Unidad 2 Actuadores

UNIDAD 2 ACTUADORES

Introducción

Los actuadores hidráulicos hacen parte del grupo de componentes más utilizados en la industria hidráulica de potencia, y su uso abarca diversas aplicaciones, como levantamiento, empuje, tracción, etc., haciendo que la carga a compresión aplicada sea uno de los factores más importantes sobre el cual se basa su diseño. Esta carga sobre el actuador provoca efectos combinados de compresión y flexión, debido a su interacción con la máquina o mecanismo a la cual queremos transmitir energía.

Existen varios tipos de actuadores como son:

Hidráulicos

Neumáticos

Eléctricos

Actuadores hidráulicos

Este tipo de actuadores no se diferencia mucho de los neumáticos. En ellos, en vez de aire se utilizan aceites minerales a una presión comprendida normalmente entre los 50 y 100 bar, llegándose en ocasiones a superar los 300 bar. Existen, como en el caso de los neumáticos, actuadores del tipo cilindro y del tipo motores de aletas y pistones.

Los accionamientos hidráulicos se usan con frecuencia en aquellos robots que deben manejar grandes cargas (de 70 a 205kg).   pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base a fluidos a presión. Existen tres grandes grupos:

•cilindro hidráulico

•motor hidráulico

•motor hidráulico de oscilación

Actuadores neumáticos

A los mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico se les denomina actuadores neumáticos. Aunque en esencia son idénticos a los actuadores hidráulicos, el rango de compresión es mayor en este caso, además de que hay una pequeña diferencia en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen poca viscosidad.

En esta clasificación aparecen los fuelles y diafragmas, que utilizan aire comprimido y también los músculos artificiales de hule, que últimamente han recibido mucha atención.

·         De efecto simple

·         Cilindro neumático

Actuadores eléctricos

La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo requieren de energía eléctrica como fuente de poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y las señales, es altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el actuador.

Contenido de la unidad II

¿Qué es un actuador? 

Es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un efecto sobre un proceso automatizado.

Este recibe la orden de un regulador o controlador y en función a ella genera la orden para activar un elemento final de control como, por ejemplo, una válvula.

Es un dispositivo inherentemente mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover o “actuar” otro dispositivo mecánico.

La fuerza que provoca el actuador proviene de tres fuentes posibles: Presión neumática, presión hidráulica, y fuerza motriz eléctrica (motor eléctrico). Dependiendo de el origen de la fuerza el actuador se denomina “neumático”, “hidráulico” o “eléctrico”.

ACTUADOR

Son dispositivos capaces de generar una fuerza

FUNCIONAMIENTO

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.

OBJETIVO: Provocar un efecto sobre un proceso automatizado, como puede ser el movimiento de los elementos de un robot según las ordenes dadas por la unidad de control.

Los actuadores hidráulicos, neumáticos y eléctricos son usados para manejar aparatos mecatrónicos.

Hidráulicos = Potencia, mucho equipo para suministro de energía eléctrica y mantenimiento periódico.

Neumáticos = Posicionamientos, limitados en precisión y mantenimiento.

•Los actuadores electrónicos también son muy utilizados en los aparatos mecatrónicos, como por ejemplo, en los robots. 

•Los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, pero es muy costosa. 

•Los actuadores eléctricos también son muy utilizados en los aparatos mecánicos y eléctricos ya que sólo requieren de energía eléctrica como fuente de poder.•Los actuadores neumáticos convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico, los mas usados en las industrias, son los actuadores de posicionamiento, es decir: posicionar objetos.

•Los actuadores son dispositivos (eléctricos) por medio de los cuales se modifican estados de sistemas como pueden ser: iluminación, climatización, persianas y motores entre otros.

•Para cada tipo de carga existe un determinado tipo de actuador.
Según se trate de un circuito de iluminación, de un motor o de una válvula, habrá que seleccionar el actuador correspondiente para el correcto funcionamiento del sistema.

•Son aquellos elementos que pueden provocar un efecto sobre un proceso de forma automática. 

ELEMENTOS QUE CONFORMAN UN ACTUADOR.

•Sistema de accionamiento: es el encargado de producir el movimiento

•Sistema de transmisión: es el encargado de transmitir el movimiento del actuador a otros elementos.

•Sistema reductor: encargado de adecuar el torque y la velocidad del actuador a los valores requeridos.

•Sistema de control: encargado de enviar las órdenes al actuador para que se mueva de cierta manera. 

2.1 Actuadores Eléctricos

1.El proceso bajo control.

2.La acción que se tiene que llevar a cabo.

3.La velocidad con que ésta deba realizarse.

Los dispositivos eléctricos ofrecen: 

•Mayor exactitud

•Repetitividad

•Necesitan de un menor espacio de piso

•Son muy adecuados para el trabajo preciso, como el ensamblaje.

Es un traductor, que transforma señales eléctrica en movimientos mecánicos.
Se le da el nombre de actuadores eléctricos cuando se usa la energía eléctrica para que se ejecuten
sus movimientos.
CLASIFICAS ION
  Dentro de los actuadores eléctricos pueden distinguirse tres tipos diferentes:
•Motores de corriente continua (DC) o
    Servomotores
•Motor paso a paso
•Motor de corriente alterna (AC)
Motores de Corriente Continua 

  El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotatorio. Son los mas usados en la actualidad debido a su facilidad de control.
•La principal característica es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga. 

SERVOMOTORES
•Los servos son un tipo especial de motor de CC (aunque ya los hay de CA) que se caracterizan por su capacidad para posicionarse de forma inmediata en cualquier posición dentro de su intervalo de operación. Para ello, el servomotor espera un tren de pulsos que se corresponde con el movimiento a realizar. Es un dispositivo pequeño que tiene un eje de rendimiento controlado.
•El resultado es un servo de posición con un margen de operación de 180° aproximadamente 

MOTOR PASO A PASO
•Es un dispositivo electromecánico que convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que significa es que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus entradas de control. Son ideales para la construcción de mecanismos en donde se requieren movimientos muy precisos

CARACTERÍSTICAS
•Larga vida.
•Velocidad de respuesta elevada.
•Posicionamiento dinámico preciso.
•Reinicialización a una posición preestablecida.
•Sincronismo unidireccional en régimen de sobrevelocidad.
•Insensibilidad a la regulación de la fuente de alimentación. 

PRINCIPALES APLICASIONES
•Tecnología Aeroespacial, Control de discos duros.
•Disk-drive. Impresoras.
•Plotters. Brazo y Robots completos.
•Patrón mecánico de velocidad angular.
•Registradores.
•Relojes Eléctricos.
•Casetes Digitales.
•Control Remoto.
•Máquinas de escribir electrónicas.
•Posicionamiento de válvulas en controles industriales.
•Posicionamiento de piezas en general.
•Bombas  en aplicaciones de electromedicina.

Motor de corriente alterna (AC)
•La corriente alterna es aquella en que la que la intensidad cambia de dirección periódicamente en
un conductor. como consecuencia del cambio periódico de polaridad de la tensión aplicada en lo
extremos de dicho conducto.

TIPOS DE ACTUADORES MECANICOS

2.2 Actuadores Mecánicos

•Son dispositivos que utilizan energía mecánica para su funcionamiento. En función de la fuente de energía utilizada pueden ser neumáticos o hidráulicos.
•Actuadores mecánicos aplicables para los campos donde se requiera movimientos lineales tales
como: elevación, traslación y posicionamiento lineal. 

CARACTERISTICAS PRINCIPALES

ØUtilizan energía mecánica

ØUtilizan tres movimientos:

qElevación

qTraslación

qPosicionamiento lineal

ACTUADORES HIDRÁULICOS

Los actuadores hidráulicos son los que han de utilizar un fluido a presión, generalmente un tipo de

aceite, para que el sistema donde sea utilizado pueda movilizar sus mecanismos.

Los actuadores hidráulicos se utilizan para maquinarias grandes, las cuales presentan mayor

velocidad y mayor resistencia mecánica

Se clasifican de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base afluidos a presión. 

Son componentes que transforman la energía hidráulica  que reciben en mecánica

Tienen como función convertir el flujo de fluido hidráulico en movimiento lineal o rotatorio. 

Su tamaño va en función de las cargas operacionales que tenga que sufrir y básicamente consiste en un cilindro exterior dentro del cual se desliza un pistón. Unido al pistón se encuentra un vástago que atraviesa el fondo del cilindro y es el que transmite el movimiento linealmente.

   Los cilindros hidráulicos de movimiento lineal son utilizados comúnmente en aplicaciones donde la fuerza de empuje del pistón y su desplazamiento son elevados.

•Los cilindros hidráulicos pueden ser de

–Simple efecto

–Doble efecto 

  En el cilindro de efecto simple

  El fluido hidráulico empuja en un sentido el pistón del cilindro y una fuerza externa (resorte o gravedad) lo retrae en sentido contrario.

  El cuerpo del cilindro es la caja externa tubular y contiene el pistón, el sello del pistón y el vástago.

  El cilindro de acción doble utiliza la fuerza generada por el fluido hidráulico para mover el pistón en los dos sentidos, mediante una válvula.

•El cilindro de acción doble es el accionador hidráulico más común utilizado actualmente y se usa en los sistemas del implemento, la dirección y otros sistemas donde se requiera que el cilindro funcione en ambas direcciones.

  El cilindro telescópico contiene otros de menos diámetro en su interior y se expanden en etapas, son muy utilizados en grúas.

  Está constituido por los tubos cilíndricos y vástago de émbolo. En el avance sale primero el émbolo interior, siguiendo desde dentro hacia fuera los siguientes vástagos o tubos. La reposición de las barras telescópicas se realiza por fuerzas externas.

 

  La fuerza de aplicación está determinada por la superficie del émbolo menor.

ACTUADORES NEUMÁTICOS

Aunque en esencia los actuadores

neumáticos e hidráulicos son idénticos,

los neumáticos tienen un mayor rango

de compresión y además existen

diferencias en cuanto al uso y

estructura.

 El cilindro neumático consiste en un cilindro cerrado con un pistón en su interior que desliza y que transmite su movimiento al exterior mediante un vástago. Se compone de las tapas trasera y delantera, de la camisa donde se mueve el pistón, del propio pistón, de las juntas estáticas y dinámicas del pistón y del anillo rascador que limpia el vástago de la suciedad.

•Cilindros de simple efecto, con una entrada de aire para producir una carrera de trabajo en un sentido.

•Cilindros de doble efecto, con dos entradas de aire para producir carreras de trabajo de salida y retroceso.

  Trasforma energía neumática en trabajo mecánico de movimiento rectilíneo. 

CILINDRO DE SIMPLES EFECTOS

  Un cilindro de simple efecto desarrolla un trabajo sólo en un sentido. El émbolo se hace retornar por medio de un resorte interno o por algún otro medio externo como cargas, movimientos mecánicos, etc. Puede ser de tipo “normalmente dentro” o “normalmente fuera”.

•Los cilindros de simple efecto se utilizan para sujetar, marcar, expulsar, etc. 

CILINDRO DE DOBLE EFECTO

Los cilindros de doble efecto son aquellos que realizan tanto su carrera de avance como la de

retroceso por acción del aire comprimido. Su denominación se debe a que emplean las dos caras del

émbolo (aire en ambas cámaras), por lo que estos componentes sí pueden realizar trabajo en ambos sentidos.

•El campo de aplicación de los cilindros de doble efecto es mucho más extenso que el de los de

simple, incluso cuando no es necesaria la realización de esfuerzo en ambos sentidos

•Para poder realizar un determinado movimiento (avance o retroceso) en un actuador de doble

efecto, es preciso que entre las cámaras exista una diferencia de presión. Por norma general,

cuando una de las cámaras recibe aire a presión, la otra está comunicada con la atmósfera, y

viceversa

Practicas realizadas

CUCARACHA ROBOTS

Introducción

Este pequeño proyecto ha sido creado para aprender una forma fácil y útil de enseñarnos

como utilizar las cosas que ya no utilizamos para crear algo divertido e innovador.

El proyecto es una pequeña cucaracha robot utilizada para aprender algo de robótica de

forma fácil y divertida

MATERIAL:

1 Vibrador de teléfono

1 Cepillo de dientes

1 Cinta doble pegado

2 Pilas de 3v (Nuevo)

Cables de UTP

1 cautín

Soldadura

Elaboración

1.    Primero desarmamos el celular y buscamos su vibrador Una vez encontrado el vibrador

soldamos los cables a las conexiones.

2.    Cortamos la cabeza del cepillo dental.

3.    Con la cinta pegamos un pedazo en la cabeza encima de la cinta pegamos el vibrador con su motor salido a la punta del cepillo.

4.    Con el cautín soldamos los cables en el vibrador.

5.    Encima del primer cable pegamos la pila del de 3 volts y encima de la pila pegamos el segundo cable.

Conclusión:

Tener mucha precaución al soldar los contactos del vibrador y los cables ya que son muy débiles.

Dejar sobre salir un poco la punta del vibrador para que al  momento de que choque con un obstáculo se de vuelta.

Preferir que la pila sea de referencia (CR2015), ya que al momento de montarla encima el cepillo  

Bueno como conclusión este mini robot ha sido creado para conocer de una forma fácil y divertida de cómo crear tus propios juguetes de cosas que ya no nos servían y así poder reciclar y crear algo innovador con las cosas que tenemos a mano.

Fuentes de información 

http://es.calameo.com/read/002424427062d129d366a

http://proton.ucting.udg.mx/materias/robotica/r166/r68/r68.htm

https://www.festo.com/cat/es-mx_mx/products_010000

http://es.slideshare.net/andrexlu/actuadores-2112343

http://mx.valves.pentair.com/valves/products/actuators_controls/

Cuestionario funcional

1.- ¿Qué es un actuador?

Un ACTUADOR es un dispositivo inherentemente mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover o “actuar” otro dispositivo mecánico. La fuerza que provoca el actuador proviene de tres fuentes posibles: Presión neumática, presión hidráulica, y fuerza motriz eléctrica (motor eléctrico o solenoide).

2.- ¿Cuál es el actuador más común?

El actuador más común es el actuador manual o humano. Es decir, una persona mueve o actúa un dispositivo para promover su funcionamiento.

3.- Dependiendo de la fuerza utilizada ¿Cuántos tipos de actuadores existen?

 3 (Neumáticos, hidráulicos y eléctricos.)

4.- Describe el funcionamiento de un actuador eléctrico

Se debe energizar los bornes correspondientes para que el motor actúe en la dirección apropiada. Usualmente vienen con un controlador local o botonera que hace este proceso más sencillo. Sin embargo para la automatización remota del actuador, se debe considerar el diagrama de cableado que viene con el actuador. Las conexiones deben considerar fuerza, señales de límites de carrera y torque, señales análogas o digitales de posición y torque, etc.  

El torque generado por el motor eléctrico es aumentado por un reductor interno o externo para dar salida al torque final en el tiempo seleccionado. Esta es la razón por la que los actuadores eléctricos toman más tiempo en recorrer la carrera que los neumáticos o hidráulicos.

5.- Menciona las características de un actuador eléctrico. 
ELÉCTRICOS
ENERGÍA
corriente eléctricos
OPCIONES
        Corriente continua
Corriente alterna
Motor paso a paso
Servomotor

Motores de corriente continua
* Estator (imanes) y rotor.
* Interacción entre campo magnético y eléctrico provoca movimiento.
* Velocidad giro proporcional a V.
* Compra: a más corriente más par.
* Eficientes para girar con poca fuerza y gran velocidad.

Servo motores
* Capaces de colocarse en una posición.
Modo de comunicación

6.- ¿Porque los actuadores eléctricos son los más utilizados en la actualidad?

Por su fácil y preciso control, así como por otras propiedades ventajosas que establece su funcionamiento, como consecuencia del empleo de la energía eléctrica.

7.- Ventajas y desventajas de los actuadores.

Ventajas
Neumáticos
        Baratos
Rápidos
Sencillos
Robustos
Hidráulicos
        Rápidos
Alta relación potencia-peso
Autolubricantes
Alta capacidad de carga
Estabilidad frente a cargas estáticas
Eléctricos
        Precisos
Fiables
Fácil control
Sencilla instalación
Silenciosos
Desventajas
Neumáticos
       Dificultad de control continuo
Instalación especial (compresor, filtros)
Ruidoso
Hidráulicos
        Difícil mantenimiento
Instalación especial (filtros, eliminación aire)
Frecuentes fugas
Caros
      
Eléctricos
        Potencia limitada

9.- ¿Cómo es el modo de comunicación de un actuador eléctrico e hidráulico?

El actuador representa la interfaz entre el sistema de control de proceso y la válvula.
Los comandos de control transmitidos de forma binaria, analógica o a través de bus de campo deben ser analizados por el actuador para así posicionar la válvula; a la inversa, el sistema de control de proceso espera una respuesta del actuador.
Ésta puede producirse en forma de mera respuesta de estado a través de las señales binarias de salida.

10.- ¿Que es un actuador hidráulico?

Los actuadores hidráulicos, que son los de mayor antigüedad, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base a fluidos a presión. Existen tres grandes grupos.

·         cilindro hidráulico

·         motor hidráulico

·         motor hidráulico de oscilación

11.- ¿Cuantos tipos de actuadores mecánicos hay y cuáles son?

2, (Hidráulico y neumático)

12.- Cual es el funcionamiento de un actuador mecánico y rotatorio

Son dispositivos que transforman el movimiento rotativo a la entrada, en un movimiento lineal en la salida.

13.- ¿Cómo funciona un actuador hidráulico rotatorio?

Para hacer funcionar el actuador hidráulico, se conecta la presión hidráulica a uno de los lados del émbolo o veleta (en adelante, solo “émbolo”) generando una fuerza en sentido de la expansión del espacio entre el émbolo y la pared del cilindro o el cuerpo. Mediante un dispositivo mecánico que puede ser el conjunto piñón y cremallera, yugo escocés, o una simple veleta, el movimiento se transforma en rotatorio. Para mover el actuador en sentido contrario es necesario introducir aire comprimido en el lado opuesto del émbolo. El torque que genera el actuador es directamente proporcional a la presión de aceite hidráulico, pero puede ser variable de acuerdo a la posición actual del actuador, si el actuador es de Yugo Escocés.

14.- ¿Cómo es el modo de comunicación de los actuadores mecánicos?

Cuando aplicamos una fuerza sobre una superficie determinada decimos que ejercemos presión. Cuando más grande sea la superficie sobre la cual aplicamos la fuerza más pequeña será la presión que ejercemos encima y cuanta más pequeña sea la superficie mayor será la presión.

15.- Menciona los tipos de actuadores neumáticos.

Lineales (simple efecto y doble efecto), de giro (giro limitado y giro ilimitado o motores) y especiales (especiales y combinados).  

Conclusión: 

Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, d

energía eléctrica y de gas. Los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se

necesita es potencia, pero es muy costosa. Los actuadores eléctricos también son muy

utilizados en los aparatos mecánicos y electrónicos. Los actuadores neumáticos, los más

usados en las industrias son actuadores de posicionamiento, es decir: posicionar objetos.

Concluimos que los actuadores son elementos importantes en la neumática, ya que como

se vio en el marco teórico, es un estructura de un sistema neumático;

En ésta unidad, aprendimos la importancia de conocer la los actuadores, junto con su 

simbología, pues bien, estos símbolos, explican una gran nomenclatura,, el cual nos ayuda 

identificar la estructura de un actuador, se fueron desmenuzando conceptos y semostraron 

esquemas que nos ayuda a entender el proceso aunque es complejo, podemos decir que 

es sencillo, con sus simbologías, que son importantes en materia de la neumática, porque 

son la estandarización de esta simbología, uno se complicaría al armar un circuito 

neumático, y si queremos transmitir la idea del circuito no se podrá con facilidad, ya que no 

habría un estándar, por eso es que debemos tener en cuenta toda la simbología paraarmar 

un circuito.