UN ACTUADOR Es un dispositivo inherentemente mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover o ³actuar´ otro dispositivo dispositivo mecánico. La fuerza que provoca el actuador proviene de tres fuentes posibles: Presión neumática, presión hidráulica, y fuerza motriz eléctrica (motor eléctrico o solenoide). Dependiendo del origen de la fuerza el actuador se denomina ³neumático´, ³hidráulico´ o ³eléctrico´.
El actuador más común es el actuador manual o humano. Es decir, una persona mueve o actúa un dispositivo para promover su funcionamiento. Con el tiempo, se hizo conveniente automatizar la actuación de dispositivos, por lo que diferentes dispositivos hicieron su aparición. Actualmente hay básicamente dos tipos de actuadores.
Lineales
Rotatorios
Los actuadores lineales generan una fuerza en línea recta, tal como haría un pistón. Los actuadores rotatorios generan una fuerza rotatoria, como lo haría un motor eléctrico.
ACTUADORES ACTUADORES LINEALES no-lineales o rotatorio, Un actuador linea l es aquel que cuando es conduci do por un movimient o no-lineales crea un movimiento lin eal (en opo sición al movimien to rota torio, por e jemplo, de unmotor unm otor eléctrico). El El accionamiento Mecánico e hidráulico son los métodos más comunes comune s para lograr el movimiento lineal.
TIPOS
ACTUADORES MECÁNICOS Los Actuadores mecánicos lineales operan por la conversión del movimiento rotatorio en movimien to lineal. La conversión e s comúnmente a través de uno s pocos tipos simples de mecanismo:
Tornillo : gato de tornillo , husillo de bolas y rodillos de tornillo actuadores todas operan bajo el principio de la máquina simple conocido como el tornillo. Al girar la tuerca del actuador, el eje se mueve el tornillo en una línea.
Rueda
y
eje :
alzamiento , torno , piñón
y
cremallera , transmisión
por
cadena , transmisión por correa , cadena rígida y rígida del cinturón actuado res funcionan según el principio de la rueda y el eje.Al girar una rueda / eje (por
ejemplo, el tambor , engranajes , poleas o eje ) un miembro lineal (por ejemplo, por cable , parrilla, cadena o correa ) se mueve.
Cam : actuadore s Cam función funció n en un principio similar al de la cuña , pero proporcionan relativamente limitado de viajes. Como gira la leva como ruedas, su forma excéntrica excéntrica proporciona empuje en la base de un eje.
Algunos actuadores actuadores lineales mecánicos de un sólo tire (por ejemplo, elevación, transmisión transmisión por cadena y correa de transmisión) y otros de un sólo empuje (por ejemplo actuador de la leva). Actuadores mecánicos suelen convertir el movimiento rotatorio de un botón de control o manejar en desplazamiento lineal a través de tornillos y / o artes de pesca a los que la perilla o manija se adjunta. Un volante de tornillo gato del coche o es un actuado r mecánico me cánico familiar. Otra familia de actuadores se basan en el eje segmentado . La rotación de la manija del gato se convierte mecánicamente en el movimiento lineal de la cabeza del gato. actuadores mecánicos también son utilizados con frecuencia en el campo del láser y la óptica para manipula r
la
posición
de etapas
lineale s , etapas
rotatoria s , espejo
de
montajes , goniómetros y la colocación de otros instrumentos. Para la colocación exacta y repetible, las marcas de índice puede ser utilizado en las perillas de control. Algunos incluso incluyen actuadores de un codificador y lectura digital de la posición.
[2]
Estos son similares a
los mandos de ajuste utilizado en micrómetros , salvo que su objetivo es el ajuste de posición en lugar de medida de la posición.
ACTUADORES HIDRÁULICOS Los actuadores hidráulico o cilindros hidráulicos suelen incluir un cilindro hueco que tiene
un pistón pi stón inserta do en
el. Los dos
lados d el pistón pi stón alt ernativament e
presurizado/de-presurizado para lograr controlar el desplazamiento lineal preciso del pistón y, a su vez la entidad relacionada con el pistón. El desplazamiento lineal física es sólo a lo largo del eje del pistón y el cilindro. Este diseño se basa en los principios de la hidráulica . Un ejemplo conocido de un actuador hidráulico de accionamiento manual es un gato hidráulico. Normalmente, Normalmente, sin embargo, el término "actuador hidráulico" se refiere a un dispositivo controlado por una bomba hidráulica.
Cilindro de simple efecto: Estos cilindros se componen de: Tubo cilíndrico, tapa de fondo y tapa frontal con cojinete, émbolo con retén, vástago, muelle de recuperación, casquillo de cojinete y junta de rascador. Al aplicar el aire comprimido o el fluida hidráulico a la parte posterior del émbolo avanza el vástago. Al efectuarse la purga del flujo el muelle recupera el émbolo a su posición inicial. Debido a la longitud del muelle se utilizan cilindros de simple efecto hasta carreras de 100 mm aprox. Aplicación: Estos cilindros sólo pueden efectuar trabajo en una dirección, por lo tanto es apropiado para tensar, expulsar, introducir, sujetar, etc.
En la figura; cilindros de émbolo de diversas ejecuciones de estanqueidad.
Cilindro de simple efecto. Cilindro Cilindro de membrana: En estos cilindros una membrana de goma, plástico o metal desempeña las funciones de émbolo. La placa de sujeción asume la función del vástago y está unida a la membrana. La carrera de retroceso se realiza por tensión interna de la membrana. Con cilindros cilindros de membrana sólo pueden efectuarse carreras muy cortas. Aplicación: Estampar, remachar, y sobre todo sujetar.
Cilindro de simple efecto. Cilindro de membrana: Entre dos cubetas metálicas está firmemente suje ta una membrana de goma o plástic o. El El vástago está fijado en el centro de la membrana. la carrera de retroceso se realiza por el resorte recuperador, ayudado por la tensión de la membrana. Sólo e xiste xiste rozamiento en el cojinete de guía del vástago. Aplicaciones: Tensar, prensar.
Cilindro de simple efecto, membrana arrollable: En este cilindro la membrana tiene forma de vaso. Al introducir el flujo la membrana se desarrolla en la pared interna del cilindro. Al igual que el anterior el rozamiento es mínimo y la estanqueidad máxima. La carrera es corta, sino el desgaste sería muy rápido, forma de construcción muy sencilla.
Cilindro de doble efecto: Estos cilindros se componen de: Tubo, tapa posterior, frontal con casquillo de cojinete, junta de labio, junta de rascador, vástago y émbolo con resón (de doble labio). Al recibir aire comprimido por la parte posterior y purgándose el lado anterior, sale el vástago. Cuando el aire se introduce frontalmente el vástago retrocede. A igualdad de presión, la fuerza del émbolo es mayor en el avance que en el retroceso retroceso debido a la mayor sección posterior sobre la anterior. Aplicación: En los casos en que el trabajo sea en las dos direcciones además las carreras que pueden obtenerse son mayores a la de los cilindros de simple efecto.
Cilindro de doble doble efecto, con amortiguación interna doble : Cuando se mueven grandes grande s masas con cilindro s de doble efecto es preciso utilizar estos tipos. El cilindro se compone, adicionalmente, de tapa de cilindro con válvulas de retención (anti-rretorno), estrangulación regulable, y émbolo de amortiguación. Ante de alcanzar la posición final, el émbolo de amortiguación interrumpe la salida directa del aire hacia el exterior. Se constituye una almohadaalmohada- neumática, debida a la sobre-presión, en el espacio remanente del cilindro: la energía cinética se convierte en presión, debido a que el aire solo puede salir a través de una pequeña sección. En la inversión del aire penetra libremente a través dela válvula de retención y el émbolo sale de nuevo con toda fuerza y velocidad.
Cilindro de doble efecto: El tubo del cilindro y la tapa de fondo constituidas por la misma pieza. El embolo es guiado en el tubo por anillos de plástico. La ventaja de este cilindro son las reducidas dimensiones con respecto a los cilindros convencionales.
Cilindro de doble efecto, apropiado para la palpación sin contacto: En el embolo del cilindro se encuentra un imán permanente a través de cuyo campo magnético son accionados interruptores de aproximación. En el cilindro pueden fijarse, según la carrera, uno o varios interruptores de aproximación aproximación sobre una barra de sugestión. Con Con las interruptores pueden preguntarse sin contacto las posiciones finales o posiciones intermedias del cilindro.
.
Cilindro de doble doble efecto, con doble vástago vástago : Este tipo constructivo puede soportar mayore s fuerzas transversale s y momentos de flexión que el cilindro de doble efecto normal, debido a que el vástago esta doblemente poyado. Ambas
superficies del embolo son iguales y con ella las fuerzas resultantes. Cuando el espacio es reducido pueden fijarse fijarse las levas de accionamiento para los órganos de mando y señal en el extremo del vástago libre.
ACTUADORES NEUMÁTICOS Neumáticos actuado res o cilindros neumáti cos , son similares a los actuadore s hidráulicos, hidráulicos, salvo que el uso de gas comprimido para proporcionar la presión en vez de un líquido.
ACTUADORES PIEZOELÉCTRICOS El efecto piezoeléctrico piezoeléctrico es una propiedad de ciertos materiales en los que la aplicación de un voltaje a la materia hace que se expanda.U expanda.Un muy alto voltaje corresponden a tan solo una pequeña expansión. Como consecuencia, los actuadores piezoeléctricos pueden lograr solucionar extremadamente extremadamente bien el posicionamiento, pero también tienen un alcance
muy corto
de movimiento. Además, los mat eriales piezoeléct ricos
muestran histéresis lo que hace que sea difícil de controlar su expansión de manera repetible.
ACTUADORES ELECTROMECÁNICO EL ECTROMECÁNICOS S Actuadores electro-mecánicos son similares a los actuadores mecánicos, excepto que el botón de control o el mango se sustituye por un motor eléctrico.El movimiento rotatorio del motor se convierte en el desplazamiento lineal del actuador. Hay muchos diseños modernos de actuadores lineales y cada empresa que fabrica ellos tiende a tener su propio método pro pio. La siguiente es una descrip ción gene ralizada de de un actuador lineal muy simple electro-mecánico. Diseño simplificado: Por lo general, un conductor rotatorio (por ejemplo, el motor eléctrico) está conectado mecánicamente a un tornillo de posicionamiento para que la rotación del motor eléctrico hará que el tornillo de girar. girar.U Un tornillo de posicionamiento tiene un hilo helicoidal continua a máquina en su circunferencia a lo largo de la longitud (similar a la rosca en un tornillo ). Rosca en e n el tornillo de posicionamie nto es e s una tuerca de conducir condu cir ola tuerca de bola con sus correspondientes hilos helicoidales. La tuerca se le impide girar
con el tornillo de posicionamiento (por lo general los dispositivos de tuerca con una parte no giratoria del cuerpo del actuador). Por lo tanto, cuando el husillo gira, la tuerca será conduci do a lo largo de los hilos. La dirección de l movimiento de la tu erca dependerá de la dirección de la rotación del husillo.Mediante la conexión de los vínculos con la tuerca, el movimiento se puede convertir en desplazamiento lineal utilizable. utilizable. La mayoría de los actuadores actuales están construidos ya sea para la alta velocidad, alta fuerza, o un compromiso entre los dos. Al considerar un actuador para una aplicación en particular, las especificaciones más importantes son típicamente de viaje, velocidad, fuerza, precisión y tiempo de vida. Hay muchos tipos de motores que se pueden utilizar en un sistema de accionamiento lineal. Estos incluyen cepillo de la CC, sin escobillas, paso a paso, o en algunos casos, incluso los motores de induc ción. Todo depend e de los requisitos de soli citud y las cargas se ha diseñado el actuador actuador de mo verse. Por ejemplo, un actuador lineal con un integrante de CA potencia del motor de inducción de la conducción de un tornillo de posicionamiento puede ser utilizada para accionar una válvula grande en una refinería. En este caso, la precisión y la resolución de bajar a u na milésima n o es necesaria, pero de gran fuerza y velocidad. Para actuadores lineales electromecánicos utilizados en robótica instrumentos de laboratorio, equipos ópticos y láser, o las tablas XY, la resolución de multa en la región de micrón y de alta precisión pueden requerir el uso de una potencia fraccional motor paso a paso actuador lineal con un tornillo de paso fino de plomo. Hay muchas variacion es en el sistema de a ctuadores li neales electromec ánicos. Es fundamen tal comp render e l diseño de los re quisitos y las limitaciones de aplicación para saber cuál sería el mejor. Principios: En la mayoría de los diseños de actuador lineal, el principio básico de operación es la de un plano inclinado . Los hilos de un acto tornillo de posicionamiento como una rampa continua que permite una fuerza de giro pequeño como para ser utilizados en una distancia larga para llevar a cabo el movimiento de una carga grande a una distancia corta. Variaciones: Muchas variaciones en el diseño básico se han creado.La mayoría se enfoca en proporcionar mejoras generales, tales como una mayor eficiencia mecánica, la velocidad o capacidad de carga. También hay un movimiento hacia la miniaturización de ingeniería a actuadores grandes. grandes. La mayoría de los diseños electromecánicos incorporar un tornillo y la tuerca de plomo. Algunos utilizan un tornillo de la bola y la tuerca de bola. En cualquier caso, el tornillo se puede conectar con una perilla de control del motor o manual, ya sea directamente oa través de una serie de engranajes. Los engranajes se utilizan normalmente para permitir que un menor (y más débil) de motor girando a un régimen
de revoluciones más alto que se orienta hacia abajo para proporcionar el par necesario para hacer girar el tornillo con una carga más pesada que el motor de otro modo sería capaz de manejar directamente. Efectivamente esto sacrificios de velocida d del actuador a favor de empuje del actuador aumentado.En algunas aplicaciones el uso del engranaje de gusano es común, ya que permiten una más pequeña construida en la dimensión que todavía permite que la longitud de viaje genial. Un actuador lineal de viaje-tuerca tiene un motor que se mantiene unido a un extremo del tornillo de posicionamiento (tal vez indirectamente a través de una caja de cambios), el motor hace girar el tornillo de posicionamiento, y la tuerca de plomo es restringido restringido de girar por lo que se desplaza hacia arriba y abajo de la tornillo de avance. Un viaje de tornillo actuador lineal tiene un tornillo que pasa por completo a través del motor. En un viaje de tornillo tornillo actuador lineal, el motor "se arrastra" arriba y abajo de un tornillo que se le impide la centrifugación centrifugación de las partes sólo están girando en el interior del motor, y puede incluso no ser visible desde el exterior. Algunos tornillos de posicionamiento tiene varios "comienza". Esto significa que tienen varios subprocesos alterna en el mismo eje. Una forma de visualizar esto es en comparació n con las rayas d e colores múlti ples en un ba stón de caramel o. Esto permite un mayor ajuste entre el paso de rosca y la tuerca / zona de la rosca de tornillo de contacto, que determina la velocidad de extensión y capacidad de carga (de los hilos), respectivamente.
LOS MOTORES LINEALES Un motor lineal es esencialmente un motor eléctrico rotatorio establecido sobre una superficie plana. Dado que el motor se mueva de forma lineal, para empezar, no hay tornillo de posicionamiento que se necesita para convertir el movimiento giratorio en lineal. Si bien la capacidad de alta es posible, el material y / o limitaciones de motor en la mayoría de los diseños son superados con relativa rapidez.La mayoría de los motores lineales tienen una capacidad de carga bajo en comparación con otros tipos de actuadores lineales.
LOS MOTORES DE CERA Un motor de cera generalmente utiliza una corriente eléctrica para calentar un bloque de cera causando que se e xpanda.U xpanda.Un émbolo que lleva lleva en la cera es, pues, obligados a moverse en una forma lineal.
ACTUADORES TE
Tel Telescópi escópi co
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jes linea li neall es r ígi dos cuando se exti lí nea de act actúan como e jes extiende ende,, pero romper esa línea Ejempll os de pl egado, egado, que separa en trozos y / o desenroll desenrollar ar cuando se ret retract ractó. Ejemp telescópi li neall es i ncl escópi ca act actuadores linea ncl uyen: uyen:
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ACTUADOR ROTATORIO
El ob je j etivo tivo fina fi nall del del act actuador rot rotator i o es generar un movi movimi ent ento girat rator io. El movi movi mient ento debe est estar lim li mitado itado a un ángul ángulo máxi máximo de rot rotaci ación. ón.
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8 º; y de
lta li neall es que poseen un e je je de tornill act actuadores multi multivue vuelt a, para vál vál vul vul as linea ornill o o que requi requieren de múlti múltip pl es vuelt vueltas as para ser ac ser acttuados. uados.
t a var i abl abl e bási básica a tomar en cuent cuenta en un act actuador rot rotator io es el orque o par ; tambi ambi én
llamado ll amado moment lb-piie, momento. Y es expresado en l b-i n, lb-p
©
-m, -m, etc.
El act actuador rot rotator io dependi dependiendo de su di seño, seño, const consta de l as sigui gui ent entes par tes móvil móviles es bási bási cas: cas:
ACTUADOR ROTATORIO NEUMÁTICO Para hacer funcionar el actuador neumático, se conecta aire comprimido a uno de los lados del émbolo o veleta (en adelante, solo ³émbolo´) generando una fuerza ensentido de la expansión del espacio entre el émbolo y la pared del cilindro o el cuerpo.
Mediante un dispositivo mecánico que puede ser el conjunto piñón y cremallera, yugo escocés, o una simple veleta, el movimiento se transforma en rotatorio. Para mover el actuador en sentido contrario es necesario introducir aire comprimido en el lado opuesto del émbolo. El torque que genera el actuador es directamente proporcional a la presión del aire comprimido, pero dependiendo de su diseño puede ser variable de acuerdo a la posición actual del actuador. Es decir, supongamos que el movimiento del actuador rotatorio está definido en el rango de 0% a 100% de su movimiento. El torque de salida en 0% es en algunos casos diferente al torque de salida cuando está en la posición 50%. A mayor abundamiento, en realidad lo que se tiene es una curva de torques en función de la posición del actuador. ¿Es esto una desventaja? No necesariamente, esta variabilidad de hecho es beneficiosa para la mayaría de las válvulas, ya que permite ajustar más el tamaño del actuador, pudiendo incluso bajar un modelo o dos al seleccionado seleccionado originalmente.
Hoy existen 3 tipos de actuadores neumáticos e hidráulicos:
Piñón y cremallera
Yugo Escocés
Veleta
DIMENSIONAMIENTO DE UN ACTUADOR NEUMÁTICO ROTATORIO
Primero se debe determinar el torque que se necesita para generar el movimiento rotatorio. Este torque puede ser expresada en N-m, lb-in, lb-ft, etc. (Newtonmetros, libras-pulgadas o libras-pié, etc.). El fabricante de la válvula debe suministrar este dato. Usualmente está publicado en su sitio web.
No olvidar considerar la presión de la línea, que muy posiblemente lucha en contra del actuador.
Establecer el porcentaje de sobredimensionamiento. sobredimensionamiento. Usualmente y dependiendo del tamaño y diseño de la válvula, válvula, entre 10% y 50% de sobredimensionamiento.
Segundo, debe establecerse la carrera angular del actuador (¿ 0 , 1 0 ?).
Tercero, conseguir la presión mínima de aire disponible en el punto. Es en esta situación
en la que el actuador está en su peor condición. La válvula válvula debe ser actuada aún cuando la presión de aire caiga al mínimo. También se debe conseguir la presión máxima esperada, y
compararla con la presión máxima que soporta el actuador y con el torque máximo que soporta el eje de la válvula.
Cuarto, con los torques ya determinados, y recurriendo a las tablas de torque de los diferentes modelos, se puede escoger un modelo adecuado para la aplicación. Es importante determinar el factor final de sobredimensionamiento que se calcula dividiendo el torque del actuador por el torque original requerido por la válvula. Por ejemplo, si el torque original req uerido de una válvula e s de 3600 lb-in lb-in y se utiliza un porcentaje de 30 %, es decir multiplicamos por 1,30 encontramos que se requiere un actuador de 46 0 lb l b-in (la
presión disponible de aire es 0 psi mín); hay un mod elo XX0350 que entrega 35 47 lb-in lb-in
que no es suficiente; el siguiente tamaño XX0600 entrega 602
lb-in que qu e es mas m as que
suficiente. Sin embargo, el factor ya no es 1,30, si no que 1,67. Es importante tenerlo en cuenta para no perder de vista cuanto torque realmente estamos entregando a la válvula, sobre todo cuando el cliente o el ingeniero suministran el torque máximo admisible para el vástago de la válvula.
Verificar el torque máximo admisible para el vástago de la válvula.
Establecer los controles que gobernarán al actuador: Posicionador, válvulas solenoides, interruptores de carrera, transmisores de posición, etc.
Si el torque máximo a máxima presión de aire supera el torque máximo admisible del vástago de la válvula, debe considerar instalar un regulador de presión para limitar la presión máxima de aire.
ACTUADOR HIDRÁULICO ROTATORIO Para hacer funcionar el actuador hidráulico, se se conecta la presión hidráulica a uno de los lado s del émbolo o veleta (en adelante, solo ³émbolo´) ³émbolo´) generando una fuerza en sentido de la expansión del espacio entre el émbolo y la pared del cilindro o el cuerpo. Mediante un dispositivo dispositivo mecánico que puede ser el conjunto piñón y cremallera, yugo escocés, o una simple veleta, el movimiento se transforma en rotatorio. Para mover el actuador en sentido contrario es necesario introducir aire comprimido en el lado opuesto del émbolo. El torque que genera el actuador es directamente proporcional a la presión de aceite hidráulico, pero puede ser variable de acuerdo a la posición actual del actuador, si el actuador es de Yugo escocés.
DIMENSIONAMIENTO DE UN ACTUADOR ROTATORIO HIDRÁULICO
Básicamente son los mismos pasos a seguir que para el actuador neumático.
Considerar que la presión hidráulica es mucho mas alta que la presión de aire, por lo que los pistones o veletas asociados a un actuad or hidráulico son mucho ma spequeño s.
Considerar la adquisición adquisición de una central hidráulica hidráulica si el cliente no posee actualmente presión hidráulica disponible.
Establecer los controles controles que gobernarán al actuador: Posicionador, válvulas solenoides, solenoides, interruptores de carrera, transmisores de posición, etc.
ACTUADOR ROTATORIO ELÉCTRICO Para hacer funcionar el actuador eléctrico, se debe energizar los bornes correspondientespara que el motor actúe en la dirección apropiada. Usualmente vienen con un controlador local o botonera que hace este proceso más sencillo. Sin embargo para la automatización remota del actuador, se debe considerar el diagrama de cableado que viene con el actuador. Las conexiones deben considerar fuerza, señales de límites límites de carrera y torque, señales análogas o digitales de posición y torque, etc. El torque generado por el motor eléctrico es aumentado por un reductor interno o externo para dar salida al torque final en el tiempo seleccionado. Esta es la razón por la que los actuadores eléctricos toman más tiempo en recorrer la carrera que los neumáticos o hidráulicos.
DIMENSIONAMIENTO DE UN ACTUADOR ROTATORIO ELÉCTRICO
Primero se debe determinar el torque que se necesita para generar el movimiento rotatorio. Este torque puede ser expresada en N-m, lb-in, lb-ft, etc. (Newton metros, libras-pulgadas o libras-pié, etc.). El fabricante de la válvula debe suministrar este dato. Usualmente está publicado en su sitio web.
O bien, se debe determinar la fuerza de tiro que deberá soportar el actuador, si la aplicación es multivueltas. Obtener el diámetro externo del tornillo.
No olvidar considerar la presión de la línea, que muy posiblemente lucha en contra del actuador.
Establecer el porcentaje de sobredimensionamiento. Usualmente y dependiendo del tamaño y diseño de la válvula, entre 10% y 50% de sobredimensionamiento.
Segundo, debe establecerse la carrera angular del actuador (¿ 0 , 1 0 , multivuelta?).
Tercero, si es multivuelta, determinar el número de vueltas necesarias para cubrir el total de la carrera de la válvula.
Obtener la disponibilidad de energía en el punto d e instalación. Voltaje, Voltaje, frecuencia, número de fases.
Cuarto, con las torques ya de terminada s, y recurrie ndo a las tablas d e torque de los diferentes modelos, se se puede escoger un modelo adecuado adecuado para la aplicación. aplicación. Es importante determinar el factor final de sobredimensionamiento que que se calcula dividiendo el torque del actuador por el torque original requerido por la válvula. Por ejemplo, si el torque original req uerido de una válvula e s de 3600 lb-in lb-in y se utiliza un porcentaje de 30 %, es decir multiplicamos por 1,30 encontramos que se requiere un actuador de 46 0 lb-in; que
entrega 3547 lb-in que no es suficiente; el siguiente tamaño entrega 602 lb-in que es mas
que suficiente. Sin embargo, el factor ya no es 1,30, si no que 1,67. Es importante tenerlo en cuenta para no perder de vista cuanto torque realmente estamos entregando a la válvula, sobre todo cuando el cliente o el ingeniero suministran el torque máximo admisible para el vástago de la válvula.
Verificar el torque máximo admisible para el vástago de la válvula.
Al escoger el actuador con su motor, tomar los datos de consumo y factor de potencia. Los actuadores eléctricos tienen tiempos de funcionamiento más largos que los actuadores neumáticos, por lo que es un dato a considerar. Dependiendo del tamaño de la válvula, estos tiempos fluctúan no rmalmente entre 20 segundo s hasta 0 segundos o más. !
Establecer los controles controles que gobernarán al actuador: Posicionador, Posicionador, válvulas solenoides, solenoides, interruptores de carrera, transmisores de posición, etc.
El movimiento producido por un actuador puede ser la rotación continua, como por unmotor eléctrico , o el movimiento a un ángulo de posición fija como para los servos y motores paso a paso . Otra forma, el par motor , no necesariamente produce la rotación, pero sólo genera un par precisa que luego sea causa la rotación, o se compensa con algún par opuesto.
Los actuadores eléctricos Los motores paso a paso Los motores paso a paso son una forma de motor eléctrico que tiene la capacidad de moverse en pasos discreto s de un tamaño fijo. Esto puede ser utilizado pa ra producir l a rotación continua a una velocidad controlada o para desplazarse por una cantidad angular controlada. Si el paso a paso se combina con un codificador de la posición o por lo menos un
sensor solo dato en la posición cero, es posible mover el motor en cualquier posición angular y así actuar como un actuador de giro.
Servomotores Un servo, o servomotor es una combinación de paquetes de varios componentes: un motor (por lo general eléctrica, aunque el poder motores líquido también se puede utilizar), un tren de engranajes para reducir la rotación de muchos de los de motor a una rotación del esfuerzo de torsión más alto, un codificador de la posición que identifica la posición del eje de salida y un sistema de control incorporado. La señal de control de entrada para el servo indica la posición de salida deseada. Cualquier diferencia diferencia entre la posición de mando y la po sición del codificador da lugar a una señal de error que hace que el motor y tren de engranajes para girar hasta que el codificador refleja refleja una posición que se pongan en venta mandado. Este tipo de servo es ampliamente utilizado para controlar los modelos de radio .
Otros tipos Un reciente, y la novela, forma de ultra-ligero actuador utiliza alambre de la memoria . Como se aplica una corriente, el cable se calienta por encima de su temperatura de transición por lo que cambia de forma, aplicando un par al eje de salida. Cuando se desconecta la alimentación, el cable se enfría y vuelve a su forma anterior.
ACTUADORES ROTATORIOS CON POSICIÓN DE FALLA Hasta ahora hemos hablado de actuadores que se denominan de ³doble efecto´ o de posición de falla ³última posición´. posición´. A veces es conveniente que la válvula vuelva por sí sola a una cierta posición si es que la energía falla. A estos actuadores se les denomina denomina de ³simple efecto´ o ³Falla Cierre´ o ³Falla Abre´, FC o FA respectivamente (FC y FO en inglés), o bien de ³vuelta por resorte´. Efectivamente, un resorte acumula energía para liberarla en la presencia de alguna falla, o cuando se libere el actuador para que vuelva a su posición de falla. Esta es la solución más robusta desde el punto de vista industrial. Hay otras alternativas para acumular energía para un actuador, pero el resorte es lo más confiable. Algo para tomar en cuenta es que los actuadores de vuelta por resorte son entre 2 y 3 veces mas grandes que los de doble efecto, porque se necesita el torque de la válvula para moverlo en un sentido, y, el torque de la válvula + el torque del resorte para moverlo en el sentido opuesto. Esto por si solo hace que el costo del actuador de simple efecto sea entre 2 y hasta 5 veces mas caro que uno de doble efecto. Aparte del problema económico, está el problema del espacio. Para ciertos tipos de válvulas el actuador de simple efecto se hace rea lmente eno rme. Otra cosa a con siderar es que la mayoría de los actuadores eléctricos no poseen vuelta por resorte, y los que lo poseen son de tamaño limitado. Mi recomendación es no especificar actuadores de simple efecto a diestra y siniestra, a menos que realmente se necesite una posición de falla.
Para dimensionar los actuadores de simple efecto, hay que tomar en cuenta primero el torque que puede generar el resorte, y luego fijarse en el torque que genera la presión de aire o fluido.
CURVAS DE COMPORTAMIENTO COMPORTAMIENTO DE TORQUE TORQU E Todas las válvulas tienen un torque inherente a su porcentaje de apertura. Por ejemplo,las válvulas mariposa de bajo rendimiento tienen su más alto torque en la posición cerrada, y si mínimo torque en la posición totalmente abierta.
Si se quiere tomar ventaja de esta particula ridad, es importante hace r calzar los torques de la válvula en sus diferentes posiciones, con los torques que es capaz de generar elactuador, de otra forma puede terminar con un actuador que es el triple de lo que realmente necesita.
En general se debe tener los puntos de torque de mas interés. Si una válvula se haasentado en su posición por largo tiempo , el torque requerido pa ra sacarla de su posición de reposo va a ser mas alto. Si se sospecha que la velocidad de flujo va a contribuir a una variación de torque en la válvula, es algo que debe considerarse.
APLICACIONES Actuadores rot ativos se uti lizan en un a ampli a gama de aplicacion es. Estos actuadore s requieren de todos los tamaños, potencia y velocidad de funcionamiento.Estos pueden variar desde actua dores de p otencia cero que sólo se utilizan com o dispositivos de visu alización, tales como medidores de núcleo de aire . Otros incluyen actuadores de válvulas que operan y el proceso de válvulas de los ductos en la industria petroquímica, a través de actuadores para los grandes proyectos de ingeniería civil, como las compuertas y diques.
UN SERVOMECANISMO es un sistema formado de partes mecánicas y electrónicas que en ocasiones son usadas en robots, robots, con parte móvil o fija. Puede estar formado también de partes neumáticas, hidráulicas y controladas con precisión. Ejemplos: brazo robot, mecanismo de frenos automotor, etc.
Ya desde la segunda mitad del siglo XIX los ingenieros inventaron máquinas capaces de regular su actividad por sí mismas; llamamos servomecanismos a estas máquinas. Se trata de dispositivos dispositivos capaces de captar información del medio y de modificar sus estados en función de las circunstancias y regular su actividad de cara a la consecución de una meta. A partir de 1 4 , Wiener, el fundador de la cibernética, mostró que las categorías mecanicistas "
#
tradicionales, tradicionales, en particular, particular, la causalidad lineal, no servían para entender el comportamiento de estos sistemas. Los servomecan ismos muestran un comp ortamient o teleológico y una estructura causal circular, como en el caso del sistema formado por un termostato y una fuente de calor.
Un error típico es confundir un servomecanismo con un servomotor, aunque las partes que forman un servomotor son mecanismos. En otras palabras, un servomotor es un motor especial al que se ha añadido un sistema sistema de control (tarjeta electrónica), electrónica), un potenciómetro y un conjunto de engranajes, que no permiten que el motor gire 360 grados, solo aproximadamente aproximadamente 1 0. Los $
servomotores son comúnmente usados en modelismo como aviones, barcos, helicópteros y trenes para controlar de manera eficaz los sistemas motores y los de dirección.
Es un dispositivo automático que utiliza el error de detección deretroalimentación negativa para corregir el funcionamie f uncionamie nto de un mecanismo. El término sólo se aplica a plica correctamente correctamente a los sistemas sistemas en los comentarios o las señales de corrección de errores ayuda a el posicionamiento del control mecánico u otro tipo parámetros. Por ejemplo, un control de la ventana de energía del automóvil no es un servomecanismo, ya que no hay feedback automático que controla la posición del operador hace esto por la observación.Por el contrario el coche de control de crucero utiliza cerrada ciclo de retroalimentación , que lo clasifica como un servomecanismo. Un servomecanismo puede o no puede usar un servomotor.Por ejemplo, un horno doméstico controlado por un termostato es un servomecanismo, sin embargo, no hay motor que es controlado directamente por el servomecanismo.
CONTROL DE POSICIÓN posición. Servos son comúnmente eléctricos Un tipo común de servo proporciona un control de posición.
o electró nicos parcialme nte en l a naturale za, utilizando un motor eléct rico como el p rincipal medio
de
la
creación
de
mecánica vigor . Otros
tipos
de
servos
uso hidrául ica , neumática o magnética principios. Servos funcionan funcio nan según el principi o de un voto negativo , en comparando con la entradas para controlar la posición actual del sistema mecánico, medida p or alg ún tipo de transductor en la salida. Cualquier diferencia entre lo s valores reales y quería (una "señal") se amplifica y se utiliza para conducir el sistema en la dirección ne cesaria para reducir o elimina r el error. Este procedimi ento es un amp liamente utilizado la aplicación de la teoría de control .
CONTROL DE VELOCIDAD El control de velocidad a través de un gobernador es otro tipo de servomecanismo. El motor de vapor utiliza utiliza los reguladores mecánicos, otra aplicación anticipada fue para gobernar la velocidad de las ruedas de agua . Antes de la Segunda Guerra Mundial la hélice de velocidad constante se ha desarrollado para el control de la velocidad del motor para la maniobra de las aeronaves. controles de combustible para turbinas de gas o motores emplean o electrónicos que regulan hidromecánicos. hidromecánicos.
servomecanismo s de posicio namiento se uti lizó por primera vez en el militar que contro la el fuego y la navegació n marítima equipo. servomecanismos Hoy en día se utilizan en las máquinas de herramientas automáticas , las antenas de seguimiento por satélite, aviones de control
remoto,
sistemas
de
navegación
automática
en
los
barcos
y
aviones,
y antiaéreas sistemas de control de armas. Otros ejemplos son "fly-by-wire" en los sistemas de las aeronaves que utilizan utilizan los servos para accionar las aeronaves d e control de superficies, y los
modelos
de
control
de
radio que
utilizan
servos
de
RC
para
el
mismo
propósito. Muchos de enfoque automático cámaras también utilizan un servomecanismo para mover con precisión el objetivo, y así ajustar el enfoque. Una moderna unidad de disco duro tiene un sistema de servo-magnético con una precisión de posicionamiento micras-sub. servos Típica dar un rotativo (angular) de salida. tipos lineales son comunes, así, mediante un husillo o un motor lineal para dar movimiento lineal.
SERVOS DE RC son aficionados dispositivos de control remoto servos empleados normalmente enmodelos de control de radio ra dio , donde do nde se utilizan u tilizan p ara proporci onar la impulsión para diversos sistema s mecánicos, tales como la dirección de un coche, las superficies de control en un avión, o el timón de un barco. Debido a su asequibilidad, fiabilidad y sencillez de control por microprocesadores, los servos de RC son de uso frecuente en pequeña escala robótica aplicaciones. Servos
RC
se
componen
de
un
moto r
eléctrico
acopl ado
mecánicame nte
a
un
potenciómetro. Una norma receptor RC envía modulación de ancho de pulso (PWM) señales a los servos. La elect rónica e n el interior del servo trad ucir el anc ho del pulso en un a posición. Cuando el servo se ordena a girar, el motor es alimentado hasta el potenciómetro alcanza el valor correspondiente a la posición ordenada.
OTROS DISPOSITIVOS DE CONTROL Otro dispositivo comúnmen te como un servo se utiliza en los autom óviles para a mplificar la dirección o frenar la fuerza aplicada por el conductor. Sin embargo, estos dispositivos no son los servos verdad, sino más bien mecánica amplificadore s . (Véase también la dirección asistida o servo de vacío). En las máquinas industriales, los servos se utilizan para realizar movimientos complejos.
Sistema de control de lazo cerrado También denominados sistemas de control en bucle cerrado. Son sistemas cuyas alida tiene efecto sobre la señal de control, por ello en estos sistemas las perturbaciones tienen menos incidencia sobre la variable de salida, ya que el sistema esta corrigiendo permanentemente la variable de salida en función de la especificación de entrada.
emplo de sistemas de lazo cerrado: sistemas de llenado de una cisterna, desplazamiento de Ej emplo
un ser vivo, control de potencia de un generador eléctrico donde la potencia generada ha de ser igual a la consumida, etc.
PARTES Planta : sistema sobre el que pretendemos actuar. Proceso: secuencia de operaciones para obtener un fin determinado. Sistema: conjunto de operadores que actúan relacionados para realizar el control deseado. interna Perturbación : es todo tipo de señal no deseada capaz de afectar al sistema. Puede ser interna o externa al sistema y, dependiendo de la frecuencia con la que se manifiesta, puede ser permanente o esporádica.
Entrada de mando : señal externa al sistema que condiciona su funcionamiento. Señal de referencia : es una señal de entrada conocida que nos sirve para calibrar al sistema. Unidad de control : gobierna la salida en función de una señal de activación. Salida: representa la variable física gobernada. Señal activa: también denomi nada señal de error. Repre senta la diferen cia entre la señal de entrada y la señal realimentada.
Unidad de realimentación : está formada por uno o varios elementos que captan la variable de salida, la acondicionan y trasladan a la unidad de comparación.
Unidad comparadora : nos proporciona la señal de error, dependiente de la señal de entrada y de la señal realimentada.
Transductor : transforma una magnitud física en otra que es capaz de interpretar el sistema. Amplificador : nos proporciona un n ivel de señal procede nte de la realimentación, en trada, comparador, etc. etc. adecuada al elemento sobre el que actúa. APLICACIONES
Automatización industrial (FA: automatización de fábrica)
Los robots , máquinas herramientas
Instrumentos de precisión , equipos informáticos , equipos médicos
Aeronaves , buques, Control de radio.
EL PAPEL DEL SERVO Servo (servo) mecanismo, lo que significa que el esclavo se dice en latín, etimología Servus es el de un mecanismo de control configurado para funcionar según las instrucciones de la instrucción. instrucción. Para lograr un funcionamiento ágil de alta precisión, siempre siempre verifique su estado de funcionamiento comentarios al cambio de mando y salir (retroalimentación) que se caracteriza por. Cómo controlar es importante para reducir al mínimo la diferencia entre la señal de mando y señal de retorno.