ACTUADOR 2024

ACTUADOR

Un actuador es un dispositivo capaz de producir una acción física a partir de la energía que recibe.

El actuador es un dispositivo de hardware para transformar la información digital en un fenómeno físico; de ahí su nombre. Puede modular el comportamiento o cambiar el estado de un sistema. Pueden ser alarmas o interruptores.

Los actuadores se utilizan para operar y son la fuente de una acción del sistema domótico, automático (un motor para cerrar una puerta, una lámpara para avisar, etc.)

Los últimos robots son auténticas tecnologías proezas, al integrar multitud de sensores, estos robots pueden

imitar casi a la perfección todos los gestos de un ser humano. Todos estos movimientos se realizan mediante actuadores. Antes de llegar a los robots «android» tal y como los conocemos hoy en día, nacieron diferentes robots industriales en función de las acciones que deberían realizar.

De la palabra “acción” nació la palabra “actuador”.

Los actuadores transforman la información recibida del programa del sistema informático de a bordo para activar un motor, un LED, etc.

Algunos actuadores comunes, al igual que los sensores, hay una gran cantidad de actuadores, aquí hay algunos ejemplos.

El LED es un indicador que permite, a partir de una corriente eléctrica, producir una señal luminosa.

Ejemplo de uso

Se utiliza para advertir al usuario del estado de funcionamiento de una máquina (verde, rojo).

el timbre

El zumbador es un actuador que utiliza una corriente eléctrica para producir un ruido.

Un actuador es un dispositivo que requiere la entrada de una fuente de energía, normalmente eléctrica, la entrada de una señal externa de algún tipo para indicarle al actuador lo que debe hacer, y entonces el dispositivo se activa. La salida, en forma de movimiento, puede ser rotativa o lineal, y se utiliza para lograr un resultado deseado en un sistema.

El término Actuador procede del acto de accionar algo, es decir, accionar es hacer que algo funcione. Así que, para simplificar la expresión de lo que hace, un actuador lee una señal y luego actúa, o funciona. Los actuadores suelen formar parte de un sistema global, una máquina o un dispositivo. Es un componente de esa máquina que hace algo haciendo que se mueva.

Para que un actuador funcione, necesita una fuente de alimentación, normalmente eléctrica. También requiere una entrada de señal externa de alguna forma para indicar al actuador lo que debe hacer, y entonces el dispositivo se activa. La salida suele adoptar la forma de un movimiento, que puede ser rotativo o lineal, utilizado para lograr el resultado deseado en un sistema.

¿CUÁL ES LA DIFERENCIA ENTRE UN SENSOR Y UN ACTUADOR?

Los objetos conectados tienen varios sensores, por ejemplo, para detectar el movimiento, la humedad o los niveles de luz. Los sensores transforman una medida física precisa en información digital.

Si una habitación de una casa está insuficientemente caldeada, la medida tomada por un sensor de temperatura hace que el actuador active un equipo, en este caso un termostato. Sensores y actuadores no son, pues, dos herramientas tecnológicas opuestas. Sobre todo, se complementan entre sí para perfeccionar el rendimiento del IoT. Algunas funciones requieren acciones digitales para obtener un fenómeno físico, mientras que otras utilizan el método contrario. Son pues las fuentes de información, los comportamientos y las acciones emitidas lo que distingue esencialmente a los actuadores de los sensores. Ambos dispositivos están controlados por un microcontrolador.

¿CUÁL ES LA FUNCIÓN DE UN ACTUADOR EN DOMÓTICA?

En el ámbito de la domótica, el actuador permite transmitir una orden a distancia en la red doméstica para automatizar determinadas tareas. Con la ayuda de un smartphone o del dispositivo central de la casa, es posible programar la apertura y el cierre de las persianas, o encender la calefacción para preservar el confort térmico.

ACTUADORES EN ROBÓTICA

Para la robótica, el potencial también es prometedor a la hora de ordenar acciones a una unidad para que realice un trabajo o una producción. En el caso de un dron, por ejemplo, se puede enviar la unidad a sobrevolar una zona y, si detecta una presencia mediante sus sensores, puede activar ella misma la toma de fotografías para enviarlas al centro de control. Los actuadores y microactuadores desempeñan un papel fundamental en la investigación y el desarrollo de la biomimética y la robótica blanda.

2 – POSIBLES ACTUADORES PRESENTADOS EN ROBOTS Y COLOCADOS UNO

ACTUADORES

ROBOT MBOT

ROBOT EV3

ROBOT DE EVOLUCIÓN ARDUINO

TARJETA UNO

MOTOR ELÉCTRICO

2 motores alimentados por una batería LiPo de 3,7 V o 4 pilas AA/LR6

2 grandes motores

1 motor mediano

SERVO MOTOR

2 servomotores de rotación continua con ruedas de goma.

LED o LED (diodo emisor de luz)

2 LED RGB

1 LED IR de transmisión

1 LED IR RX

1 matriz LED 8×16

1 luz de ladrillo integrada en el ladrillo EV3

1 LED rojo Grove.

1 LED árbol verde.

1 LED Arboleda RGB

1 LED rojo Grove.

1 LED árbol verde.

1 LED Arboleda RGB

PANTALONES O PANTALONES

1 pantalla directamente en el ladrillo EV3

1 pantalla LCD

1 pantalla LCD

ALTAVOZ – SIRENA

1 zombi

1 salida de sonido

1 arboleda de Zumbador.

1 zumbador de arboleda

3 – DESCRIPCIÓN DE LOS ACTUADORES

MOTOR ELÉCTRICO

Una corriente eléctrica generará un movimiento de rotación. Este movimiento se puede transmitir a todo tipo de efectos. El motor eléctrico permite obtener movimientos de rotación a través del eje de salida del motor. Sin embargo, mediante un sistema mecánico (cremallera, por ejemplo), este movimiento circular puede transformarse en un movimiento rectilíneo.

También con la ayuda de un “reductor” a la salida del motor, este movimiento circular puede tener más fuerza (mayor par).

Uso práctico: Mover una barrera. Rotación de una grúa brazo. Traducción de una pieza.

EL SERVOMOTOR

Un servomotor es un motor eléctrico “actualizado”, ya que la rotación del eje de salida es configurable. Es decidir que el eje de salida del servomotor es capaz de tenerse en una posición predeterminada y luego permanecerá en esta posición. Esta posición se indicará en grados. «Como si una persona girara la cabeza 90° a la derecha o 90° a la izquierda…». (¡sería peligrosa poner aquí un motor que girara 360°!).

PANTALLA, DISPLAY DE 7 SEGMENTOS, BALIZA, PANTALLA LCD, LÁMPARA, LUZ O LED

Una corriente eléctrica genera energía luminosa. Esta fuente de luz se puede utilizar directamente para iluminar o asociada a un efector como una lupa o un cristal tintado, por ejemplo. Iluminar un fototransistor o fotocélula. Se utiliza como lámpara (indicador). El actuador permite crear un intercambio visual, ya sea por una luz, o por un mensaje de texto o digital.

El LED RGB permite obtener un color de su elección a partir de una sal de un microcontrolador. Posibilidad de conectar hasta 1024 módulos en cascada.

TX IR LED y RX IR LED: LED de emisión y recepción de infrarrojos.

BOCINA, HABLANDO O SIRENA

Transformación de una corriente eléctrica en energía mecánica (vibración de una membrana). Alarma audible. alarmado.

CILINDROS

Los cilindros permiten obtener un movimiento rectilíneo con mayor o menor fuerza. Pueden funcionar tanto con aire comprimido (cilindro neumático) como con aceite hidráulico (cilindro hidráulico). «Como si una persona realizara movimientos con más o menos fuerza…»

BOMBA DE AGUA ELECTRICA

Una bomba de agua es un dispositivo para aspirar y empujar agua. Mediate un motor eléctrico y una turbina a la salida del pozo, el agua es empujada hacia atrás con fuerza. El principio es idéntico en una aspiradora o en un secador de pelo, reemplazando el agua por aire.

ELECTRO IMÁN

Uso de una corriente electrica para generar un campo magnetico. Uso práctico: Cierre de puertas. Manipulación de piezas metálicas.

DIODO EMISOR DE INFRARROJOS

Una corriente eléctrica genera energía luminosa que se irradia en el infrarrojo. Uso práctico: Mando a distancia por infrarrojos para audio/vídeo.

CLASIFICACIÓN

Los actuadores se pueden clasificar según diferentes criterios:

energía utilizada;

fenómeno físico utilizable;

principio implementado.

HISTORIA DE LOS ACTUADORES

Los actuadores existen desde hace más de 100 años y su nombre proviene de lo que hacen: accionar algo. Es decir, mueven algo abriendo o cerrando, empujando o tirando, levantando o dejando caer, etc. Actuador lineal eléctrico utilizado para abrir y cerrar el maletero de un coche. Se trata de tipos muy comunes de actuadores electromecánicos que se utilizan ampliamente en nuestra vida cotidiana. Antes de la creación de la electricidad, se seguían fabricando, pero los controlaba el hombre, como el pestillo de una puerta.

¿DÓNDE SE UTILIZAN LOS ACTUADORES?

Hay más de 50 actuadores utilizados en un coche moderno, los coches tienen probablemente el mayor número de actuadores que utilizaríamos en nuestra vida cotidiana. Un coche los utiliza en los inyectores de combustible, las válvulas de suministro y gestión del combustible, los sistemas de calefacción y refrigeración, incluso los sistemas de entretenimiento pueden utilizarlos para abrir y cerrar altavoces, pantallas de GPS, etc.

Veamos un ejemplo típico de un sistema de actuadores utilizado en nuestra vida cotidiana. El calefactor de un coche tiene ajustes de temperatura caliente y fría, así como un ventilador también con distintos niveles de fuerza. En realidad, el ajuste de la temperatura se controla mediante un actuador que regula la cantidad de aire que fluye sobre un intercambiador de calor. Este actuador controla la posición del flujo de aire: cuanto más pasa por encima del intercambiador, más caliente está el aire; por el contrario, cuanto más se aleja del intercambiador, más frío está.

¿UN RELÉ ES UN ACTUADOR?

Un relé también se considera a veces una forma de actuador eléctrico, es decir, el relé activa una señal o conexión eléctrica de algún tipo. Aunque pueda parecer un componente eléctrico sin partes móviles, en realidad tiene un componente móvil. Un relé es una bobina cargada magnéticamente que abre y cierra un conector mediante un campo electromagnético. Así que, como puedes ver, esta es una forma de actuador a pequeña escala.

Para los fines de este artículo, nos centraremos más en los actuadores lineales. En realidad, el término actuadores es muy amplio y puede abarcar también actuadores rotativos, solenoides y otros tipos.

ACTUADORES MAGNÉTICOS

Siguiendo con la automoción, explicaremos otro tipo de actuador muy común, el actuador solenoide. Los solenoides funcionan como un relé, absorben una corriente eléctrica y crean un campo electromagnético, es esta fuerza magnética la que luego mueve una varilla hacia dentro y hacia fuera. En general, cuanto mayor sea el campo magnético suministrado al actuador solenoide, mayor será la fuerza creada y viceversa. Se trata de actuadores de tipo on/off muy sencillos, con pocas opciones de control aparte de encenderlos o apagarlos. Por ejemplo, no tienes ningún control real sobre la velocidad o la fuerza, de hecho, para empeorar las cosas, el actuador del solenoide también tiene una carrera muy limitada. Es raro encontrar un actuador de solenoide con más de 2″ de recorrido.

La cerradura central de la puerta del coche es el tipo de actuador de solenoide más utilizado. Simplemente conectan y desconectan la cerradura de la manilla de la puerta. El mecanismo de funcionamiento es también muy simple para un actuador de solenoide y es un solo pulso de electricidad de 12v DC que se envía al solenoide para operarlo, y un resorte es lo que lo hace regresar.

A continuación, se muestra un actuador de solenoide típico, tal como se utiliza en la mayoría de los coches. probablemente parezcan desconocidos, pero eso se debe a que la mayoría de la gente no puede ver el interior de los paneles de las puertas de un coche.

ACTUADORES PIEZOELÉCTRICOS

El movimiento de estos actuadores sólo se acciona mediante tensión y requieren tensiones muy elevadas para hacer que se expandan y contraigan, normalmente superiores a 200 V. El material piezoeléctrico es un tipo de cerámica, es muy quebradizo y tendrá muchas capas con placas metálicas entre cada capa para que cada pila piezoeléctrica esté bajo tensión.

Se requieren grandes cantidades de voltaje para un cambio muy pequeño en la longitud, por lo general un piezoeléctrico sólo se expandirá en alrededor del 1% de su tamaño, pero su fuerza es muy alta, esto significa que usted puede amplificar la expansión de las pilas piezoeléctricas para obtener un movimiento de movimiento y la fuerza para comprometer la carrera. La amplificación podría hacerse mecánicamente, casi como una idea de palanca, pero suelen utilizarse en aplicaciones en las que se necesita una precisión y un control muy elevados. Se utilizan sobre todo como inyectores de combustible para automóviles en los que el actuador piezoeléctrico controla el volumen de combustible que entra en el cilindro y el nivel de control tiene que estar por debajo del nivel de micras.

ACTUADORES NEUMÁTICOS

Estos tipos de actuadores utilizan gas o aire a presión en un cilindro creado por una bomba de alta presión para mover un pistón y crear un movimiento lineal. Al igual que los actuadores hidráulicos, el diseño de los actuadores lineales neumáticos existe desde hace mucho tiempo. Un compresor de aire se utiliza para presurizar aire o gas inerte en un depósito, y este aire a alta presión se utiliza para deslizar el pistón de los actuadores hacia dentro y hacia fuera. Una vez que el pistón del actuador ha llegado al final de su carrera, se mueve un interruptor de válvula para abrir la válvula en el otro extremo del actuador, donde de nuevo el aire a alta presión empuja el pistón hacia el interior del actuador en la otra dirección.

Las ventajas de la neumática son:

La alta velocidad es posible y se controla mediante la válvula de presión y la capacidad volumétrica del sistema

Se puede alcanzar una fuerza bastante elevada

Se emite poco ruido, excepto cuando la bomba tiene que llenar el depósito de alta presión

Son posibles carreras muy largas

Fiabilidad de ciclo y durabilidad extremadamente altas.

En realidad, los actuadores pueden ser muy pequeños y compactos, ya que su construcción es bastante sencilla.

Desventajas de los actuadores neumáticos:

Se necesita equipo adicional, como un depósito y una bomba de alta presión.

No se puede permitir que falle todo el sistema

El aire es un gas compresible y como tal significa que un actuador neumático mueve una gran fuerza, siempre hay un retardo ya que el gas naturalmente se comprime primero antes de mover el pistón dentro del actuador. Esto significa que habrá un retraso en el sistema. Los actuadores hidráulicos resuelven este problema

Se puede conseguir un control de posición muy bajo. Vea el siguiente vídeo en el que utilizamos Lego para demostrar la falta de control en comparación con un actuador mecánico, y utilizamos un DTI (Dial Test Indicator) para mostrar la diferencia.

¿DÓNDE SE UTILIZAN LOS ACTUADORES NEUMÁTICOS?

Se utilizan cuando se requiere un movimiento de alta velocidad o cuando se necesita mover rápidamente una gran cantidad de distancia lineal, como pulgadas por segundo o 30 pulgadas por segundo. Una vez instalados, son difíciles de trasladar de un lugar a otro, ya que requieren mucho tiempo de instalación. Estos actuadores se encuentran en las cadenas de montaje de las plantas de fabricación porque son ideales para millones de ciclos sin mantenimiento y pueden moverse con gran rapidez.

Actuadores hidráulicos

Los actuadores hidráulicos funcionan exactamente igual que los neumáticos, con la diferencia de que, en lugar de utilizar aire o gas a alta presión, emplean un líquido no compresible llamado fluido hidráulico. Debido a que el fluido es no compresible, tiene una gran ventaja, estos sistemas son capaces de fuerzas inmensas y es por eso que usted los ve utilizados exclusivamente en equipos pesados de construcción, excavadoras, volquetes, carretillas elevadoras, tractores, etc.

¿CÓMO FUNCIONA EL ACTUADOR HIDRÁULICO?

El actuador hidráulico utiliza fluido a alta presión para empujar un pistón hacia delante y hacia atrás, y la conmutación se realiza mediante interruptores de válvula. Estos sistemas requieren bombas de alta presión, válvulas y tuberías de alta presión y un depósito para contener todo este fluido hidráulico. Por lo tanto, si dispone de mucho espacio y dinero y necesita una fuerza muy elevada, la hidráulica puede ser la mejor opción.

Las ventajas de utilizar actuadores hidráulicos son:

La velocidad moderada es posible y está controlada por la velocidad de la bomba.

Se puede alcanzar una fuerza extremadamente alta

Son posibles carreras muy largas

Fiabilidad de ciclo y durabilidad extremadamente altas.

En realidad, los actuadores pueden ser muy pequeños y compactos, ya que su construcción es bastante sencilla.

Desventajas de los actuadores hidráulicos:

El uso de la hidráulica presenta desventajas desde el punto de vista operativo. El principal es el control. Tienes muy poco control de precisión cuando se trata de estos sistemas.

El fluido hidráulico es necesario para que el sistema funcione y, si tiene fugas, puede ser muy tóxico.

Cuando la bomba hidráulica está en funcionamiento, puede ser ruidosa, y cuanto mayor sea la fuerza requerida, mayor será el ruido.

El fluido hidráulico tiene una viscosidad muy baja, por lo que no fluye fácilmente a través de las tuberías y válvulas, etc., todo lo cual requiere energía para empujar todo ese fluido a alta presión a través de todas esas tuberías y accesorios, etc. y usos.

Estos sistemas son caros de comprar e instalar.

ACTUADORES ROTATIVOS

Un actuador rotativo es un actuador que produce un movimiento giratorio, lo que lo hace ideal para abrir y cerrar válvulas. Hay muchas formas de crear un movimiento giratorio y, por tanto, un actuador giratorio. Las diferencias están en la forma de la solicitud. Por ejemplo, en la imagen de arriba se puede ver que el movimiento de rotación se crea a través de un movimiento de tipo cremallera y piñón donde la «cremallera» se controla como un pistón. El pistón puede controlarse hidráulicamente o utilizando aire y gas a alta presión para controlarlo neumáticamente. Entonces, ¿cuál sería la diferencia? Si el actuador rotativo anterior se controla hidráulicamente, las fuerzas ejercidas pueden ser enormes, por lo que sería adecuado para aplicaciones industriales en las que se requieren grandes fuerzas para abrir y cerrar una válvula. Si este actuador rotativo se acciona neumáticamente, el actuador puede requerir menos fuerza para girar el eje principal, que se utilizará para realizar las tareas requeridas.

PRINCIPIO DEL ACTUADOR ROTATIVO

El movimiento producido por un actuador rotativo puede ser de rotación continua, como en un motor eléctrico, o de rotación angular fija. Con un actuador rotativo accionado neumática o hidráulicamente, es más probable que sea un tipo de rotación angular fija, esto se debe a que la cremallera o el pistón que hace girar el eje principal sólo puede moverse hasta cierto punto y, por lo tanto, el movimiento de rotación está limitado por el recorrido lineal disponible. Si se necesita más rotación, el pistón debe seguir deslizándose; de lo contrario, se utiliza una relación de transmisión diferente para crear el movimiento.

ACTUADOR ROTATIVO

Otro tipo de actuador rotativo es el servomotor y el motor paso a paso. Se trata de actuadores accionados eléctricamente que tienen un movimiento de rotación constante, pero también ofrecen un control de rotación muy preciso.

Estos tipos de actuadores se utilizan habitualmente en robótica y electrónica de consumo, donde el movimiento de rotación y el par se producen mediante un motor rotativo que, a través de unos engranajes, reduce la velocidad y aumenta el par para crear el movimiento de rotación. Para lograr un control preciso, el actuador tendrá un sensor que mida la posición. Suele ser un sensor de efecto Hall o un codificador que envía una señal al sistema de control que se traduce en posición. Una gran característica de los servomotores es que pueden ser muy pequeños y utilizarse en espacios muy reducidos.

Dado que los actuadores rotativos se utilizan con mucha frecuencia y son relativamente baratos de adquirir, se han convertido en una forma muy popular de crear movimiento lineal. Con conexiones sencillas y un sistema de guías lineales, es posible crear movimientos lineales. La carrera resultante será directamente proporcional a la longitud del brazo de palanca, como puede verse en la imagen superior. Cuanto más largo sea el brazo del servoactuador, mayor será la carrera, pero el inconveniente es que se reducirá la fuerza, ya que el par es proporcional a la longitud del brazo.

ACTUADORES LINEALES ELECTROMECÁNICOS.

En los actuadores lineales eléctricos, el movimiento giratorio de un motor de CA o CC se convierte en movimiento lineal mediante un husillo. Un husillo es esencialmente un engranaje helicoidal mecanizado sobre un eje. Cuando el husillo gira debido a que el motor hace girar el husillo directamente o a través de determinados engranajes, la tuerca (como se muestra en amarillo a continuación) se desliza hacia arriba y hacia abajo sobre el husillo en un movimiento lineal y crea este movimiento lineal – de ahí el nombre de «actuador lineal». Esto es muy diferente de un actuador de solenoide, que sigue siendo una forma de actuador lineal, pero en la industria de la ingeniería los ingenieros suelen diferenciar entre los dos llamándolos «actuadores de solenoide» y «actuadores lineales», a pesar de que ambos producen movimiento lineal.

Con los actuadores lineales eléctricos, tener husillos de diferentes longitudes proporciona diferentes longitudes de carrera. Girando el husillo más rápido o más lento desde el motor se obtienen carreras lineales a diferentes velocidades. Por lo tanto, cuanta más fuerza aplique el motor al husillo, más fuerza recibirá la tuerca que se desliza hacia arriba y hacia abajo sobre el husillo. La tuerca está unida a lo que llamamos la varilla, y es a esta varilla a la que se unen las cosas con el fin de crear este movimiento lineal. Cuanto mayor sea el par que pueda aplicarse al husillo, mayor será la fuerza lineal disponible para la barra de deslizamiento.

Hay diferentes formas de crear el par de un actuador. Añadir un engranaje entre el motor y el husillo es el método más común, cuanto mayor sea la relación de transmisión, más fuerza se crea, pero hay una compensación, cuanto mayor sea la fuerza, menor será la velocidad, por el contrario, cuanto mayor sea la velocidad, menor será la fuerza. Ganar velocidad extra para una fuerza dada significa tener que utilizar un motor de entrada mayor, lo que requiere más corriente y un motor más grande y, por tanto, más dinero.

ACTUADORES LINEALES ELÉCTRICOS

Un actuador eléctrico es un dispositivo que convierte el movimiento de rotación de un motor en movimiento lineal, o toma corriente eléctrica para crear un campo electromagnético y utiliza el magnetismo para forzar un objeto metálico fuera de su campo magnético. Aunque las dos son muy diferentes, comparten el mismo nombre y ambas consiguen lo que su nombre indica… actúan. Esto significa que todas ellas proporcionan movimientos de empuje y tracción en un movimiento lineal o rotativo.

Para conocer con más detalle cómo funciona un actuador lineal eléctrico, hemos creado este artículo «Dentro de un actuador lineal – Cómo funciona un actuador»

Si usted está buscando para comprar un actuador lineal eléctrico, hemos creado un artículo titulado «No utilice un actuador lineal hasta que haya leído estos 5 pasos «Esto puede ayudarle a evitar algunos problemas comunes antes de gastar dinero.

MICROACTUADORES LINEALES

Los microactuadores o miniactuadores lineales se utilizan en aplicaciones en las que el espacio es limitado o en las que la carrera requerida del actuador es pequeña. Tal vez necesite mover algo pequeño o no muy lejos, entonces un microactuador lineal sería ideal para una aplicación de este tipo. Normalmente, los microactuadores tienen carreras de 10 mm a 100 mm y un tamaño muy compacto. Una de las desventajas de un microactuador es que las fuerzas tienden a ser mucho menores debido a los motores más pequeños que incorporan.

RESUMAMOS QUÉ ES UN ACTUADOR…

Los actuadores pueden ser de muchos tipos, desde rotativos hasta lineales, y el tipo necesario depende de la aplicación a la que se destinen. Los grandes actuadores rotativos industriales de accionamiento hidráulico son ideales para abrir enormes válvulas de oleoductos y los microactuadores pueden funcionar con pequeñas fuentes de alimentación de 12 V con gran exactitud y precisión para robótica y pequeñas aplicaciones.