Este documento describe diferentes tipos de actuadores eléctricos, incluyendo motores de corriente directa, servomotores y motores de corriente alterna. Explica cómo funcionan estos actuadores y cómo se pueden controlar mediante sistemas como Arduino. También cubre actuadores hidráulicos y neumáticos.

3. Transforman la energía eléctrica en energía mecánica, ya sea rotacional o
lineal. De los actuadores disponibles en el mercado, estos son los que se
usan con mayor frecuencia, ya que su fuente de alimentación es eléctrica. El
ejemplo más común son los motores eléctricos, es así que hablaremos de los
principales tipos de motores que entran dentro de esta clasificación
Actuadores Eléctricos
Dentro de los actuadores eléctricos pueden distinguirse tres tipos diferentes:
 Motores de corriente continua (DC). Servomotores
 Motores paso a paso
 Motores de corriente alterna (AC)

4. Motor de Corriente Directa
consta de:
 un rotor y
 un estator.
El rotor es la parte móvil que proporciona la fuerza que actúa
sobre la carga mecánica, mientras que el estator es la parte fija
que provee el magnetismo necesario para inducir la fuerza
electromotriz.
Una de las características principales de este tipo de motor
radica en que la velocidad de rotación es proporcional al
voltaje, mientras que el torque es proporcional a la corriente
que circula por su devanado
Son los más usados en la actualidad
debido a su facilidad de control. En este
caso, se utiliza en el propio motor un
sensor de posición (Encoder) para poder
realizar su control.

5. Los motores de DC están constituidos por dos
devanados internos, inductor e inducido, que se
alimentan con corriente continua:
 El inducido, también denominado devanado de excitación, esta situado
en el estator y crea un campo magnético de dirección fija, denominado
excitación.
 El inducido, situado en el rotor, hace girar al mismo debido a la fuerza de
Lorentz que aparece como combinación de la corriente circulante por él y
del campo magnético de excitación. Recibe la corriente del exterior a
través del colector de delgas, en el que se apoyan unas escobillas de
grafito.

6. DIrección de fuerzas en un motor de CD de imán permanente

7. Características
 Se conforman de básicamente de un rotor y un estator.
 Su velocidad es proporcional al voltaje aplicado.
 El torque es proporcional a la corriente que circula en su devanado.
 Requieren mantenimiento constante acorde a su utilización debido a el
desgaste de piezas como colectores y escobillas debido a la constante
fricción para generar el contacto eléctrico.
Comunicación:
Este tipo de motores no tiene tal cual una forma de comunicación
inteligente con el resto de un sistema programable, más que nada debido a
su construcción puramente analógica, sin embargo, en apoyo con otros
componentes como una placa en Arduino, pueden en su debido momento
comportarse inteligentemente.

8. Uso de motor CD con arduino
En este caso podemos observar un motor de corriente directa conectado a la
entrada digital núm. 4 de Arduino. De esta forma la comunicación es de una
sola vía, enviando señales intermitentes al motor (simplemente mandando
corriente eléctrica para cerrar el circuito y ponerlo en funcionamiento) para
hacerlo girar en intervalos de un segundo.

9. El servomotor es uno de los actuadores más usados en la integración de sistemas, en su
interior dispone de un motor con un reductor de velocidad y multiplicador de fuerza.

10. En tabla se muestran las características
principales de algunas marcas de
servomotores:

11. Funcionamiento del servomotor. Control PWM
La modulación por ancho de pulso. PWM (Pulse Width Modulation), es una
de las técnicas más empleadas para el control de servomotores.
Consiste en generar una onda cuadrada en la que se varía el tiempo que el
pulso está a nivel alto, manteniendo el mismo periodo, con el objetivo de
modificar la posición del eje según se desee.
Para la generación de una onda PWM en una tarjeta Arduino se dispone de
hardware específico. En Ia imagen siguiente se observa Ia modulación para
diferentes anchos de pulso que utiliza el servomotor.
PMW para recorrer todo el
rango de operación del
servomotor.

12. El servomotor tiene márgenes de
operación que se corresponden el ancho
del pulso máximo y mínimo. Los valores
más generales se corresponden con
pulsos de I ms y 2 ms de anchura, que
sitúan al motor en ambos extremos (0° y
180°). Es Importante hacer notar que valor
de 1.5 ms indica la posición central o
neutra (90°), mientras que otros valores
del pulso lo sitúan en posiciones
intermedias.
Tren de pulsos para
control de servomotor
servomotor

13. Para controlar un servomotor debe aplicarse un pulso de duración y
frecuencia específico. Por lo general, los servomotores disponen de tres
cables. dos para alimentación Vcc y GND (4.8 a 6V) y un tercero para aplicar
una secuencia de pulsos de control. Depende del ancho del pulso. El circuito
interno de control diferencial Ileva al servomotor a la posición indicada.
En la imagen siguiente se muestra un simulador ejecutando una
representación del uso de un servomotor, en este caso los cables rojo y negro
representan las conexiones a tierra y voltaje correspondientemente, el cable
amarillo representa el cable de comunicación, es decir aquel que recibe los
pulsos correspondientes de la placa de Arduino. En este caso el servomotor
moverá su eje desde los 0° hasta los 180° y viceversa respectivamente en
intervalos de 5 segundos.
Comunicación:

14. Simulación de uso de un servomotor con arduino.

15. Los motores de corriente alterna tienen una estructura y funcionamiento
similar a los motores de corriente directa, sin embargo una de las
principales diferencias es el uso de la corriente alterna como su fuente de
energía.
Su principal uso es en la industria y dado que la mayoría de las máquinas
utilizadas en están movidas por motores asíncronos alimentados por
corriente alterna trifásica, tocaremos rápidamente su acerca de estos tipos
de motores.
Motor de Corriente Alterna

16. Como toda máquina eléctrica, los motores asíncronos constan de
dos partes fundamentales y distintas:
 El estator.- Es la parte fija del motor. Está constituido por una carcasa en
la que está fijada una corona de chapas de acero al silicio provistas de
unas ranuras. Los bobinados de sección apropiada están dispuestos en
dichas ranuras formando las bobinas que se dispondrán en tantos circuitos
como fases tenga la red a la que se conectará la máquina.
 El rotor.- Es la parte móvil del motor. Está situado en el interior del estator
y consiste en un núcleo de chapas de acero al silicio apiladas que forman
un cilindro, en el interior del cual se dispone un bobinado eléctrico. Los
tipos más utilizados son:
 Rotor de jaula de ardilla.
 Rotor bobinado.

17. son dispositivos que
transforman el movimiento
rotativo a la entrada, en
un movimiento lineal en la
salida.
Los actuadores mecánicos son
aplicables para los campos donde se
requiera movimientos lineales tales
como: elevación, traslación y
posicionamiento lineal.
Dentro del campo de los actuadores
mecánicos existen dos tipos de movimiento:
 actuadores mecánicos/ lineales con
husillo traslante (serie ST, M tipo1) (B2
tipo1) y;
 actuadores mecánicos/ lineales con
husillo rotante. (serie SR, serie M tipo2)
(serie BL tipo2).

18. 2.2.1 Tipos.
Hidráulicos: son aquellos que se transmiten a través de líquidos cuando
son presionados. Por ejemplo una grúa o un volquete de carga pesada:
- Neumaticos: son aquellos que funcionan mediante la fuerza de aire
comprimido. Ej: lavacoches.

19. Cuando un proceso de automatización se realiza sin la intervención humana
decimos que se trata de un proceso automatizado. La automatización
permite la eliminación “total” o parcial de la intervención del hombre. Los
automatismos son dispositivos de realizar tareas sin la intervención humana.
Algunas máquinas coma las lavadoras tienen programadores y las ordenes
que proporcionan se llaman programas.
2.2.2 Funcionamiento.
2.2.3 Características.
Alta fiabilidad, simplicidad de utilización, mínima manutención, seguridad
y precisión de posicionamiento; irreversibilidad según el modelo de
aplicación, sincronismo de movimiento.

20. En el funcionamiento de los automatismos se caracteriza por tres fases:
 Entrada de datos u órdenes.
 control de actuadores.
 Realización de tareas concretas.
 Utilizan energía mecánica
 Utilizan tres movimientos:
 Elevación
 Traslación
 Posicionamiento línea

21. 2.2.4 Modo de comunicación.
Cuando aplicamos una fuerza sobre una superficie determinada decimos que
ejercemos presión. Cuando más grande sea la superficie sobre la cual
aplicamos la fuerza más pequeña será la presión que ejercemos encima, y
cuanto más pequeña sea la superficie mayor será la presión.
En el SI la fuerza se mide en Newtones y la superficie en m². El cociente entre
estas unidades nos da la unidad de presión, los Pascales. Pa= F/S.
En neumática el pascal resulta una unidad muy pequeña, por eso se utiliza un
Bar que es igual a 105 pascales. Otras unidades que se utilizan para medir la
presión son: atmósferas que equivalen a la presión atmosférica nivel del mar.

22. Los actuadores hidráulicos, que son los de mayor antigüedad, pueden
ser clasificados de acuerdo con la forma de operación, funcionan en base
a fluidos a presión.
Cilindro hidráulico: De acuerdo con su función podemos clasificar a los
cilindros hidráulicos en 2 tipos:
 Efecto simple: se utiliza fuerza hidráulica para empujar y una fuerza
externa, diferente, para contraer.

Acción u efecto doble: Se emplea la fuerza hidráulica para efectuar
ambas acciones.
2.3.1 Tipos.

23. Motor hidráulico: En los motores hidráulicos el movimiento rotatorio es
generado por la presión.
Estos motores los podemos clasificar en dos grandes grupos:
 El primero es uno de tipo rotatorio en el que los engranes son
accionados directamente por aceite a presión, y
 El segundo, de tipo oscilante, el movimiento rotatorio es generado por
la acción oscilatoria de un pistón o percutor; este tipo tiene mayor
demanda debido a su mayor eficiencia.
Motor hidráulico de oscilación: Tiene como función, el absorber un
determinado volumen de fluido a presión y devolverlo al circuito en el
momento que éste lo precise.

24. 2.3.2 Funcionamiento.
La misión de los actuadores es generar o transmitir movimiento a
piezas o elementos, previas órdenes dadas por la unidad de control
y mando. Los actuadores hidráulicos utilizan como energía aceites
minerales, que trabajan a presión entre 50 y 100 bares y que en
ocasiones pueden superar los 300 bares.
2.3.3 Características.
Las bombas hidráulicas son los elementos encargados de
impulsar el aceite o líquido hidráulico, transformando la energía
mecánica rotatoria en energía hidráulica.

25. 2.3.4 Modo de comunicación.
Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que
se necesita es potencia, y los neumáticos son simples
posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren demasiado
equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento
periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos
también son limitadas desde el punto de vista de precisión y
mantenimiento.