Un actuador lineal es un elemento de accionamiento que convierte el movimiento de rotación de un motor en un movimiento lineal de avance y retroceso y empuja o tira de una carga a lo largo de una distancia determinada. En el sector también se conoce como «pistón eléctrico».

En los solar trackers, el actuador lineal se utiliza para cambiar el ángulo de los paneles. Se emplea principalmente en sistemas de dos ejes para ajustar la inclinación del panel, es decir, el eje de elevación. En algunos diseños de un solo eje, hace girar el tubo de torsión mediante un mecanismo de palanca, orientando los paneles de este a oeste. A continuación puede descubrir cómo funciona el actuador, sus tipos, sus formas de utilización en solar trackers, sus diferencias respecto a los accionamientos con reductor y qué debe tener en cuenta al seleccionar uno.

¿Cómo funciona un actuador lineal?

Un actuador lineal eléctrico contiene varios componentes básicos conectados entre sí:

• Motor: Generalmente es un pequeño motor eléctrico que funciona con corriente continua (DC) y constituye la fuente del movimiento.
• Reductor: Reduce la elevada velocidad de rotación del motor y aumenta la fuerza.
• Husillo y tuerca: Es el mecanismo principal que transforma el movimiento rotatorio en movimiento lineal. A medida que gira el husillo, la tuerca avanza o retrocede.
• Vástago del pistón: Se extiende o retrae junto con la tuerca y empuja o tira de la carga.
• Finales de carrera: Detienen el motor en ambos extremos del recorrido para evitar que el mecanismo se someta a esfuerzos excesivos.
• Sensor de posición: Un sensor como un potenciómetro, sensor Hall o encoder comunica a la unidad de control la posición actual del pistón.

Cuando se invierte el sentido de giro del motor, el pistón se extiende o se retrae. La unidad de control gestiona este movimiento utilizando la información procedente del sensor de posición y detiene el pistón en el punto deseado. En los sistemas de seguimiento solar, este punto corresponde al ángulo del panel calculado según la posición actual del sol.

Tipos de actuadores lineales

Los actuadores lineales se dividen en tres grupos principales según la energía que utilizan para producir el movimiento:

• Actuadores eléctricos: Funcionan mediante un motor y un mecanismo de husillo. Son el tipo más utilizado en solar trackers porque su instalación y control son sencillos.
• Actuadores hidráulicos: Funcionan con aceite a presión y pueden generar fuerzas muy elevadas. Sin embargo, requieren mantenimiento de bombas, mangueras y sistemas de sellado.
• Actuadores neumáticos: Funcionan con aire comprimido. Son rápidos, pero necesitan equipos de control adicionales para detenerse con precisión en posiciones intermedias.

En los actuadores eléctricos, la diferencia más importante es el tipo de husillo utilizado. Esta elección determina la eficiencia del actuador y su capacidad para mantener la carga cuando se interrumpe el suministro eléctrico.

En los sistemas de seguimiento solar, los paneles se mueven en pequeños pasos durante el día, pero deben permanecer fijos en el mismo ángulo durante largos periodos bajo cargas de viento. Por ello, el autobloqueo constituye una ventaja importante. Si se utiliza un actuador con husillo de bolas, debe existir un mecanismo de frenado capaz de mantener la posición de forma segura.

¿Dónde se utiliza un actuador lineal en un solar tracker?

Existen dos formas principales de mover un panel en los sistemas de seguimiento solar: un accionamiento rotativo con reductor que produce movimiento de rotación y un actuador lineal que empuja y tira. Dependiendo de la geometría de la estructura, el actuador lineal desempeña dos funciones diferentes.

Ajuste de inclinación en sistemas de dos ejes

Un tracker de dos ejes sigue al sol tanto en su movimiento este-oeste durante el día como en su altura, que cambia según la estación. En los diseños habituales, el accionamiento rotativo con reductor situado sobre el poste hace girar el panel en dirección este-oeste (acimut). El actuador lineal instalado entre el poste y el soporte del panel se extiende y se retrae para ajustar la inclinación del panel (ángulo de elevación). Esta configuración permite controlar los dos movimientos de forma sencilla e independiente.

Mecanismo de palanca en sistemas de un eje

En algunos trackers de un eje, el actuador lineal gira el panel empujando o tirando de una palanca conectada al tubo de torsión. Como la palanca proporciona una ventaja mecánica al actuador, un motor relativamente pequeño puede mover una gran fila de paneles.

Este enfoque tiene una limitación: el ángulo de rotación está restringido por la geometría. Estudios académicos han analizado rangos de funcionamiento de aproximadamente ±60° para este tipo de sistemas. En un estudio que analiza el tema en profundidad, el autobloqueo y la alta capacidad de carga se mencionan entre las ventajas de los trackers con actuadores lineales. El rango de movimiento limitado y el consumo energético del motor se destacan como los principales aspectos que deben resolverse.

Hemos explicado las diferencias generales entre sistemas de uno y dos ejes en nuestro artículo sobre la diferencia entre solar trackers de un eje y de dos ejes.

¿Actuador lineal o accionamiento con reductor?

La elección del tipo de accionamiento correcto depende del rango de movimiento del sistema, la carga que debe soportar y las condiciones del emplazamiento. La siguiente tabla compara las dos soluciones de forma general:

En plantas solares terrestres con sistemas de un eje instalados en filas, los accionamientos con reductor que hacen girar directamente el tubo de torsión son una solución habitual. Por ejemplo, nuestro reductor ST7 para solar tracker de un eje se conecta directamente a perfiles de 120x120. También dispone de un tope mecánico que impide que los paneles superen un determinado ángulo en condiciones exigentes como el viento.

El actuador lineal, por otro lado, destaca en aplicaciones en las que el panel debe empujarse y tirarse de forma controlada alrededor de un eje. El pistón para solar tracker de la gama Remak Solar funciona entre el perfil portante y el poste principal, permitiendo que los paneles se muevan hasta el ángulo establecido de forma controlada y equilibrada. Puede consultar todos los productos en nuestra página de productos solar tracker.

¿Qué debe tener en cuenta al elegir un actuador lineal para un solar tracker?

No basta con fijarse únicamente en el valor de fuerza indicado en el catálogo. Para un actuador que deba funcionar de forma fiable durante muchos años en exteriores, deben evaluarse conjuntamente los siguientes criterios:

• Carga dinámica y estática: La fuerza que puede aplicar el actuador mientras se mueve y la carga que puede soportar cuando permanece detenido son diferentes. Dado que el viento carga principalmente el panel cuando está parado y no durante el movimiento, la capacidad de retención estática es al menos tan importante como la fuerza de empuje.
• Longitud de recorrido y puntos de conexión: El recorrido necesario se calcula según el rango angular deseado y la distancia de los puntos de conexión respecto al centro de rotación. Una palanca más corta proporciona un mayor ángulo con menos recorrido, pero aumenta la fuerza aplicada al actuador.
• Grado de protección: Como el actuador funcionará durante años bajo polvo, lluvia y sol, la carcasa y los elementos de sellado deben ser adecuados para exteriores. El grado de protección IP es el principal criterio que indica la resistencia al polvo y al agua.
• Ciclo de trabajo: Indica durante cuánto tiempo puede funcionar el actuador sin sobrecalentarse. Como los paneles se mueven a intervalos cortos durante el día, normalmente esto no supone un problema en los trackers. Sin embargo, deben tenerse en cuenta movimientos prolongados, como el paso a la posición de protección contra el viento.
• Realimentación de posición: Los sensores potenciométricos mantienen la información de posición incluso cuando se interrumpe el suministro eléctrico. Los sistemas con sensores Hall deben volver a un punto de referencia y recalibrarse después de una interrupción.
• Compatibilidad de tensión y control: La tensión de funcionamiento del actuador y la señal del sensor deben ser compatibles con el cuadro de control del sistema.

Hemos explicado detalladamente la lógica de control del sistema de seguimiento y cómo se determina la posición del sol en nuestra página de tecnología.

Preguntas frecuentes sobre actuadores lineales

¿Un actuador lineal y un pistón eléctrico son lo mismo?

En el uso cotidiano, normalmente se utilizan con el mismo significado. La expresión «pistón eléctrico» describe un actuador lineal accionado por motor. Los pistones hidráulicos y neumáticos también generan movimiento lineal, pero funcionan mediante presión de aceite o aire y requieren equipos adicionales como bombas o compresores.

¿Los paneles se caen si se corta la electricidad?

Los actuadores con husillo trapezoidal son autoblocantes, por lo que permanecen en su posición cuando se interrumpe el suministro eléctrico. En los modelos con husillo de bolas, esta función la realiza un mecanismo de freno. Un tracker correctamente diseñado incorpora además topes mecánicos. De este modo se evita que los paneles se muevan de forma descontrolada incluso si se produce un problema en el actuador.

¿Con qué voltaje funcionan los actuadores lineales?

La mayoría de los actuadores lineales eléctricos funcionan con corriente continua de 12 V o 24 V. Al seleccionar el actuador, su tensión debe evaluarse junto con la fuente de alimentación y el cuadro de control del sistema. En cables de gran longitud también debe tenerse en cuenta la caída de tensión.

¿Cómo se realiza el mantenimiento de un actuador que funciona en exteriores?

Durante las revisiones periódicas deben inspeccionarse los pasadores y articulaciones de conexión, la superficie del vástago, el fuelle antipolvo y las entradas de los cables. Los ruidos inusuales durante el funcionamiento, una reducción de la velocidad de movimiento o que el panel no alcance completamente el ángulo objetivo indican que el actuador debe revisarse. La calibración del sensor de posición también debe comprobarse periódicamente.

¿Por qué se utilizan más reductores en las grandes plantas solares?

En los sistemas de un eje instalados en largas filas, los paneles giran dentro de un amplio rango angular. Los accionamientos con reductor que hacen girar directamente el tubo de torsión pueden proporcionar este amplio ángulo sin depender de la geometría de una palanca. Los actuadores lineales, en cambio, resultan ventajosos en sistemas de dos ejes que requieren ajuste de inclinación y en diseños con palanca. Para conocer la estructura general del sistema, consulte nuestra página sobre sistemas de seguimiento solar.