Control de movimiento y automatización

¿De qué sirve integrar celdas de carga en un actuador?

Autor: Gabriela Torres

jun. 14, 2022


Anteriormente…

Te hemos hablado acerca de nuestra variedad de actuadores.

Te dimos a conocer todas las ventajas de la tecnología eléctrica para el funcionamiento de los actuadores.

También te platicamos acerca de la retroalimentación como parte del funcionamiento de un sistema de lazo cerrado.

Y no está por demás recordar que te hemos presentado nuestras alternativas para dispositivos de retroalimentación.


Eres un experto en proyectos de automatización y, por tanto, conoces perfectamente los componentes que complementan de forma exitosa las aplicaciones de alto rendimiento. Por ello, en esta ocasión te presentamos la solución publicada por EDrive en su sitio web.

Un proceso de automatización exitoso que incluye actuadores lineales puede incorporar retroalimentación de fuerza con el fin de lograr mayor precisión. El monitoreo de la fuerza puede mejorar los procesos de control porque ayuda a mantener una calidad consistente de los productos y a proteger al equipo clave del proceso de fabricación. Por ello, uno de los propósitos de este blog es presentar los métodos comunes para medir y monitorear las fuerzas ejercidas por los actuadores lineales; esto te permitirá observar cuál es la manera que mejor se adapta a tu búsqueda de componentes para automatización.

¿Es mejor calcular el torque del motor usando sus valores actuales, así como los valores de la producción constante, o bien, conviene medir las señales eléctricas de los transductores de las celdas de carga justo donde la carga es aplicada?

Si te encuentras en un proceso para cambiar el monitoreo de la corriente del motor (en sistemas de lazo abierto) a una medición de señales eléctricas de salida generadas por celdas de carga, te adelantamos que es fácil adaptar las celdas de carga (ubicadas en el extremo del vástago) en los cilindros eléctricos. Al realizar este cambio, es necesario tener en cuenta la alineación y el ajuste del actuador cuando la celda de carga ubicada en el extremo del vástago es agregada al ensamblaje. Así, los actuadores eléctricos con celdas internas de carga son una solución práctica que proporciona óptima alineación y agiliza la ruta de los cables desde el actuador hasta los controles.


¿Por qué es importante monitorear la retroalimentación de fuerza?

Control de procesos

Cuando se trata de automatización industrial, la retroalimentación de fuerza puede hacer la diferencia entre obtener un producto de alta calidad o artículos dañados. Las aplicaciones a menudo requieren actuadores para realizar la función de presionar o sostener de acuerdo con ciertos valores de fuerza prescritos.


Retroalimentación de fuerza
Actuadores con retroalimentación de fuerza


Pongamos por caso alguna situación en la que el actuador no ejerce la fuerza deseada; de ser así, el proceso establecido puede no completarse con éxito. Este ejemplo resulta aún más claro en aplicaciones de moldeo por inyección, en las cuales los actuadores lineales suelen emplearse como dispositivos de sujeción. En este sentido, la retroalimentación de fuerza precisa garantiza que las fuerzas objetivo sean alcanzadas, ni más ni menos, sobre los valores necesarios para obtener una producción impecable. Por el contrario, el incumplimiento de la fuerza requerida puede resultar en componentes fuera de tolerancia.

Mantener calidad consistente

Combinar la retroalimentación de fuerza con técnicas de control estadístico de procesos hace que los operadores puedan identificar cuándo un proceso se está alejando de la tendencia nominal y tomar acciones correctivas. Por ejemplo, imagina un proceso que debe mantener una fuerza prescrita para presionar un alfiler. El valor de fuerza que es anormal o que se aleja del valor nominal, probablemente, será un indicativo de que el artículo o la pieza involucrada en el proceso tiende a estar fuera de tolerancia. Así, la retroalimentación de fuerza permite a los operadores verificar las variaciones con el fin de realizar correcciones preventivas al proceso.

Protección del equipo

En ciertas aplicaciones, la protección de la maquinaria puede ser un motivo de preocupación, particularmente, en aplicaciones de carga en las que la falla del proceso puede resultar en daños irreparables al equipo, lesiones y periodos costosos de inactividad. Especialmente, los actuadores que pueden ejercer fuerzas de hasta 45 toneladas requieren protección contra sobrecarga; por lo tanto, monitorear la fuerza que ejercen mediante retroalimentación previene daños no solo para el producto, sino para el equipo.



Métodos comunes para monitorear la fuerza

Usar la corriente del motor para monitorear los valores de carga de salida

Un método común para determinar la fuerza aplicada en un actuador lineal electromecánico es realizar el cálculo con base en la corriente de entrada del motor. Este es un método rentable y conveniente porque normalmente no requiere equipo adicional, aunque tiene limitaciones. El proceso de este método para determinar la fuerza ejercida por un actuador comienza con el cálculo del par de salida del motor. Este valor se estima con la constante de par del motor y la corriente consumida por dicho motor; con dichas variables, se lleva a cabo la siguiente fórmula:


Kt: Nm/amperio Constante de par

T: Nm Torque del motor

A: amperios Corriente

T = Kt • A

*Para la variable Kt, los valores publicados por los fabricantes de motores pueden variar alrededor del +10 %.


Luego de determinar el par de salida del motor, la fuerza de salida del actuador se calcula de la siguiente forma:


T: Nm Torque del motor

L: mm Paso del tornillo

Ef: % Eficiencia del tornillo

Fuerza motriz = (2π • T • Ef)/L


Al utilizar este método debes considerar que los cálculos sugeridos asumen que el motor está directamente acoplado al tornillo de potencia; pero si el motor está conectado al tornillo mediante un reductor, entonces se vuelve necesario tener en cuenta cualquier ventaja mecánica, así como la correspondiente pérdida de eficiencia.

Ahora puedes darte cuenta de que, si bien es menos costoso y más conveniente usar la corriente del motor para extrapolar la fuerza ejercida por un actuador, el resultado debe considerarse solo como una estimación porque surge del cálculo a partir de valores teóricos; de esta forma:

● Los valores constantes del motor pueden variar ±10 % con respecto a los valores publicados.

● La supuesta eficiencia del tornillo actuador puede variar con el tiempo, debido al desgaste, desalineación y otros factores.


Da clic aquí para descargar el white paper de EDrive Force Feedback in Linear Actuators.


Uso de transductores en las celdas de carga para monitorear valores de salida

Usar celdas de carga para determinar la aplicación de la fuerza en los actuadores lineales accionados por tornillos es el método preferido debido a que permite medir las cargas en el actuador justo donde la fuerza es aplicada. Las celdas de carga colocadas directamente en línea con las fuerzas aplicadas convierten diminutas deformidades de los materiales en señales eléctricas de salida, cuyos valores son proporcionales a la carga real aplicada. Cuando las cargas se miden en el punto de aplicación, la precisión logra ser del ±1 %.

Las celdas de carga ubicadas en el extremo del vástago pueden ser adaptadas de forma sencilla a los actuadores. Al incorporar estas celdas de carga, es necesario prestar atención a la alineación de la celda y a la fuerza aplicada, pues, para garantizar una medición precisa, las fuerzas deben ser aplicadas axialmente a la celda de carga. Cualquier fuerza fuera del eje o transversal provoca que la celda de carga reporte lecturas incorrectas. Si dentro de este procedimiento existe desalineación severa, es probable que ocurran daños graves y permanentes en el equipo.


esquema de celda de carga
Esquema de celda de carga para los actuadores EDrive.


En este método, las celdas de carga son instaladas comúnmente entre la conexión del vástago del actuador y las herramientas aplicables, así que el espacio disponible para el actuador debe diseñarse con el fin de aceptar esta longitud adicional en el sistema. Además, el cable que lleva al controlador debe estar asegurado a lo largo de todo el rango de movimiento. En los sistemas de circuito cerrado, la retroalimentación de las celdas de carga es procesada mediante el controlador para ajustar continuamente la corriente suministrada al motor; esto permite tener la certeza de que el actuador ejerce la fuerza adecuada. En ese sentido, resta subrayar que, los sistemas de lazo cerrado con retroalimentación de fuerza pueden tener una precisión del ±1 % con respecto a la fuerza aplicada realmente. Esto representa una gran mejora en relación con la precisión de las cargas estimadas mediante valores extrapolados, pues la base de la medición son las fuerzas ejecutadas en sí mismas.


Celda interna de carga: ¡adquiere la mejor alternativa!

Luego de observar los beneficios implicados en el uso de celdas de carga como dispositivos de retroalimentación dentro de un sistema de lazo cerrado, EDrive decidió integrar esta solución en sus actuadores electromecánicos. Así, los actuadores de EDrive integran en una sola unidad las celdas de carga y, como tal, son capaces de medir la fuerza en ambas direcciones. La celda de carga de EDrive está diseñada de forma que registra únicamente las fuerzas que están axialmente alineadas con el solenoide; por lo tanto, las fuerzas transversales aplicadas en el extremo del vástago no se transmitirán a la celda. Esto asegura el grado más alto en cuanto a precisión.



Un diseño que integra por completo la celda de carga en el actuador, según lo ha planteado EDrive en sus componentes, conlleva diversas soluciones prácticas, tal como incluir un conector multipin estándar ubicado en el cuerpo del actuador. Esto elimina los problemas asociados con la gestión de los cables; asimismo, permite ofrecer una unidad más compacta y proteger la celda de carga del entorno operativo.

EDrive es fabricante exclusivo de actuadores que integran celdas de carga con la capacidad de ejercer retroalimentación de fuerza bidireccional. En otras palabras, el diseño de EDrive permite medir las fuerzas mientras el actuador se extiende o retrae. Como puedes ver, los actuadores con celdas de carga ofrecen ventajas competitivas. Si quieres sumar esta solución práctica y eficiente a tu proyecto o aplicación, no dudes en contactarnos. URANY es distribuidor autorizado de EDrive y cuenta con un equipo especializado en cálculo de aplicaciones para apoyarte con la selección del mejor componente.


¡URANY es tu aliado en transportadores, robótica, componentes de automatización y control de movimiento!

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