ACTUADORESDefinicin:Un ACTUADOR es un dispositivo inherentemente mecnico cuya funcin es proporcionarfuerza para mover o actuar otro dispositivo mecnico. La fuerza que provoca el actuadorproviene de tres fuentes posibles: Presin neumtica, presin hidrulica, y fuerza motrizelctrica (motor elctrico o solenoide). Dependiendo de el origen de la fuerza el actuadorse denomina neumtico, hidrulico o elctrico. El actuador ms comn es el actuador manual o humano. Es decir, una persona mueve o acta un dispositivo para promover su funcionamiento.Con el tiempo, se hizo conveniente automatizar la actuacin de dispositivos, por lo quediferentes dispositivos hicieron su aparicin. Actualmente hay bsicamente dos tipos de actuadores. Lineales RotatoriosLos actuadores lineales generan una fuerza en lnea recta, tal como hara un pistn. Los actuadores rotatorios generan una fuerza rotatoria, como lo hara un motor elctrico. Como ya se mencion, hay tres tipos de actuadores: Neumticos Elctricos HidrulicosFuncionamientoEs importante comprender el funcionamiento de los actuadores para su correctaaplicacin.

Actuadores mecnicosLos Actuadores Mecnicos: son dispositivos que utilizan energa mecnica para su funcionamiento. En funcin de la fuente de energa utilizada pueden ser neumticos o hidrulicos.Funcionamiento Actuadores MecnicosCuando un proceso de automatizacin se realiza sin la intervencin humana decimos que se trata de un proceso automatizado. La automatizacin permite la eliminacin total o parcial de la intervencin del hombre. Los automatismos son dispositivos de realizar tareas sin la intervencin humana. Algunas maquinas coma las lavadoras tienen programadores y las ordenes que proporcionan se llaman programas.Caractersticas actuadores mecnicos.

En el funcionamiento de los automatismos se caracteriza por tres fases: 1. Entrada de datos u rdenes.2. Control de los datos. 3. Realizacin de tareas concretas.Una serie de dispositivos o perifricos de entrada envan seales a la unidad de control de procesos y esta pone en marcha y controla los dispositivos o perifricos de salida, los cuales realizan tareas concretas.Modos de comunicacin actuadores mecnicos

Cuando aplicamos una fuerza sobre una superficie determinada decimos que ejercemos presin. Cuando ms grande sea la superficie sobre la cual aplicamos la fuerza ms pequea ser la presin que ejercemos encima y cuanta ms pequea sea la superficie mayor ser la presin.Tipos de actuadores mecnicos

ACTUADORES HIDRAULICOSLos actuadores hidrulicos son los que han de utilizar un fluido a presin, generalmente un tipo de aceite, para que el robot pueda movilizar sus mecanismos. Los actuadores hidrulicos se utilizan para robots grandes, los cuales presentan mayor velocidad y mayor resistencia mecnica.`ACTUADORES NEUMATICOSEn los actuadores neumticos se comprime el aire abastecido por un compresor, el cual viaja a travs de mangueras. Los robots pequeos estn diseados para funcionar por medio de actuadores neumticos.

Seleccin de actuadores mecnicosLa seleccin se basa en la coincidencia de caractersticas de funcionamiento del actuador, tales como la fuerza y el desplazamiento, a las exigencias de la tarea asignada.`Las caractersticas de rendimiento se estiman a partirde datos de fabricantes y de los modelos simples de la limitacin de rendimiento, tales como la generacin de calor y la resonancia. Las caractersticas son presentadas en forma grfica de manera que se pueda comparar directa y sistemticamente los sistemas y sus distintos modos de actuacin.

Los actuadores mecnicos y su campo de aplicacin.

Los actuadores mecnicos suelen convertir un movimiento rotativo de un mando de control en desplazamiento lineal a travs de tornillos y / o equipos.`Un tornillo gato o la gata del coche es un actuadormecnico familiar. Otra familia de actuadores se basa en el eje segmentado. La rotacin de la manija de la gata se convierte mecnicamente en el movimiento lineal de la cabeza de la gata.`Los actuadores mecnicos tambin son utilizados con frecuencia en el campo de los lseres y la ptica para manipular la posicin de etapas lineales, rotativas, espejo de montes, gonimetros y otros instrumentos de posicionamiento.`Para la colocacin exacta y repetible, las marcas de ndice puede ser utilizado en las perillas de control. Algunos incluso incluyen un codificador y lectura digital de posicin.

Actuadores elctricosLa estructura de un actuador elctrico es simple en comparacin con la de los actuadores hidrulicos y neumticos, ya que slo requieren de energa elctrica como fuente de poder. Como se utilizan cables elctricos para transmitir electricidad y las seales, es altamente verstil y prcticamente no hay restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador. Existe una gran cantidad de modelos y es fcil utilizarlos con motores elctricos estandarizados segn la aplicacin. En la mayora de los casos es necesario utilizar reductores, debido a que los motores son de operacin continua.Utilizacin de un pistn elctrico para el accionamiento de una vlvula pequea.La forma ms sencilla para el accionamiento con un pistn, seria la instalacin de una palanca solidaria a una bisagra adherida a una superficie paralela al eje del pistn de accionamiento y a las entradas roscadas.Existen Alambres Musculares, los cuales permiten realizar movimientos silenciosos sin motores. Es la tecnologa ms innovadora para robtica y automtica, como as tambin para la implementacin de pequeos actuadores.Actuadores elctricos.Dentro de los actuadores elctricos pueden distinguirse tres tipos diferentes: Motores de corriente continua (DC):Controlados por induccinControlados por excitacinMotores de corriente alterna (AC):SncronosAsncronosMotores pas a paso.Motores de corriente continua. Son los ms usados en la actualidad debido a su facilidad de control. En este caso, se utiliza en el propio motor un sensor de posicin (Encoder) para poderrealizar su control. Los motores de DC estn constituidos por dos devanados internos, inductor e inducido, que se alimentan con corriente continua. El inducido, tambin denominado devanado de excitacin, est situado en el estator y crea un campo magntico de direccin fija, denominado excitacin. Para que se pueda dar la conversin de energa elctrica en energa mecnica de forma continua es necesario que los campos magnticos de estator y del rotor permanezcan estticos entre s. Esta transformacin es mxima cuando se encuentran en cuadratura. El colector de delgas es una conmutadora sincronizada con el rotor encargado de que se mantenga el ngulo relativo entre el campo del estator y el creado por las corrientes rotoricas . De esta forma se consigue transformar automticamente, en funcin de la velocidad de la mquina, la corriente continua que alimenta al motor en corriente alterna de frecuencia variable en el inducido. Este tipo de funcionamiento se conoce con el nombre de autopilotadoPartes de un actuador1. Sistema de "llave de seguridad": Este mtodo de llave de seguridad para la retencin de las tapas del actuador, usa una cinta cilndrica flexible de acero inoxidable en una ranura de deslizamiento labrada a mquina. Esto elimina la concentracin de esfuerzos causados por cargas centradas en los tornillos de las tapas y helicoils. Las llaves de seguridad incrementan de gran forma la fuerza del ensamblado del actuador y proveen un cierre de seguridad contra desacoplamientos peligrosos.2. Pin con ranura: Esta ranura en la parte superior del pin provee una transmisin autocentrante, directa para indicadores de posicin e interruptores de posicin, eliminando el uso de bridas de acoplamiento. (Bajo la norma Namur).3. Cojinetes de empalme: Estos cojinetes de empalme barrenados y enroscados sirven para simplificar el acoplamiento de accesorios a montar en la parte superior. (Bajo normas ISO 5211 Y VDI).4. Pase de aire grande: Los conductos internos para el pasaje de aire extra grandes permiten una operacin rpida y evita el bloqueo de los mismos.5. Muoneras: Una muonera de nuevo diseo y de mxima duracin, permanentemente lubricada, resistente a la corrosin y de fcil reemplazo, extiende la vida del actuador en las aplicaciones ms severas.6. Construccin: Se debe proveer fuerza mxima contra abolladuras, choques y fatiga. Su pin y cremallera debe ser de gran calibre, debe ser labrado con maquinaria de alta precisin, y elimina el juego para poder obtener posiciones precisas.7. Ceramigard: Superficie fuerte, resistente a la corrosin, parecida a cermica. Protege todas las partes del actuador contra desgaste y corrosin.8. Revestimiento: Un revestimiento doble, para proveer extra proteccin contra ambientes agresivos.9. Acople: Acople o desacople de mdulos de reposicin por resorte, o de seguridad en caso de falla de presin de aire.10. Tornillos de ajuste de carrera: Provee ajustes para la rotacin del pin en ambas direcciones de viaje; lo que es esencial para toda vlvula de cuarto de vuelta.11. Muoneras radiales y de carga del pin: Muoneras reemplazables que protegen contra cargas verticales. Muoneras radiales soportan toda carga radial.12. Sellos del pin - superior e inferior: Los sellos del pin estn posicionados para minimizar todo hueco posible, para proteger contra la corrosin.13. Resortes indestructibles de seguridad en caso de falla: Estos resortes son diseados y fabricados para nunca fallar y posteriormente son protegidos contra la corrosin. Los resortes son clasificados y asignados de forma particular para compensar la prdida de memoria a la cual est sujeta todo resorte; para una verdadera confianza en caso de falla en el suministro de aire.

Actuador de engranaje Tipo rotatorio motor de veleta Motor de hlice Motor hidrulico Motor de leva excntrica Pistn axial Tipo oscilante Motor con eje inclinado Motor de engranaje El aceite a presin fluye desde la entrada que acta sobre la cara dentada de cada engranaje generando torque en la direccin de la flecha. La estructura del motor es simple, por lo que es muy recomendable su uso en operaciones a alta velocidad.

Actuadores hidrulicosLos actuadores hidrulicos, que son los de mayor antigedad, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operacin, funcionan en base a fluidos a presin. Existen tres grandes grupos: cilindro hidrulico motor hidrulico motor hidrulico de oscilacinCilindro hidrulicoDe acuerdo con su funcin podemos clasificar a los cilindros hidrulicos en 2 tipos: de Efecto simple y de accin doble. En el primer tipo se utiliza fuerza hidrulica para empujar y una fuerza externa, diferente, para contraer. El segundo tipo se emplea la fuerza hidrulica para efectuar ambas acciones. El control de direccin se lleva a cabo mediante un solenoide que se muestra a continuacin En el interior poseen un resorte que cambia su constante elstica con el paso de la corriente. Es decir, si circula corriente por el pistn elctrico este puede ser extendido fcilmente.Cilindro de presin dinmicaLleva la carga en la base del cilindro. Los costos de fabricacin por lo general son bajos ya que no hay partes que resbalen dentro del cilindro.Cilindro de efecto simpleLa barra esta solo en uno de los extremos del pistn, el cual se contrae mediante resortes o por la misma gravedad. La carga puede colocarse solo en un extremo del cilindro.Cilindro de efecto dobleLa carga puede colocarse en cualquiera de los lados del cilindro. Se genera un impulso horizontal debido a la diferencia de presin entre los extremos del pistnCilindro telescpicoLa barra de tipo tubo multietpico es empujada sucesivamente conforme se va aplicando al cilindro aceite a presin. Se puede lograr una carrera relativamente en comparacin con la longitud del cilindroMotor hidrulicoEn los motores hidrulicos el movimiento rotatorio es generado por la presin. Estos motores los podemos clasificar en dos grandes grupos: El primero es uno de tipo rotatorio en el que los engranajes son accionados directamente por aceite a presin, y el segundo, de tipo oscilante, el movimiento rotatorio es generado por la accin oscilatoria de un pistn o percutor; este tipo tiene mayor demanda debido a su mayor eficiencia. A continuacin se muestra la clasificacin de este tipo de motoresMotor de engranaje Tipo rotatorio motor de veleta Motor de hlice Motor hidrulico Motor de leva excntrica Pistn axial Tipo oscilante Motor con eje inclinado Motor de engranaje El aceite a presin fluye desde la entrada que acta sobre la cara dentada de cada engranaje generando torque en la direccin de la flecha. La estructura del motor es simple, por lo que es muy recomendable su uso en operaciones a alta velocidad.Motor con pistn eje inclinadoEl aceite a presin que fluye desde la entrada empuja el pistn contra la brida y la fuerza resultante en la direccin radial hace que el eje y el bloque del cilindro giren en la direccin de la flecha. Este tipo de motor es muy conveniente para usos a alta presin y a alta velocidad. Es posible modificar su capacidad al cambiar el ngulo de inclinacin del eje.Motor oscilante con pistn axialTiene como funcin, el absorber un determinado volumen de fluido a presin y devolverlo al circuito en el momento que ste lo precise.Actuadores neumticosA los mecanismos que convierten la energa del aire comprimido en trabajo mecnico se les denomina actuadores neumticos. Aunque en esencia son idnticos a los actuadores hidrulicos, el rango de compresin es mayor en este caso, adems de que hay una pequea diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad.En esta clasificacin aparecen los fuelles y diafragmas, que utilizan aire comprimido y tambin los msculos artificiales de hule, que ltimamente han recibido mucha atencin. De efecto simple Cilindro neumtico Actuador neumtico De efecto doble Con engranaje Motor neumtico Con veleta Con pistn Con una veleta a la vez Multiveleta Motor rotatorio Con pistn De ranura vertical De mbolo Fuelles, diafragma y msculo artificial Cilindro de efecto simpleActuador Rotatorio NeumticoPara hacer funcionar el actuador neumtico, se conecta aire comprimido a uno de loslados del mbolo o veleta (en adelante, solo mbolo) generando una fuerza en sentido de la expansin del espacio entre el mbolo y la pared del cilindro o el cuerpo.

Mediante un dispositivo mecnico que puede ser el conjunto pin y cremallera, yugoescocs, o una simple veleta, el movimiento se transforma en rotatorio. Para mover elactuador en sentido contrario es necesario introducir aire comprimido en el lado opuestodel mbolo. El torque que genera el actuador es directamente proporcional a la presindel aire comprimido, pero dependiendo de su diseo puede ser variable de acuerdo a laposicin actual del actuador. Es decir, supongamos que el movimiento del actuadorrotatorio est definido en el rango de 0% a 100% de su movimiento. El torque de salida en0% es en algunos casos diferente al torque de salida cuando est en la posicin 50%. Amayor abundamiento, en realidad lo que se tiene es una curva de torques en funcin de laposicin del actuador. Es esto una desventaja? No necesariamente, esta variabilidad dehecho es beneficiosa para la mayara de las vlvulas, ya que permite ajustar ms eltamao del actuador, pudiendo incluso bajar un modelo o dos al seleccionadooriginalmente.Hoy existen 3 tipos de actuadores neumticos Pin y cremallera Yugo Escocs Veleta

Actuador Hidrulico RotatorioPara hacer funcionar el actuador hidrulico, se conecta la presin hidrulica a uno de loslados del mbolo o veleta (en adelante, solo mbolo) generando una fuerza en sentidode la expansin del espacio entre el mbolo y la pared del cilindro o el cuerpo. Medianteun dispositivo mecnico que puede ser el conjunto pin y cremallera, yugo escocs, ouna simple veleta, el movimiento se transforma en rotatorio. Para mover el actuador ensentido contrario es necesario introducir aire comprimido en el lado opuesto del mbolo.El torque que genera el actuador es directamente proporcional a la presin de aceitehidrulico, pero puede ser variable de acuerdo a la posicin actual del actuador, si elactuador es de Yugo Escocs.

Actuador de Veleta Rotatoria doble

Dimensionamiento de un actuador Rotatorio Hidrulico Bsicamente son los mismos pasos a seguir que para el actuador neumtico. Considerar que la presin hidrulica es mucho ms alta que la presin de aire, porlo que los pistones o veletas asociados a un actuador hidrulico son mucho maspequeos. Considerar la adquisicin de una central hidrulica si el cliente no poseeactualmente presin hidrulica disponible. Establecer los controles que gobernarn al actuador: Posicionador, vlvulassolenoides, interruptores de carrera, transmisores de posicin, etc.Actuador Rotatorio ElctricoPara hacer funcionar el actuador elctrico, se debe energizar los bornes correspondientespara que el motor acte en la direccin apropiada. Usualmente vienen con un controladorlocal o botonera que hace este proceso ms sencillo. Sin embargo para la automatizacinremota del actuador, se debe considerar el diagrama de cableado que viene con elactuador. Las conexiones deben considerar fuerza, seales de lmites de carrera y torque,seales anlogas o digitales de posicin y torque, etc.El torque generado por el motor elctrico es aumentado por un reductor interno o externopara dar salida al torque final en el tiempo seleccionado. Esta es la razn por la que losactuadores elctricos toman ms tiempo en recorrer la carrera que los neumticos ohidrulicos.Dimensionamiento de un actuador Rotatorio Elctrico Primero se debe determinar el torque que se necesita para generar el movimientorotatorio. Este torque puede ser expresada en N-m, lb-in, lb-ft, etc. (Newton metros,libras-pulgadas o libras-pi, etc.). El fabricante de la vlvula debesuministrar este dato. Usualmente est publicado en su sitio web. O bien, se debe determinar la fuerza de tiro que deber soportar el actuador, si laaplicacin es multivueltas. Obtener el dimetro externo del tornillo. No olvidar considerar la presin de la lnea, que muy posiblemente lucha en contradel actuador. Establecer el porcentaje de sobredimensionamiento. Usualmente y dependiendodel tamao y diseo de la vlvula, entre 10% y 50% de sobredimensionamiento. Segundo, debe establecerse la carrera angular del actuador (90, 180,multivuelta?). Tercero, si es multivuelta, determinar el nmero de vueltas necesarias para cubrirel total de la carrera de la vlvula. Obtener la disponibilidad de energa en el punto de instalacin. Voltaje, frecuencia,nmero de fases. Cuarto, con los torques ya determinados, y recurriendo a las tablas de torque delos diferentes modelos, se puede escoger un modelo adecuado para la aplicacin.Es importante determinar el factor final de sobredimensionamiento que se calculadividiendo el torque del actuador por el torque original requerido por la vlvula. Porejemplo, si el torque original requerido de una vlvula es de 3600 lb-in y se utilizaun porcentaje de 30%, es decir multiplicamos por 1,30 encontramos que serequiere un actuador de 4680 lb-in; que entrega 3547 lb-in que no es suficiente; elsiguiente tamao entrega 6028 lb-in que es ms que suficiente. Sin embargo, elfactor ya no es 1,30, si no que 1,67. Es importante tenerlo en cuenta para noperder de vista cuanto torque realmente estamos entregando a la vlvula, sobretodo cuando el cliente o el ingeniero suministran el torque mximo admisible parael vstago de la vlvula. Verificar el torque mximo admisible para el vstago de la vlvula. Al escoger el actuador con su motor, tomar los datos de consumo y factor depotencia. Los actuadores elctricos tienen tiempos de funcionamiento ms largosque los actuadores neumticos, por lo que es un dato a considerar. Dependiendodel tamao de la vlvula, estos tiempos fluctan normalmente entre 20 segundoshasta 90 segundos o ms. Establecer los controles que gobernarn al actuador: Posicionador, vlvulassolenoides, interruptores de carrera, transmisores de posicin, etc.Actuadores Rotatorios con Posicin de FallaHasta ahora hemos hablado de actuadores que se denominan de doble efecto o deposicin de falla ltima posicin. A veces es conveniente que la vlvula vuelva por ssola a una cierta posicin si es que la energa falla. A estos actuadores se les denominade simple efecto o Falla Cierre o Falla Abre, FC o FA respectivamente (FC y FO eningls), o bien de vuelta por resorte.Efectivamente, un resorte acumula energa para liberarla en la presencia de alguna falla,o cuando se libere el actuador para que vuelva a su posicin de falla. Esta es la solucinms robusta desde el punto de vista industrial. Hay otras alternativas para acumularenerga para un actuador, pero el resorte es lo ms confiable.Algo para tomar en cuenta es que los actuadores de vuelta por resorte son entre 2 y 3veces ms grandes que los de doble efecto, porque se necesita el torque de la vlvulapara moverlo en un sentido, y, el torque de la vlvula + el torque del resorte para moverloen el sentido opuesto. Esto por si solo hace que el costo del actuador de simple efectosea entre 2 y hasta 5 veces ms caro que uno de doble efecto. Aparte del problemaeconmico, est el problema del espacio. Para ciertos tipos de vlvulas el actuador desimple efecto se hace realmente enorme. Otra cosa a considerar es que la mayora de losactuadores elctricos no poseen vuelta por resorte, y los que lo poseen son de tamaolimitado. Mi recomendacin es no especificar actuadores de simple efecto a diestra ysiniestra, a menos que realmente se necesite una posicin de falla.Para dimensionar los actuadores de simple efecto, hay que tomar en cuenta primero eltorque que puede generar el resorte, y luego fijarse en el torque que genera la presin deaire o fluido.Curvas de comportamiento de TorqueTodas las vlvulas tienen un torque inherente a su porcentaje de apertura. Por ejemplo,las vlvulas mariposa de bajo rendimiento tienen su ms alto torque en la posicincerrada, y si mnimo torque en la posicin totalmente abierta.Si se quiere tomar ventaja de esta particularidad, es importante hacer calzar las torquesde la vlvula en sus diferentes posiciones, con los torques que es capaz de generar elactuador, de otra forma puede terminar con un actuador que es el triple de lo querealmente necesita.En general se debe tener los puntos de torque de mas inters. Si una vlvula se haasentado en su posicin por largo tiempo, el torque requerido para sacarla de su posicinde reposo va a ser ms alto. Si se sospecha que la velocidad de flujo va a contribuir a unavariacin de torque en la vlvula, es algo que debe considerarse.