quÉ es la hidrÁlica proporcional
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7/30/2019 QU ES LA HIDRLICA PROPORCIONAL
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QU ES LA HIDRLICA PROPORCIONAL?
ES UNA APLICACIN DE LA HIDRAULICA DONDE SE PUEDE
CONTROLAR POR MEDIOS ELECTRNICOS LA PRESIN, EL CAUDAL Y
EL SENTIDO DE L FLUJO. ESTE CONTROL SE HACE USANDO VALVULAS
HIDRAULICAS PROPORCIONALES, COMO INTERFACE ENTRE EL
SISTEMA HIDRULICO Y EL CONTROL.
VENTAJAS DE LA HIDRAULICA PROPORCIONAL
Las ventajas de las vlvulas proporcionales en comparacin con las vlvulas
conmutadoras son las siguientes:
Caudal y presin ajustables infinitamente y por medio de una seal
elctrica.
Ajuste automtico de caudal y presin durante el funcionamiento del
sistema.
Automatizable, ajuste preciso e infinito de fuerza, par de giro,
aceleracin, velocidad y posicin.
Consumo de energa reducido gracias al control de la presin y el caudal
orientados a la demanda.
Una vlvula proporcional puede reemplazar a varias vlvulas
conmutadoras.
Set Point Controlador AmplificadorSolenoide
Proporcional
Vlvula
ProporcionalActuadorCarga
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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LA HIDRULICA PROPORCIONAL
El sistema que integra la hidrulica proporcional, est compuesto por
componentes hidrulicos accionados por medios de control proporcional.
EL control proporcional consiste en un control multiplicativo, que de
acuerdo al valor fijado (set point) abre o cierra proporcionalmente el
componente hidrulico, provocando que el actuador obtenga posiciones
intermedias y arranques suaves.
ELEMENTOS QUE COMPONEN LA HIDRAULICA PROPORCIONAL
VLVULA SOLENOIDE PROPORCIONAL
Vlvulas para presin y caudal.
Vlvulas limitadoras de presin proporcionales.
Vlvulas reguladoras de presin proporcionales.
vlvulas restrictoras de presin proporcionales.
Vlvulas distribuidoras proporcionales.
Vlvulas reguladoras de caudal proporcionales.
VLVULA SOLENOIDE PROPORCIONAL
Es aquel sistema compuesto por una entrada de voltaje de 0 a 10 V, un
amplificador electrnico de intensidad elctrica proporcional y un solenoide
proporcional que transforma la seal elctrica de entrada en una seal
proporcional de fuerza o posicin como salida. Permitiendo el posicionamiento
de la vlvula.
DEFINICIN SOLENOIDE PROPORCIONAL
Produce una salida proporcional a la seal de entrada.
Puede ajustarse a distancia por medios electrnicos.
Las electrovlvulas pueden son accionadas por un solenoide
proporcional.
Salida de la vlvula proporcional: Presin Variable; Caudal Variable;
Direccin y caudales variables.
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CMO FUNCIONA LA VLVULA DE SOLENOIDE PROPORCIONAL?
En una vlvula proporcional, el solenoide acta contra un muelle, el cual crea la
fuerza de reposicin. La caracterstica del muelle ha sido introducida en los dos
campos caractersticos del solenoide proporcional. Cuanto ms lejos se
desplaza la armadura hacia la derecha, mayor es la fuerza del muelle.
CLASIFICACIN DE VLVULAS PROPORCIONALES
1. VLVULAS LIMITADORAS DE PRESIN PROPORCIONALES.
Las vlvulas limitadoras de presin proporcionales controlan la presin
en los circuitos hidrulicos y pueden controlarse proporcionalmente de
manera elctrica. As se puede proteger una instalacin contra la presin
mxima permitida.
2. VLVULAS REGULADORAS DE PRESIN PROPORCIONALES.
Controlan la presin de un circuito hidrulico mediante la regulacin de
una seal elctrica de entrada variable que se convierte en una seal de
presin del fluido, variable tambin y proporcional a la seal de entrada.
Pueden ser de una o dos etapas.
3. VLVULAS RESTRICTORAS DE CAUDAL PROPORCIONALES.
En el caso de una vlvula de control de caudal proporcional en un
sistema hidrulico, la seccin transversal de estrangulamiento se ajusta
elctricamente para cambiar el caudal de paso.
En una vlvula reguladora de caudal proporcional accionada
directamente, el solenoide proporcional, acta directamente sobre lacorredera del control.
La corriente a travs del solenoide y la desviacin de la corredera son
proporcionales.
4. VLVULAS DISTRIBUIDORAS PROPORCIONALES.
Son vlvulas que de acuerdo a la polaridad elctrica ellas se conmutan
hacia la derecha o hacia la izquierda, comunicando diferentesconductos.
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Si entra una tensin negativa, la corriente fluye a travs del solenoide de
la derecha.
Con una tensin positiva, la corriente fluye a travs del solenoide de la
izquierda.
Son auto centradas por tensin cero y por fallo en la alimentacin.
El efecto de las vlvulas distribuidoras proporcionales consiste en una
variacin del caudal de entrada y salida del actuador en proporcin al
cambio en la corriente elctrica que recorre la electrovlvula
proporcional.
5. VLVULAS REGULADORAS DE CAUDAL PROPORCIONALES.
Las vlvulas reguladoras de caudal sirven para la regulacin en continuo
e independientemente de la presin, la velocidad de trabajo de los
circuitos hidrulicos. Estas vlvulas gracias a la cantidad de corriente
que excita sus solenoides producen una respuesta mecnica que
permite la variacin de la cantidad de paso del fluido y por lo tanto
ocasionan cambios en la velocidad del actuador hidrulico.
6. VLVULAS PROPORCIONALES DIRECCIONALES.
Pueden controlar tanto la direccin como el caudal en respuesta a una
seal electrnica.
La corredera se desplaza por el interior del cuerpo de forma proporcional
a la fuerza de empuje de los electroimanes, fuerza que a su vez
dependa de la intensidad que atraviesan las mencionabas bobinas.
UBICACION DE LA HIDRAULICA PROPORCIONAL
La hidrulica proporcional es una tcnica de control de vlvulas continuas, con
grandes ventajas con respecto a la hidrulica de mando discreto o
electrohidrulica; pero tambin con menor precisin que las respuestas
obtenidas con las servo vlvulas.
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VENTAJAS
Las principales ventajas de la utilizacin de vlvulas proporcionales son:
Mejoramiento de calidad y productividad a travs del control continuo de
fuerzas, torques, velocidad o posicin.
No generan picos de presin.
Se pueden controlar procesos de aceleracin y de retardo.
Mejor control de grandes cargas.
Se necesitan menor cantidad de componentes hidrulicos.
DESVENTAJAS
Dentro de las desventajas que presenta el control proporcional tenemos:
Sumar un control electrnico hace ms complicada la tarea de
mantenimiento de un equipo.
Necesita de personal mejor entrenado en su mantenimiento.
Es necesario un equipo de diagnostico de fallas el cual debe considerar
sensores, lectores de campo o computadores personales entre otros.
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CONTROL DISCRETO:
La tcnica del control discreto es la tecnologa del control de electrovlvulas.
Esta tecnologa abarca componentes de control elctricos y componentes
hidrulicos. Sus caractersticas fundamentales son: Las electrovlvulas son vlvulas de conmutacin. Su solenoide tiene
solo dos posiciones: accionado y no accionado (ON OFF).
El elemento de mando es un pulsador o un rel auxiliar.
La energa de alimentacin al solenoide es tensin: U (alterna o
continua).
El elemento de potencia es un rel.
A continuacin se describe el funcionamiento de un sistema electrohidrulico
tpico el cual consta de: diagrama de velocidades, plano elctrico y plano
hidrulico.
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a) Diagrama de velocidades:
El cilindro hidrulico tendr una velocidad constante de salida. El inicio de este
movimiento es por el accionamiento de un pulsador normalmente abierto S1;
cuando llegue a tocar el lmite de carrera S2 cambiara a una velocidad negativa
menor, es decir retornara a menor velocidad.
b) Plano elctrico:
Tiene un circuito de control y uno de fuerza. El circuito de control trabaja a 24 V
D.C. El circuito de fuerza lo hace a 110 V A.C. Al pulsar el pulsador S1 el rel
K1 se energiza y se enclava a travs de su primer contacto en la lnea 2,
tambin se acciona su segundo contacto en la lnea de 110 V C.A. energizando
el solenoide Y1 que acciona a la electrovlvula 4/2. A travs de la lnea
elctrica 2 el rel se mantiene energizado. Cuando el pistn se extiende
totalmente toca el lmite de carrera normalmente cerrado S2 desenclavando el
circuito de control que mantena energizado a K1. Luego la vlvula 4/2 es
vuelta a su posicin normal con lo que el pistn hidrulico vuelve a retraerse.
c) Plano hidrulico:
Un cilindro de doble efecto es accionado por una electrovlvula 4/2.
Inicialmente el pistn se encuentra retrado, cuando se acciona la
electrovlvula el pistn sale y lo hace rpidamente ya que no tiene resistencia
al paso de aceite. Cuando deja de accionarse la electrovlvula, el pistn
retornara y lo har lentamente ya que el aceite que sale del cilindro deber
pasar por la vlvula de estrangulamiento. El sistema es alimentado con una
bomba de caudal constante y la presin mxima del sistema es de 100 bares.
CONTROL CONTINUO
El control continuo en hidrulica es el estudio de las tecnologas de control de
las vlvulas proporcionales y de las servo vlvulas, Este informe se centra en el
estudio de vlvulas proporcionales y sus elementos elctricos y electrnicos.
Las caractersticas fundamentales del control proporcional son:
Las vlvulas proporcionales son vlvulas continuas. Su solenoide puede
ubicar a la vlvula en infinitas posiciones entre dos posiciones extremas.
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El elemento de mando es a travs de un potencimetro: Set Point.
La energa de alimentacin al solenoide es corriente I.
El elemento de potencia es una tarjeta de control proporcional.
A continuacin se describe el funcionamiento de un sistema con control
proporcional tpico el cual consta de: diagrama de velocidades, plano elctrico y
plano hidrulico.
a) Diagrama de velocidades:
Al accionar el pulsador S1, el cilindro hidrulico iniciara su movimiento en forma
acelerada desde una velocidad cero hasta alcanzar una velocidad v1. Cuando
el pistn toca el lmite de carrera S2 comienza a desacelerar hasta alcanzar
una velocidad pequea, de tal manera que al tocar el lmite de carrera S2 se
detiene mantenindose en esta condicin durante un tiempo en forma
temporizada. El retorno se dar a travs de un movimiento acelerado hasta
alcanzar la velocidad v2. Luego cuando llegue al final de carrera se detendr
instantneamente.
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b) Plano elctrico:
Tiene un circuito de control y uno de potencia. El circuito de control formado por
dos potencimetros los que enviaran (solo uno a la vez) seales entre 0 y +/-
10 V.D.C. El circuito de control de los rels trabaja comnmente a 24 V.D.C. El
circuito de potencia enva corriente en el rango de 0 a 2000 ms.
El rel K1 energiza el potencimetro A1 el que establece el nivel de velocidad
v1 de salida del pistn. El rel K3 activa al potencimetro V1 el que establece
la aceleracin o rampa desde cero hasta alcanzar la velocidad v1, igualmente
V1 establece la desaceleracin desde la velocidad v1 hasta alcanzar una
mnima velocidad.
El rel K2 energiza el potencimetro A2 el que establece el nivel de velocidad
v2 de entrada del pistn. El potencimetro V1 establece la aceleracin o rampa
desde cero hasta alcanzar la velocidad negativa v2. Luego el pistn
desplazndose a la velocidad v2 choca la culata posterior del cilindro
detenindose instantneamente.
c) Plano hidrulico:
Un cilindro de doble efecto es mandado por una vlvula distribuidora
proporcional 4/3.
La velocidad y la aceleracin del cilindro es funcin de la apertura y del
direccionamiento de la vlvula distribuidora. S2 y S3 son lmites de carrera que
transmiten la informacin para la conmutacin de velocidades o aceleraciones.
El sistema es alimentado con una bomba de caudal constante y la presin
mxima es de 100 bares.
COMPARACION DE LAS RESPUESTAS DE UN SISTEMA
ELECTROHIDRAULICO Y UN SISTEMA CON CONTROL PROPORCIONAL
Las respuestas en las salidas elctricas e hidrulicas en los sistemas con
control electrohidrulico y con control proporcional tambin son diferentes. Aqu
algunas comparaciones:
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Sistemas hidrulicos con control elctrico:
El mando elctrico a las electrovlvulas es una seal de tensin U tipo
escaln.
La formacin del campo magntico es tardio: el desplazamiento s (mm)
de la corredera de la electrovlvula ser retrasada con respecto a la
seal de entrada.
La posicin de la corredera de la vlvula es discontinuo (reposo oaccionado)
El parmetro hidrulico de salida (caudal Q o presin p) se ve afectada
debido a la sobre posicin mecnica
Sistemas hidrulicos con control proporcional:
El mando elctrico a las vlvulas proporcionales es una seal continua
de corriente I con cualquier caracterstica en el tiempo.
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La formacin del campo magntico es proporcional a la corriente de
alimentacin, por lo que; el desplazamiento de la corredera de una
vlvula proporcional estar en fase, con respecto a la seal de entrada.
La respuesta de salida en el parmetro hidrulico (caudal Q o presin p)
no se ve afectada por condiciones mecnicas de centrado, sobre
posicin, valores extremos, muelles vencidos o rozamiento, debido a la
regulacin en el control electrnico que permiten controlar la corriente
para que los parmetros de salida hidrulico sean proporcionales y
lineales a la seal de entrada.
COMPARACION DE VALVULAS PROPORCIONALES Y SERVOVALVULASLas vlvulas con control continuo pueden ser vlvulas proporcionales y servo
vlvulas. Ambas presentan ciertas similitudes como la de ser controladas
electrnicamente pero tambin presentan diferencias las que se resumen en el
siguiente cuadro:
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De aqu podemos concluir que una servo vlvula con respecto a una vlvula
proporcional:
Tiene un principio diferente de producir desplazamiento de la corredera
principal.
Utiliza menor potencia en su mando.
Actan ms rpidamente.
Su respuesta es lineal.
Tienen menor histresis.
Son ms exigentes del nivel de limpieza del aceite.
Tienen ms etapas de amplificacin hidrulica.
Tienen sobre posicin cero.
Su control es en lazo cerrado.
Solo pueden ser vlvulas distribuidoras.