Un cambio ofrece numerosas ventajas

Los sistemas de fluidos pierden energía en varios puntos. Sin embargo, un actuador electromecánico generalmente transfiere el 80 por ciento de su potencia de entrada. (Imagen: Grupo Ewellix)

El cambio a soluciones electromecánicas ofrece ventajas claras para el usuario en rendimiento, … (Imagen: Grupo Ewellix)

...Simplicidad... (Imagen: Grupo Ewellix)

… y la compatibilidad ambiental de las instalaciones. (Imagen: Grupo Ewellix)

Los actuadores CASM están diseñados para un rendimiento muy alto y una larga vida útil. Los rodamientos de alta calidad y las bolas y tornillos de rosca contribuyen con su baja fricción a la eficiencia energética y, con su escaso juego axial, a una gran precisión. (Imagen: Grupo Ewellix)

Los nuevos actuadores de la serie LEMC de Ewellix, diseñados para aplicaciones con cargas más altas, utilizan una tuerca de rodamiento planetario en lugar de una tuerca de rodamiento de bolas. Esto hace que el actuador tenga una mayor densidad de potencia en comparación con las versiones convencionales y sea menos sensible a vibraciones fuertes del entorno de uso. (Imagen: Grupo Ewellix)

Cuando los ingenieros hasta ahora querían generar grandes fuerzas o mover cargas pesadas, los accionamientos hidráulicos eran la primera opción. Sin embargo, los sistemas fluidotécnicos enfrentan una competencia seria en el mundo de los movimientos lineales: actuadores electromecánicos, compuestos por un tornillo de bolas o de rodillos de precisión, movidos por un motor eléctrico y una caja de engranajes. Los sistemas electromecánicos ofrecen numerosas ventajas en rendimiento, compatibilidad con el medio ambiente, complejidad y coste.

Una nueva generación de actuadores electromecánicos permite a los usuarios reemplazar cilindros hidráulicos y neumáticos en una variedad de aplicaciones exigentes, tanto en la automatización de fábricas como en maquinaria móvil. No solo el rendimiento, sino también las ventajas en costes, juegan un papel en la transición.

Vale la pena cambiar de mentalidad

Los sistemas electromecánicos son más pequeños y ligeros que sus homólogos fluidotécnicos. Se eliminan bombas voluminosas, acumuladores, tanques de aceite y tuberías, ya que el motor se conecta directamente con el actuador. Los sistemas funcionan sin aceite presurizado, lo que reduce el riesgo de incendios, contaminación ambiental y accidentes laborales. Además, operan de manera más silenciosa que las instalaciones fluidotécnicas.

Además, los sistemas electromecánicos ofrecen ventajas de rendimiento considerables. Pueden trabajar con un rango de velocidad y potencia más amplio que los sistemas hidráulicos y ofrecen una mayor precisión en la posición manteniendo el mismo rendimiento. La viscosidad de los aceites hidráulicos puede variar según el tiempo de funcionamiento y la temperatura, lo que afecta negativamente el rendimiento de las máquinas. En cambio, los sistemas electromecánicos trabajan continuamente con tolerancias precisas. Sus partes móviles se basan en una tecnología de rodamientos de bolas probada. Esto permite predecir la vida útil bajo ciertas condiciones de operación.

Al no necesitar válvulas de control adicionales ni otros accesorios, los actuadores electromecánicos se pueden integrar fácilmente en el control electrónico de una máquina. Además, su rápida respuesta, así como su precisión en la posición y repetibilidad, facilitan a los usuarios programar movimientos complejos y construir máquinas que puedan adaptarse rápidamente a diferentes requisitos de proceso.

¿Cuál es el inconveniente?

El precio de adquisición de una instalación electromecánica es, en realidad, más alto que el de las máquinas hidráulicas. Sin embargo, si se consideran los costes totales durante todo el ciclo de vida, la perspectiva cambia: los actuadores electromecánicos ofrecen potenciales de ahorro que compensan con creces los costes iniciales más elevados. Se deben a seis factores principales:

1. Eficiencia energética. Los sistemas hidráulicos pierden energía en varias etapas, primero en la conversión de energía eléctrica en movimiento para accionar la bomba hidráulica. A esto se suman pérdidas en la propia bomba, por fricción del líquido en las tuberías y en el actuador. En total, un sistema hidráulico solo transmite aproximadamente el 44 por ciento de su potencia de accionamiento. En cambio, los sistemas electromecánicos solo pierden energía por los límites de eficiencia del motor y por fricción en los componentes de transmisión y accionamiento. Un actuador electromecánico suele transmitir el 80 por ciento de su potencia de entrada. Además, en la mayoría de las aplicaciones, las bombas hidráulicas deben funcionar continuamente para garantizar un tiempo de respuesta adecuado. La demanda de energía de los actuadores electromecánicos en modo de espera es nula, y durante su funcionamiento solo requiere la máxima energía durante unos momentos cortos. Por lo tanto, los costes adicionales de adquisición de los sistemas eléctricos se amortizan en pocos meses solo por el ahorro energético.

2. Menor generación de calor. La energía perdida en las máquinas hidráulicas se convierte en calor. En aplicaciones de precisión, como en la fabricación de productos plásticos, este calor debe disiparse mediante sistemas de refrigeración, lo que aumenta el consumo total de energía. Las máquinas eléctricas, debido a su mayor eficiencia, solo necesitan aproximadamente el 35 por ciento de la energía de refrigeración que una solución hidráulica.

3. Tiempos de ciclo más cortos. Gracias a la mayor velocidad y mejor controlabilidad de los actuadores electromecánicos, las máquinas pueden trabajar más rápido y ofrecer mayor rendimiento, como en el soldado por puntos robotizado en la industria automotriz. Entre los puntos de soldadura, la pinza instalada en el brazo del robot debe abrirse para que el brazo pueda colocarse en la siguiente posición de soldadura. Los sistemas fluidotécnicos abren completamente la pinza después de cada soldadura. En cambio, los sistemas electromecánicos pueden programarse para abrir solo lo suficiente para reposicionar la pinza. Cuando un fabricante japonés de automóviles cambió a una pinza de soldadura electromecánica en la fabricación de carrocerías, esto, junto con la mayor velocidad de los nuevos actuadores, aumentó su producción en un diez por ciento, lo que equivale a 100 carrocerías adicionales por día.

4. Mejor aprovechamiento del material. La mayor precisión y consistencia significa que las máquinas eléctricas suelen tener una precisión de repetición el doble que las alternativas hidráulicas. Esto mejora la calidad y reduce los rechazos. Incluso si se producen productos con menor precisión, los ahorros logrados pueden superar los costes adicionales de los sistemas electromecánicos en dos años o menos.

5. Mayor tiempo de actividad. Los sistemas electromecánicos tienen menos piezas de desgaste que las máquinas fluidotécnicas, y todas ellas se encuentran en el tornillo de bolas y en la caja de engranajes. Los dispositivos hidráulicos, en cambio, dependen de una red completa de válvulas, mangueras, filtros y juntas. Una avería en alguna parte del sistema puede detener toda la máquina hasta que se detecte y solucione el problema. Un problema en un actuador, en cambio, puede solucionarse generalmente con un reemplazo rápido del componente afectado. El tiempo de actividad y la disponibilidad de la máquina suelen ser un dos por ciento mayores en los sistemas electromecánicos que en los hidráulicos, lo que aumenta el rendimiento y reduce los costes de producción por unidad.

6. Mantenimiento más sencillo. Los sistemas electromecánicos tienen costes operativos continuos bajos. Los usuarios no necesitan comprar aceite, filtros ni juntas. No necesitan detener la máquina para reemplazar estas piezas, ni gastar dinero en prevenir o eliminar fugas y líquidos derramados. Además, los sistemas electromecánicos pueden equiparse con sensores integrados para la monitorización del estado, que alertan al personal de operación y mantenimiento sobre posibles problemas antes de que provoquen paradas no planificadas.

En conjunto, estos factores permiten ahorros de varias decenas de miles de euros al año en una máquina de producción típica. Aproximadamente la mitad de estos ahorros proviene del menor consumo de energía. La otra mitad corresponde a otros ámbitos.

Nuevas generaciones de actuadores electromecánicos

En la última generación de actuadores electromecánicos, Ewellix continúa basándose en todas las ventajas constructivas de estos componentes y las amplía para hacer sus productos aún más potentes, duraderos y fáciles de integrar.

Por ejemplo, la serie CASM ha sido desarrollada por Ewellix para aplicaciones exigentes en la producción automatizada de alta velocidad y en serie. Los actuadores CASM pueden sustituir cilindros neumáticos en instalaciones de producción existentes. Son modulares y están disponibles en todos los tamaños estándar. Pueden operarse con diferentes tipos de motores, permitiendo a los usuarios equipar todos los actuadores con motores de un solo fabricante y simplificando así la gestión de repuestos. Una amplia variedad de opciones y accesorios facilita su integración en numerosas aplicaciones.

Los actuadores CASM están diseñados para ofrecer un rendimiento muy alto y una larga vida útil. Los rodamientos de alta calidad y las bolas y espirales de tornillo garantizan eficiencia energética gracias a su baja fricción y gran precisión gracias a su juego axial reducido. Los dispositivos vienen lubricados de por vida, requiriendo poco mantenimiento. Incorporan filtros integrados y un anillo de rasgado para prevenir daños por polvo y suciedad. Un anillo magnético y una carcasa de aluminio ranurada facilitan la incorporación de sensores externos.

Para simplificar aún más el control de la máquina y la integración del sistema, la serie CASM cuenta con un motor de corriente continua sin escobillas con controlador de movimiento, freno y, opcionalmente, interfaz de bus de campo. Esto elimina la necesidad de un control externo del motor. Reduce los costes de instalación y simplifica el cableado, ya que los motores se alimentan y controlan mediante un solo cable. A través de la interfaz gráfica del conjunto de programación de Ewellix, los usuarios pueden configurar fácilmente las máquinas y ajustar todos los parámetros del motor. Se pueden cargar hasta 14 posiciones diferentes del actuador con sus correspondientes velocidades, aceleraciones y retardos en el motor. La máquina se controla posteriormente a través de un PLC o con interruptores simples. Así se crea un sistema de control de movimiento muy económico y autónomo para máquinas pequeñas.

Los nuevos actuadores de la serie LEMC de Ewellix, diseñados para aplicaciones de mayor carga, utilizan una espiral planetaria en lugar de una espiral de rodillos de bolas. Esto proporciona al actuador una mayor densidad de potencia que las versiones convencionales y lo hace más resistente a vibraciones fuertes del entorno de uso. Como la serie CASM, la serie LEMC también es modular y puede configurarse para muchas aplicaciones diferentes y varios tipos de motores. Además de servomotores convencionales, pueden operarse con una caja de engranajes integrada y un motor asíncrono inteligente. Esto proporciona al usuario características adicionales de seguridad y protección de la máquina con arranque suave integrado. La controladora está preparada para NFC (Near Field Communication), permitiendo que el personal de mantenimiento realice ajustes cómodamente con un teléfono inteligente.