¿Cuáles son los tres tipos de cilindros? Neumática, Hidráulica y Eléctrica

Un fabricante de máquinas llama un martes por la tarde para plantear un problema. Su línea de envasado funciona a 90 ciclos por minuto, los cilindros neumáticos de la estación de sellado se desvían de su posición aproximadamente 1,5 mm después de unas horas de funcionamiento y la tasa de rechazo está aumentando. Quiere saber si debería cambiar a la hidráulica o a la eléctrica y quiere una respuesta antes de la próxima reunión de producción. La respuesta comienza con un número: tres. Hay tres tipos de actuadores lineales que realizan este tipo de trabajo y son cilindros neumáticos, cilindros hidráulicos y cilindros eléctricos. Cada uno convierte la energía en movimiento rectilíneo, y cada uno lo hace mediante un mecanismo físico completamente diferente. Ese mecanismo decide todo, incluyendo cuánta fuerza se obtiene, con qué precisión se puede detener, qué tan rápido se puede realizar el ciclo, cuánto mantenimiento se pagará y qué sucede cuando la máquina se instala en una sala limpia, un congelador o una atmósfera explosiva.

Los tres tipos de cilindros y por qué la respuesta depende de la pregunta

Si buscas los tres tipos de cilindros encontrarás dos respuestas diferentes, y ambas son correctas. La confusión no se trata de hechos, sino de categorías. La palabra cilindro describe una forma, y ​​varias disciplinas de ingeniería diferentes han adoptado esa forma para diferentes propósitos. Entonces, la respuesta depende de por qué propiedad esté clasificando.

Clasificación por fuente de energía

Esta es la clasificación que más importa en la automatización industrial y es en la que este artículo dedica la mayor parte de su tiempo. Un cilindro puede ser impulsado por aire comprimido, por aceite hidráulico presurizado o por un motor eléctrico a través de una transmisión mecánica. Esos son los tres tipos de cilindros en el sentido en que suele entenderse un ingeniero de diseño.

• Los cilindros neumáticos utilizan aire comprimido, normalmente suministrado a 6 bar desde una red de compresores de planta.
• Los cilindros hidráulicos utilizan aceite a presiones que normalmente oscilan entre 70 bar y 350 bar, y mucho más en herramientas especializadas.
• Los cilindros eléctricos utilizan un servo o motor paso a paso que gira un tornillo, una correa o una cremallera, sin ningún líquido involucrado.

Clasificación por principio de funcionamiento

La segunda clasificación analiza cómo se acciona el pistón dentro del cañón y produce otro conjunto de tres: cilindros de simple efecto, de doble efecto y telescópicos. Un cilindro de simple efecto es accionado en una dirección y regresa por la fuerza de un resorte o por gravedad. Un cilindro de doble efecto es accionado en ambas direcciones. Un cilindro telescópico utiliza etapas anidadas para producir una carrera muy larga a partir de una longitud corta retraída. Esta agrupación se aplica más comúnmente a los cilindros neumáticos e hidráulicos, y los actuadores eléctricos tienen su propia versión, que se trata más adelante.

Hay una tercera respuesta, mucho menos útil, que aparece en los resultados de búsqueda: el cilindro matemático, que se define por geometría más que por función y se divide en formas circulares rectas, oblicuas, elípticas y huecas. Esa clasificación pertenece a un libro de texto de geometría. Si está comprando hardware de movimiento, ignórelo.

Para el resto de este artículo, los tres tipos son neumáticos, hidráulicos y eléctricos, con la distinción de simple efecto, doble efecto y telescópico tratada como una segunda capa que se ubica encima de los tres.

Cilindros neumáticos: aire comprimido haciendo el trabajo

Un cilindro neumático toma aire a aproximadamente 6 bares, lo introduce en un lado de un pistón y deja que la diferencia de presión empuje la varilla hacia afuera. El aire es comprimible y ese único hecho físico explica casi todas las fortalezas y debilidades de la tecnología.

Cómo se comportan en la práctica

Debido a que el aire se comprime, un cilindro neumático no tiene una posición rígida. Si la carga aumenta repentinamente, la varilla se mueve. Por este motivo, los actuadores neumáticos se describen como dispositivos de fuerza y ​​no como dispositivos de posición. Un cilindro estándar con un interruptor de láminas magnético y una válvula solenoide de 5/2 mantendrá la posición en aproximadamente 1 mm en el mejor de los casos y, a menudo, empeorará después de que los sellos hayan tomado algunos millones de ciclos. Agregar una válvula proporcional y retroalimentación de circuito cerrado mejora esto a aproximadamente 0,5 mm, pero en ese punto la ventaja de costo sobre un actuador eléctrico pequeño ha desaparecido en gran medida.

Lo que sí te aporta el aire es velocidad y robustez. Un cilindro neumático de buen tamaño puede alcanzar 1 m/s en una carrera corta y puede realizar ciclos decenas de millones de veces con nada más que lubricación ocasional y reemplazo de sellos. Los componentes son baratos, las válvulas son baratas y los técnicos de mantenimiento ya saben cómo trabajar con ellos.

De simple efecto, de doble efecto y telescópicos en neumática.

La mayoría de los cilindros neumáticos de la maquinaria de producción son de doble efecto, porque deben volver a funcionar de forma fiable y rápida. Las versiones de simple efecto se utilizan cuando es aceptable un retorno por resorte, por ejemplo en accesorios de sujeción y mecanismos de expulsión simples, y ahorran el costo de un puerto de válvula y un tramo de manguera. Los cilindros neumáticos telescópicos existen, pero son comparativamente raros, porque la presión del aire es demasiado baja para justificar las etapas de anidamiento, a menos que la aplicación necesite un largo alcance desde una envoltura compacta.

Donde la neumática sigue ganando

• Tareas de ciclos elevados y baja precisión, como empujar, sujetar, expulsar y desviar.
• Entornos donde sería difícil certificar equipos eléctricos, siempre que el aire comprimido esté correctamente conectado a tierra y seco.
• Aplicaciones en las que un fallo en el movimiento es más seguro que un movimiento incontrolado, ya que un cilindro neumático despresurizado simplemente se detiene.
• Máquinas sensibles a los costes con muchos ejes, donde el precio de un servoaccionamiento por eje sería prohibitivo.

lo que te cuesta

El precio de compra es bajo y el coste de funcionamiento no lo es. El aire comprimido es una de las formas de energía más caras en una fábrica, porque un compresor típico convierte sólo una pequeña fracción de su entrada eléctrica en energía neumática utilizable, y el resto se pierde en forma de calor, fugas y caída de presión. Una fuga de 1 mm en un conector puede desperdiciar más aire durante un año de lo que cuesta el propio cilindro. Los sistemas neumáticos también son ruidosos y necesitan secadores, filtros y reguladores que añaden su propia carga de mantenimiento. Nada de esto hace que la neumática sea una mala elección, pero sí significa que una comparación justa debe ir más allá de la factura.

Cilindros hidráulicos: aceite, presión y fuerza bruta

Un cilindro hidráulico reemplaza el aire con aceite y el aceite es esencialmente incompresible. Eso cambia las matemáticas dramáticamente. Mientras que un orificio neumático de 63 mm a 6 bar produce aproximadamente 1,9 kN de empuje, el mismo orificio a 160 bar produce alrededor de 50 kN. La hidráulica es la forma de mover cosas que pesan toneladas.

Los dos modos de trabajo.

Los cilindros hidráulicos se dividen más comúnmente en tipos de simple efecto y de doble efecto, y la elección determina todo el diseño del circuito.

Cilindros hidráulicos de simple efecto

Un cilindro de simple efecto tiene una cámara presurizada. El aceite empuja el pistón hacia afuera y el retorno proviene de una carga, un resorte o la gravedad. Son simples, compactos y económicos, y son la opción estándar para gatos, plataformas elevadoras y muchas aplicaciones de prensas donde la carrera de retracción no realiza ningún trabajo útil. Su limitación es que la velocidad de retorno y la fuerza no están controladas, lo que los hace inadecuados para una máquina que debe seguir un perfil de movimiento preciso en ambas direcciones. En un circuito de doble acción, el lado de retracción también tiene que poder sostener una carga, por lo que generalmente se requiere una válvula de retención operada por piloto para evitar la fluencia cuando la bomba está apagada.

Cilindros hidráulicos de doble efecto.

Un cilindro de doble acción tiene aceite en ambos lados del pistón, por lo que tanto la carrera de extensión como la de retracción son impulsadas y controladas. Esta es la configuración utilizada en casi toda la maquinaria hidráulica que necesita un movimiento bidireccional repetible: excavadoras, máquinas de moldeo por inyección, prensas hidráulicas y automatización pesada. Cuesta más porque necesita dos puertos, una válvula direccional que pueda manejar el flujo y un circuito que gestione la diferencia de volumen entre las dos cámaras. Esa diferencia de volumen no es una trivialidad. Debido a que la varilla ocupa espacio en un lado, la velocidad de retracción es mayor que la velocidad de extensión para el mismo flujo, y la fuerza de retracción es menor en la relación entre el área anular y el área de paso total. Ignorar esto es uno de los errores de dimensionamiento más comunes en el diseño hidráulico.

Los cuatro estilos de carrocería que realmente te cotizarán

Más allá del modo de trabajo, los cilindros hidráulicos generalmente se clasifican según la construcción del cañón. Esto afecta la clasificación de presión, la capacidad de servicio y el precio.

• Los cilindros con tirantes utilizan cuatro varillas de acero roscadas para sujetar las tapas de los extremos al cilindro. Se pueden desmontar en el campo con herramientas comunes, lo que facilita el reemplazo de los sellos, y están disponibles en una amplia gama de combinaciones estándar de diámetro y carrera. La compensación es mayor y un mayor número de piezas.
• Los cilindros soldados tienen las tapas de los extremos soldadas al cañón. Son más compactos, más livianos y generalmente más baratos para un diámetro determinado, y toleran mejor presiones más altas y cargas laterales. La desventaja es que efectivamente no son reparables en la mayoría de los talleres, por lo que un cañón dañado generalmente significa un cilindro nuevo.
• Los cilindros de ariete utilizan un único émbolo de gran diámetro en lugar de un pistón y una varilla. Se utilizan para ejercer una fuerza muy alta en un recorrido corto y son comunes en equipos de elevación y prensado.
• Los cilindros telescópicos utilizan de dos a cinco o más etapas anidadas para lograr una carrera que puede exceder la longitud retraída de la unidad. Se utilizan en remolques volquete, vehículos de basura y volquetes, donde el espacio de montaje es fijo pero el requisito de alcance es grande. Cada etapa se extiende en secuencia, por lo que la fuerza es mayor al principio y disminuye a medida que se despliegan las etapas.

Los extremos de montaje importan más de lo que la mayoría de los compradores esperan

Un cilindro hidráulico es tan bueno como su conexión con la máquina. Los extremos de horquilla permiten la rotación en un plano, los ojos de varilla esféricos se adaptan a la desalineación en cualquier dirección, los soportes de brida fijan el cilindro rígidamente a un marco y los extremos de varilla roscados permiten conectar una tuerca o un accesorio personalizado. La elección de un soporte rígido donde la máquina realmente se flexiona transfiere las cargas de flexión a la varilla y al sello de la varilla, lo cual es una forma confiable de generar fugas prematuras. Si la estructura se mueve, se debe permitir que el extremo del cilindro se mueva con ella.

Los honestos inconvenientes

El sistema hidráulico proporciona una fuerza enorme en un paquete pequeño y mantiene bien la posición cuando se aplica una carga. También tienen fugas, necesitan una unidad de potencia, son sensibles a la temperatura del aceite y a la contaminación, y una falla en la manguera puede arrojar aceite caliente a presión. La filtración según los códigos de limpieza ISO 4406, el análisis regular del aceite y un depósito del tamaño adecuado no son extras opcionales; son el precio de entrada. En entornos alimentarios, farmacéuticos y de semiconductores, el riesgo de fugas por sí solo suele descartar el sistema hidráulico incluso antes de que comience la comparación de rendimiento.

Cilindros eléctricos: un servomotor que acciona un tornillo

Un cilindro eléctrico reemplaza el fluido con una transmisión mecánica. Un servomotor hace girar un tornillo, el tornillo acciona una tuerca y la tuerca está unida a una varilla que entra y sale del cilindro. Todo lo que se hizo con presión se hace con posición, y esa es la fuente tanto de la precisión como de la flexibilidad de programación de la tecnología.

Lo que te da el mecanismo

Debido a que el motor está controlado por un variador con retroalimentación de codificador, un cilindro eléctrico sabe dónde está en todo momento. La repetibilidad de 0,01 mm es una rutina en una unidad de husillo de bolas, e incluso un actuador modesto aguantará mejor que 0,05 mm. La velocidad y la fuerza se programan de forma independiente, por lo que una sola unidad puede acercarse rápidamente, presionar lentamente y retraerse rápidamente sin ningún cambio en el hardware. Los perfiles de aceleración y desaceleración se configuran en software, lo que elimina el impacto mecánico que acorta la vida útil de los componentes de potencia hidráulica.

La comparación de eficiencia es cruda. Una transmisión de tornillo de bolas convierte el par del motor en empuje con una eficiencia de alrededor del 90 por ciento. Un tornillo trapezoidal hace el mismo trabajo entre un 30 y un 50 por ciento, pero puede autobloquearse cuando el motor está desenergizado, lo cual es útil para aplicaciones de sujeción vertical donde un husillo de bolas retrocedería bajo carga. Elegir entre tipos de tornillos es realmente una elección entre eficiencia y sujeción segura.

Tres diseños mecánicos

• Los cilindros eléctricos en línea montan el motor directamente detrás del tornillo, en el mismo eje. Esto proporciona la trayectoria de fuerza más corta, la mayor rigidez y la mejor precisión, pero el actuador es largo.
• Los cilindros eléctricos plegables hacen girar el motor a través de una correa o una disposición de engranajes para que quede paralelo al cañón. La longitud total disminuye aproximadamente en la longitud del motor, lo cual es importante cuando se instala un actuador en la envolvente de una máquina existente.
• Los cilindros eléctricos telescópicos utilizan etapas anidadas para extenderse mucho más allá de su longitud retraída. Un diseño de cuatro etapas puede alcanzar varias veces su longitud cerrada, lo que lo hace útil para levantar, inclinar y alcanzar espacios reducidos.

Un cilindro en línea es el valor predeterminado para trabajos de dispensación y ajuste a presión de precisión, donde la rigidez se traduce directamente en la calidad del proceso. Una unidad plegable es la respuesta práctica cuando el bastidor de la máquina ya está construido y no hay espacio detrás de la placa de montaje. Una unidad telescópica resuelve un problema de alcance que ningún actuador de longitud fija puede resolver en absoluto.

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Variantes específicas del entorno

Alguna vez los actuadores eléctricos se consideraron inadecuados para entornos hostiles, y esa objeción ha sido respondida en gran medida mediante cambios de sellado y materiales en lugar de cualquier cambio en el diseño fundamental.

Los cilindros eléctricos impermeables se construyen con cilindros sellados, entradas de cables selladas y herrajes inoxidables o revestidos. Con IP65, toleran el lavado y las salpicaduras, lo que cubre la mayoría de los equipos de envasado de alimentos y bebidas. Con IP68, toleran la inmersión temporal, que es lo que se necesita en una máquina que se limpia con una manguera al final de cada turno o que opera en un área de proceso húmeda.

Los cilindros eléctricos a prueba de explosiones abordan un problema completamente diferente. En una atmósfera que contiene vapor de disolvente, polvo fino o hidrógeno, una chispa de un motor normal supone un peligro. Las unidades a prueba de explosiones utilizan gabinetes a prueba de llamas y prensaestopas certificados, y se especifican según la clasificación de área peligrosa correspondiente en lugar de una afirmación genérica de seguridad. La certificación es parte del producto, no un accesorio.

Los cilindros eléctricos de temperatura amplia se ocupan del hecho de que la grasa se espesa con el frío y se adelgaza con el calor. Una unidad estándar puede tener una temperatura de 0 a 40 grados Celsius, lo cual está bien en una planta con clima controlado e inútil en una cámara frigorífica a -30 grados o junto a un horno a 80 grados. Las variantes que utilizan aleaciones de baja temperatura, sellos de alta temperatura y lubricantes adaptativos mantienen el mismo rendimiento de posicionamiento en esos extremos, lo que suele ser la diferencia entre una instalación en funcionamiento y una atascada.

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Donde la electricidad gana por completo

• Cualquier aplicación con un perfil de fuerza y posición definido, como ajuste a presión, remachado, dosificación, prueba y servoensamblaje.
• Movimiento multipunto, donde un cilindro neumático necesitaría topes mecánicos y un cilindro hidráulico necesitaría una válvula proporcional y su ajuste asociado.
• Ambientes limpios y silenciosos, incluido el ensamblaje de dispositivos médicos y la fabricación de productos electrónicos y semiconductores.
• Plantas sensibles a la energía, porque un cilindro eléctrico toma energía principalmente mientras está en movimiento y puede regenerarse durante el frenado, mientras que un compresor o una unidad de energía hidráulica funcionan de manera continua.

lo que te pide

Un cilindro eléctrico necesita un accionamiento, un controlador y un programa de movimiento, y las personas que lo especifican deben comprender el par, el ciclo de trabajo y los límites térmicos. El costo inicial por eje es el más alto de las tres tecnologías. La recompensa proviene de la precisión, la repetibilidad, la programabilidad y la ausencia de un compresor o unidad de potencia detrás. En una máquina con cuatro o cinco ejes, la comparación total del sistema suele ser más precisa de lo que sugiere la lista de precios de actuadores.

Comparando los tres tipos uno al lado del otro

La siguiente tabla resume las diferencias prácticas. Trate las cifras como rangos típicos para productos industriales estándar y no como límites absolutos, porque cada uno de ellos puede ser ampliado por un proveedor especializado a un costo.

Los otros tres tipos: simple efecto, doble efecto y telescópico

La clasificación del principio de funcionamiento abarca las tres fuentes de energía y vale la pena comprenderla porque a menudo decide el circuito o el cableado en lugar de la tecnología.

Simple efecto

Un cilindro de simple efecto es el actuador más simple posible. Un puerto, un conjunto de sellos, una dirección de movimiento motorizado. En forma neumática, generalmente tiene un resorte interno que devuelve la varilla cuando se agota el aire, y la fuerza del resorte debe restarse del empuje disponible, lo cual es un detalle que sorprende a las personas cuando dimensionan el cilindro a partir de una cifra de fuerza de catálogo. En la forma hidráulica, el retorno suele ser el peso de la carga misma, lo que significa que el cilindro no puede retraer una carga para la que no fue diseñado.

Doble efecto

Un cilindro de doble acción impulsa ambas carreras, lo que proporciona una sincronización predecible en ambas direcciones. Por eso domina los equipos de producción. Cuesta más porque necesita un segundo puerto, una válvula de cuatro vías y, en los circuitos hidráulicos, un medio para gestionar los volúmenes desiguales a cada lado del pistón. A cambio, usted obtiene control sobre la carrera de retracción, lo cual es importante siempre que la ruta de retorno pase a través de herramientas, accesorios o una envoltura de seguridad.

Telescópico

Un cilindro telescópico apila varias etapas para que la longitud cerrada pueda ser una fracción de la longitud extendida. En hidráulica, esto es una práctica estándar en volquetes y equipos de elevación. En los actuadores eléctricos, la misma idea se implementa con tornillos o tubos encajados, y se utiliza cuando una máquina tiene que llegar a un espacio reducido, levantar una plataforma desde una base de perfil bajo o extender un brazo manipulador mucho más allá de su alojamiento. Los diseños telescópicos intercambian cierta rigidez y capacidad de carga lateral por alcance, por lo que necesitan una guía cuidadosa si la carga no es puramente axial.

Cómo elegir entre los tres tipos

La mayoría de los argumentos de selección ocurren porque dos ingenieros están optimizando variables diferentes. La salida es clasificar los requisitos antes de mirar cualquier catálogo. Resuelva las siguientes preguntas en orden, porque las respuestas reducen el campo rápidamente.

1. ¿Qué fuerza se requiere realmente, incluidos los picos?

Calcula la fuerza en el peor momento, no la media. Una operación de ajuste a presión puede necesitar 2 kN para asentar un rodamiento y 12 kN para el último medio milímetro si el ajuste es apretado. Un cilindro neumático de tamaño medio se detendrá. Agregue un factor de seguridad de 1,5 a 2 a la fuerza calculada y recuerde que en un cilindro de doble efecto la fuerza de retracción es menor que la fuerza de extensión.

2. ¿Con qué precisión se debe mantener la posición final?

Si una tolerancia de 1 mm es aceptable y la carga es constante, la neumática hará el trabajo al menor costo. Si necesita 0,2 mm y la carga varía, la hidráulica con servocontrol o un actuador eléctrico son las opciones más realistas. Si necesita 0,05 mm o más, la eléctrica es la única respuesta sensata. Sea honesto acerca de la tolerancia, porque especificar una precisión que no necesita es la forma más común de gastar demasiado en un actuador.

3. ¿Con qué rapidez y con qué frecuencia?

El tiempo del ciclo y el ciclo de trabajo juntos determinan si un actuador eléctrico se sobrecalentará. Un servocilindro al que se le pide que funcione continuamente con una fuerza elevada se reducirá, y el ciclo de trabajo de la hoja de datos no es una sugerencia. La neumática maneja bien los ciclos continuos, siempre que el suministro de aire esté seco y las válvulas estén clasificadas para la frecuencia. El sistema hidráulico maneja una gran fuerza en servicio continuo, pero la temperatura del aceite debe controlarse con un enfriador una vez que el ciclo de trabajo aumenta.

4. ¿Qué le hace el entorno al actuador?

El lavado, el polvo, el vapor de solventes, la niebla salina, las cámaras frigoríficas y las posiciones adyacentes al horno eliminan las opciones. Un cilindro neumático estándar en una planta de alimentos se corroerá y su lubricante se perderá. Un cilindro hidráulico en una sala limpia de semiconductores es una fuente de contaminación. Un cilindro eléctrico con clasificación IP65 se encarga de la caja de lavado y una variante certificada a prueba de explosiones o de amplia temperatura se encarga de las demás. Haga coincidir la clasificación del recinto con la exposición real en lugar de con una impresión general de la planta.

5. ¿Cuánto cuesta la instalación más allá del actuador?

Aquí es donde la potencia del fluido a menudo pierde. Un cilindro neumático necesita un compresor, un secador, un filtro regulador, un colector de válvulas y una manguera. Un cilindro hidráulico necesita una unidad de potencia, un depósito, filtración, refrigeración y una instalación de manguera certificada. Un cilindro eléctrico necesita un accionamiento y un controlador y, en la mayoría de las máquinas modernas, una conexión de red que ya existe. Cuando se comparan sistemas completos en lugar de componentes individuales, la brecha entre las tecnologías se reduce considerablemente y, en algunas instalaciones, se invierte.

6. ¿La máquina ya utiliza una tecnología?

La estandarización tiene un valor real. Las piezas de repuesto, la formación de técnicos y los procedimientos de mantenimiento mejoran cuando una planta utiliza una tecnología dominante. Introducir actuadores eléctricos en una planta que ha funcionado con aire durante treinta años crea un problema de capacitación, e introducir sistemas hidráulicos en un área de ensamblaje electrónico crea un problema de contaminación y limpieza. La mejor respuesta técnica no siempre es la mejor respuesta vegetal.

En la práctica, la mayoría de las máquinas automatizadas acaban mezclando tecnologías. La neumática se encarga de los movimientos de sujeción, expulsión y transferencia simple. Los actuadores eléctricos se encargan de las operaciones de posicionamiento, prensado y medición. La hidráulica aparece sólo cuando el requisito de fuerza es realmente superior a lo que los otros dos pueden ofrecer económicamente. Esa combinación no es un compromiso, es el resultado de aplicar cada tecnología donde mejor funciona, y vale la pena estudiar cómo los diferentes sectores manufactureros llegan a su propia versión. El ensamblaje de automóviles, por ejemplo, depende en gran medida de servoejes eléctricos para trabajos de sujeción y ajuste a presión, al tiempo que conserva la neumática para el manejo de piezas. La electrónica de precisión y las líneas de semiconductores impulsan la electricidad aún más, porque la limpieza y la repetibilidad no dejan espacio para el aceite o la humedad de las líneas de aire.

Errores de selección que cuestan dinero real

Los mismos fallos aparecen una y otra vez en los tres tipos. La mayoría de ellos se pueden evitar con diez minutos de aritmética.

Dimensionamiento según presión nominal

Un cilindro neumático con capacidad para 10 bar durará su vida a lo que realmente entregue el cabezal de la planta, que podría ser 5,5 bar al final de un largo recorrido durante la demanda máxima. Tamaño según la presión de suministro medida, no según la clasificación máxima estampada en el cañón.

Ignorando la carga lateral

Los tres tipos están diseñados principalmente para fuerza axial. Una varilla que se empuja lateralmente desgasta su cojinete y su sello, y la falla es progresiva y no repentina. Si la carga no se puede mantener coaxial, agregue un riel guía o un módulo lineal y deje que el cilindro suministre fuerza únicamente. Ésta es una de las principales razones por las que los módulos lineales de precisión y los cilindros eléctricos a menudo se especifican juntos como un eje de movimiento completo en lugar de como piezas separadas.

Confundir repetibilidad con precisión

La repetibilidad es qué tan cerca regresa el actuador a la misma posición. La precisión es qué tan cerca está esa posición de la comandada. Un cilindro neumático con topes mecánicos puede ser muy repetible y aun así aterrizar en el lugar equivocado si el tope se ha movido. Pregunte a los proveedores qué cifra están cotizando e insista en la definición.

Olvidando la deriva térmica

La viscosidad del aceite hidráulico cambia con la temperatura, lo que cambia el tiempo de respuesta y, en sistemas mal compensados, cambia la posición de parada en el transcurso de un turno. Los actuadores eléctricos son menos sensibles pero no inmunes, porque la expansión del tornillo y el comportamiento de la grasa se mueven con la temperatura. En un proceso de larga duración, verifique el comportamiento de la primera y octava hora en lugar de solo el arranque en frío.

Sobreespecificar el trazo

Cada milímetro extra de carrera aumenta la longitud sin soporte de la varilla o del tornillo, lo que reduce la rigidez y la resistencia al pandeo. Especifique el trazo que necesita el proceso más un margen realista, no el número más grande que se ajuste al envolvente de montaje.

Hacer coincidir el tipo con la aplicación

La forma más rápida de preseleccionar es comenzar desde la aplicación en lugar de desde el componente. Algunos casos comunes muestran cómo suele caer la decisión.

Movimiento simple de alto volumen

Desviar, sujetar, expulsar y accionar compuertas son tareas neumáticas clásicas. El requisito de precisión es flexible, la velocidad del ciclo es alta y el costo por eje es importante porque puede haber treinta de ellos en una máquina. Los actuadores eléctricos mejorarían la calidad del movimiento pero multiplicarían el coste del hardware de control.

Montaje de precisión y ajuste a presión

Asentar un rodamiento, fijar un terminal o presionar un conector en una carcasa requiere fuerza controlada y posición controlada simultáneamente. Este es el territorio de los cilindros eléctricos, y también es donde el perfil de fuerza-distancia programable se mantiene, porque el mismo actuador puede detectar una pieza mal asentada observando la curva de fuerza en lugar de depender de un sensor separado.

Levantamiento y conformado pesados

Cuando la fuerza requerida alcanza las decenas o cientos de kilonewtons, la hidráulica sigue siendo la respuesta más compacta. El costo del circuito y la carga de mantenimiento son reales, pero generalmente son menores que la alternativa de construir un actuador eléctrico muy grande con un consumo de energía que la infraestructura eléctrica de la planta tal vez no pueda soportar.

Ambientes limpios, fríos y peligrosos

El ensamblaje de productos electrónicos, la fabricación de dispositivos médicos y la fabricación de semiconductores favorecen la actuación eléctrica porque no produce niebla de aceite ni aire de escape, y porque el movimiento se puede validar y registrar a través del controlador. Las cámaras frigoríficas prefieren las unidades eléctricas de amplia temperatura y los neumáticos especialmente preparados, pero los sistemas hidráulicos tienen dificultades porque la viscosidad del aceite aumenta bruscamente a medida que baja la temperatura. Las áreas peligrosas son el único lugar donde la respuesta depende completamente de la certificación más que del rendimiento, porque un actuador que no cumple con las normas no se puede instalar en absoluto, por muy buenos que sean sus números.

Bancos de simulación y prueba.

Las plataformas de movimiento multieje, las mesas vibratorias y los simuladores de controlador en el circuito quedan fuera del debate ordinario sobre cilindros, porque combinan varios actuadores en un movimiento espacial coordinado. Estos sistemas suelen utilizar actuadores eléctricos con control de gran ancho de banda, ya que la sincronización entre ejes es la que determina si la plataforma produce el movimiento deseado o uno no deseado. Los mismos componentes básicos, pero dispuestos de forma diferente, también aparecen en plataformas de entrenamiento sísmico y en bancos de pruebas dinámicos para el desarrollo de vehículos. La disciplina de ingeniería es la misma que la selección de un solo eje, aplicada seis veces con un bucle de control compartido.

Especificar con confianza

Un cilindro es uno de los pocos componentes de una máquina donde la elección de la tecnología determina el resto del diseño. Elija neumática y heredará un compresor, un sistema de tratamiento de aire y una cultura de mantenimiento basada en sellos y válvulas. Elija el sistema hidráulico y heredará una unidad de potencia, un régimen de filtración y una disciplina de gestión de fugas. Elija eléctrico y heredará un accionamiento, un controlador y un programa de movimiento que debe ponerse en funcionamiento y documentarse.

Los tres proporcionan un movimiento lineal fiable cuando se adaptan a la carga, el entorno y los requisitos de precisión. Los errores ocurren cuando una tecnología se elige por costumbre y no por aritmética. Dedique tiempo a analizar la fuerza, la tolerancia, el tiempo del ciclo, el medio ambiente y el costo total de instalación, clasifique las respuestas y la decisión generalmente se tomará por sí sola. Luego verifique los números una vez más con la presión de suministro real, los picos de carga reales y el rango de temperatura real, porque esas tres variables son donde la mayoría de las instalaciones fallan silenciosamente.