Electroválvulas vs Actuadores Lineales: Elegir el Control de Movimiento Correcto para Automatización Industrial

Las electroválvulas (solenoids) y actuadores lineales son dispositivos estándar para aplicaciones industriales. En su mayor parte, controlan el movimiento de mecanismos o sistemas que requieren automatización. Cuando se usan por un controlador principal con señal de retroalimentación, permiten movimiento controlado con precisión.

¿Qué es una Electroválvula (Solenoid)?

El término solenoide se refiere a un dispositivo en el sector industrial que requiere un campo magnético para operar. Incluye una bobina conductora por la que puede pasar corriente eléctrica. Al pasar la corriente por la bobina, se desarrolla un campo magnético, y un émbolo metálico dentro de la bobina se mueve bajo la fuerza del campo magnético.

Cuando la corriente se apaga, el campo magnético se vuelve cero. El émbolo ya no está bajo la fuerza del campo y puede moverse libremente. El émbolo está cargado con un muelle, que retrae el émbolo a su posición inicial bajo campo magnético cero.

¿Qué es un Actuador Lineal?

Un actuador lineal es un dispositivo que crea movimiento lineal de un conjunto mecánico adjunto, usualmente una varilla. El movimiento lineal se ejecuta con un motor integrado conectado a la varilla lineal a través de engranajes de diferentes tamaños y ratios. Al girar el motor, los engranajes convierten el movimiento rotacional en lineal.

Los actuadores lineales generalmente usan motores de corriente continua (CC) con escobillas o sin escobillas y una fuente de alimentación CC, como 12 VCC o 24 VCC. Sin embargo, no se requieren motores CC. Motores paso a paso e inducción también pueden mover actuadores lineales, según la carga y aplicación. La dirección del movimiento del actuador puede invertirse fácilmente invirtiendo los terminales de la fuente de alimentación.

Figura 1. Un actuador lineal. Imagen cortesía de Bola Systems.

Los actuadores lineales contienen sensores en ambos extremos (mínimo y máximo) para detectar el recorrido de la varilla en ambos extremos y, si es necesario, detener el movimiento adicional para prevenir daño a componentes internos. La velocidad del actuador no es rápida pero puede entregar potencia significativa. Por esto, los actuadores lineales se usan en aplicaciones que requieren movimiento contra elementos con peso. Algunos también incluyen señales de retroalimentación, indicando su límite de alcance.

La varilla lineal no puede moverse a su posición inicial cuando no hay corriente. En su lugar, requiere voltaje CC en polaridad opuesta para mover la varilla de vuelta a su posición inicial.

Comparando Electroválvulas y Actuadores Lineales

Veamos algunas similitudes y diferencias entre electroválvulas y actuadores lineales.

Similitudes

• Ambos dispositivos pueden activar o controlar otro conjunto mecánico o sistema.
• Ambos pueden entregar movimiento con fuerza, haciéndolos aptos para aplicaciones que requieren operación fuerte y estable.
• La salida de ambos es un movimiento lineal de una varilla metálica.
• Permanecen activados mientras el voltaje aplicado permanezca; la activación se detiene cuando el voltaje llega a cero.

Diferencias

Algunas áreas clave que distinguen electroválvulas y actuadores incluyen voltaje aplicado, dirección de movimiento y retroalimentación.

Voltaje Aplicado: Las electroválvulas requieren voltaje de corriente alterna (CA) para activación y movimiento porque usan campo magnético para operar, y solo el voltaje CA puede crear el campo magnético. Los actuadores lineales tienden a usar motores CC, que no operan con voltaje CA.

Dirección de Movimiento: Las electroválvulas solo pueden crear movimiento en una dirección. Cuando no hay voltaje aplicado, la fuerza se detiene y el émbolo permanece presente a menos que esté cargado con muelle para volver a su posición inicial.

Figura 2. Movimiento básico de un actuador lineal. Imagen cortesía de Bcraig15.

Los actuadores lineales pueden moverse tanto en dirección adelante como atrás. Se logra cambiando la polaridad del voltaje CC aplicado en los terminales del actuador. Esto permite controlar el conjunto adjunto en ambas direcciones. La posición del actuador permanece fija en su posición actual, incluso sin voltaje aplicado.

Retroalimentación (Feedback): Las electroválvulas no permiten rastrear la posición de la varilla ni implementar retroalimentación de posición porque el movimiento es en una sola etapa con posición máxima. En su lugar, la retroalimentación del conjunto mecánico adjunto externamente proporciona el estado de las electroválvulas y puede monitorearlas.

Los actuadores lineales pueden proporcionar retroalimentación directa sobre su movimiento basada en sus posiciones límite mínima y máxima. Todo el movimiento también puede rastrearse con sensores y circuitos de control externos. Versiones avanzadas también pueden tener funciones integradas de retroalimentación de posición sin componentes ni circuitos externos.

Aplicaciones Industriales de Electroválvulas y Actuadores Lineales

Electroválvulas

Válvulas: Las electroválvulas pueden usarse en combinación con válvulas, llamadas válvulas solenoides. Son comunes en aplicaciones industriales donde intervienen fluidos como agua y vapor. Encienden y apagan válvulas y proporcionan forma efectiva de conmutar suministro de fluido sin intervención humana.

Figura 3. Válvulas solenoides usadas para refrigeración industrial. Imagen cortesía de Danfoss.

Áreas comunes de aplicación para válvulas solenoides incluyen equipos para alimentación y bebidas, farmacéutica, HVAC y servicios públicos.

Contactores y Relés: La bobina de solenoide también se usa comúnmente en contactores y relés, usados en desarrollo de circuitos eléctricos y electrónicos. La bobina se conecta a los contactos y puede moverse para hacer o romper el contacto. La bobina se energiza y desenergiza con el voltaje de fuente externo, que usualmente viene del controlador principal o PLC.

En contactos normalmente abiertos (NA), los contactos se cierran cuando la bobina se energiza, conectando el voltaje de fuente a los contactos terminales. Similarmente, cuando las bobinas se desenergizan, los contactos se abren, desconectando el voltaje. En contactos normalmente cerrados (NC), ocurre lo opuesto.

Mecanismo de Bloqueo: Las bobinas de solenoide también pueden usarse como mecanismo de bloqueo en industrias manufactureras. La bobina activa un bloqueo cuando se energiza y desactiva cuando se desenergiza. Los mecanismos pueden emplearse en diferentes partes de máquinas para asegurar seguridad de producto o humana. Cuando la máquina está en operación, el bloqueo se activa y restringe acceso a partes móviles o peligrosas.

Por ejemplo, en cajas de paso usadas en industria farmacéutica, un mecanismo de bloqueo restringe la apertura de puertas por un período específico y previene la apertura simultánea de ambos lados.

Actuadores Lineales

Veamos algunas áreas de aplicación para actuadores lineales.

HVAC: Los actuadores lineales son parte integral de componentes HVAC, como unidades de manejo de aire (AHU), ya que la regulación requiere cambios en parámetros como velocidad del soplador y suministro de agua fría. Por ejemplo, en AHU, los actuadores abren y cierran compuertas de aire para controlar el flujo en la zona de suministro.

Máquinas de Empaquetado: Los actuadores lineales se usan en máquinas de empaquetado y están empezando a reemplazar sistemas neumáticos basados en carrera. Ejecutan muchas funciones, incluyendo inserción y encajado.

Los actuadores lineales se adaptan mejor a operaciones de empaquetado porque pueden ejecutar funciones con fuerza, permitiéndoles manejar elementos con peso. Su longitud de carrera puede variar según requisitos del paquete, permitiéndoles usar objetos de varias dimensiones y tamaños sin cambio de formato. Esto ayuda a usuarios a reducir tiempos de cambio y aumentar productividad. Otras ventajas incluyen fácil limpieza y mantenimiento.

El desarrollo de PLCs y sistemas de automatización ha permitido a fabricantes de máquinas ofrecer máquinas rentables y eficientes, contribuyendo al éxito general de todas las industrias. Sin embargo, los sistemas de automatización por sí solos no son suficientes. Requieren componentes mecánicos que actúen según requisitos del proceso, sean compatibles con un sistema de automatización y puedan comunicarse acorde.

Las electroválvulas y actuadores lineales son dos de muchos tales componentes mecánicos. Se usan en diversas industrias para entregar parámetros de proceso con el último sistema de automatización. Han permitido a fabricantes migrar a sistemas eficientes reemplazando componentes menos eficientes energéticamente y productivos.