ACTUADORES

ACTUADORES

OBJETIVOS:

Conocer el concepto y tipos de actuadores.

Conocer su modo de funcionamiento.

Conocer sus aplicaciones principales.

INTRODUCCIÓN

Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa.

El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas

Las características a considerar son entreotras:

Potencia. Controlabilidad. Peso y volumen. Precisión. Velocidad. Mantenimiento. Coste.

A) ACTUADORES NEUMATICOS

Los actuadores neumáticos utilizan aire

comprimido como fuente de energía. Se utilizan en aplicaciones donde se

requieran movimientos rápidos pero poco

precisos. Fluido compresible, aire 5-10 bares. Requieren de equipo como: compresor,

mangueras, válvulas, filtros y secadores de

aire.

CILINDRO NEUMATICO

Se consigue el desplazamiento del embolo encerrado en un cilindro, se da como consecuencia de la diferencia de presión a ambos lados de este. Existen dos clases de cilindros neumáticos que son de simple o de doble efecto.

De Efecto simple.

Estos cilindros tienen una sola conexión de aire comprimido. No pueden realizar trabajos más que en un sentido. Se necesita aire sólo para un movimiento de traslación. El vástago retorna por el efecto de un muelle incorporado o de una fuerza externa.

De efecto Doble.

La fuerza ejercida por el aire comprimido anima al émbolo, en cilindros de doble efecto, a realizar un movimiento de traslación en los dos sentidos. Se dispone de una fuerza útil tanto en la ida como en el retorno Se emplean especialmente en los casos en que el émbolo tiene que realizar una misión en el retorno a su posición inicial

MOTOR NEUMATICO

El movimiento angular se hace a través de aletas rotativas generalmente.Entre ellos tenemos:

Con engranaje. Motor neumático con veleta. Con pistón. Con una veleta a la vez. Multiveleta. Motor rotatorio con pistón. De ranura vertical. Fuelles, diafragma y músculo artificial

B) ACTUADORES HIDRÁULICOS

Los actuadores hidráulicos son

recomendables en aplicaciones donde se

requiera gran capacidad de carga o fuerza. Ofrecen una precisa regulación de velocidad. Utilizan fluidos como el aceite a altas

presiones. Mantenimiento costoso.

Aceite mineral a 50-100 bares.

Fuerzas y pares elevados, grandes

cargas.

Estabilidad en estático.

Problemas: fugas, mantenimiento.

CILINDRO HIDRÁULICODe acuerdo con su función podemos clasificar a los cilindros hidráulicos en los sgtes tipos:

Efecto simple.Este tipo se utiliza fuerza hidráulica para

empujar y una fuerza externa, diferente, para contraer.

Doble efecto.Se emplea la fuerza hidráulica para efectuar ambas acciones. El control de dirección se lleva a cabo mediante un solenoide. En el interior poseen un resorte que cambia su constante elástica con el paso de la corriente. Es decir, si circula corriente por el pistón eléctrico este puede ser extendido fácilmente.

Cilindro telescópico.

La barra de tipo tubo multietápico es empujada sucesivamente conforme se va aplicando al cilindro aceite a presión. Se puede lograr una carrera relativamente en comparación con la longitud del cilindro

Entre otros

MOTOR HIDRÁULICO

En los motores hidráulicos el movimiento rotatorio es generado por la presión. Estos motores los podemos clasificar en dos grandes grupo: El primero es uno de tipo rotatorio en el que los engranes son accionados directamente por aceite a presión, y el segundo, 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.

C) ACTUADORES ELÉCTRICOS.

Fáciles de controlar. Se utilizan en aplicaciones que requieran

precisión. Relativamente baratos. Dentro de los actuadores eléctricos

encontramos: Motores, pistones, alambre

muscular.

Estator (imanes) y rotor.

Interacción entre campo magnético y

eléctrico provoca movimiento.

A mas corriente mas par.

Eficientes para girar con poca fuerza y

gran velocidad.

Sistemas digitales lo modulan con PWM.

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA (DC):

Controlados por inducción. Controlados por excitación.

MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA (AC): Síncronos. Asíncronos. Motores paso a paso.

CLASIFICACION

Son los mas usados en la actualidad debido a su facilidad de control. En este caso, se utiliza en el propio motor un sensor de posición (Encoder) para poder realizar su control.

Los motores de DC están constituidos por dos devanados internos, inductor e inducido, que se alimentan con corriente continua. El inducido, también denominado devanado de excitación, está situado en el estator y crea un campo magnético de dirección fija, denominado excitación

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

Ventajas:

Diferentes tamaños. 6,000 a 20,000 RPM.

Desventajas:

Tienen un torque muy pequeño. Demanda de corriente

dependiendo de la carga a desplazar.

MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA.

Debido a su difícil control, este tipo de motores no han tenido aplicaciones en la robótica hasta hace algunos años. Sin embargo, las mejoras que se han introducido en las maquinas síncronas hacen que se presente como un claro competidor de los motores de corriente continua.

a) MOTORES ASÍNCRONOS DE INDUCCIÓN.

Son probablemente los más sencillos y robustos de los motores eléctricos. El rotor está constituido por varias barras conductoras dispuestas paralelamente el eje del motor y por dos anillos conductores en los extremos. El conjunto es similar a una jaula de ardilla y por eso se le denomina también motor de jaula de ardilla. El estator consta de un conjunto de bobinas, de modo que cuando la corriente alterna trifásica las atraviesa, se forma un campo magnético rotatorio en las proximidades del estator. Esto induce corriente en el rotor, que crea su propio campo magnético. La interacción entre ambos campos produce un par en el rotor. No existe conexión eléctrica directa entre estator y rotor.

b) MOTORES SÍNCRONOS El motor síncrono, como su nombre indica, opera

exactamente a la misma velocidad que le campo del estator, sin deslizamiento.

El inducido se sitúa en el rotor, que tiene polaridad constante (imanes permanentes o bobinas), mientras que el inductor situado en el estator, esta formado por tres devanados iguales decalados 120° eléctricos y se alimenta con un sistema trifásico de tensiones. Es preciso resaltar la similitud existente entre este esquema de funcionamiento y el del motor sin escobillas.

En los motores síncronos la velocidad de giro depende únicamente de la frecuencia de la tensión que alimenta el inducido.

c) MOTORES PASO A PASO Los motores paso a paso de desarrollaron debido

principalmente a que los pares para los que estaban disponibles eran muy pequeños y los pasos entre posiciones consecutivas eran grandes.

Su principal ventaja con respecto a los servomotores tradicionales es su capacidad para asegurar un posicionamiento simple y exacto. Pueden girar además de forma continua, con velocidad variable, como motores síncronos, ser sincronizados entre sí, obedecer a secuencias complejas de funcionamiento, etc. Se trata al mismo tiempo de motores muy ligeros, fiables, y fáciles de controlar pues al ser cada estado de excitación del estator estable, el control se realiza en bucle abierto, sin la necesidad de sensores de realimentación

Es aquel al que se le puede indicar cuantos pasos o posiciones girar en uno u otro sentido.

Aplicaciones:

Donde se requiera precisión del movimiento del eje del motor:

Impresoras. Scanner. Lectoras de disco.

La cantidad de pasos depende de:

El Rotor.

A mayor número de polos magnéticos, mayor número de pasos en 360°.

Tipos:

Unipolar Bipolar

UNIPOLAR

Muy sencillo de utilizar, haciendo el encendido

secuencial de bobinas.

Tipos de secuencias para controlarlo:

Paso Simple. Paso Doble. Medio Paso.

BIPOLAR Más fuerte y rápido que

el Unipolar.

Desventaja:

Requiere de un control más complejo

NEUMATICOS HIDRAULICOS ELECTRICOS

ENERGIA Aire a presion(5-10 bar)

Aceite mineral(50-100 bar)

Corriente eléctrica

OPCIONES CilindrosMotor de paletasMotor de pistón

CilindrosMotor de paletasMotor de Pistones

axiales

Corriente continuaCorriente alternaMotor paso a

paso VENTAJAS Baratos

RápidosSencillos

Robustos

RápidosAutolubricantesAlta capacidad de cargaEstabilidad frente a

cargas estáticas

PrecisosFiablesFácil controlSencilla instalaciónSilenciosos

DES

VENTAJAS

Dificultad de control ContinuoInstalación Especial

Ruidoso

Difícil mantenimientoInstalación especialFrecuentes fugas

Caros

Potencia limitada

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