Este artículo no es como los demás.
Me ha parecido interesante estudiar cuáles son las aplicaciones tradicionalmente dominadas por la hidráulica y las de la electromecánica.
Quiero compartir lo que he aprendido contigo, y tan extensa es la materia que he preferido separarlo en dos entradas.
Espero que este estudio te pueda ser útil en tu trabajo y sea de inspiración para más aportes y mejoras.
En la fabricación de equipos industriales y maquinarias, crece la tendencia a reemplazar cilindros hidráulicos por actuadores eléctricos para eliminar bombas, mangueras, válvulas y hacer que los vehículos sean más pequeños, livianos y silenciosos.
En la actualidad, se están aprovechando las ventajas de los sistemas de control eléctrico, para proporcionar una nueva gama de funciones y características.
Por ejemplo, los actuadores eléctricos pueden interactuar fácilmente con un controlador para gestionar movimientos complejos o cíclicos, lo que resulta en un mejor rendimiento y productividad.
Hoy en día, los beneficios de los actuadores eléctricos se pueden aplicar a trabajos donde las cargas alcancen hasta los 14kN de fuerza continua y los 24kN de fuerza máxima, es decir, unos, 2450kgf (larraioz.com).
Y estos valores mejoran rápidamente año tras año.
En conveniente acotar que todavía se requieren cilindros hidráulicos para cargas muy elevadas o en los casos que demandan ciclos de trabajos muy duros y con esfuerzos constantes.
Está muy extendido cierto conocimiento erróneo sobre los actuadores eléctricos. Esto ha frenado su adopción en muchas aplicaciones en las que podrían ofrecer importantes ventajas para el fabricante y el usuario final.
En este estudio se analizan las ventajas de integrar actuadores eléctricos en vehículos y maquinarias tales como: máquinas de jardinería, construcción, agricultura, entre otras.
¿Cuál es mejor: actuador eléctrico o hidráulico?
¿Cómo se ve afectado el diseño según el uso de actuadores hidráulicos o eléctricos?
Muchos vehículos y maquinarias industriales no usan actuadores eléctricos, simplemente porque ha habido pocas o malas experiencia con estos dispositivos. Puede que los ingenieros hayan conocido la generación anterior o el producto no adecuado, y esto, ha provocado la idea de que los actuadores eléctricos aumentan la complejidad del proceso de diseño.
Esto no es así.
En la actualidad, los actuadores eléctricos se han simplificado hasta el punto de que son considerablemente más fáciles de especificar y diseñar que los actuadores hidráulicos. Solo se requieren tres pasos para determinar el tamaño de un actuador para una aplicación:
- Medir la carga.
- Determinar el ciclo de trabajo.
- Especificar el recorrido y la longitud de retracción.
Aunque las cargas exactas sobre un actuador sean difíciles de calcular debido a los efectos de los mecanismos intermedios, hay software que simulan sistemas mecánicos o realizan mediciones empleando, si es necesario, celdas de carga reales.
Los actuadores eléctricos pueden ser configurados fácilmente por el fabricante para ajustarse a los requisitos de cualquier aplicación. Basta con cambiar las relaciones de transmisión, las articulaciones mecánicas, el motor y algunos parámetros de control electrónico que afectan de manera predecible las variables de funcionamiento.
El principio “un actuador para cada eje” de los actuadores eléctricos elimina las dificultades que se originan por las interacciones presentes en sistemas multi-actuador; esto permite a los ingenieros enfocar su trabajo en el eje que están diseñando. Sin embargo, trabajando con actuadores hidráulicos, hay que preocuparse por cómo los fenómenos de pérdida de potencia en un eje concreto afectarían a los demás.
Consideraciones sobre la robustez
La tecnología hidráulica se ha utilizado en máquinas industriales durante muchas décadas y el sector se ha familiarizado con su robustez en entornos con altos niveles de golpes, vibraciones, polvo, agua, productos químicos corrosivos y un largo etc. Además, los actuadores hidráulicos han tenido una ventaja en la densidad de potencia sobre sus homólogos eléctricos, lo que se ha traducido en un mejor rendimiento en las aplicaciones más duras.
En la última década los actuadores eléctricos han mejorado sustancialmente.
La densidad de potencia se ha incrementado debido a los avances en los materiales magnéticos, la mayor eficiencia de los componentes mecánicos, la construcción, las técnicas de fabricación y la electrónica.
Uno de los beneficios más importantes es la capacidad de entregar más potencia manteniendo altos niveles de eficiencia. También se han introducido mejoras adicionales en la transmisión de potencia a través de diseños de caja de engranajes optimizados para los actuadores eléctricos.
Como resultado, los actuadores eléctricos proporcionan una densidad de potencia suficiente para muchas aplicaciones, lo que resulta en una instalación simplificada y una reducción considerable del peso del vehículo o maquinaria.
Actualmente, los actuadores eléctricos diseñados para aplicaciones industriales están preparados para resistir entornos hostiles. El diseño del actuador eléctrico ha migrado desde conceptos propios de los sistemas modulares a conceptos que priorizan la robustez contra golpes y vibraciones.
De igual forma, la fiabilidad de los actuadores eléctricos ha mejorado aprovechando tecnologías electrónicas altamente seguras y con porcentajes de fallo mínimos.
En fin, se puede afirmar que los modernos actuadores eléctricos diseñados para aplicaciones industriales son tan resistentes como los actuadores hidráulicos.
Tecnología de actuadores hidráulicos y eléctricos
Los actuadores eléctricos, que consisten principalmente en un motor, un engranaje y un embrague; son mucho más simples que sus equivalentes hidráulicos que como mínimo necesitan un depósito de aceite u otro fluido, una bomba, un motor con relé de mando, electroválvulas, uno o más cilindros hidráulicos y una botonera de mando.
Al necesitar una motobomba o una bomba eléctrica, el depósito de fluido y demás componentes, el sistema hidráulico ocupa más espacio que la alternativa electromecánica y se le agrega más peso, aún cuando considerásemos actuador y transmisión.
Los actuadores eléctricos de hoy en día se proporcionan como sistemas integrados que sólo requieren conectar dos cables y un interruptor de tipo Doble tiro / Doble polo (DPDT).
Cuando se trata de maquinarias móviles, los componentes eléctricos utilizan la energía proporcionada directamente por grupos electrógenos.
El empleo de generadores diésel tiene la ventaja de producir directamente la energía eléctrica desde el alternador, eliminando la necesidad de bombas y fluidos como vectores de la energía.
Se elimina un paso de conversión y se aumenta la eficiencia del sistema en su conjunto.
Con lo que respecta a los sistemas de control, en cualquier maquinaria destaca el nivel de digitalización: pantallas táctiles, tele gestión, software y PLC, protocolos de comunicación BUS. Es fácil notar que los sistemas de control modernos son totalmente electrónicos, aun si los actuadores son accionados hidráulicamente.
Los sistemas hidráulicos, por lo tanto, añaden un nivel de complejidad y costes innecesarios, que los sistemas totalmente eléctricos no tienen.
La eliminación de la hidráulica y la implementación de sistemas eléctricos simplifican la interfaz hombre-máquina y permiten que los controles automatizados funcionen de manera más rápida, fiable y efectiva.
¿Dónde se usan los actuadores eléctricos?
Observando la industria de vehículos industriales, es un hecho que los fabricantes migran hacia la electrificación.
El coste del combustible y leyes cada vez más estrictas sobre las emisiones de escape, están obligando a los operadores de vehículos industriales a buscar alternativas más eficientes y ecológicas respecto a los sistemas convencionales con motores diésel.
Los vehículos comerciales diésel-eléctricos ofrecen muchas ventajas sobre sus equivalentes solo de diésel: lo más evidente es la mejora en el ahorro de combustible y la reducción de emisiones contaminantes.
Al tener disponibilidad de energía eléctrica en el vehículo, es posible eliminar las bombas auxiliares para los circuitos hidráulicos de a bordo y reemplazar el conjunto por sistemas totalmente eléctricos.
Por ejemplo, en el sector portuario, en muchas maquinarias de manejo de contenedores, se ha visto como mecanismos de accionamiento completamente eléctrico han reemplazado el tradicional sistema hidráulico. Uno de estos equipo es la grúa a pórtico, o RTG -Rubber Tyred Gantry-. Este es un importante paso en la tecnología de las RTG que hoy proporcionan hasta un 30% de mejora en el consumo de combustible y utiliza menos componentes que una máquina accionada hidráulicamente, lo que la hace más confiable y fácil de mantener.
