MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIRCUITOS ELECTROHIDRÁULICOS

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1 MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIRCUITOS ELECTROHIDRÁULICOS Página 1

2 UNIVERSIDAD VERACRUZANA FACULTAD DE INGENIERIA MANUAL DE PRÁCTICAS DE CIRCUITOS ELECTROHIDRÁULICOS MANUAL QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO ELECTRICISTA Presentan: DOMÍNGUEZ VALENZUELA JORGE LUIS SANTOS WILSON ALEXANDER Asesor: ING. JESUS JIMENEZ RIVERA Página 2

3 I. AGRADECIMIENTO DOMÍNGUEZ VALENZUELA JORGE LUIS A Dios. Que me dio la oportunidad de vivir y de regalarme una familia maravillosa. A mi madre. Que siempre estuvo alentándome tanto en los buenos y malos momentos de mi existencia. Gracias madre por darme una carrera para mi futuro y por creer en mí, la cual constituye la herencia más valiosa que pudiera recibir y que jamás existiría una forma de agradecer una vida de lucha, sacrificio y esfuerzo constante, solo deseo que entiendas que el logro mío, es el logro tuyo, que mi esfuerzo es inspirado en ti. Con admiración y respeto. A mis tíos. Como una muestra de mi cariño y agradecimiento, por todo el apoyo brindado y por que hoy veo llegar a su fin una de las metas de mi vida, les agradezco la orientación que siempre me han otorgado. Gracias. A mis tías. Porque gracias a su cariño, guía y apoyo he llegado a realizar uno de mis anhelos más grandes de mi vida, fruto del inmenso apoyo, amor y confianza que en mi se depositó y con los cuales he logrado terminar mis estudios profesionales que constituyen el legado más grande que pudiera recibir y por lo cual les viviré eternamente agradecido. Con cariño y respeto. A mis hermanos. Que son unos de mis más grandes pilares de mi vida ya que sin su apoyo, me hubiera sido muy difícil el llegar a la meta, ya que se necesita de fuerza, lucha y deseo, pero sobre todo apoyo como el que he recibido durante este tiempo. Ahora más que nunca se acredita mi cariño, admiración y respeto. Gracias. Página 3

4 SANTOS WILSON ALEXANDER A Dios. Porque gracias a Dios todo poderoso que nos ha conservado con vida, con salud, que nos dio inteligencia, nos ha guiado y cuidado. A mis Padres. Porque gracias a su apoyo y consejo he llegado a realizar la más grande de mis metas, la cual constituye la herencia más valiosa que pudiera recibir. A mis hermanos. Porque ellos fueron el pilar más grande para que yo no me pudiera caer y en los momentos difíciles de mi vida siempre estuvieron al pendiente de mí. A mi esposa. Dedico este trabajo a mi amada esposa, por su apoyo y ánimo que me brinda día con día para alcanzar nuevas metas, tanto profesionales como personales, por ser la fuente de mi inspiración y motivación para superarme cada día más y así poder luchar para que la vida nos depare un futuro mejor. Página 4

5 II. PREFACIO Los circuitos electrohidráulicos permiten darnos cuenta de las múltiples posibilidades que se alcanzan con su utilización y puede ser un punto de partida para comprender las maquinas mas complicadas. Estás máquinas pueden utilizar distintos tipos de aceites para trabajar, entre ellos destacan tres tipos, mezclas de aceites minerales, mezclas de agua-aceites y aceites sintéticos, además, estos tienen una doble función, aparte de generar potencia, también funcionan como lubricantes. La dirección electro-hidráulica o EHPS (Electro-Hydraulic Powered Steering) es una evolución de la dirección hidráulica. En vez de utilizar una bomba hidráulica conectada al motor utiliza un motor eléctrico para mover la bomba hidráulica. En la introducción de este tema, este manual presenta la estructura y el modo de funcionamiento de los componentes utilizados principalmente para desarrollar un sistema de control electrohidráulico. Los siguientes capítulos enfocan el aspecto de la realización de controles electrohidráulicos utilizando diversos ejemplos. Página 5

6 III. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA Debido a los avances tecnológicos que han ido evolucionando en el transcurso de los años, principalmente, en lo que respecta a los circuitos electrohidráulicos, la Universidad Veracruzana campus Coatzacoalcos lleva a cabo en la facultad de ingeniería un curso de circuitos electrohidráulicos; estos se llevaran a cabo en un tráiler equipado con sistemas para automatización comprado por la Universidad, a la empresa FESTO. Este recorrerá los diversos campis de la UV donde hay la carrera de Ing. Mecánica Eléctrica, de Ing. Química e Instrumentación Electrónica cada semestre, quedándose un periodo razonable para la realización de prácticas propias de cada especialidad. El objetivo es enseñarles a los estudiantes que están por concluir su carrera profesional, con el fin de que aprendan de forma práctica y fácil el funcionamiento de Automatización de Sistemas, a fin de salir mejor preparados para el ámbito profesional y laboral. Parte del equipamiento son los diversos dispositivos electrohidráulicos con los que cuenta. Este manual se elabora como apoyo a estos sistemas, con el cual el alumno comprenderá, visualizará y entenderá el funcionamiento de un circuito electrohidráulico así como también su simbología. Actualmente, los alumnos de la fac. De Ing. Mecánica Eléctrica de la Universidad Veracruzana no cuentan con un manual de prácticas de circuitos electrohidráulicos adecuados para el nivel y conocimiento para un estudiante de universidad, el cual esté diseñado para poder llevar a cabo las prácticas en el tiempo límite con el que cuentan los alumnos para el curso. Página 6

7 IV. DEFINICION DEL PROBLEMA El poco tiempo con el que se cuenta para la elaboración de las prácticas de circuitos electrohidráulicos justifica la elaboración de este manual, dado que los manuales provistos por la empresa FESTO están contemplados para que cualquier persona con escasos conocimientos de electrohidráulica pueda utilizarlo, por lo cual incluye prácticas innecesarias para los estudiantes de la carrera de ingeniería mecánica eléctrica los cuales cuentan ya con un conocimiento básico del uso de los sistemas electrohidráulicos. Por lo tanto, el manual de prácticas de FESTO no es el adecuado para los estudiantes de ingeniería mecánica eléctrica, no solo no es posible llevar a cabo todas las prácticas del manual en el tiempo previsto para el alumno, sino que además contiene prácticas innecesarias para el mismo. Al no haber el manual adecuado para los estudiantes de ingeniería mecánica eléctrica que defina como funcionan dichos circuitos de forma fácil y practica, Este manual se realizó para que los alumnos de la carrera de ingeniería mecánica eléctrica puedan comprenderlo con facilidad y que lleven al alumno a desarrollar circuitos electrohidráulicos a través del análisis de problemas o necesidades de una empresa. Así como para realizarlas en el tiempo con el que cuentan durante el semestre, utilizando todos los conocimientos adquiridos en semestres anteriores. Página 7

8 V. JUSTIFICACION El objetivo genérico de este manual de prácticas de electrohidráulica es facilitar a los estudiantes de ingeniería mecánica eléctrica la comprensión en un corto periodo las posibilidades, campos de aplicación y limitaciones de una tecnología de importancia creciente y que presenta infinidad de aplicaciones en la industria moderna así como también la familiarización con la nomenclatura y símbolos que se utilizan en la electrohidráulica y que son de suma importancia para la elaboración y funcionamiento de esté, con el objetivo de salir mejor preparados para el ámbito profesional y laboral. Página 8

9 VI. OBJETIVO Lograr que los educandos adquieran un conocimiento más amplio acerca de los circuitos electrohidráulicos. Dar a conocer los puntos más importantes y sobresalientes para su elaboración, así como también su funcionamiento de dicho manual y lograr que el estudiante adquiera los conocimientos básicos y pueda elaborar un circuito electrohidráulico con lógica cableada. Página 9

10 VII. DELIMITACIONES El presente manual facilita los fundamentos teóricos y prácticos, además de los conceptos básicos de la hidráulica y electrohidráulica, además se incluyen 6 prácticas desarrolladas de las cuales el alumno podrá seleccionar su material, realizar los diagramas de cableado y el funcionamiento de cada práctica. Además se incluyen referencias técnicas en cuanto a los componentes utilizados en dicha práctica así como también su simbología y su funcionamiento. Página 10

11 VIII. LIMITACIONES El laboratorio móvil FESTO cuenta con el equipo y complemento necesario para la realización de las prácticas de electrohidráulica, sin embargo deben ser realizadas en un periodo corto, el laboratorio no tiene la capacidad como para atender a un grupo numeroso, por lo cual el tiempo que pueden pasar los estudiantes en el mismo es muy limitado. Página 11

12 I. AGRADECIMIENTOS. 3 II. PREFACIO.. 5 III. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA.. 6 IV. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA.. 7 V. JUSTIFICACION.. 8 VI. OBJETIVO.. 9 VII. DELIMITACIONES.. 10 VIII. LIMITACIONES.. 11 ÍNDICE CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 1.1 Antecedentes Aplicaciones de la hidráulica Flujo Presión Relación entre flujo y presión Electrohidráulica Componentes Sistemas de control electrohidráulico Ventajas de los controles electrohidráulicos 30 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.1 válvulas hidráulicas simbología de las válvulas hidráulicas válvulas de uso común para el control de la velocidad válvulas reguladoras de caudal válvula de aguja válvula de retención válvula de compuerta válvula reguladora de presión válvula de secuencia válvula de seguridad válvula de tres vías válvula de cuatro vías dos posiciones válvula de cuatro vías tres posiciones Electroválvulas 50 Página 12

13 2.3.1 válvulas de cuatro vías, operadas 53 eléctricamente válvulas de cuatro vías, operadas por piloto hidráulico Tipos de Aceites utilizados Cilindros de simple efecto Cilindros de doble efecto control direccional de cilindros de doble efecto regeneración en circuitos hidráulicos Relevadores estados de control de un relevador Botoneras Fuente de alimentación Definición componentes de una fuente de alimentación Lógica cableada Circuitos electrohidráulicos Sensores características de un sensor sensor inductivo sensor capacitivo Sensor de proximidad óptico 95 CAPÍTULO 3. MEDICIÓN DE CIRCUITOS ELECTRICOS 3.1 Conceptos básicos Calibración de los medidores Tipos de instrumentos usados para medición de corriente eléctrica 98 CAPÍTULO 4. SIMULACIÓN CON EL PROGRAMA FLUIDSIM-H 4.1 Antecedentes Conceptos básicos Interfaz Barra de herramientas 105 Página 13

14 CAPÍTULO 5. PRÁCTICAS DE CIRCUITOS ELECTROHIDRÁULICOS Práctica 1. Práctica 2. Práctica 3. Práctica 4. Práctica 5. Práctica 6. Controla un pistón de doble efecto con una válvula de palanca 4/3 vías, centro a descarga. 107 Controla un pistón de doble efecto con una electroválvula de un accionamiento eléctrico 109 Controla un pistón de doble efecto con una válvula de un accionamiento eléctrico 111 Mando y control de posición del actuador 113 Mando y control electrohidráulico con temporización 115 Circuito automático con temporizador aplicado a PLC CONCLUSIÓN BIBLIOGRAFÍA ANEXO 123 Página 14

15 CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN 1.1 ANTECEDENTES Desde la creación el hombre ha estado empeñado en multiplicar su fuerza física. Inicialmente se asocio con otros para aplicar cada uno su fuerza individual a un solo objeto. Posteriormente un ilustre desconocido inventó la rueda y otros la palanca y la cuña. Con estos medios mecánicos se facilitaron enormemente las labores. Pronto estos elementos se combinaron y evolucionaron hasta convertirse en ingenios mecánicos muy diversos, que fueron utilizados en la construcción de los pueblos, en las guerras y en la preparación de la tierra. También el hombre al lado del desarrollo de los dispositivos mecánicos, empezó desde muy temprano la experimentación de la utilización de recursos naturales tan abundantes como el agua y el viento. Inicialmente se movilizo en los lagos y ríos utilizando los troncos de madera que flotaban. DANIEL BERNOULLI, , perteneció a una famosa familia suiza en la cual hubo once sabios celebres, la mayoría de ellos matemáticos o mecánicos. Gran parte de su trabajo se realizo en San Petersburgo, como miembro de la academia rusa de ciencias. En 1738 en su "Hidrodinámica", formulo la ley fundamental del movimiento de los fluidos que da la relación entre presión, velocidad y cabeza de fluido. LEONHARD EULER, , también suizo, desarrollo las ecuaciones diferenciales generales del flujo para los llamados fluidos ideales (no viscosos). Esto marco el principio de los métodos teóricos de análisis en la Mecánica de Fluidos. A Euler se le debe también la ecuación general del trabajo para todas las maquinas hidráulicas rotodinamicas (turbinas, bombas centrifugas, ventiladores, etc.), además de los fundamentos de la teoría de la flotación. Página 15

16 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN La palabra hidráulica viene del griego ὑ δϱ αυλικός (hydraulikós) que, a su vez, viene de ὕ δϱ αυλος, que significa "tubo de agua", palabra compuesta por ὕ δωϱ (agua) y αὐ λός (tubo). Aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería, usan dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua o aceite. La hidráulica es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los fluidos. La Hidráulica Son aquellas máquinas que usan fluidos para trabajar, usando mayormente áreas para moderar las potencias. Estás máquinas utilizan la incompresibilidad de los líquidos para generar grandes cantidades de potencia en muy poco tiempo. 1.2 APLICACIONES DE LA HIDRÁULICA Los sistemas hidráulicos se utilizan como un medio de transmisión de energía fácil y eficiente. La potencia se puede transmitir en varias direcciones. Se evita la necesidad de utilizar elementos mecánicos como ejes universales, engranajes y palancas La hidrostática se basa en el principio de que un liquido confinado bajo presión transmite energía en todas las direcciones de manera uniforme Página 16

17 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN La mayoría de las maquinas modernas utilizan sistemas hidrostáticos FLUJO Se refiere a la cantidad de líquido que circula por unidad de tiempo. Normalmente se expresa en galones por minuto (gpm) o litros por minuto PRESIÓN Es una medida de una fuerza aplicada por unidad de área. Normalmente se expresa en libras por pulgada cuadrada (psi) o newton por centímetro cuadrado (bar) Página 17

18 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN en un sistema hidráulico la presión indica la fuerza que esta actuando sobre cada pulgada cuadrada del mismo RELACION ENTRE FLUJO Y PRESIÓN Estos 2 pistones, conectados entre si están en equilibrio, tienen la misma área, el mismo peso del vástago y por lo tanto la misma cantidad de liquido. La presión es mínima debida al peso del vástago y del líquido. No hay flujo. Página 18

19 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN Cuando el pistón 2 baja, el 1 sube exactamente la misma distancia a la misma velocidad..hay flujo de aceite. No se desarrolla presión ya que la resistencia al flujo es mínima. Si se coloca un peso en cada uno de los pistones, se desarrollara una presión en el sistema. (presión = fuerza /área del pistón). Como los dos pesos son iguales no hay flujo. Al adicionar un pequeño peso al pistón 2, se desequilibra el sistema. Se produce flujo. Hay presión, debida a los pesos sobre los pistones. Página 19

20 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 1.3 ELECTROHIDRÁULICA Un sistema electrohidráulico es un conjunto de elementos que, dispuestos en forma adecuada y conveniente, producen energía electrohidráulica partiendo de otra fuente, que normalmente es electromecánica (motor eléctrico) o termo mecánica (motor de combustión interna). La energía entregada por los medios mencionados es receptada por los elementos del sistema, conducida, controlada y por ultimo transformada en energía mecánica por los actuadores. El fluido transmisor de esta energía es principalmente aceite, evidentemente no cualquier aceite, ya que debe poseer algunas características particulares. La energía electrohidráulica se genera de la siguiente manera. Se recibe energía electromecánica a través de la bomba de instalación, esta la impulsa obligándola a pasar por el circuito, hasta llegar a los puntos de utilización, ósea hasta los actuadores, encargados de transformar dicha energía en mecánica Podemos evidenciar tres grupos perfectamente localizados, a detallar: Sistema de impulsión y bombeo. Sistema intermedio compuesto por elementos de control, comando y conexiones. Actuadores y consumidores. Consideraciones sobre la potencia electrohidráulica. La transformación y distribución de la potencia electrohidráulica puede ser representada en un gráfico en el cual se hace un balance de las perdidas de cada bloque, y cuya suma hace a la perdida total. Página 20

21 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN BLOQUE A: GRUPO DE IMPULSIÓN Tiene como principal función el bombeo, este es encargado de transformar la potencia que recibe en energía electrohidráulica, que no se transmite en su totalidad, por ser la bomba un conjunto mecánico compuesto por una serie de elementos, logrados cada uno de ellos bajo tolerancias de fabricación, su rendimiento debe ser considerado y tiene una influencia Npa. BLOQUE B: CIRCUITO ELECTROHIDRÁULICO Incluye los elementos encargados de marcar el camino al aceite para llegar a los actuadores. Esta compuesto por tubería, accesorios, comandos, controles etc. este grupo produce una perdida de potencia Npb, ofreciendo resistencia al paso del aceite, que se denominan perdidas de carga y se traducen en perdidas de presión. Cada elemento cobra peaje al aceite y este lo paga con presión, presión que se pierde y no se dispone mas para su utilización convirtiéndose en perdidas de potencia para la instalación, sumándose ya a la perdida por la bomba GRUPO C: ACTUADORES DEL SISTEMA Las perdidas de potencia por la mínima razón que la bomba, son conjuntos mecánicos (ej. Un cilindro hidráulico hace uso de la presión para ejercer su trabajo. Npc es el tercer y ultimo término de la suma de perdidas, conformando el gasto total de la instalación Npt. Página 21

22 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN En sistemas bien concebidos, la potencia total Npt no debe superar la potencia instalada Ni, o potencia del motor que mueve la bomba. Npt = Npa + Npb + Npc = < 25% Ni Ni potencia instalada (electromecánica u otra). Nc potencia electrohidráulica real disponible. Npt potencia total perdida. Npa potencia perdida por impulsión. Npb potencia perdida por comando, control, tuberías. Npc potencia perdida por los actuadores. Los circuitos electrohidráulicos permite darnos cuenta de las múltiples posibilidades que se alcanzan con su utilización y puede ser un punto de partida para comprender las maquinas mas complicadas. Estás máquinas pueden utilizar distintos tipos de aceites para trabajar, entre ellos destacan tres tipos, mezclas de aceites minerales, mezclas de agua-aceites y aceites sintéticos, además, estos tienen una doble función, aparte de generar potencia, también funcionan como lubricantes COMPONENTES TANQUE Además de almacenar el líquido, el tanque es un disipador de calor. El tanque tiene unas láminas internas llamadas bafles, para evitar que el aceite caliente pase directamente a la salida. evitan el flujo turbulento lo cual mezclaría el aceite con aire (muy nocivo para los sistemas hidráulicos). Página 22

23 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN Normalmente tiene un filtro interno de malla para evitar que entren impurezas al sistema. Un tapón de llenado. Drenaje. Compuerta para limpieza. Medición de nivel. Un tanque puede ser despresurizado, en cuyo caso tiene un tapón ciego y un respiradero con filtro o puede ser presurizado en este caso no tiene respiradero, pero el tapón incluye 2 válvulas. Página 23

24 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN una válvula de alivio o de seguridad, para evitar que la presión dentro del tanque aumente por encima de un valor deseado. FILTROS Cumplen la importante función de evitar que penetren contaminantes dentro de los elementos del sistema. Las partículas son atrapadas en el elemento filtrante. Normalmente tienen una válvula de desvió (by pass) incorporada, para permitir el paso de aceite si el elemento se satura. Cumplen la importante función de evitar que penetren contaminantes dentro de los elementos del sistema. Los filtros se valoran de acuerdo con el flujo que pueden soportar. La presión que pueden soportar y el tamaño de partículas que pueden atrapar. El mantenimiento adecuado de los filtros es el factor mas importante para una larga vida de un sistema hidráulico. Página 24

25 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN BOMBAS Las bombas reciben el aceite del tanque y lo empujan hacia el sistema hidráulico. Hay varios tipos de bombas, la de la figura es una bomba de engranajes. Note que el recorrido del aceite es por la parte exterior de los engranajes BOMBA DE PALETAS En este caso el aceite es impulsado por unas paletas que giran con un rotor. El rotor gira dentro de una carcasa excéntrica lo cual hace que las cámaras entre las paletas y la carcasa disminuyan su volumen obligando al aceite a salir Página 25

26 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN BOMBA DE PISTONES AXIALES Funciona de manera similar a la bomba de paletas. Los pistones son empujados por la carcasa. El aceite es recibido y expulsado por orificios internos en el rotor. Una ventaja muy importante de este tipo de bombas es que al plato inclinable se le puede variar su ángulo. De esta manera se cambia el recorrido de los pistones y por lo tanto la cantidad de aceite que puede desplazar la bomba. Si el ángulo de inclinación se deja en 0 grados, la bomba no enviara flujo ya que los pistones no se desplazan a pesar de que la bomba este girando Página 26

27 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN ACUMULADORES Son una ayuda a la bomba en sistemas donde hay variaciones súbitas de carga (ej. martillos hidráulicos). Actúan como amortiguadores o como suplemento a la bomba. Cuando la carga aumenta, la presión generada llena el acumulador (vence el resorte). en este caso actúa como amortiguador. Si la carga baja, baja la presión y el acumulador ayuda a enviar aceite hacia la carga. (suplemento a la bomba) VALVULAS Se utilizan para controlar el flujo del aceite. para ilustrar su función, imagine un sistema bomba - cilindro con válvulas convencionales de compuerta. Se requerirían 5 válvulas de compuerta para controlar el flujo Con el cilindro quieto, la válvula 1 esta abierta permitiendo el paso de aceite de la bomba - tanque - bomba, las otras están cerradas Página 27

28 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN 1.4 SISTEMAS DE CONTROL ELECTROHIDRÁULICO Principios de Funcionamiento El principio de funcionamiento de un sistema hidráulico lo constituye la transformación de la energía mecánica de rotación de una bomba, en el movimiento de un fluido incompresible a presión, la cual se transforma a su vez en movimiento de las piezas del sistema hidráulico. El fundamento de la transmisión de presión en un fluido es la Ley Fundamental de la Hidrostática: La diferencia de presión entre 2 puntos de un líquido en equilibrio es proporcional a la densidad del líquido y al desnivel entre los puntos. Como consecuencia de lo anterior, el Principio de Pascal establece que: La presión aplicada a un fluido encerrado se transmite sin disminución a cada punto del fluido y de las paredes del recipiente f F a A p a P A Página 28

29 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN Un pistón de sección pequeña a, se utilizan para ejercer directamente una pequeña fuerza f sobre un líquido, tal como aceite. La presión P = f/a se transmite, a lo largo de un tubo, a un cilindro mayor provisto también de un pistón más ancho, de área A. p = f a, F = A a * f Puesto que la presión es la misma en ambos cilindros: Se concluye, por lo tanto, que la fuerza transmitida (F) es igual a la fuerza aplicada (f) multiplicada por un factor que relaciona las áreas (A/a). Componentes Generales Los sistemas hidráulicos modernos son mecanismos complejos en la mayoría de los casos, pero los principios básicos que los rigen son muy simples. 1.5 VENTAJAS DE LOS CONTROLES ELECTROHIDRÁULICOS Las partes principales son: DEPÓSITO Sirve para la reserva del fluido. Debe, además, tener las siguientes características: Fácil limpieza Suficiente capacidad. Amplia tubería de retorno. Página 29

30 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN Divisiones verticales con orificios en el fondo, para separar el fluido que regresa del que sale hacia la bomba. Filtración adecuada. BOMBA Es la unidad que suministra la potencia al sistema hidráulico. Los principales tipos de bomba utilizados para este sistema son: RECIPROCANTES (PISTÓN). Presentan las siguientes características Altas presión de trabajo Flujo intermitente. Trabajan bien en condiciones extremas de frío y calor. PIÑONES. Presentan las siguientes características: Su eficiencia depende mucho de las holguras entre piñones y entre éstos y la carcasa. Presión relativamente baja. Bajos caudales. Flujo intermitente. Compactos. Bajo costo. Pueden provocar incrementos de temperatura en los fluidos que manejan. CENTRÍFUGAS Tiene las siguientes características: No presenta intermitencias. No se dejan sobrecargar, ya que cuando la presión de descarga es superior a la generada por la bomba, el fluido no sale de la bomba sino que rota con las aletas. Presiones bajas. Altos caudales. Página 30

31 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN VÁLVULAS HIDRÁULICAS. Son los elementos más complejos del sistema. Estas, casi en su totalidad, están clasificadas en las siguientes categorías: Válvulas de control direccional. Válvulas de control de volumen. Válvulas de control de presión. El mismo fluido es generalmente el lubricante de las válvulas y también, como las bombas, las holguras son muy exactas, de ahí la importancia de que los fluidos sean limpios de materiales abrasivos y tengan adecuadas propiedades lubricantes. El control de las válvulas puede ser: Manual, mecánico, eléctrico, neumático o hidráulico. CILINDROS. El trabajo fundamental que cumple éste es convertir la presión de un fluido en fuerza mecánica para realizar un trabajo. Los cilindros se clasifican en dos tipos o categorías: De simple acción De doble acción DE SIMPLE ACCIÓN Se caracterizan por tener una sola lumbrera para admisión y escape del fluido; el movimiento de retorno del pistón a la posición inicial, lo realiza el propio peso de la carga cuando cesa el flujo a presión y se permite la salida del fluido. Página 31

32 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN Acción Simple Pistón Cilindro Lumbrera DE DOBLE ACCIÓN. Tiene 2 lumbreras, una de admisión y otra de escape del fluido. El pistón se desplaza movido por la presión del fluido y no por acción de la carga. Las lumbreras pueden en un caso admitir fluido a presión y en otro salir el fluido. Cilindro Pistón Lumbrer a Escape Lumbrer a Escape Doble Acción (Sencillo) Lumbrer a Admisió n Doble Acción (Diafragma) Lumbrer a Admisió n Página 32

33 CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN SELLOS Y EMPAQUES. Su función básica es evitar las fugas de fluido a presión en sitios que se comunican entre sí o con el exterior. En los sistemas hidráulicos, los sellos y empaques son piezas importantes sin las cuales ni los cilindros, bombas y válvulas, trabajan adecuadamente. MANGUERAS Y TUBERÍAS Los sistemas de conducción del fluido son esenciales para el buen funcionamiento del sistema hidráulico, ya que son los encargados de unir otros elementos del sistema. Deben, por lo tanto, estar a prueba de fugas y resistir la máxima presión, temperatura y vibraciones a que estén sometidas durante el trabajo. Su diseño debe evitar restricciones de flujo y turbulencias. Deben tener suficiente diámetro para transportar el máximo fluido de las bombas sin pérdidas excesivas por fricción o turbulencias. Los conductos hidráulicos pueden ser: tuberías, conductos cilíndricos y mangueras flexibles. Hidrostática. Ciencia y tecnología que trata de las leyes que rigen las condiciones de equilibrio de los líquidos y la distribución de la presión. Página 33

34 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.1 VÁLVULAS HIDRÁULICAS. VÁLVULA Una válvula es un dispositivo mecánico con el cual se puede iniciar, detener o regular la circulación (paso) de líquidos o gases mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye en forma parcial uno o más orificios o conductos VÁLVULAS HIDRÁULICAS La válvula de control tiene recuadros (cuadrados) que representan las posiciones del carrete de la válvula. Hay un recuadro separado para cada posición de la válvula y dentro de estos recuadros se incluyen flechas que indican las rutas del flujo cuando se cambia la válvula a esa posición. Todas las conexiones de los puertos están incluidas en el recuadro que muestra la posición neutra de la válvula. Se puede visualizar mentalmente la función de la válvula en cualquier posición. Una válvula que tiene líneas paralelas fuera de los recuadros de la válvula indica que esta válvula puede tener posicionamiento infinito. Por lo general esta válvula se opera en las posiciones que se muestran. Un ejemplo de este tipo de válvula sería la válvula de prioridad de flujo o la válvula reguladora de presión. Página 34

35 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS SIMBOLOGÍA DE LAS VÁLVULAS HIDRÁULICAS Una válvula se simboliza por cuadros que representan estados de conmutación: Un circuito de conmutación estará compuesto por una serie de contactos que representarán las variables lógicas de entrada y una o varias cargas que representarán las variables lógicas o funciones de salida. Los contactos pueden ser normalmente abiertos (NA) o normalmente cerrados (NC). Los primeros permanecerán abiertos mientras no se actúe sobre ellos (por ejemplo al pulsar sobre un interruptor, saturar un transistor, etc.). Los contactos NC funcionarán justamente al contrario. Esto significa que si se actúa sobre un contacto NA se cerrará y si se hace sobre uno NC se abrirá. La posición de paso abierto para una válvula se representa por medio de una flecha de un extremo a otro del cuadrado. La posición de bloqueo de flujo se muestra por una línea cortada, esto simboliza la interrupción de flujo. Página 35

36 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Las conexiones se agregan con pequeñas líneas en los costados de los rectángulos. SIMBOLOS MÁS COMUNES Válvula 2 vías 2 posiciones (2/2) normalmente cerrada Válvula 2 vías 2 posiciones (2/2) normalmente abierta Válvula 3 vías 2 posiciones (3/2) normalmente cerrada Válvula 3 vías 2 posiciones (3/2) normalmente abierta Válvula 3 vías 3 posiciones (3/3) con centro bloqueado C Válvula 4 vías 2 posiciones (4/2) Válvula 4 vías 3 posiciones (3/3) con centro bloqueado Página 36

37 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.2 VÁLVULAS DE USO COMÚN PARA EL CONTROL DE LA VELOCIDAD VÁLVULAS REGULADORAS DE CAUDAL Las aplicaciones de los reguladores de caudal (también reguladores de flujo) no están limitadas a la reducción de la velocidad de los cilindros o actuadores en general, pues además tienen gran aplicación en accionamientos retardados, temporizaciones, impulsos, etc. Los reguladores de caudal pueden ser unidireccionales y bidireccionales. En los reguladores bidireccionales el flujo es regulado en cualquiera de las dos direcciones. Tienen su principal aplicación cuando se precisa idéntica velocidad en uno y otro sentido del fluido. Hay otros casos en los que se precisa que la vena fluida sea susceptible de regularse en una dirección, pero que quede libre de regulación en la dirección contraria. En estos casos se recurre al empleo de reguladores de caudal unidireccionales. Las válvulas reguladoras bidireccionales, representan en palabras simples, una estrangulación en el conducto por el cual fluye el fluido, con lo cual se le restringe el paso, sin embargo la válvula de regulación unidireccional, está constituida a su vez, por otras dos válvulas; una de retención y otra que permite regular el caudal VÁLVULA DE AGUJA En la Fig. Observamos una válvula de aguja. Después de entrar en el cuerpo de una válvula de aguja, el flujo gira 90 y pasa a través de una abertura que es el asiento de la punta cónica de una barra cilíndrica. En este caso el tamaño del orificio se regula variando la posición relativa de la punta cónica respecto a su asiento. Página 37

38 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS El tamaño del agujero se puede variar de manera muy gradual gracias a un tornillo de paso muy pequeño que tiene el vástago de la válvula, y a la forma de cono que tiene la punta de la barra cilíndrica. La válvula de aguja es el orificio variable que se usa con mayor frecuencia en los sistemas industriales. Otros tipos de válvulas como la de globo, esclusa, de tapón, de esfera, pueden ser utilizadas para comprobar el flujo, si bien la válvula de aguja es preferible por su mejor control de calidad. Es aplicable tanto en circuito de alta o baja presión con un costo relativamente reducido VÁLVULA DE RETENCIÓN (CHECK, CLAPET, DE BLOQUEO O ANTIRRETORNO) Es una válvula que permite la circulación del fluido en un solo sentido, en la dirección contraria se cierra impidiendo el paso. La obturación del paso puede lograrse con una bola, disco, cono, etc., impulsada por la propia presión de trabajo o bien con la ayuda complementaria de un muelle. En la Fig. Observamos otro diseño de válvula de control de flujo no compensada. Esta válvula cuyo corte vemos en la figura, ajusta el valor del flujo mediante la acción del volante permitiendo el flujo libre en la dirección opuesta. Página 38

39 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS En la dirección del flujo libre del fluido empuja el resorte que carga la clapeta pasando libremente en el sentido controlado, la clapeta se encuentra cerrada contra el vástago ajustable, quién con su posición determina el tamaño de orificio de control. Este sistema de válvula de control no es adecuado para flujos pequeños. En la Fig. 5.36A observamos una válvula de control de flujo sin regulación. Consta de una simple válvula de retención cuya clapeta tiene un orificio de restricción fija, Cuando el flujo en la dirección controlada ingresa a la válvula su valor de pasaje queda determinado por el orificio de restricción. En la dirección opuesta el aceite al ingresar empuja la clapeta venciendo la tensión del resorte y pasa libremente hacía la salida. Página 39

40 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS VÁLVULA DE COMPUERTA La trayectoria que sigue el flujo cuando atraviesa por una válvula de compuerta siempre es recta y pasa justo por el centro de ésta. El tamaño del orificio se modifica haciendo girar el vástago de la válvula, acción que mueve una compuerta o cuña que se interpone en la trayectoria del flujo. Las válvulas de compuerta no están diseñadas para regular caudal, pero se les usa con este fin cuando sólo se requiere una regulación gruesa del caudal VÁLVULA REGULADORA DE PRESIÓN Una válvula reguladora de presión tiene por misión mantener en línea el sistema un valor de presión constante, aún si la red de alimentación tiene presiones de valor oscilante y consumos variables. Página 40

41 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Campo de aplicación Alimentación centralizada de instalaciones de aire comprimido. Unidad de mantenimiento de un sistema. Regulación de fuerzas en cilindros. Regulación de los torques en motores. En todos los lugares donde se re quiera una presión constante para realizar un trabajo seguro y confiable. Un regulador de presión funciona en un solo sentido, debe prestarse atención a una conexión correcta VÁLVULA DE SECUENCIA Una válvula de secuencia tiene por función, luego de alcanzar cierta presión entregar una señal de salida. Esta señal de salida puede estar dentro del campo de las presiones bajas o normales, y también puede ser eléctrica. La presión de respuesta de una válvula de secuencia, generalmente es regulable. Página 41

42 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS VÁLVULA DE SEGURIDAD Existe una verdadera confusión con la válvula de seguridad, de descarga, de alivio, limitadora, sobrepresión, etc. Esto es debido a que cada fabricante las nombra de una manera y, aunque en realidad las válvulas tienen diferente nombre, éstas son las mismas. La válvula de seguridad es el elemento indispensable en las instalaciones hidráulicas y es el aparato que más cerca debe ponerse de la bomba, su misión es limitar la presión máxima del circuito para proteger a los elementos de la instalación. Esta válvula, también conocida como VLP, actúa cuando se alcanza el valor de la presión regulada en el resorte. Página 42

43 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS VÁLVULA DE TRES VÍAS. Esta es la primera de las válvulas que cambia la orientación de la corriente del fluido. En esta válvula como su nombre lo indica, hay tres bocas de conexión o "puertas", la primera por donde entra la presión desde la bomba, la segunda que se comunica con el cilindro hidráulico y la tercera que es la conexión hacia el tanque o retorno. En la fig. se muestra un corte de una válvula de tres vías en las dos posiciones en que aquella trabaja como A y B, en una de esas posiciones la corredera o husillo permite comunicar la puerta de entrada de presión con la salida del cilindro, mientras bloquea el retorno al tanque, en la segunda posición, o sea con la corredera situada en el otro extremo la misma bloquea ahora la entrada de presión y conecta el retorno a tanque con el cilindro. En una válvula de dos posiciones, una de ellas se logra mediante un resorte que mantiene la corredera en una posición extrema, la posición se logra por una señal de mando, que puede ser, manual, mecánica, eléctrica o por piloto hidráulico o neumático, que al producirse provocan el deslizamiento del husillo al lado opuesto, venciendo la tensión del resorte al comprimirlo. Página 43

44 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Esta válvula se emplea para controlar el accionamiento de cilindros de simple efecto, cuyo retorno se efectúa por la acción de un resorte a cargas exteriores que no requiere retorno hidráulico VÁLVULAS DE CUATRO VÍAS DOS POSICIONES. Cuando se trata de gobernar cilindros hidráulicos de doble efecto, o motores hidráulicos que requieren control direccional de flujo en ambos sentidos de circulación, debe aplicarse una válvula de cuatro vías. En esta unidad existen cuatro bocas de conexión, la primera conectada a la entrada de presión, la segunda conectada al tanque y las dos restantes conectadas respectivamente a ambas caras del cilindro de doble efecto que deben gobernar. En la válvula de cuatro vías, dos posiciones, como su nombre lo indica, la corredera o husillo estará únicamente situado en cualquiera de ambas posiciones extremas, vale decir, a un lado o al otro. Cuando la válvula no este actuada, la presión P se comunica con la cara 1 del cilindro mientras que la cara 2 se encuentran conectada a la descarga del tanque T. Al invertir la posición del husillo, tal como observamos en la fig. 7.2, también se invierten las conexiones y ahora la presión P está conectada a la cara 2 del cilindro mientras que la 1 se conecta a la descarga T. Página 44

45 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS En la Fig. Se ve el corte esquemático de una válvula de cuatro vías, dos posiciones, mostrándose el conexionado interno del cuerpo. Para el dibujo de los circuitos hidráulicos, y permitir su fácil lectura, se ha adoptado un sistema de símbolos de acuerdo a lo indicado por el USA Standard Institute ( conocido como USASI). Los esquemas propuestos par este instituto difieren ligeramente de los propuestos por el Joint Industrial Comitee, conocido como JIG. En la Fig. Se ve claramente como se genera la simbología para representar a una válvula de cuatro vías, dos posiciones. En la parte A se muestra el corte esquemático de la válvula con su corredera en sus posiciones a toda derecha y toda izquierda respectivamente. En la parte B la figura muestra mediante la representación simbólica el conexionado que se opera en el interior del cuerpo de la válvula, al cambiar la corredera de posición dibujando dos cuadros que al anexionarse como se muestra en la parte C del mismo dibujo, nos representan a la válvula con sus dos conexionados posibles. Para completar el símbolo, otros pequeños rectángulos se dibujan en cada costado con el fin de indicar el tipo de comando empleado para gobernar la válvula. Página 45

46 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS VÁLVULA DE CUATRO VÍAS TRES POSICIONES Este es el tipo más popular y más conocido de válvulas de cuatro vías.aquí, la corredera, aparte de tener dos posiciones extremas, también puede permanecer detenida en el centro mismo del cuerpo de la válvula, mediante un sistema de centrado por resorte o retención de bolilla u otro medio de retención mecánica. Símbolo gráfico completo de una válvula de cuatro vías accionada a doble solenoide y centrada por medio de resortes. tres posiciones, En este tipo de válvula, cuando la misma NO ESTA ACTUADA, la corredera se encuentra situada en su posición central. Al actuarse sobre la válvula el mando correspondiente a un extremo y al otro, la corredera se deslizará en un sentido o en el otro. Es necesario destacar que el sistema de conexionado de las bocas o " puertas" de la válvula de cuatro vías en el cuerpo de la misma es SIEMPRE EL MISMO cualquiera sea el fabricante que la manufactura. Página 46

47 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Las puertas vienen marcadas siempre P T A y B. El símbolo de esta válvula es esencialmente idéntico al símbolo de una válvula de cuatro vías, dos posiciones con la salvedad que se ha adicionado un tercer cuadrado entre los otros dos, y por tal razón al encontrarse en una posición central simboliza la posición central de la corredera, que es la TERCERA posición. Además, el símbolo se completa adicionando en ambos extremos los rectángulos correspondientes para señalar que tipo de actuación se emplea para gobernar la válvula, 1) Todas las conexiones de un bloque, símbolo hacia el circuito externo deberá ser hecha de manera que solamente un bloque del diagrama de la válvula, como se ve en la Fig. A este conectada al circuito. Es incorrecto dibujar algunas de las líneas a un bloque y otras en el otro, como se indica en la Fig. C. 2) Se observará que un bloque de flechas, que indican los conexionados internos de la válvula son dos rectas paralelas, ese bloque indica el conexionado de la válvula NO ACTUADA o si es de solenoide, con el mismo DESENERGIZADO. Por tal razón, el otro bloque muestra las flechas cruzadas y representa las conexiones internas de la válvula cuando la misma ha sido energizada o está actuada. Esto es absolutamente valido tanto para las válvulas de tres y cuatro vías, que sean de DOS POSICIONES, Página 47

48 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 3) Cuando se trata de una válvula de cuatro vías, tres posiciones, o sea que tiene la corredera deslizante una posición central, que corresponde a la válvula NO ACTUADA, el bloque central muestra el conexionado interno del cuerpo de la válvula. 4) En una válvula de dos posiciones las líneas de conexión deberán ir al bloque más alejado del actuador, para mostrar la condición que no ESTA ACTUADA, el uso correcto está dibujado en la Fig. A, mientras que la incorrecto se muestra en la Fig. B Y C. 5) La válvula puede dibujarse con las conexiones de línea cuando la misma se encuentra actuada, PERO SOLAMENTE EN CASO QUE HAYA UNA CONDICIÓN ESPECIAL PARA ELLO. 6) Dijimos que el punto 4) que en una válvula de dos posiciones, ya fuera de tres o cuatro vías el bloque correspondiente a la válvula no actuada es el más alejado del actuador. Inversamente; el bloque correspondiente a la válvula ACTUADA es el más alejado del resorte antagonista. Esto significa que el bloque que, en un momento determinado este actuando es el inmediatamente adyacente al símbolo que represente la acción motora. Así entonces cuando la válvula está NO ACTUADA, o sea que está actuando el resorte antagonista, el bloque que representa tal condición es el adyacente al resorte. Por otra parte cuando la válvula esta en situación ACTUADA, el bloque que representa a tal condición es el adyacente al actuador. 7) Por tal motivo, en la válvula de cuatro vías, de tres posiciones, centrada por resortes, no importa el medio empleado para accionarla, el bloque central representa el conexionado de la misma cuando se encuentra DESENERGIZADA, y cada uno de los bloques laterales representará el conexionado cuando actúa el actuador inmediatamente adyacente al bloque considerado. Página 48

49 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.3 ELECTROVÁLVULAS La válvula de solenoide eléctrica funciona al suministrar corriente eléctrica al imán de la bobina, el campo magnético mueve el cuerpo de cilindro deslizante de la válvula, el cual dirige el aceite. Cabe recordar que la única diferencia entre una válvula hidráulica / eléctrica y una válvula hidráulica ordinaria es la forma en que se mueve el cuerpo de cilindro. Las válvulas de solenoide constan de una válvula de cartucho y una de solenoide. Para desarmar la válvula quite el conjunto de la válvula solenoide y luego destornille cuidadosamente el cuerpo de la válvula. Los anillos O y los sellos deberían ser reemplazados cada vez que se retire o reemplace el cuerpo de la válvula. Página 49

50 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS En el interior de la válvula de cartucho está el cuerpo de cilindro de la válvula, el inducido y el resorte del inducido. Las tolerancias de fabricación son extremadamente estrechas y se debe tener sumo cuidado al limpiar este tipo de válvulas. Se les llama SOLENOIDES por estar accionados con corriente continua, cuando están accionados por corriente alterna, se llaman ELECTROIMANES. Los electroimanes comúnmente utilizados son del tipo "AIR GAP, esto significa que cuando el electroimán está energizado, el "tragante" tiene su circuito magnético abierto a través del aire. Cuando la bobina del electroimán recibe corriente eléctrica, el tragante del mismo es violentamente atraído hacia el interior del electroimán hasta que los ramales de la T del tragante tocan el frente de la armadura, cerrándose el circuito magnético. En el momento que el electroimán, estando abierto, se energiza, la corriente inicial es de un valor muy alto, aunque de una duración de algunos milisegundos. Cuando el electroimán ha cerrado su entrehierro o "air gap " y permanece así, la corriente disminuye a un valor sumamente bajo, con lo cual el electroimán zumba muy poco o nada, y además el sobrecalentamiento es mínimo. Página 50

51 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Cuando se diseñan circuitos eléctricos para accionar válvulas comandadas por electroimán, debe tenerse mucho cuidado que si estas son dobles, no se energicen por cualquier motivo simultáneamente, pues si tal cosa ocurriera, algunos de los dos solenoides opuestos NO se cerraría a través de su entrehierro, y es suficiente que el tragante quede abierto algunas décimas de milímetro, para que la bobina se queme al cabo de pocos segundos de tiempo. Las válvulas de cuatro vías, de tres posiciones, operadas por piloto y controladas por doble solenoide, centrada por resorte, deben mantener energizado el electroimán respectivo todo el tiempo que sea necesario operar la válvula. Las necesidades crecientes que se presentaran y que se siguen presentando en el campo de la automatización industrial en cuanto a la fabricación de maquinarias, dispositivos y diversos elementos accionados hidráulicamente, y la extrema sencillez con que se pueden diseñar circuitos eléctricos que funcionan automáticamente comandados desde sencillos microcontactos de fin de carreras, microcontactos temporizadores, hasta los modernos programadores lógicos programables (PLCs) han hecho pensar a los Ingenieros Proyectistas hace algunas décadas atrás lo útil que resultaría comandar circuitos hidráulicos vía automatizaciones eléctricas. Ello determinó en su momento la creación de la válvula de control direccional accionada por solenoides y/o electroimanes, y, actualmente, este tipo de válvulas es el elemento indispensable para comandar cualquier máquina hidráulica, automática, por medio de cualquier tipo de accionamiento eléctrico y/o electrónico. Las válvulas que a continuación estudiaremos, son las más populares en el campo de válvula de control direccional de flujo hidráulico accionada eléctricamente. Página 51

52 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS VÁLVULAS HIDRÁULICAS DE CUATRO VÍAS, OPERADAS ELÉCTRICAMENTE. En la Fig a. vemos una válvula directamente accionada por solenoide, que es aquella en la cual el elemento motriz para accionar la corredera deslizante es únicamente un electroimán o un solenoide. La acción de este, cuando se encuentra energizado, se traduce en un empuje o una tracción de la corredera. En dicha figura tenemos una válvula de cuatro vías, dos posiciones, de retorno por la acción de un resorte antagonista, y accionada por el electroimán dibujado al costado derecho de la válvula. Cuando se energiza el solenoide la corredera es empujada por la acción de este hacia la izquierda, se conecta la presión a la cara 2 del cilindro mientras que la cara 1 queda drenada al tanque. La corriente eléctrica debe ser mantenida sobre el solenoide para que éste a su vez mantenga a la corredera empujada totalmente hacia la izquierda. Cuando se corta la corriente y el solenoide se desenergiza, el resorte empuja enérgicamente a su vez a la corredera hacia la derecha conectándose entonces las puertas del cuerpo de la válvula de la manera demostrada en la figura. Las válvulas solenoides siempre se representan en los esquemas de circuitería con el conexionado correspondiente a su posición desenergizada. Página 52

53 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Las válvulas directamente accionadas por solenoides se construyen usualmente de pequeño tamaños para tubería no mayor 1/4", debido a las medidas físicas que vienen muy grandes en los solenoides cuando la válvula tiene dimensiones mayores. Asimismo, la corriente eléctrica necesaria para accionar solenoides mayores, toma valores muy grandes y paralelamente se presentan problemas de calentamiento, los cuales deben ser vigilados con mucha atención. En las válvulas de control direccional directamente comandadas por solenoides, para dimensiones de tubería de 1/4, cuando son manufacturadas por fabricantes acreditados permiten caudales de pasaje de fluido de hasta 30 litros por minuto, para presiones de libras por pulgada cuadrada. Fig b. Refiriéndonos a la válvula de cuatro vías, dos posiciones accionada por un solo solenoide y retornada por resorte antagonista, era necesario mantener la corriente eléctrica sobre el mismo durante todo el tiempo que la válvula debía estar actuando. Algunas veces suele suceder, que la válvula operada por un breve impulso eléctrico y al cesar éste, debe seguir la corredera permaneciendo en el lugar a la cual aquel impulso eléctrico la llevó, evidentemente en este caso no puede tolerarse la acción del resorte antagonista por tal motivo se reemplaza a éste por otra solenoide, de manera que la corredera es movida hacia un extremo o el otro de la válvula por la acción del empuje de uno u otra válvula solenoide. Página 53

54 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS La corredera permanece al extremo hacia la cual fue llevado hasta el momento que se energiza el solenoide antagonista. Debe tomarse especial cuidado cuando se trabaja con esta válvula, como el no montarla en ninguna otra parte o posición que no sea la horizontal por efectos de la gravedad, así como también si la válvula se encuentra colocada en una máquina móvil, no fijarla nunca con la corredera paralela al sentido del movimiento ya que la inercia misma de la corredera, en el caso de una frenada brusca de las máquinas podrá descolocar la corredera de una posición determinada, motivando la aparición de inconvenientes a veces difíciles de evaluar. Asimismo, los cuidados que deben ser tomados para que en ningún caso ambos solenoides se energicen simultáneamente. Fig c. En los casos vistos anteriormente, las válvulas eran de 2 posiciones, pero si a la válvula accionada por doble solenoide mediante dispositivos adecuados, le colocamos dos resortes exactamente iguales en ambos extremos de la corredera, la misma, cuando ningún solenoide está energizado, se auto centrará por la acción del equilibrado provocado por ambos resortes en la posición central de la válvulas, tenemos así una válvula de cuatro vías, tres posiciones, autocentrada por resortes. Página 54

55 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS De la forma como la corredera está construidas tendremos. Válvulas de centro cerrado. Válvulas de centro abierto Válvulas de centro flotante Válvulas de centro tándem. Deben tomarse especiales cuidados que nunca ambos solenoides queden energizados simultáneamente. La corriente eléctrica debe ser mantenida sobre el solenoide respectivo todo el tiempo deseado para mantener la corredera en uno de sus extremos, Si el solenoide se energiza, permaneciendo el otro solenoide desenergizado, los resortes automáticamente llevan a la corredera a su posición central, Esta válvula puede ser montada en cualquier posición VÁLVULAS DE CUATRO VÍAS, OPERADAS POR PILOTO HIDRÁULICO. Cuando por las dimensiones presentes en grandes válvulas destinadas a manejar caudales de consideración, los esfuerzos físicos de un operador para accionar manualmente la válvula vienen muy grandes, entonces la corredera de la misma se acciona valiéndose de un agente intermedio que alivia el esfuerzo físico del operador. Esto generalmente se logra con el curso de la misma presión del circuito la cual, mediante dispositivos adecuados que posee la misma válvula, acciona pequeños pistoncitos, los cuales a su vez empujan la corredera en un sentido y hacia el extremo deseado de la válvula sin ningún esfuerzo físico por parte del operador. Se dice entonces que la válvula está accionada por piloto hidráulico. Página 55

56 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Cuando el control direccional del piloto hidráulico se logra con el concurso de una pequeña válvula auxiliar accionada por solenoide, la cual sirve para manejar la válvula grande entonces ésta toma el nombre de: válvula accionada por piloto eléctricamente controlada. Estas válvulas se construyen para medidas de tuberías desde 3/4" para adelante, o 3/4", 1", 1 1/2" ( a veces 1 l/4"); 2", 2 1/2", 3" y 4", todas ellas son comandadas por una válvula "piloto", de simple o doble solenoide. Las válvulas controladas por solenoide y operadas por piloto hidráulico, (ver Fig. 7.16a.) Tienen algunas importantes ventajas respecto de las válvulas directamente operadas por solenoide. 1 ) Debido a que pueden manejarse con pequeñas válvulas piloto operadas por solenoide miniatura ellas poseen operaciones muy silenciosas, Por otra parte los solenoides pequeños no tiene el zumbido de los grandes, ni tampoco los impactos de la alta intensidad que se hacen presentes cuando la estructura del solenoide es mayor. 2) La velocidad de desplazamiento de la corredera de la válvula principal puede ser regulada estrangulando convenientemente las entradas a la misma de la de Página 56

57 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS los pilotos hidráulicos. En cambio la velocidad del desplazamiento del tragante del electroimán o del núcleo del solenoide NO puede ser regulada, sin provocar el sobrecalentamiento de la bobina eléctrica. Al poder regular la velocidad de la corredera de la válvula principal, podremos evitar choques y/o golpes de ariete en las tuberías mayores del circuito hidráulico. En la Fig a., hemos representado en A el corte esquemático de una válvula operada por piloto controlada por solenoide. La válvula principal es de cuatro vías, 2 posiciones, de la misma manera que la válvula piloto, accionada por simple solenoide y retornada por resorte antagonista de la misma manera vista en párrafos anteriores. El flujo principal de aceite es manejado por la corredera de la válvula principal que está dibujada en la parte inferior de la estructura de la válvula. Esta corredera no esta montada con resorte, la válvula está potenciada en ambas direcciones por la presión del piloto hidráulico que viene dirigido desde el conjunto superior del dibujo. El drenaje del piloto debe siempre conectarse a la descarga del tanque independientemente de la descarga de la válvula principal, no debe nunca existir en él ninguna contrapresión. De haberla, ocasionaría por una parte una carga extra en el esfuerzo de empuje del solenoide, y algo muy importante, se motivarían dificultades para accionar libremente la corredera de la válvula principal, si el solenoide tuviera que trabajar sobrecargado por existir una contrapresión en el drenaje del piloto, lo más probable es que se quemara por sobrecalentamiento en muy pocos segundos de tiempo. En la parte B de la Fig se ha representado el símbolo completa USASI de la válvula, La válvula principal esta dibujada en la parte inferior del conjunto, mientras que la válvula piloto la está en la parte superior del mismo. Se indica asimismo el conexionado entre ambas válvulas, representando las líneas punteadas por los conductos internos de la presión piloto. Página 57

58 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.4 TIPOS DE ACEITES UTILIZADOS Aceites hidráulicos. Productos derivados del petróleo o sintéticos sometidos a presión con la cual se produce un trabajo. Estos fluidos tiene características lubricantes tales como: protección a la corrosión, oxidación, herrumbre y desgaste, entre otros, los más utilizados son los aceites minerales, mezcla de agua- aceite, aceites sintéticos. Aparte de generar mayor potencia sirven también para la lubricación del mismo Página 58

59 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Sistemas Hidráulicos Familia H. Símbolo ISO -L HH Composición y propiedades Aceites minerales refinados no inhibidos Aplicaciones Típicas Sistemas industriales con lubricación a pérdida HL HM HR HV HS HF Aceites minerales refinados con propiedades mejoradas de antiherrumbre y anti-oxidante Aceites de tipo HL con propiedades mejoradas de antidesgaste. Aceites del tipo HL con mejoradores en propiedades de temperatura / viscosidad. Aceites del tipo HM con mejoradores en propiedades de temperatura / viscosidad Fluidos sintéticos sin propiedades específicas de resistencia al fuego. Fluidos sintéticos con propiedades específicas de resistencia al fuego. Sistemas hidráulicos de baja potencia Sistemas hidráulicos en general, los cuales incluyen componentes altamente cargados. Similar al HL, pero expuesto a alta temperatura. Similar al HM, pero expuestos a alta temperatura. Página 59

60 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.5 CILINDROS DE SIMPLE EFECTO El símbolo de cilindro es un rectángulo simple que representa el cuerpo del cilindro. La varilla y el pistón se representan mediante una T que se inserta en el rectángulo. El símbolo se puede dibujar en cualquier posición. Aplica la fuerza solamente en una sola dirección. El liquido que se dirige al cilindro desplaza al émbolo y lo fuerza hacia afuera, levantando el objeto puesto sobre el mismo. Puesto que no hay dispositivo para contraer el émbolo por medio de la potencia fluida, cuando se libera la presión de líquido, se retorna el émbolo nuevamente dentro del cilindro tanto del peso del objeto o por algún medio mecánico, por ejemplo un resorte. Esto fuerza al líquido de nuevo al depósito. Página 60

61 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS El cilindro del émbolo actuador de efecto simple es de uso frecuente en el gato hidráulico. Los elevadores usados para mover los aviones hacia y desde cubierta de vuelo utilizan los cilindros de este tipo. En estos elevadores los cilindros están instalados horizontalmente y accionan el elevador con una serie de cables. La presión de líquido fuerza el émbolo hacia fuera y levanta el gato hidráulico. Cuando la presión del líquido se libera del émbolo, el peso del elevador fuerza el émbolo nuevamente dentro del cilindro. Esto, en cambio, fuerza el líquido nuevamente dentro del depósito. Página 61

62 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.6 CILINDROS DE DOBLE EFECTO En este cilindro ambos movimientos del émbolo so producidos por el liquido presurizado. Hay dos puertos de fluido, uno en, o cerca de cada extremo del cilindro. El líquido bajo presión se dirige al extremo cerrado del cilindro para extender el émbolo y para aplicar la fuerza. Para contraer el émbolo y reducir la fuerza, el líquido se dirige al extremo opuesto del cilindro. Una válvula de control direccional de cuatro terminales se utiliza normalmente para controlar el émbolo doble. Cuando la válvula es posicionada para extender el émbolo, el líquido a presión entra al puerto A, actúa en la superficie de la base del émbolo, y fuerza el émbolo hacia afuera. El líquido sobre el labio del émbolo queda libre para fluir hacia afuera por el puerto B, a través de la válvula de control, y a línea de retorno. Normalmente, la presión de fluido es igual para cualquier movimiento del émbolo. Recuerde que la fuerza es igual a la presión por el área (F=PA), note la diferencia de las áreas sobre las cuales la presión actúa en el grafico adjunto. La presión actúa contra la superficie grande en la parte inferior del émbolo durante el movimiento de extensión, mientras tanto el émbolo aplica la fuerza. Página 62

63 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Puesto que el émbolo no requiere una gran fuerza durante el movimiento de contracción, la presión que actúa en la pequeña área sobre la superficie superior del labio del émbolo proporciona la fuerza necesaria para contraer el mismo. Página 63

64 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS CONTROL DIRECCIONAL DE CILINDROS DE DOBLE EFECTO. Un cilindro de doble efecto se puede gobernar muy versátilmente con dos válvulas de tres vías. En este, diagrama cuando ambas válvulas NO actúan, ambos extremos del cilindro están drenados al tanque, de manera que ninguna de las caras del pistón hay presión mientras que las entradas de ambas válvulas permanecen bloqueadas. En estas circunstancias, el pistón se encuentra en una posición flotante, vale decir que el mismo puede ser manualmente posicionado en cualquier punto o lugar intermedio de su carrera. Cuando solamente actuamos la válvula 1, el pistón avanza con una cierta velocidad cumpliendo su carrera de trabajo a plena potencia, dado que el otro lado, es decir en la sección anular que esta drenada al tanque no existe ninguna contrapresión que contrarreste o disminuya la fuerza a todo empuje. A todo esto, el volumen desalojado de la parte delantera del cilindro va descargado directamente al tanque. Si, por el contrario actuamos las dos válvulas juntas, entonces el empuje de carga será menor dado que se verá contrarrestado por la presión actuante sobre la cara anual a contrapresión, pero al mismo tiempo, el volumen desalojado se unirá al volumen que envía la bomba, y se establecerá la ACCIÓN REGENERATIVA. Página 64

65 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.7 REGENERACIÓN EN CIRCUITOS HIDRÁULICOS Cuando un cilindro de doble efecto está conectado de tal manera que la cara ciega del pistón está conectada a la presión de bomba a través de algún tipo de válvula de control direccional, mientras que la contracara anular está conectada directamente al circuito, de manera que cuando el cilindro está avanzando, esta al mismo tiempo venciendo una contrapresión que está actuando sobre la cara anular, se dice que el cilindro está conectado a contrapresión si el volumen desalojado va directamente drenado al tanque, pero si este volumen desalojado se une nuevamente al caudal de bomba que entra a la puerta de presión P de la válvula de mando, entonces a la cara ciega del pistón está llegando en ese momento el caudal de la bomba mas el caudal adicional proveniente del volumen desalojado por el cilindro en su movimiento de avance. Dicho volumen está también presurizado, y al sumarse al volumen suministrado por el caudal de la bomba que está entrando a la cara ciega del cilindro la suma de ambas dará como consecuencia un volumen mayor. Esto ocasiona que el cilindro desarrolle su carrera de avance a una mayor velocidad. El volumen desalojado por el cilindro en su movimiento de avance se ha regenerado como un volumen de fluido capaz de suministrar un trabajo mecánico. TAL CIRCUITO ENTONCES ES UN CIRCUITO REGENERATIVO. El propósito de un circuito regenerativo es incrementar la velocidad de la carrera de avance del cilindro. LA REGENERACIÓN NO PUEDE SER NUNCA LOGRADA EN LA CARRERA DE RETORNO. Página 65

66 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS FUERZA DE EMPUJE DEL CILINDRO Dado que la misma presión de circuito está actuando sobre ambas caras del pistón, o sea sobre la cara ciega y sobre la cara anular, es evidente que el producto de esta presión por las respectivas superficies de ambas caras del pistón darán fuerzas resultantes de sentidos opuestos, cuya diferencia será el empuje total resultante ( thrust ) bajo el cual actuará el cilindro en su carera de trabajo. El empuje resultante será igual al producto de la presión por la superficie correspondiente a la sección del vástago. VELOCIDAD DE AVANCE DEL CILINDRO Dado que el volumen de aceite contenido en la parte delantera del cilindro y desalojado por el pistón en su carrera de avance llenada sobre el lado de la cara ciega un volumen equivalente al volumen total desplazado por el cilindro en su carrera de avance, respetando al mismo, el volumen ocupado por el vástago Por tal causa, cuando el cilindro está cumpliendo su movimiento de avance, la bomba solamente necesitará suministrar precisamente el volumen del vástago. Por lo dicho, para calcular la velocidad de avance del cilindro cuando el mismo se encuentra bajo una acción regenerativa, basta solamente dividir el caudal de la bomba en litros/ minuto o en litros/segundo por el volumen del vástago en decímetros cúbicos. El resultado será la velocidad de avance del cilindro en decímetros / minutos o decímetros/segundo. Página 66

67 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.8 RELEVADORES Con los relevadores fue posible establecer automáticamente una secuencia de operaciones, programar tiempos de retardo o conteo de eventos, pero aún con todas sus ventajas, por su naturaleza electromecánica, tienen un solo periodo de vida, sus partes conductoras de corriente en algún momento pueden dañarse y mas aun, la inconveniencia más importante de la lógica con relevadores, es su naturaleza fija, es decir, la lógica de un panel de relés es establecida por los diseñadores desde un principio y mientras la máquina dirigida por este panel este llevando los mismos pasos en la misma secuencia, todo esta perfecto, pero cuando se necesite un cambio de producción en las operaciones de ese proceso, la lógica del panel debe ser re-diseñada, y si el cambio es muy grande puede ser mas económico desechar el panel actual y construir uno nuevo involucrando gran cantidad de tiempo, trabajo y materiales, a parte de las perdidas ocasionadas en la producción. RELEVADOR MARCA FESTO Página 67

68 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS El módulo incluye tres relés con conexiones y dos barras colectoras para la alimentación de tensión. Todos los conectores de seguridad son de 4 mm. La unidad se monta sobre un bastidor o en el panel de prácticas perfilado mediante cuatro adaptadores enchufables. El relé tiene una bobina con núcleo (1), devanado (3) con lengüetas de conexión (7), el inducido (4), un muelle de recuperación (2) y un conjunto de cuatro contactos conmutadores (5) y sus respectivas lengüetas de conexión (6). Al aplicar tensión en las conexiones de la bobina, fluye corriente eléctrica a través del devanado, creándose un campo magnético. El inducido es atraído por el núcleo de la bobina y así se activa el conjunto de contactos. Estos contactos cierran o abren circuitos eléctricos. Al interrumpir la alimentación de tensión, desaparece el campo magnético y el inducido con sus respectivos contactos vuelve a su posición inicial por efecto del muelle de reposición. Página 68

69 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS ESTADOS DE CONTROL DE UN RELEVADOR Es importante recordar que todos los relevadores tienen contactos asociados que se activan cuando la bobina de éste, se energiza, (también los interruptores tienen contactos que se activan al activarse estos). Todos los contactos tienen un estado normal, y es la posición en la cual están inactivos o la bobina del relé esta desenergizada, este estado puede ser abierto (contacto normalmente abierto) o cerrado (Contacto normalmente cerrado). Cuando se energiza la bobina del relevador, sus contactos se activan, cambiando al estado opuesto de su estado normal (estado no activo), es decir, un contacto normalmente abierto se cerrará y un contacto normalmente cerrado se abrirá. Contacto normalmente abierto Contacto normalmente cerrado Página 69

70 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS TIPO DE DISPOSITIVO SIMBOLOGIA DE LOS CONTACTOS NORMALMENTE ABIERTOS NORMALMENTE CERRADOS BOTON PULSADOR INTERRUPTOR DE LIMITE INTERRUPTOR DE TEMPERATURA INTERRUPTOR DE FLUJO INTERRUPTOR DE NIVEL RELEVADOR DE CONTROL RELEVADOR DE ENCLAVAMIENTO RELEVADOR DE RETARDO El retardo comienza cuando se energiza la bobina. El retardo comienza cuando se desenergiza la bobina. Página 70

71 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.9 BOTONERAS BOTONERA MARCA FESTO CONSTRUCCIÓN La unidad tiene una tecla luminosa (de contacto con retención del estado de conmutación) y dos teclas luminosas (de contactos sin retención del estado de conmutación) y dos barras colectoras para alimentación de tensión. Todos los conectores son de seguridad, de 4 mm. La unidad se monta sobre un bastidor o en el panel de prácticas perfilado mediante cuatro adaptadores enchufables. Página 71

72 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS FUNCIONAMIENTO La tecla luminosa de contacto con retención del estado de conmutación tiene un conjunto de contactos que incluye dos contactos normalmente abiertos y otros dos normalmente cerrados. La tapa de la tecla es transparente e incluye una lámpara miniaturizada. Pulsando la tecla se activa el conjunto de contactos. Estos contactos abren o cierran circuitos eléctricos. Al soltar la tecla se mantiene el estado de conmutación. Pulsándola nuevamente, los contactos vuelven a su posición inicial. La tecla de contactos sin retención del estado de conmutación tiene un conjunto de contactos que incluye dos contactos normalmente abiertos y otros dos normalmente cerrados. La tapa de la tecla es transparente e incluye una lámpara miniaturizada. Pulsando la tecla se activa el conjunto de contactos. Estos contactos abren o cierran circuitos eléctricos. Al soltar la tecla, los contactos vuelven a su posición inicial. DATOS TECNICOS Página 72

73 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.10 FUENTE DE ALIMENTACIÓN DEFINICION En electrónica, una fuente de alimentación es un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de suministro, en una o varias tensiones, prácticamente continuas, que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta COMPONENTES DE UNA FUENTE DE ALIMENTACION La función de una fuente de alimentación es convertir la tensión alterna en una tensión continua y lo más estable posible, para ello se usan los siguientes componentes: 1. Transformador de entrada; 2. Rectificador a diodos; 3. Filtro para el rizado; 4. Regulador (o estabilizador) lineal. Página 73

74 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Transformador de entrada El trasformador de entrada reduce la tensión de red (generalmente 220 o 120 V) a otra tensión más adecuada para ser tratada. Solo es capaz de trabajar con corrientes alternas. Esto quiere decir que la tensión de entrada será alterna y la de salida también. Consta de dos arrollamientos sobre un mismo núcleo de hierro, ambos arrollamientos, primario y secundario, son completamente independientes y la energía eléctrica se transmite del primario al secundario en forma de energía magnética a través del núcleo. el esquema de un transformador simplificado es el siguiente: La corriente que circula por el arrollamiento primario (el cual esta conectado a la red) genera una circulación de corriente magnética por el núcleo del transformador. Esta corriente magnética será mas fuerte cuantas mas espiras (vueltas) tenga el arroyamiento primario. Si acercas un imán a un transformador en funcionamiento notarás que el imán vibra, esto es debido a que la corriente magnética del núcleo es alterna, igual que la corriente por los arrollamientos del transformador. Página 74

75 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS En el arroyamiento secundario ocurre el proceso inverso, la corriente magnética que circula por el núcleo genera una tensión que será tanto mayor cuanto mayor sea el número de espiras del secundario y cuanto mayor sea la corriente magnética que circula por el núcleo (la cual depende del número de espiras del primario). Por lo tanto, la tensión de salida depende de la tensión de entrada y del número de espiras de primario y secundario. Rectificador a un diodo El rectificador más sencillo es el que utiliza solamente un diodo, su esquema es este: Cuando Vi sea positiva la tensión del ánodo será mayor que la del cátodo, por lo que el diodo conducirá: en Vo veremos lo mismo que en Vi Mientras que cuando Vi sea negativa la tensión del ánodo será menor que la del cátodo y el diodo no podrá conducir, la tensión Vo será cero. Página 75

76 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Según lo que acabamos de decir la tensión Vo tendrá esta forma: Como puedes comprobar la tensión que obtenemos con este rectificador no se parece mucho a la de una batería, pero una cosa es cierta, hemos conseguido rectificar la tensión de entrada ya que Vo es siempre positiva. Aunque posteriormente podamos filtrar esta señal y conseguir mejor calidad este esquema no se suele usar demasiado. Rectificador en puente El rectificador más usado es el llamado rectificador en puente, su esquema es el siguiente: Cuando Vi es positiva los diodos D2 y D3 conducen, siendo la salida Vo igual que la entrada Vi Cuando Vi es negativa los diodos D1 y D4 conducen, de tal forma que se invierte la tensión de entrada Vi haciendo que la salida vuelva a ser positiva. Página 76

77 El resultado es el siguiente: CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Vemos en la figura que todavía no hemos conseguido una tensión de salida demasiado estable, por ello, será necesario filtrarla después. Es tan común usar este tipo de rectificadores que se venden ya preparados los cuatro diodos en un solo componente. Suele ser recomendable usar estos puentes rectificadores, ocupan menos que poner los cuatro diodos y para corrientes grandes vienen ya preparados para ser montados en un radiador. Este es el aspecto de la mayoría de ellos: Tienen cuatro terminales, dos para la entrada en alterna del transformador, uno la salida positiva y otro la negativa o masa. Las marcas en el encapsulado suelen ser: ~ Para las entradas en alterna + Para la salida positiva - Para la salida negativa o masa. Página 77

78 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Rectificador a dos diodos La forma de la onda de salida es idéntica a la del rectificador en puente, sin embargo este rectificador precisa de un transformador con toma media en el secundario. Un transformador de este tipo tiene una conexión suplementaria en la mitad del arrollamiento secundario: Normalmente se suele tomar como referencia o masa la toma intermedia, de esta forma se obtienen dos señales senoidales en oposición de fase. dos señales de este tipo tienen la siguiente forma: El esquema del rectificador con dos diodos es el siguiente: Página 78

79 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Tal y como son las tensiones en A y en B nunca podrán conducir ambos diodos a la vez. Cuando A sea positiva (B negativa) el ánodo de D1 estará a mayor tensión que su cátodo, provocando que D1 conduzca. Cuando B sea positiva (A negativa) el ánodo de D2 estará a mayor tensión que su cátodo, provocando que D2 conduzca. Obteniéndose la misma forma de Vo que con el puente rectificador: La ventaja de este montaje es que solo utiliza dos diodos y solo conduce uno cada vez. El filtro La tensión en la carga que se obtiene de un rectificador es en forma de pulsos. En un ciclo de salida completo, la tensión en la carga aumenta de cero a un valor de pico, para caer después de nuevo a cero. Esta no es la clase de tensión continua que precisan la mayor parte de circuitos electrónicos. Lo que se necesita es una tensión constante, similar a la que produce una batería. Para obtener este tipo de tensión rectificada en la carga es necesario emplear un filtro. El tipo más común de filtro es el del condensador a la entrada, en la mayoría de los casos perfectamente válido. Sin embargo en algunos casos puede no ser suficiente y tendremos que echar mano de algunos componentes adicionales. Página 79

80 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Filtro con condensador a la entrada: Este es el filtro mas común y seguro que lo conocerás, basta con añadir un condensador en paralelo con la carga (RL), de esta forma: Todo lo que digamos en este apartado será aplicable también en el caso de usar el filtro en un rectificador en puente. Cuando el diodo conduce el condensador se carga a la tensión de pico Vmax. Una vez rebasado el pico positivo el condensador se abre. Por que? debido a que el condensador tiene una tensión Vmax entre sus extremos, como la tensión en el secundario del transformador es un poco menor que Vmax el cátodo del diodo esta a mas tensión que el ánodo. Con el diodo ahora abierto el condensador se descarga a través de la carga. Durante este tiempo que el diodo no conduce el condensador tiene que "mantener el tipo" y hacer que la tensión en la carga no baje de Vmax. Esto es prácticamente imposible ya que al descargarse un condensador se reduce la tensión en sus extremos. Cuando la tensión de la fuente alcanza de nuevo su pico el diodo conduce brevemente recargando el condensador a la tensión de pico. En otras palabras, la tensión del condensador es aproximadamente igual a la tensión de pico del secundario del transformador (hay que tener en cuenta la caída en el diodo). Página 80

81 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS La tensión Vo quedará de la siguiente forma: La tensión en la carga es ahora casi una tensión ideal. Solo nos queda un pequeño rizado originado por la carga y descarga del condensador. Para reducir este rizado podemos optar por construir un rectificador en puente: el condensador se cargaría el doble de veces en el mismo intervalo teniendo así menos tiempo para descargarse, en consecuencia el rizado es menor y la tensión de salida es mas cercana a Vmax. Otra forma de reducir el rizado es poner un condensador mayor, pero siempre tenemos que tener cuidado en no pasarnos ya que un condensador demasiado grande origina problemas de conducción de corriente por el diodo y, por lo tanto, en el secundario del transformador (la corriente que conduce el diodo es la misma que conduce el transformador). Página 81

82 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS El regulador: Un regulador o estabilizador es un circuito que se encarga de reducir el rizado y de proporcionar una tensión de salida de la tensión exacta que queramos. Este es el esquema de una fuente de alimentación regulada con uno de estos reguladores: Las ideas básicas de funcionamiento de un regulador de este tipo son: La tensión entre los terminales Vout y GND es de un valor fijo, no variable, que dependerá del modelo de regulador que se utilice. La corriente que entra o sale por el terminal GND es prácticamente nula y no se tiene en cuenta para analizar el circuito de forma aproximada. Funciona simplemente como referencia para el regulador. La tensión de entrada Vin deberá ser siempre unos 2 o 3 V superior a la de Vout para asegurarnos el correcto funcionamiento. Página 82

83 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.11 LÓGICA CABLEADA Por sistema cableado se entiende todo circuito eléctrico o electrónico que exige el montaje de distintos módulos unidos (cableados) entre sí, para realizar un determinado proceso o secuencia lógica, que por lo general servirá para controlar un sistema de potencia. Este tipo de sistemas es empleado normalmente en el diseño de automatismos. A diferencia de los sistemas programados, la estructura de un sistema cableado suele ser rígida y por lo tanto difícilmente modificable. Hasta la aparición del circuito microprogramable, el diseño de todos los automatismos y circuitos electrónicos se realizaban mediante lógica cableada. Desde el control de una cadena de montaje de automóviles hasta un televisor, puede ser diseñado empleando un sistema cableado. La principal ventaja de emplear un sistema de este tipo suele ser su coste de fabricación en aquellos sistemas sin demasiada complejidad o para funcionalidades muy concretas. Esta es la principal causa para la elección entre un sistema cableado o uno programado. En la actualidad tres tecnologías permiten realizar diferentes sistemas cableados: Relés electromagnéticos. Módulos lógicos neumáticos. Tarjetas o módulos electrónicos. En determinados casos, un sistema cableado puede tener un tiempo de reacción (tiempo de retardo) ante una señal de entrada muy bajo (del orden de nanosegundos), debido a que el retardo viene impuesto por el propio retardo físico de los componentes electrónicos. Esto lo hace la única solución factible para sistemas con un tiempo crítico de reacción. Página 83

84 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.12 CIRCUITOS ELECTROHIDRÁULICOS Para el diseño de un circuito es imprescindible el conocimiento exacto de las necesidades y trabajos a realizar por los elementos accionadores (velocidades, fuerzas, tiempos, ciclos, etc.) así como las limitaciones (espacio, potencia disponible, tipo de energía, etc.). Con los datos del diseño, y con la ayuda de los símbolos, se hace un croquis en el que se dibujan los elementos accionadores y los impulsores; a continuación se elabora una secuencia de los movimientos y trabajos a realizar. Estos movimientos y trabajos o fases del ciclo ayudaran a definir los componentes de regulación y control que se han de intercalar entre el accionador final y el elemento impulsor. Finalmente se añaden al croquis los accesorios del sistema. Una vez realizado el croquis del circuito, se numeran los componentes, y en una relación aparte se les da el nombre y apellido: lo que en el croquis era una bomba debe definirse y concretarse en tipo, velocidad de funcionamiento, presión de trabajo, etc.; el cilindro debe definirse en función de su longitud de carrera, áreas, diámetro del vástago, etc. Y así se hará con cada uno de los componentes (tipo de conexión y montaje, escala de los indicadores, tipo de fluido, etc.) Página 84

85 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 2.13 SENSORES Un sensor es un dispositivo capaz de medir magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, ph, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una Tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc CARACTERISTICAS DE UN SENSOR Entre las características técnicas de un sensor destacan las siguientes: Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor. Precisión: es el error de medida máximo esperado. Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset. Linealidad o correlación lineal. Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de salida y la variación de la magnitud de entrada. Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida. Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada. Página 85

86 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor. Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida SENSORES INDUCTIVOS Los sensores de proximidad inductivos incorporan una bobina electromagnética la cual es usada para detectar la presencia de un objeto metálico conductor. Este tipo de sensor ignora objetos no metálicos. Página 86

87 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS COMPONENTES DE UN SENSOR INDUCTIVO PRINCIPIO DE OPERACIÓN Cuando un objetivo metálico entra al campo, circulan corrientes de Eddy dentro del objetivo. Página 87

88 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS Esto aumenta la carga en el sensor, disminuyendo la amplitud del campo electromagnético. El circuito de disparo monitorea la amplitud del oscilador y a un nivel predeterminado, conmuta el estado de la salida del sensor. Conforme el objetivo se aleja del sensor, la amplitud del oscilador aumenta. A un nivel predeterminado, el circuito de disparo conmuta el estado de la salida del sensor de nuevo a su condición inicial. BLINDAJE Los sensores de proximidad tienen bobinas enrrolladas en nucleo de ferrita. Estas pueden ser blindadas o no blindadas. Los sensores no blindados generalmente tienen una mayor distancia de sensado que los sensores blindados. Página 88

89 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS BLINDADOS El nucleo de ferrita concentra el campo radiado en la dirección de uso. Se le coloca alrededor del nucleo un anillo metalico para restringir la radiación lateral del campo. Pueden ser montados al raz del metal, pero se recomienda dejar un espacio libre de metal abajo y alrededor de la superficie de sensado. Página 89

90 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS NO BLINDADOS No tiene el anillo de metal rodeando el núcleo para restringir la radiación lateral del campo. No pueden ser montados al ras de un metal Estos deben tener un area libre del metal alrededor de la superficie de sensado. EJEMPLOS DE APLICACIÓN DE LOS SENSORES INDUCTIVOS Página 90

91 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS SENSOR CAPACITIVO Los sensores de proximidad capacitivos son similares a los inductivos. La principal diferencia entre los dos tipos es que los sensores capacitivos producen un campo electrostático en lugar de un campo electromagnético. Los sensores de proximidad capacitivos sensan objetos metálicos también como materiales no metálicos tales como papel, vidrio, líquidos y tela. PRINCIPIO DE OPERACIÓN DE LOS SENSORES CAPACITIVOS Página 91

92 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS PRINCIPIO DE OPERACIÓN TEORIA DE OPERACIÓN La superficie de sensado del sensor capacitivo esta formada por dos electrodos concéntricos de metal de un capacitor. Cuando un objeto se aproxima a la superficie de sensado y éste entra al campo electrostático de los electrodos, cambia la capacitancia en un circuito oscilador. Esto hace que el oscilador empiece oscilar. El circuito disparador lee la amplitud del oscilador y cuando alcanza un nivel específico la etapa de salida del sensor cambia. Conforme el objetivo se aleja del sensor de la amplitud del oscilador decrece, conmutando al sensor a su estado original. SENSORES CAPACITIVOS BLINDADOS Se pueden montar enrazados sin que se afecten adversamente sus características de sensado. Se debe tener cuidado de asegurar que este tipo de sensores sea usado en ambientes secos. El líquido en la superficie puede hacer que el sensor dispare en falso. Página 92

93 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS EJEMPLOS DE SENSORES CAPACITIVOS Página 93