Sistemas de actuadores
Sistemas neumáticos e hidráulicos
Con frecuencia las señales neumáticas son utilizadas para controlar elementos de actuación final, incluso cuando el sistema de control es eléctrico.
Esto se debe a que con dichas señales es posible accionar válvulas de grandes dimensiones y otros dispositivos de control que requieren mucha potencia para mover cargas considerables. La principal desventaja de los sistemas neumáticos es la compresibilidad del aire.
Las señales hidráulicas se usan en dispositivos de control de mucho mayor potencia; sin embargo, son más costosas que los sistemas neumáticos y hay riesgos asociados con fugas de aceite, que no existen en una fuga de aire.
Fuentes de energía
En un sistema hidráulico la presurización del aceite se logra mediante una bomba accionada por un motor eléctrico. La bomba envía aceite al sistema desde un pozo colector a través de una válvula de retención y un acumulador. La válvula de alivio libera presión cuando ésta rebasa determinado nivel de seguridad; la válvula de retención evita que el aceite regrese a la bomba y el acumulador equilibra las fluctuaciones de corta duración en la presión de salida del aceite.
En esencia el acumulador es un recipiente que mantiene el aceite bajo presión, soportando una fuerza extema. Si la presión del aceite aumenta, la cámara se contrae, aumenta el volumen que puede ocupar el aceite y disminuye la presión. Si disminuye la presión del aceite, la cámara se expande, disminuye el volumen que ocupa el aceite y de esta manera aumenta su presión.
Válvulas para control de dirección
Estas válvulas se utilizan con frecuencia en el diseño de sistemas de control de secuencia, y se activan para cambiar la dirección de flujo de un fluido mediante señales mecánicas, eléctricas o de presión de fluidos.
Símbolos de válvulas
Las diferentes posiciones de conexión de las válvulas de control se representan mediante un cuadrado.
Por ejemplo, en la válvula de vastago de la figura 5.5 hay dos posiciones: una cuando el botón no se oprime y otra cuando sí se oprime. De esta manera, la válvula dedos posiciones se representa por dos cuadrados; una de tres, por tres cuadrados, etcétera. Las flechas (figura 5.6a) indican la dirección del flujo en cada una de las posiciones; las lincas con tope corresponden a líneas de flujo cenadas (figura 5.6 b). En la posición inicial de la válvula, las conexiones con los puertos se indican en la figura 5.6 c; en la figura 5.6 c, la válvula tiene cuatro puertos. Estos se identifican mediante un número o una letra, de acuerdo con su función. Los puertos se identifican con l (o P) para la alimentación de presión, 3 (o T) para el puerto de regreso hidráulico, 3 o 5 ( R o S) para los puertos de desfogue y 2 o 5 ( B o A) para los puertos de salida.
Algunos símbolos con los que se representan los diversos modos en que actúan las válvulas. En el símbolo de una válvula pueden presentarse uno o más de estos símbolos.
Válvulas operadas con pilotaje
La fuerza necesaria para accionar la bola o desplazar la válvula en ocasiones es demasiado grande para hacerlo de manera manual o mediante un solenoide. Para solucionar ese problema se utiliza un sistema accionado con pilotaje, el cual usa una válvula para controlar una segunda válvula.
La capacidad de la válvula piloto es pequeña y se acciona en forma manual o mediante un solenoide. Su función es permitir que la válvula principal sea operada a través del sistema de presión. La línea de presión piloto se representa con líneas de trazos.
La capacidad de la válvula piloto es pequeña y se acciona en forma manual o mediante un solenoide. Su función es permitir que la válvula principal sea operada a través del sistema de presión. La línea de presión piloto se representa con líneas de trazos.
Válvulas direccionales.
El flujo sólo se realiza en la dirección en la que la bola empuja al resorte. El flujo en la dirección opuesta está bloqueado porque el resorte empuja la bola y ésta ocupa su asiento.
Válvulas de control de presión.
Existen varios tipos de válvulas de control de presión:
1. Válvulas para regulación de presión.
Sirven para controlar la presión de operación en un circuito y mantenerla en un valor constante.
2. Válvulas limitadoras de presión.
Se usan como dispositivos de seguridad para limitar la presión en un circuito y mantenerla en un valor inferior al de seguridad. La válvula se abre y desfoga a la atmósfera, o devuelve el fluido al pozo recolector si la presión es mayor que un valor de seguridad predeterminado.
3. Válvulas de secuencia de presión.
Estas válvulas se usan para detectar la presión de una línea externa y producir una señal cuando se alcanza un valor ya determinado.
Válvula limitadora de presión.
Cuyo orificio por lo regular está cerrado. Cuando la presión de entrada es mayor que la fuerza que ejerce el resorte, la válvula se abre y se produce un desfogue a la atmósfera o el fluido regresa al pozo recolector.
Esta válvula se usa como válvula para desfogue de presión, como protección del sistema contra presiones excesivas.
Válvula de secuencia de presión
Por ejemplo, una máquina automática necesita que se inicie una operación cuando la presión de sujeción aplicada a una pieza de trabajo adquiere un valor particular.
Cilindros
El cilindro consiste en un tubo cilindrico por el que se desplaza un pistón/émbolo.
El término simple acción se utiliza cuando la presión se aplica sólo en uno de los extremos del pistón; en general se utiliza un resorte para oponerse al desplazamiento del pistón anterior. Cuando se interrumpe la corriente que pasa por el solenoide, la válvula vuelve a su posición inicial y se desfoga aire desde el cilindro. En consecuencia, el resorte devuelve el pistón por el cilindro.
El término doble acción se utiliza cuando se aplica presión de control a los dos lados de un pistón.
La diferencia de presión entre ambos produce el movimiento del pistón, el cual se desplaza por el cilindro en alguna de las dos direcciones debido a las señales de alta presión.
La corriente que pasa por un solenoide causa el desplazamiento del pistón en una dirección, en tanto que la comente que pasa por el otro solenoide invierte la dirección del movimiento.
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Válvulas para el control de procesos
Las válvulas para el control de procesos permiten controlar el gasto de un fluido; por ejemplo, cuando se debe controlar el gasto del líquido a un tanque.
Uno de los elementos básicos de estas válvulas es un actuador que desplaza un tapón en la tubería por donde circula el fluido modificando así la sección transversal de dicha tubería.
Una forma común para el control del actuador neumático que se utiliza en las válvulas para control de procesos es el actuador de diafragma, que en esencia consiste en un diafragma con la señal de presión de entrada del controlador en un lado y en el otro, la presión atmosférica; esta diferencia de presión se conoce como presión manométrica. El diafragma está hecho de hule sujeto entre dos discos de acero.
El efecto de los cambios de la presión de entrada producen el desplazamiento de la parte central del diafragma. Este movimiento se transmite al elemento de control final por un vástago unido al diafragma.
Actuadores giratorios
Dependiendo de estas, el alabe gira en sentido de las manecillas del reloj o en sentido contrario a éstas.
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