Los actuadores son los que se encargan de mover la maquinaria en un amplio abanico de sectores, como la industria manufacturera, la robótica o los dispositivos médicos. El término «actuador» hace referencia, en general, a cualquier dispositivo que utilice energía eléctrica, hidráulica o neumática para desplazar piezas móviles. Se usan muchísimo en situaciones cotidianas, como en los mecanismos de apertura y cierre de las puertas automáticas o en las articulaciones de los brazos robóticos.Aunque se les llame a todos «actuadores», hay varios tipos, como los eléctricos, los neumáticos y los hidráulicos, y cada uno tiene un mecanismo y un ámbito de funcionamiento distintos.
En este artículo te explicamos de forma sistemática desde la definición básica de los actuadores hasta el funcionamiento de cada tipo y sus aplicaciones más habituales. También te resumimos los puntos clave para elegir el más adecuado según el uso, así que te servirá de referencia a la hora de diseñar productos o elegir componentes.
Definición y funcionamiento básico de un actuador
Los actuadores son dispositivos de accionamiento que se usan en sectores como la industria manufacturera, la robótica, los dispositivos médicos y la automoción. Tienen la función de convertir la energía que reciben en movimiento físico, y se incorporan como elementos imprescindibles para controlar el funcionamiento de todo tipo de máquinas.Por poner un ejemplo cercano, los actuadores se incorporan en el mecanismo de apertura y cierre de las puertas automáticas o en las articulaciones de los brazos robóticos, y se utilizan en un amplio abanico de situaciones, no solo en el ámbito industrial.
Para entender bien cómo funciona un actuador en su conjunto, primero tienes que conocer bien su definición y su función, y luego comprender de forma sistemática su estructura interna y los distintos tipos de funcionamiento.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- La función que desempeña el actuador
- Estructura básica que convierte la energía en movimiento
- Los tres movimientos que genera el actuador
A partir de aquí, vamos a repasar uno por uno la definición y la función de los actuadores, la relación entre la fuente de energía y el mecanismo de accionamiento, y los tres tipos de movimiento: lineal, rotativo y oscilante.
La función que desempeña el actuador
Un actuador es un dispositivo de accionamiento que convierte la energía o las señales que recibe del exterior en movimiento físico.En inglés se escribe «actuator», y en español se conoce como «dispositivo de accionamiento» o «dispositivo de accionamiento». Es la parte que realmente genera el «movimiento» en el interior de máquinas y robots. Su ámbito de aplicación abarca una amplia gama de campos, desde el transporte y posicionamiento de piezas en las líneas de producción de las fábricas hasta el control preciso del funcionamiento de dispositivos médicos.
Estructura básica para convertir la energía en movimiento
La estructura básica de un actuador, que convierte la energía en movimiento, se compone de dos elementos: la «fuente de energía» y el «mecanismo de accionamiento (mecanismo de transmisión)». La fuente de energía es la parte que transforma la energía en fuerza. En los actuadores eléctricos, la fuente de energía es el motor; en los neumáticos, el aire comprimido; y en los hidráulicos, la presión del aceite hidráulico. Por su parte, el mecanismo de accionamiento es la parte que transmite la fuerza generada por la fuente de energía al movimiento deseado, y los componentes de transmisión más comunes son los husillos de bolas, los husillos deslizantes, los engranajes y las correas.Por ejemplo, en los actuadores eléctricos, el movimiento deseado se consigue mediante un mecanismo que convierte la fuerza de rotación del motor en movimiento lineal mediante un husillo de bolas o que ajusta el par a través de engranajes.
Los tres movimientos que genera el actuador
Hay tres tipos de movimientos que generan los actuadores: el movimiento lineal, el movimiento giratorio y el movimiento oscilante. Las principales diferencias son las siguientes:
| Tipo de funcionamiento | Contenido | Ejemplos típicos de uso |
| Movimiento rectilíneo | Movimiento de vaivén en una sola dirección, como el de un pistón | Sistemas de transporte, prensas, elevadores |
| Movimiento giratorio | Movimiento de rotación continua alrededor del eje del motor | Accionamiento de bombas, ventiladores y lentes |
| Movimiento oscilante | Movimiento de rotación de ida y vuelta dentro de un rango de ángulos determinado | Apertura y cierre de válvulas, articulaciones de robots |
A la hora de plantearte la incorporación de un actuador, es importante elegir el tipo de movimiento que mejor se adapte a tu aplicación. En situaciones en las que hay que combinar movimiento lineal y rotatorio, a veces se controlan varios actuadores de forma sincronizada.
Principales tipos y características de los actuadores
Los actuadores se clasifican, a grandes rasgos, en tres tipos según su fuente de energía: los «actuadores eléctricos», que utilizan un motor eléctrico como fuente de energía; los «actuadores neumáticos», que funcionan con aire comprimido; y los «actuadores hidráulicos», que aprovechan la presión del aceite hidráulico.
Si comparamos las características de los tres tipos de actuadores, el resultado es el siguiente:
| Criterios de comparación | Eléctrico | Neumático | Hidráulico |
| Precisión de control | Alta (permite el posicionamiento en varios puntos) | Baja (se centra en el movimiento entre dos puntos) | Moderada (el control de empuje y velocidad es sencillo) |
| Potencia | Moderada | Moderado | Elevado |
| Velocidad de funcionamiento | De media a alta | Alta | De baja a media |
| Mantenimiento | Pocos | Poco | Hay que controlar el líquido de funcionamiento |
| Entorno de instalación | Gran versatilidad | Apto para entornos antiexplosivos y limpios | Es necesario tomar medidas contra las fugas de aceite |
Hay que comparar las ventajas y las limitaciones de cada sistema en función del uso y el entorno de instalación para elegir el sistema de accionamiento más adecuado.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Funcionamiento y características de los actuadores eléctricos
- Funcionamiento y características de los actuadores neumáticos
- Funcionamiento y características de los actuadores hidráulicos
A partir de aquí, te explicaremos el principio de funcionamiento y las ventajas de cada tipo, a la vez que te daremos información que te sirva para decidir cuál es el más adecuado según el uso que le vayas a dar.
Funcionamiento y características de los actuadores eléctricos
Un actuador eléctrico es un dispositivo de accionamiento que convierte el par de un motor eléctrico en movimiento lineal o giratorio a través de mecanismos de transmisión, como husillos de bolas o engranajes. Funciona transformando la energía eléctrica en energía mecánica. Estas son sus principales características:
[Características principales de los actuadores eléctricos]
- Control preciso de la posición, la velocidad y el par
- Compatibilidad con el posicionamiento en varios puntos
- La baja frecuencia de mantenimiento durante el funcionamiento normal
- Alta eficiencia en la conversión de energía
En aplicaciones en las que se requiere un posicionamiento preciso y un control preciso de la velocidad, a veces se utilizan actuadores eléctricos.
Funcionamiento y características de los actuadores neumáticos
Un actuador neumático es un dispositivo que utiliza el aire comprimido por un compresor como fuente de energía y que funciona gracias a la fuerza que empuja el pistón dentro del cilindro. También se conoce como cilindro neumático y está formado por componentes sencillos, como el tubo del cilindro, el pistón y el vástago del pistón.
Aunque permite un funcionamiento a alta velocidad, debido a las características de compresión del aire, no es adecuado para un posicionamiento preciso en posiciones intermedias. Es un sistema de accionamiento adecuado para patrones de movimiento sencillos, como desplazamientos rápidos entre dos puntos o movimientos de sujeción.
Funcionamiento y características de los actuadores hidráulicos
Un actuador hidráulico es un dispositivo que utiliza la presión del líquido hidráulico como fuente de energía para accionar un pistón; también se conoce como cilindro hidráulico. Su punto fuerte es que, a pesar de su reducido tamaño, es capaz de generar una gran fuerza y un gran par, por lo que se utiliza en sectores que requieren una gran fuerza de empuje, como la maquinaria de construcción, las prensas y las máquinas herramienta.
Usos habituales de los actuadores y aspectos clave para su selección
Los actuadores son fundamentales para la automatización en un amplio abanico de campos, desde las líneas de producción de las fábricas hasta los robots industriales y los dispositivos médicos. Sin embargo, como las prestaciones y las condiciones de instalación varían mucho según el uso, a la hora de instalarlos hay que analizar bien los requisitos y elegir el sistema más adecuado.En el caso concreto de los actuadores eléctricos, además de elegir el sistema de accionamiento, hay que tomar una decisión global que tenga en cuenta hasta las especificaciones de la fuente de alimentación.
Lo que vamos a explicar en esta sección
- Uso diferenciado según cada proceso en la línea de producción
- Ejemplos de uso en robótica y dispositivos médicos
- Aspectos que hay que tener en cuenta a la hora de elegir un actuador
A partir de aquí, te voy a explicar paso a paso los casos de uso en sectores industriales representativos y los criterios de evaluación que debes tener en cuenta a la hora de elegir.
Uso diferenciado según cada proceso en la línea de producción
En la línea de producción, se utilizan tanto actuadores eléctricos como neumáticos, según los requisitos de cada proceso. A continuación te mostramos los procesos más habituales y la combinación de actuadores más adecuada para cada uno.
[Principales procesos de aplicación en la línea de producción]
- Proceso de manipulación: se utiliza un sistema eléctrico para sujetar piezas de diversos tipos o que se deforman con facilidad
- Proceso de transporte: el sistema eléctrico es ideal para transportes que requieren un posicionamiento en varios puntos
- Proceso de sujeción: se utilizan cilindros neumáticos para realizar movimientos rápidos de sujeción entre dos puntos
- Proceso de inserción a presión: para las tareas de inserción a presión que requieren un control de la carga, se aplica un control de fuerza eléctrico.
Es importante elegir el sistema de accionamiento que mejor se adapte a las características del proceso.
Ejemplos de uso en robots y dispositivos médicos
Los robots industriales se definen en la norma JIS B 0134:2015: «Un robot es un manipulador multipropósito, controlado automáticamente y reprogramable, programable en tres o más ejes, que puede estar fijo en un lugar o disponer de capacidad de desplazamiento, y que se utiliza para aplicaciones de automatización industrial». Los actuadores son uno de los elementos que componen el manipulador.En algunos casos, los actuadores de las articulaciones de los robots deben ofrecer una capacidad de respuesta y unas características de giro que se adapten a cada aplicación. En el ámbito médico, hay diversos dispositivos, como los equipos de odontología o los endoscopios, que incorporan actuadores y motores, y en los que se exige un alto nivel de fiabilidad y precisión de funcionamiento de los motores.
Aspectos que hay que tener en cuenta a la hora de elegir un actuador
A la hora de elegir un actuador, hay que tener en cuenta varios criterios de forma global. Los principales criterios son los siguientes:
| Criterios de evaluación | Aspectos que hay que comprobar |
| Tipo de movimiento | ¿Necesitas movimiento lineal, giratorio o oscilante? |
| Empuje y par | La magnitud de la fuerza necesaria para mover un objeto |
| Velocidad de funcionamiento | Tiempo de ciclo requerido por el proceso o la aplicación |
| Precisión de posicionamiento | Rango de tolerancia de la posición de parada |
| Espacio de instalación | Dimensiones que se pueden integrar en la carcasa de los equipos o en el interior de los dispositivos |
| Condiciones de uso | Temperatura, humedad, requisitos de protección contra explosiones y grado de limpieza |
| Vida útil y durabilidad | Requisitos de tiempo de funcionamiento continuo y número de ciclos de funcionamiento |
En los actuadores eléctricos, las especificaciones del motor, que es la fuente de accionamiento, también son un factor a tener en cuenta. Hay que analizar las especificaciones teniendo en cuenta las características técnicas propias del motor, como un giro suave sin efecto de «cogging», el arranque a baja tensión o un diseño de bajo consumo.
Resumen
Los actuadores son dispositivos de accionamiento que convierten energía eléctrica, neumática o hidráulica en movimiento mecánico, y se utilizan en un amplio abanico de campos, como las líneas de producción del sector manufacturero, los robots industriales y los dispositivos médicos.Cada tipo —eléctrico, neumático e hidráulico— tiene sus propias ventajas y limitaciones, por lo que hay que elegir el más adecuado según requisitos como el tipo de funcionamiento, la fuerza de empuje, la velocidad, la precisión y el entorno de instalación. En el caso de los actuadores eléctricos, también hay que tener en cuenta las especificaciones del motor que los acciona.
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