SELECCIÓN DE ACTUADORES ACTUADORES Un actuador es un dispositivo capaz de transformar energía hidráulica, neumática o eléctrica en la activación de un proceso con la finalidad de generar un proceso. Los actuadores eléctricos reversibles son la más moderna representación de las futuras generaciones e innovaciones para las válvulas. La correcta selección de un actuador para par a una línea de proceso es fundamental, ya que si no se selecciona bien esto repercutirá en el proceso de producción. L os pasos que se deben seguir ante el proceso de selección son: 1. Identificar qué se quiere automatizar, por ejemplo: Válvula de bola Válvula de mariposa Válvula de compuerta Válvula de macho
2. Posteriormente se debe determinar si se quiere automatizar: Neumáticamente Eléctricamente Hidráulicamente
3. Determinar el toque toque de la válvula y del actuador para que la válvula abra en los tiempos requeridos y no se seleccione un actuador muy grande o muy chico. 4. Tomar en cuenta los siguientes parámetros para asegurarse de la correcta selección de un actuador: Voltaje Maniobra en operación (torque) Tiempo de maniobra Ángulo de maniobra Temperatura Conectores Peso
5. La alineación eléctrica cuentan con un mando manual y con una pantalla de Led que informa el status que está teniendo el actuador ya que cuentan con accesorios adicionales como tarjeta servo. Esta alineación eléctrica puede ser:
Alterna Continua Indistinta Cuando se trata de seleccionar un actuador, se realizan las siguientes operaciones básicas de cálculo: Cálculo de la fuerza Longitud De Carrera Velocidad Del Émbolo Verificación del pandeo. Capacidad de amortiguación Consumos de aire Fijaciones
Para la selección se debe tener en cuenta factores como: Potencia Controlabilidad Peso y volumen Precisión Velocidad Mantenimiento Costo
La correcta selección de un actuador para una línea de proceso es fundamental, ya que si no se selecciona adecuadamente esto repercutirá en el proceso de producción, por lo que es necesario saber qué es lo que se quiere automatizar. En general cuando se va automatizar un sistema la selección puede darse así:
Cuando se necesita mover, desplazar o soportar algún peso, para ello, se requiere de actuadores de movimiento como lo son: los motores pasó a paso, de corriente continua y de corriente alterna. Cuando se trabaja con líquidos se utilizan motobombas y electroválvulas. En los procesos en los cuales, es importante utilizar un indicador que informe el estado de cada etapa, para ello se pueden utilizar alarmas e indicadores luminosos. Para el control de temperatura se utilizan resistencias, ventiladores y extractores.
Entre los criterios más importantes de selección para un actuador, se encuentran el tipo de señal, si es de corriente continua o de corriente alterna.
Para cada tipo de carga hay un determinado tipo de actuador, según se trate de un circuito de iluminación, de un motor o de una válvula, existirá un actuador correspondiente para el funcionamiento del sistema. Características Principales de un Actuador: El conjunto de datos que se deben de tomar en cuenta al seleccionar un actuador hidráulico deben de ser: Presiones. Maniobra en operación (torque). Tiempo de maniobra. Ángulo de maniobra. Temperatura. Conectores. Peso.
CRITERIOS DE SELECCIÓN Criterios de selección de actuadores consiste en:
Cuarto de vuelta Vueltas trimestre incluye actuador neumático, actuador eléctrico y actuadores hidráulicos. Actuadores neumáticos-1 están presentes en vuelta del resorte y actuar en doble ángel de 900 y 1800. Este actuador es muy seguro y simple y también rentable y su factor de seguridad es upto100%. Actuadores eléctricos 2 pueden trabajar en ambos trifásico y monofásico (AC & DC).Comúnmente se utilizan para el servicio de encendido y apagado. Funciona en ausencia de aire y servicio hidráulico. Actuadores hidráulicos 3 trabajan individualmente donde las fuentes de suministro de neumáticos y eléctricos no están presentes. Es eficaz debido al menor tamaño. Puede ser trabajado muy eficientemente donde el par máximo es obligatorio utilizar válvulas de gran escala.
MULTI-TURN Actuadores multivueltas clasifican por capacidad de par, tamaño del tallo, voltaje, frecuencia, velocidad y muchos factores más. Estos factores son necesarios para el funcionamiento de la válvula.
Actuadores eléctricos 2 Pueden trabajar en ambos trifásico y monofásico (AC & DC). Comúnmente se utilizan para el servicio de encendido y apagado. Funciona en ausencia de aire y servicio hidráulico.
Actuadores hidráulicos 3 Trabajan individualmente donde las fuentes de suministro de neumáticos y eléctricos no están presentes. Es eficaz debido a su menor tamaño. Puede ser trabajado muy eficientemente donde el par máximo es obligatorio utilizar válvulas de gran escala.
Analizaremos brevemente los principales aspectos a tener en cuenta a la hora de calcular un cilindro. No obstante, lo más recomendable es acudir siempre a los datos aportados por el fabricante donde se nos mostraran tablas para los esfuerzos desarrollados, máximas longitudes de flexión y pandeo, etc.
Fuerza Del Émbolo La fuerza ejercida por un elemento de trabajo depend e principalmente de la presión del aire, del diámetro del cilindro y del rozamiento de las juntas. La fuerza teórica del émbolo se calcula con la siguiente fórmula:
F teórica = P · A Dónde: Ft = Fuerza teórica del vástago en Kgf. P= Presión relativa en Kg. / cm 2 A= Superficie del émbolo en cm 2 En la práctica, es necesario conocer la fuerza real que ejercen los actuadores. Para determinarla, también hay que tener en cuenta los rozamientos. En condiciones normales de servicio (presiones de 400 a 800 kPa. / 4 a 8 bar) se puede suponer que las fuerzas de rozamiento representan de un 3 a u n 20% de la fuerza calculada. Si el cilindro es de simple efecto, a la fuerza teórica calculada, hay que reducirle además la del resorte. La fuerza de un muelle depende de la elongación del mismo y se calcula por la expresión FF = k * X Dónde: FF = Fuerza del muelle en N k = Constante del muelle en N/mm X = Elongación en mm Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores, la fuerza real del cilindro de simple efecto, quedaría como sigue:
Fn = A*P – (FR + FF) El área efectiva de un cilindro depende de si se considera en avance o en retroceso, puesto que en retroceso hemos de considerar el diámetro del émbolo. Área de un cilindro: A= π*R2 = π*(D/2)2 = (π*D2 )/4 En avance: A=(π*D2 )/4
Para cilindros de doble efecto, hemos de considerar además de las expresiones anteriores, la consideración de una menor área efectiva en el retroceso debido al diámetro del émbolo: En retroceso: d A=π(D2-d2)/4
D = Diámetro del cilindro en m d = Diámetro del émbolo en m
Elección De Un Cilindro Por Tablas: Valores válidos para cilindros de doble efecto
Longitud De Carrera La longitud de carrera en cilindros neumáticos no debe exceder de 2000 mm. Con émbolos de gran tamaño y carrera larga, el sistema neumático no resulta económico por el elevado consumo de aire y precio de los actuadores. Cuando la carrera es muy larga, el esfuerzo mecánico del vástago y de los cojinetes de guía, es demasiado grande. Para evitar el riesgo de pandeo, si las carreras son grandes, deben adoptarse vástagos de diámetro superior a lo normal. Además, al prolongar la carrera, la distancia entre cojinetes aumenta y, con ello, mejora la guía del vástago. Otra solución la aportan los cilindros de vástago guiado, mucho más resistentes a los esfuerzos mecánicos.
Velocidad Del Émbolo La velocidad del émbolo, en cilindros neumáticos depende de la fuerza antagonista, de la presión del aire, de la longitud de la tubería, de la sección entre los elementos de mando y trabajo y del caudal que circula por el elemento de mando. Además, influye en la velocidad la amortiguación de final de carrera. Cuando el émbolo
abandona la zona de amortiguación, el aire entra por una válvula antirretorno y de estrangulación y produce un aumento de la velocidad. La velocidad media del émbolo, en cilindros estándar, está comprendida entre 0,1 y 1,5 m/s. Con cilindros especiales (cilindros de impacto) se alcanzan velocidades de hasta 10 m/s. La velocidad del émbolo puede regularse con válvulas especiales. Las válvulas de estrangulación, las antirretorno y de estrangulación, y las de escape rápido, proporcionan velocidades mayores o menores, dependiendo de su regulación.
Verificación Del Pandeo
“Pandeo es la deformación que sobreviene a un a barra esbelta cuando se le so mete a un esfuerzo de compresión”
En la práctica, en vez de calcular el pandeo, se comprueba si para las condiciones particulares del cilindro y del montaje el pandeo producido es admisible o no. Existen dos formas: la analítica y la gráfica. El diagrama de la figura siguiente está construido considerando el caso más desfavorable (empotramiento trasero y carga libre). Con ello, cuando se utilice este diagrama (aún sin conocer la instalación del cilindro) no corremos riesgo de equivocarnos en la elección.
Amortiguación Los cilindros neumáticos pueden tener una velocidad muy elevada y se pueden desarrollar fuerzas de choque considerables al final de la carrera. Los cilindros sin amortiguación están diseñados para aplicaciones con cargas ligeras y baja velocidad.
La amortiguación fija está destinada a cilindros de pequeño d iámetro y para trabajar con cargas ligeras.
En los cilindros más grandes, el efecto del impacto puede ser una amortiguación neumática regulable.
1. Casquillo de amortiguación 2. Junta de amortiguación 3. Orificio de restricción regulable
Consumo De Aire Para disponer de aire y conocer el gasto de energía, es importante conocer el consumo de la instalación, cálculo que comenzará por los actuadores (potencia). Para una presión de trabajo, un diámetro y una carrera de émbolo determinado, el consumo de aire se calcula como sigue:
La fórmula de cálculo por embolada, resulta: Q = 2 (S ⋅ n ⋅ q) Con ayuda de tablas, se puede establecer los datos del consumo de aire de una manera más sencilla y rápida. Los valores están expresados por cm de carrera para los diámetros más corrientes de cilindros y para presiones de 100 a 1500 kPa. (115 bar). Donde: Q Caudal nominal ( Nl / min) S Carrera en cm. n Carreras por minuto q Consumo por carrera.
Fijaciones El tipo de fijación es importante ya que el cilindro puede ir equipado de los accesorios de montaje necesarios. De lo contrario, como dichos accesorios se construyen según el sistema de piezas estandarizadas, también más tarde puede efectuarse la transformación de un tipo de fijación a otro.
Este sistema de montaje facilita el almacenamiento en empresas que utilizan a menudo el aire comprimido, puesto que basta combinar el cilindro básico con las correspondientes piezas de fijación. La principal ventaja que ofrecen los sistemas de fijación no fijos, es que un mismo cilindro puede colocarse en una máquina de distintas formas según el tipo de fijación.
Criterios para elegir actuadores eléctricos
- Torque de la válvula + factor de seguridad - Presión diferencial en la válvula - Fluido a manejar - Tipo de actuador (eléctrico) - Suministro de aire al actuador - Voltaje, nema La selección correcta de un actuador para válvulas industriales nos dará como beneficio el ahorro aire, energía, paro de líneas de producción ó proceso, golpes de ariete. La aplicación de los actuadores está dirigida a cualquier tipo de válvula industrial (bola, compuerta, globo, mariposa), en diámetros de ¼ a 38 pulgadas si así lo requiere con posicionadores, cajas de switches solenoide. Actuadores eléctricos multivoltaje Específicamente desarrollados para aplicaciones de ¼ de vuelta (von posibilidades de ángulo de maniobra de hasta 270”) y torques de maniobra de 20 Nm hasta 30
Nm. Ideal para la automatización eléctrica de válvulas de bola, mariposa, macho, dampers, etc. Características del actuador eléctrico multivoltaje: - Multivoltaje: Alimentación eléctrica corriente alterna ó continúa indistintamente. - Control térmico de temperatura (ATC): Calefactor de 4W controlado termostáticamente para la regulación constante de la temperatura interior entre 20ºC – 30ºC. - Control electrónico de par: Limitación permanente de par motor. Control del par máximo con limitación y desconexión del mismo en caso de bloqueo en prevención de posibles daños. Desbloqueo automático del sistema mecánico cuando el paro se produce por limitación de par, facilitando el accionamiento del mando manual de emergencia. Un LED interno visible permanente indica el accionamiento normal del
motor. Un LED destellante indica que el sistema está activado y desconecta la alimentación eléctrica del motor. - Mando manual de emergencia: Situando la palanca en posición manual del motor queda automáticamente desconectado y puede accionarse la válvula manualmente. - Configuración conexión AC/VD: Ambas opciones son posibles para el mismo actuador, simplemente debe conectarse la alimentación. - Contactos auxiliares: Dos contactos (microinterruptores) adicionales para transmisión de señal.
BIBLIOGRAFÍA
Marllelis del Valle Gutiérrez Hinestroza, S. A. (2017). Fundamentos Básicos de Instrumentación y Control. Editorial UPSE.
www.books.google.com.mx//seleccion.de.actuadores.hidraulicos
www.academia.edu.UNIDAD2.ACTUADORES
www.mitecnologico.com/electrica/Main/CriteriosDeSeleccionActuadores.
www.prezi.com/ymgjwsjlfims/copy-of-criterios-de-seleccion-de-un-actuador .
www.raknarrok.blogspot.mx/2011/10/caracteristicas-actuadores.html.
http://www.valvias.com/tipos-de-actuadores.php.
