24 junio 2008

Criterios de diseño para la elección de actuadores hidráulicos o neumáticos

Cuando nos planteamos usar actuadores hidráulicos o electromecánicos en una aplicación específica los factores que suelen tenerse en cuenta son simplemente que cumplan las especificaciones técnicas y económicas. Repasamos en este artículo algunos factores importantes que deben tenerse también en cuenta. Sin embargo, en un creciente número de aplicaciones, la cuestión básica que debe ser respondida en el diseño de un sistema de movimiento lineal es si usamos actuadores electromecánicos o hidráulicos. En los últimos años, el desarrollo de actuadores lineales eléctricos ha propiciado un uso creciente de sistemas de movimiento lineal que tradicionalmente estaban relegados a los sistemas hidráulicos. Además de las cuestiones técnicas, es necesario contemplar también aspectos relativos al coste del sistema de transmisión; además de los costes de cualquier equipamiento auxiliar necesario en el proyecto, y estudiar cómo los costes influyen en el ciclo de vida del producto, incluyendo los relativos al mantenimiento y reparación. Asimismo, la tendencia de alargar los periodos de garantía debe llevarnos a considerar la resistencia a la fatiga y disponibilidad futura del producto. En general, el coste de un cilindro hidráulico es inferior al de un actuador eléctrico, pero un sistema hidráulico completo puede ser más caro que su equivalente electromecánico. Esto es particularmente así cuando solamente se necesitan un pequeño número de actuadores para una aplicación particular, ya que en estos casos el equipo auxiliar del sistema hidráulico hará al sistema hidráulico más caro que un actuador eléctrico. El equipo auxiliar comprende el depósito de aceite, una bomba, posiblemente un acumulador, un sistema de filtrado, tubos y mangueras para distribuir el fluido hidráulico y retornarlo al depósito. El coste del fluido hidráulico debe tomarse en consideración en algunos casos. En efecto, en algunos casos se incurre en costes adicionales si es necesario utilizar fluido hidráulico biodegradable en vez de convencional, o hay requisitos adicionales de protección contra el fuego. Debe tenerse también en cuenta que el fluido hidráulico debe revisarse periódicamente para controlar sus condiciones. En aplicaciones en el exterior o en áreas muy frías, puede ser necesario un sistema de calentamiento para mejorar las propiedades de fluidez. Por el contrario, los actuadores lineales eléctricos requieren solamente cables – para suministrar energía y transmitir señales o conexión a un sistema de bus de campo. Sin embargo, muchos actuadores están limitados a un pequeño espacio dentro de una máquina o equipo. El coste del equipo auxiliar de los sistemas hidráulicos puede distribuirse entre todos los actuadores, por lo que no es rentable si son muy pocos actuadores. Esto significa, que si los problemas mencionados para los actuadores hidráulicos no son significativos, puede ser más interesante implementar un sistema hidráulico que la alternativa electromecánica. Las transmisiones lineales se usan en muchas ocasiones como transmisiones inversas, y los movimientos oscilantes tienen lugar con mucha frecuencia. En los sistemas hidráulicos los movimientos oscilantes originan problemas, ya que se producen tensiones en los sellados y se daña la retención de aceite. Las pérdidas de aceite en muchos procesos no suponen un gran problema, pero en otros sí, especialmente en aquellos que pueden producir contaminación en el producto procesado. Por el contrario, los actuadores electromecánicos trabajan bien con movimientos oscilantes. Respecto a las cargas, los actuadores hidráulicos son imprescindibles en requerimientos exigentes, pero hay que destacar que los actuadores electromecánicos han mejorado mucho en los últimos años, y cada vez pueden utilizarse en un mayor número de aplicaciones. De hecho, pueden ya utilizarse con capacidades de carga de hasta 100 kN y con recorridos de hasta 1500 mm. Los avances de los actuadores electromecánicos han sido muchos y por ello no debe descartarse su uso a priori en ningún diseño. Como ejemplo, mencionamos que SKF ha demostrado en un proyecto piloto que es posible sustituir sin ningún problema actuadores hidráulicos de una carretilla elevadora por actuadores electromecánicos. Otra cuestión a considerar en la selección de actuadores es decidir si la aplicación va a automatizarse o no. Si la transmisión se realiza automática los actuadores electromecánicos reflejan una ventaja adicional. En efecto, en los sistemas hidráulicos el sistema de control electrónico debe diseñarse específicamente para los requerimientos de ingeniería del fluido. Por el contrario, los actuadores eléctricos trabajan sobre un amplio rango de sistemas de control disponibles para las transmisiones eléctricas, incluso rotacionales. Como consecuencia de que las series de producción son más grandes, los precios unitarios de estos productos suelen ser más bajos. El equipo de control es compatible con todos los sistemas de control y por supuesto con todos los sistemas de bus. La programación es además bastante simple puesto que el control movimiento no es afectado por el fluido, y la respuesta de control es prácticamente constante durante toda la operación de la máquina. Con las transmisiones hidráulicas la situación es diferente. El incremento del coste de la electricidad proporciona también ventajas para los sistemas electromecánicos, ya que cada transformación de energía genera pérdidas de rendimiento.
Palabras clave: Program control system (SPS) Bibliografía: Comparison of linear actuators with pneumatics and hydraulics. Design Engineer October 2007
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