TITULO: ACTUADORES ELÉCTRICOS Y NEUMÁTICOS PARA VÁLVULAS

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

ACTUADORES ¾ son dispositivos capaces de generar una

fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

ACTUADORES ¾ es la parte de la válvula de control con

que se convierte la energía de entrada, ya sea neumática o eléctrica, en movimiento mecánico para abrir o cerrar la válvula

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

CLASIFICACION DE LOS ACTUADORES ¾ NEUMATICOS ¾ HIDRULICOS ¾ ELECTRICOS

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

ACTUADOR NEUAMTICO ¾

Consiste en un diafragma con resorte que trabaja entre 3 y 15 psi (0.2 – 1 bar), es decir, que la posiciones extremas de la válvula corresponden a 3 y 15 psi (0.2 y 1 bar). ¾ Al Aplicar una cierta presión sobre el diafragma, el resorte se comprime de tal modo que el mecanismo empieza a moverse y sigue moviéndose hasta que se llegue a un equilibrio entre la fuerza ejercida por la presión del aire sobre el diafragma y la fuerza ejercida por el resorte. ¾ Idealmente, con una señal de 3 psi la válvula debe estar oposición cero y a 15 psi en la posixcio100. Asimismo, debe existir una proporcionalidad entre las señales intermedias y sus correspondientes posiciones.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

COMPORTAMIENTO DE LAS VALVULAS DE CONTROL En la practica las válvulas de control se desvían de este comportamiento debido a las siguientes causas: ¾ 1.- rozamiento en la estopada. ¾ 2.- Histéresis y falta de linealidad del resorte. ¾ 3.- Área efectiva del obturador que varía con la carrera del vástago de la válvula. ¾ 4.- esfuerzo en el obturador de la válvula creado por la presión diferencial del fluido. ¾ 5.- Fuerza adicional del actuador necesaria para conseguir un cierre efectivo entre el asiento y el obturador.(fuerza de asentamiento) Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

En la válvula existe un equilibrio entre estas diversas fuerzas que viene dada por la sig formula ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

F>= F+ F+ F+ F + F+ Fp En la que: Fa = fuerza resultante obtenida por el actuador. Fr = fuerza del rozamiento. Fs = fuerza del asentamiento. Fw = peso del obturador. Fb= fuerza elástica del fuelle. Fb = fuerza de desequilibrio del fuelle. Fp = fuerza estática y dinámica sobre el obturador.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Valvula de acción directa La fuerza resultante Fa obtenida por el actuador depende de la acción de la válvula (aire cierra, aire abre). En un una válvula de acción directa ( aire cierra). ¾ Fa = Ad* Pa * 1.02 –Fsr. = Ad(Pa – F2)*1.02 ¾ Fsr =Ad F2*1.02 ¾ en la que: ¾ ¾ ¾ ¾ ¾

Ad= área efectiva del diafragma Pa = presión del aire sobre el diafragma Fsr = fuerza debida a la compresión final del muelle o carrera total F2 = compresión final del muelle a carrera total.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Válvula de acción inversa ¾

En una válvula de acción inversa ( aire abre) es:

¾

Fa= Ad F1*1.02 en la que ¾ F1 es la compresión inicial del muelle a carrera cero.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

ACTUADOR ELECTRICO ¾

El actuador eléctrico es un motor eléctrico acoplado al vástago de la válvula a través de un tren de engranajes. El motor se caracteriza fundamentalmente por su par y por el tiempo requerido para hacer pasar a la válvula de la posición abierta a la cerrada o viceversa. Existen básicamente tres circuitos eléctricos de control capaces de actuar sobre sobre el motor: todo o nada, flotante y proporcional.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

CIRCUITO TODO O NADA ¾

Circuito todo o nada representado en la sig fig. consiste en un motor eléctrico unidireccional acoplado al vástago de la válvula con una leva que fija el principio y el final de la rotación del motor gracias a dos interruptores de final de carrera S1 y S2. según la posición (cierre entre los contactos 1-2 o 3-4) se excita el devanado derecha o izquierda y el motor gira en uno u oto sentido hasta el final de su carrera.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

CIRCUITO FLOTANTE ¾

Consiste en un motor eléctrico bidireccional con interruptores de final de carrera, acoplados al vástago de la válvula. El interruptor del controlador flota entre los dos contactos de accionamiento. El motor gira a la derecha o izquierda según el controlador cierre el contacto correspondiente y se para si el contacto móvil no toca ninguno de los fijos o bien cuando llega a su final de carrera.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

CIRCUITO PROPORCIONAL ¾

¾

Circuito proporcional esta formado por un motor bidireccional, un rele de equilibrio y un potenciómetro de equilibrio. El controlador es un potenciómetro cuyo brazo móvil se mueve de acuerdo con el valor de la variable del proceso. El corazón del circuito es el rele de equilibrio. Consiste en una armadura ligera en forma de U que pivotea en su centro entre dos bobinados de control; posee una lamina con un contacto móvil que flota entre dos contactos fijos conectados a las bobinas del motor a través de final de carrera.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

CIRCUITO PROPORCIONAL ¾

Si las posiciones de los brazos móviles en los dos potenciómetros, el de controlador y el del motor corresponden, la corriente que fluye en los dos bobinados de control es la misma y la armadura del rele de equilibrio permanece neutra. Por el contrario, si varia la señal de salida del controlador, el brazo móvil de su potenciómetro cambia de posición, variando la corriente de paso entre los dos bobinados de control. La armadura bascula y el contacto móvil cierra el circuito de excitación de uno de los bobinados del motor con lo cual gira en el sentido correspondiente hasta que la posición de l brazo móvil de su potenciómetro se correspondan con la del controlador; en este instante la armadura queda equilibrada y el motor se para.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Pistones

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

El pistón es un cilindro abierto por su base inferior, cerrado en la superior y sujeto a la biela en su parte intermedia. El movimiento del pistón es hacia arriba y abajo en el interior del cilindro, comprime la mezcla, transmite la presión de combustión al cigüeñal a través de la biela, fuerza la salida de los gases resultantes de la combustión en la carrera de escape y produce un vacío en el cilindro que “aspira” la mezcla en la carrera de aspiración. El pistón, que a primera vista puede parecer de las piezas mas simples, ha sido y es una de las que ha obligado a un mayor estudio. Debe ser ligero, de forma que sean mínimas las cargas de inercia, pero a su vez debe ser lo suficientemente rígido y resistente para soportar el calor y la presión desarrollados en el interior de l la cámara de combustión.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

¾

¾

¾

Veamos en esta oportunidad algunos tipos de pistones Sealed Power de Federal Mogul que les proporcionará una mejor comprensión de las características, beneficios y materiales de estos pistones para su correcta aplicación. Comenzaremos por los materiales. Los pistones de los motores actuales usan como elemento principal el aluminio, por ser un metal con amplias cualidades. En la fabricación de los pistones, al aluminio se le agregan otros elementos para obtener formulas adecuadas que proporcionan las características particulares necesarias según el tipo y aplicación del motor. Estas aleaciones son las que permiten obtener un producto de alta calidad como es el caso de los pistones Sealed Power.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

TIPOS DE PISTONES: Pistones de aluminio fundido (Sufijos P, NP) ¾

Uno de los procesos más antiguos y aún vigente, es el de la fundición de lingotes de aluminio en grandes Crisoles (donde se calientan los metales hasta que se funden o pasan de sólido a líquido) que luego se vacían en moldes enfriados por agua bajo sistemas especiales. Posteriormente, comienza el proceso de mecanizado, efectuado por diferentes maquinarias controladas por computadoras y por último pasan por una serie de procesos térmicos que les dan las propiedades requeridas por las empresas fabricantes de equipo original. Estos mismos pistones de la marca Sealed Power son los que tienen los vehículos que salen de la fabrica y son los mismos ofrecidos en las repuesteras como piezas de reposición.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Pistones forjados a presión (Sufijo F) En éste proceso se utilizan trozos de barras de aleaciones de aluminio cortados a la medida y sometidos a presiones de hasta 3000 toneladas de fuerza. En los troqueles se forja con exactitud las dimensiones del pistón y las ranuras de los anillos con maquinados a precisión para brindar optima calidad y confiabilidad en el uso de estos, tanto en motores de uso diario como de trabajos pesados eh incluso en los motores de autos de competencias

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Pistones Hipereutecticos (Prefijo H) ¾

Estos pistones son fabricados con modernos sistemas de la más alta tecnología metalúrgica en la cual se emplean nuevas formulaciones que permiten agregar una mayor cantidad de silicio, lográndose una expansión molecular uniforme de los elementos utilizados en su composición.

¾

Esta técnica de manufactura proporciona a éstos pistones características especiales, tales como soportar mayor fuerza, resistencia y control de la dilatación a temperaturas altas, disminuyendo el riesgo de que el pistón se pegue o agarre en el cilindro, la vida útil es mayor ya que las ranuras de los anillos y el orificio del pasador del pistón son más duraderas, además se pueden instalar en los nuevos motores e igualmente se usan en motores de años anteriores. Esta particular tecnología de los pistones Sealed Power se impone en especial para las nuevas generaciones de motores de alta compresión. Al usar pistones con prefijo “H” su reparación será confiable.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Pistones con capa de recubrimiento (Sufijo C) Los primeros minutos de funcionamiento de un motor nuevo o reparado son cruciales para la vida del motor. Los pistones de la marca Sealed Power han estado a la vanguardia de la tecnología del recubrimiento de las faldas del pistón. Inicialmente se utilizó el estaño (éste le da un color opaco figura 3) pero por ser nocivo a la salud ha sido eliminado por los fabricantes de pistones. En sustitución se está aplicando el nuevo recubrimiento anti-fricción compuesto por molibdeno y grafito en las faldas (dándole un color negro

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.

BIBLIOGRAFIA: ¾ Instrumentación Industrial, A. Creus, Edit.

Marcombo. ¾ Process control instrumentation technology, Curtis D. Johnson, Edit. Prentice Hall.

Instrumentación / Ing. Quirino Jimenez D.