Tema 10 de la unidad IV del seminario ICI

1. Universidad de Oriente
Núcleo de Monagas
Ingeniería de Sistemas
Cursos Especiales de Grado
Área: Automatización y Control de Procesos Industriales
Instrumentación de Control Industrial
Maturín/Monagas/Venezuela
Unidad IV
ACTUADORES ELECTRICOS
Seminario: Instrumentación de Control Industrial
Equipo: ERP
Augusta J. López R. C.I.:19.853.249
Nicolás H. Mekari L. C.I.:20.915.259
Tutor: Ing. Edgar Goncalves
Maturín, Octubre 2014

2. CONTENIDO
INTRODUCCIÓN ................................................................................................................. 1
MARCO TEORICO .............................................................................................................. 2
Actuadores Eléctricos. Según Rafael Sánchez ........................................................... 2
1. Motores de corriente alterna. .............................................................................. 2
2. Motores de Corriente Continua. .......................................................................... 3
3. Motores Paso a Paso. .......................................................................................... 4
4. Servomotores......................................................................................................... 4
5. Motor Universal. .................................................................................................... 4
Partes más comunes en un actuador ........................................................................... 4
Sistema de "llave de seguridad":................................................................................ 4
Piñón con ranura........................................................................................................... 5
Cojinetes de empalme: ................................................................................................ 5
Muñoneras: .................................................................................................................... 5
Construcción:................................................................................................................. 5
Revestimiento:............................................................................................................... 5
Muñoneras radiales y de carga del piñón ................................................................. 5
Sellos del piñón - superior e inferior: ......................................................................... 5
Resortes indestructibles de seguridad en caso de falla: ........................................ 5
DISCUSIÓN .......................................................................................................................... 6
CONCLUSIÓN...................................................................................................................... 8
REFERENCIAS BIBLIOGAFICAS .................................................................................... 9
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3. INTRODUCCIÓN
Para que un sistema electrónico de control pueda controlar un proceso o producto
es necesario que pueda actuar sobre el mismo. Los dispositivos que realizan esta
función reciben diversos nombres, entre ellos: accionamientos y actuadores. Los
actuadores son elementos importantes en la industria ya que debido a ellos es
posible que los robots puedan realizar diversas tareas ya que su misión es generar
el movimiento de los elementos de estos según las órdenes dadas por una unidad
de control, cada uno de los sistemas presentan características, aplicaciones
ventajas y desventajas las cuales deben ser tomadas en cuenta para un
determinado fin. El actuador eléctrico presenta gran control, sencillez y precisión,
por tanto son los más utilizados en los robots industriales actuales. Es por ello que
a continuación se analizaran los conceptos y características relacionadas a los
actuadores eléctricos.
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4. MARCO TEORICO
Actuadores Eléctricos. Según Rafael Sánchez
Las características de control, sencillez y precisión de los accionamientos
eléctricos han hecho que sean los más usados en los robots industriales actuales.
Estos transforman la energía eléctrica en energía mecánica. Además son los más
extendidos y los que poseen un mayor campo de aplicación dada la fácil
disponibilidad de la energía eléctrica a través de las redes de distribución.
Cabe destacar que son altamente versátiles debido a que se utilizan cabes
eléctricos para transmitir señales de control y electricidad. Por lo que no hay
prácticamente restricciones respecto a la distancia entre la fuente de poder y el
actuador.
Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos
estandarizados según la aplicación. En muchos casos es necesario utilizar
reductores, debido que los motores son de operación continua.
Dentro de los actuadores eléctricos pueden distinguirse 5 tipos diferentes:
1. Motores de corriente alterna.
Son en general motores robustos sencillos, compactos y que necesitan poco
mantenimiento. Además suelen ser más baratos que los motores de corriente
continua para potencias equivalentes, se consideran los motores industriales
por excelencia.
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1.1. Monofásicos.
Este tipo de motores posee una fase y un neutro. Sirven únicamente para
potencias pequeñas o medias. Poseen inconveniente de necesitar un
arrancador. Pueden ser de dos tipos Síncronos y Asíncronos.
1.1.1. Monofásicos Síncronos.
Este tipo de motor trabaja siempre a velocidad fija aun cuando varíe la
carga.
Su velocidad de giro es constante, y viene determinada por la
frecuencia de la tensión de la red eléctrica a la que esté conectado y
por el número de pares de polos del motor, siendo conocida esa
velocidad como “velocidad de sincronismo”.
Los motores síncronos se utilizan en aquellas aplicaciones donde se
necesita mantener velocidad exacta (por ejemplos en temporizadores)
Presenta el problema de que necesitan un arrancador.
1.1.2. Monofásicos Asíncronos.
Son motores que trabajan bajo una velocidad aproximadamente fija,
aunque varíe la carga, ya que el punto de funcionamiento del motor se

5. encuentra en una zona en donde la curva es vertical. Son los motores
más ampliamente utilizados. Son similares a los motores trifásicos.
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1.2. Trifásicos.
Estos motores presentan las mismas características que los monofásicos,
con la única diferencia que se pueden poner en marcha sin necesidad de
un arrancador. Cabe destacar que estos se construyen para potencias
mayores.
2. Motores de Corriente Continua.
Estos motores son pesados, caros, y necesitan bastante mantenimiento,
debido al chisporroteo continuo de las escobillas, No obstante eran la mejor
opción para las aplicaciones que necesitaban controlar la velocidad y/o el para
hasta que se desarrolló el variador de frecuencias, aparato que subsana estas
carencias de los motores asíncronos.
También se utilizan en esos sitios en donde la alimentación proviene de una
batería. La velocidad es fácilmente ajustable poniendo únicamente un reóstato
(resistencia variable) en el inductor. El sentido de inducción se invierte
cambiando la polaridad del motor.
2.1. Bobinados en Derivación.
Este tipo de motores presentan la excitación bobinada en paralelo, por lo
que la caída de la tensión es la misma que la del motor. Pueden ser de dos
tipos: con escobillas o sin escobillas o brushless (en inglés).
2.1.1. Con escobillas.
Estos, presentan inconvenientes en cuanto al mantenimiento, ya que
las bobinas chisporrotean constantemente y se desgastan.
2.1.2. Sin escobillas.
Presentan un menor costo de mantenimiento al funcionar sin
escobillas. Se utilizan para aparatos tales como ventiladores.
2.2. Bobinados en Serie.
Este tipo de motores presenta la excitación bobinada en serie, por o que la
caída de la excitación no es fija. Al igual que los motores con excitación en
paralelo pueden ser con escobillas o sin escobillas. Su velocidad varia con
la carga ya que, su excitación se encuentra en serie.
2.3. Excitación independiente.
Este tipo de motores presenta la alimentación del devanado inductor
mediante una fuente de alimentación externa a la maquina. Por este
motivo, es muy fácil controlar su velocidad variando únicamente la
corriente de excitación. Con este tipo de motores se puede controlar la
velocidad del mismo incluso en lazo abierto.

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3. Motores Paso a Paso.
Son dispositivos electromagnéticos, rotativos, incrementales que convierten
pulsos digitales en rotación mecánica.
La cantidad de rotación es directamente proporcional a la cantidad de pulsos y
la velocidad de rotación es relativa a la frecuencia de dichos pulsos. Este tipo
de motores avanzan a impulsos un ángulo prefijado. Generalmente se utilizan
alimentados mediante un dispositivo programable que es el que le suministra
los impulsos. Mediante este tipo de motores se consigue un motor de posición
aceptable a bajo costo, siempre y cuando la inercia del sistema sea baja (el
sistema tarde poco en acelerar y frenarse).
Su uso más habitual es en aparatos de pequeña potencia, tales como
impresoras, escáneres, entre otros.
4. Servomotores.
Es un motor de corriente continua, que tiene la capacidad de ubicarse en
cualquier posición, dentro de su rango de operación y mantenerse estable en
dicha posición. Está conformado por un motor, una caja reductora y un circuito
de control. Los servos se utilizan constantemente en sistema de radiocontrol y
en robótica, pero sus usos no están limitados a estos.
El control de posición del motor se realiza en lazo cerrado, con lo que se
consigue un control de la posición muy preciso, con requisitos de
mantenimiento mínimos. Se utilizan en máquinas de precisión , tales como,
maquinas-herramientas, robots, impresoras, actuadores de control de
superficie de aeronaves, entre otros.
5. Motor Universal.
Sirven para pequeños electrodomésticos (pequeñas potencias), como
batidoras, entre otros. Donde se requiere gran velocidad con cargas débiles.
Se puede conectar tanto a corriente continua como a corriente alterna.
Estos motores tienen una ventaja, es que alcanza grandes velocidades con
poca fuerza. Además no están construidos para uso continuo o permanente.
Otra dificultad de motores universales en lo que en radio se refiere son a las
chispas del colector y las interferencias de radio que ellas llevan consigo o
ruido.
Partes más comunes en un actuador
Sistema de "llave de seguridad": Este método de llave de seguridad para la
retención de las tapas del actuador, usa una cinta cilíndrica flexible de acero
inoxidable en una ranura de deslizamiento labrada a máquina. Esto elimina la
concentración de esfuerzos causados por cargas centradas en los tornillos de las
tapas y helicoils. Las llaves de seguridad incrementan de gran forma la fuerza del
ensamblado del actuador y proveen un cierre de seguridad contra
desacoplamientos peligrosos.

7. Piñón con ranura: Esta ranura en la parte superior del piñón provee una
transmisión autocentrante, directa para indicadores de posición e interruptores de
posición, eliminando el uso de bridas de acoplamiento. (Bajo la norma Namur).
Cojinetes de empalme: Estos cojinetes de empalme barrenados y enroscados
sirven para simplificar el acoplamiento de accesorios a montar en la parte superior.
Pase de aire grande: Los conductos internos para el pasaje de aire extra grandes
permiten una operación rápida y evita el bloqueo de los mismos.
Muñoneras: Una muñonera de nuevo diseño y de máxima duración,
permanentemente lubricada, resistente a la corrosión y de fácil reemplazo,
extiende la vida del actuador en las aplicaciones más severas.
Construcción: Se debe proveer fuerza máxima contra abolladuras, choques y
fatiga. Su piñón y cremallera debe ser de gran calibre, debe ser labrado con
maquinaria de alta precisión, y elimina el juego para poder obtener posiciones
precisas. Ceramigard: Superficie fuerte, resistente a la corrosión, parecida a
cerámica. Protege todas las partes del actuador contra desgaste y corrosión.
Revestimiento: Un revestimiento doble, para proveer extra protección contra
ambientes agresivos. Acople: Acople o desacople de módulos de reposición por
resorte, o de seguridad en caso de falla de presión de aire. Tornillos de ajuste de
carrera: Provee ajustes para la rotación del piñón en ambas direcciones de viaje;
lo que es esencial para toda válvula de cuarto de vuelta.
Muñoneras radiales y de carga del piñón: Muñoneras reemplazables que
protegen contra cargas verticales. Muñoneras radiales soportan toda carga radial.
Sellos del piñón - superior e inferior: Los sellos del piñón están posicionados
para minimizar todo hueco posible, para proteger contra la corrosión.
Resortes indestructibles de seguridad en caso de falla: Estos resortes son
diseñados y fabricados para nunca fallar y posteriormente son protegidos contra la
corrosión. Los resortes son clasificados y asignados de forma particular para
compensar la pérdida de memoria a la cual está sujeta todo resorte; para una
verdadera confianza en caso de falla en el suministro de aire.
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Ventajas y desventajas
Ventajas: Estos actuadores son: Precisos, Fiables, Fácil control, Sencilla
instalación, y Silenciosos
Desventajas: Estos actuadores suelen tener Potencia limitada.

8. DISCUSIÓN
Es de saber que los actuadores eléctricos son dispositivos capaces de transformar
energía 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.
Sin embargo, los actuadores eléctricos son usados para manejar aparatos
mecatrónicos, como por ejemplo, en los robots. Los servomotores CA sin
escobillas se utilizaran en el futuro como actuadores de posicionamiento preciso
debido a la demanda de funcionamiento sin tantas horas de mantenimiento. Es de
acotar que los servomotores no son los únicos actuadores eléctricos.
Se puede decir que algunos autores solo prefieren clasificarlos en tres tipos, pero
según el profesor Rafael Sánchez en su guía de Ingeniería de máquinas los
clasifica en cinco tipos, que serían: los motores de corriente alterna que son
motores sencillos y de fácil uso, estos a su vez se dividen en, monofásicos y
trifásicos.
Otro actuador eléctrico seria Motores de Corriente Continua los cuales son mucho
más costosos y más complicado a la hora de hacer algún tipo de mantenimiento,
estos a su vez se clasifican en tres tipos que seria los bobinados en derivación y
bobinados en serie además de los de excitación independiente.
Seguidamente podemos mencionar a los otros tipos de actuadores eléctricos, en
este caso podemos mencionar los motores paso a paso pero es importante
mencionar que estos generalmente no han sido considerados dentro de los
accionamientos industriales, debido principalmente a que los pares para los que
estaban disponibles eran muy pequeños y los pasos entre posiciones
consecutivas eran grandes. En los últimos años se han mejorado notablemente
sus características técnicas, especialmente en lo relativo a su control, lo que ha
permitido fabricar motores paso a paso capaces de desarrollar pares suficientes
en pequeños pasos para su uso como accionamientos industriales.
Es importante mencionar que este tipo de motores no ha tenido aplicación en
robótica hasta hace unos años, debido fundamentalmente a la dificultad de su
control. Sin embargo, las mejoras que se han introducido en las maquinas
síncronas hacen que se presenten como un claro competidor de los motores de
corriente continua. Esto se debe principalmente a tres factores: la construcción de
los motores síncronos sin escobillas, el uso de convertidores estáticos que
permiten variar la frecuencia (y así la velocidad de giro) con facilidad y precisión y
el empleo de la microelectrónica, que permite una gran capacidad de control.
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9. Ahora bien los servomotores y a los motores universales son otros tipos de
actuadores eléctricos. Cabe destacar que cada uno de estos tienen características
pequeñas que los diferencian entre sí pero en general o de manera total cumplen
con las mismas funciones, y es el hecho de convertir o transformar energía
eléctrica en procesos mecánicos.
Gracias a esta característica importante son de mucha utilidad en el mundo
industrial ya que no se requiere o no existen ningún tipo de restricciones en cuanto
el actuador respecto a la fuente de poder.
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10. CONCLUSIÓN
La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los
actuadores hidráulicos y neumáticos, ya que sólo se 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 entra la fuente de poder y el actuador. Existe
una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos
estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario
utilizar reductores, debido a que los motores son de operación continua. La forma
más sencilla para el accionamiento con un pistón, sería la instalación de una
palanca solidaria a una bisagra adherida a una superficie paralela al eje del pistón
de accionamiento y a las entradas roscadas
Aunque los actuadores eléctricos pueden usarse como fuente de energía
(electricidad) están disponibles, hay muchas aplicaciones para las que es
particularmente conveniente. Por ejemplo, en muchas instalaciones remotas
puede ser impracticable hace funcionar la instalación con aire comprimido y
mantenerlo. Las conducciones pueden congelarse y hacer que el equipo se
obstruya y quede inoperativo o dañe instrumentos delicados. Si solo unos pocos
actuadores se instalan en un área, los actuadores eléctricos ofrecen un medio
simple de automatización de estos sistemas más pequeños.
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11. REFERENCIAS BIBLIOGAFICAS
Sanchez, R. Accionamientos y actuadores Eléctricos. [Documento en Línea]
(Consultado el 30 de octubre de 2014) Disponible en:
http://www.uhu.es/rafael.sanchez/ingenieriamaquinas/carpetaapuntes.htm/Apuntes
%20Tema%206%20nuevo%20formato.pdf
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