuitos independientes. Permite controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de la entrada.

Contactores

Los contactores son varios contactos eléctricos accionados típicamente mediante un relé. Sus contactos principales son:

• NA (Normalmente Abierto): El contacto está abierto en reposo y se cierra al ser accionado.
• NC (Normalmente Cerrado): El contacto está cerrado en reposo y se abre al ser accionado.

Relé Magnetotérmico

El relé magnetotérmico ofrece una doble protección:

• Protección contra sobrecarga (térmico): Actúa ante un exceso prolongado de corriente.
• Protección contra cortocircuito (magnético): Actúa de forma instantánea ante una corriente muy elevada.

Diferencial

El diferencial es un dispositivo de protección contra derivas o fugas de corriente. Salta cuando detecta diferencias de corriente entre la fase entrante y la saliente, protegiendo así a las personas de posibles descargas eléctricas.

Actuadores Eléctricos: Motores

Los actuadores eléctricos, principalmente motores, convierten la energía eléctrica en energía mecánica, generalmente en forma de giro. Tienen dos partes diferenciadas:

• Estator: La parte fija del motor, donde residen los polos.
• Rotor: La parte móvil del motor.

Dentro de los motores, también se distinguen dos devanados:

• Inductor: El que crea el campo magnético.
• Inducido: El que gira como consecuencia del campo magnético del inductor.

Motor de Corriente Continua (CC)

Los motores de CC convierten energía eléctrica continua en mecánica, generalmente un movimiento de giro.

Motor CC con Escobillas

Este tipo de motor utiliza escobillas para la conmutación. Sus características son:

• Ventajas:
  • Fácil control de posición, par y velocidad.
  • Posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga.
• Aplicaciones:
  • Regulación de velocidad (trenes, robots).
  • Aplicaciones de precisión (máquinas herramientas).
• Inconvenientes: El desgaste de las escobillas requiere mantenimiento y eventual sustitución. Han sido parcialmente reemplazados por máquinas síncronas de imanes permanentes.

Motor CC sin Escobillas (Brushless DC)

En estos motores, las escobillas se sustituyen por varias bobinas que se activan de forma alterna, eliminando el desgaste y el mantenimiento asociado a las escobillas.

Motores Paso a Paso

Los motores paso a paso se caracterizan por:

• Características:
  • Pequeña potencia.
  • Velocidades bajas.
  • Posiciones con alta precisión.
• Aplicaciones:
  • Industria textil.
  • Envase y embalaje.
  • Equipos médicos.

Motor de Corriente Alterna (CA)

Los motores de CA convierten energía eléctrica alterna en mecánica.

Motor CA Asíncrono (Inducción)

Este tipo de motor es muy común y se arranca típicamente con contactores. Se utiliza en aplicaciones que no requieren una regulación de velocidad precisa.

• Ventajas:
  • Precio competitivo.
  • Robustez y durabilidad.
• Desventajas: Para controlar la posición, es necesario un variador electrónico, que puede ser costoso y solo es viable para potencias pequeñas o medianas.
• Alternativa: Rotor bobinado con resistencias rotóricas para ciertas aplicaciones.

Motor CA Síncrono

Los motores síncronos son un tipo de motor de corriente alterna en el que la rotación del eje está sincronizada con la frecuencia de la corriente de alimentación. El período de rotación es exactamente igual a un número entero de ciclos de CA. El rotor incluye imanes permanentes o bobinas de corriente continua (DC).

Servomotores

Los servomotores son motores síncronos de imanes permanentes (conocidos como Brushless DC/AC). Sus características principales son:

• Características:
  • Excelente regulación de velocidad.
  • Muy precisos y con elevada respuesta dinámica.
• Aplicaciones:
  • Máquinas herramientas.
  • Robots industriales.
  • Coches eléctricos.

Actuadores Neumáticos

Los actuadores neumáticos utilizan aire comprimido como fuente de energía para generar movimiento.

• Ventajas:
  • Facilidad de transporte del aire.
  • No necesita circuitos de retorno complejos.
  • Es antideflagrante (seguro en ambientes explosivos).
  • Es limpio y no contamina.
• Inconvenientes:
  • Potencia limitada en comparación con otros tipos.
  • La calidad del movimiento puede verse limitada por la compresibilidad del aire.

Elementos Neumáticos Principales

• Válvulas: Actúan como preactuadores, controlando el flujo de aire.
• Cilindros: Transforman la presión del aire en desplazamiento lineal.
• Motores: Transforman la presión del aire en movimiento de giro.
• Elementos auxiliares: Incluyen silenciadores, reguladores de caudal, antirretornos, etc.

Actuadores Hidráulicos

Los actuadores hidráulicos utilizan aceite a presión para generar fuerza y movimiento.

• Tipos:
  • Motores hidráulicos (generan giro).
  • Cilindros hidráulicos (generan desplazamiento lineal).
• Ventajas:
  • Capacidad para generar fuerzas muy elevadas.
  • Control preciso del movimiento.
  • Rapidez y precisión en la respuesta.
• Inconvenientes:
  • Posibilidad de fugas de aceite.
  • Instalaciones más complejas.
  • Requiere un circuito de retorno para el aceite.
  • Mantenimiento más complejo debido a la naturaleza del fluido.