Control de caudal con estranguladores

Control de Caudal por medio de Estranguladores

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Análisis de los tres tipos fundamentales

POR

SUSTRACCIÓN

DE

ENTRADA

DE

SALIDA


3

Los tres tipos de control básicos

Control por Sustracción

Control de Salida

Control de Entrada


44

Conceptos Generales Previos


5

Emplearemos una “Hoja de Cálculo” para ir haciendo los análisis comparativos

EN ESTE ENLACE ENCOTRARÁ LA “HOJA DE CÁLCULO”

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EXPLICAREMOS EL FUNCIONAMIENTO DE

LOS TRES TIPOS BÁSICOS DE CONTROL MEDIANTE ESTRANGULADORES,

CON EL APOLLO DE ESTA “HOJA DE CÁLCULO”.

POR ELLO COMENZAREMOS EXPLICANDO EL FUNCIONAMIENTO DE LAS CUESTIONES BÁSICAS DE LA MISMA.


6

Estableceremos colores para discernir los diferentes tipos de celdas


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Habrá datos propios de cada “Hoja” que podrán ser introducidos en cada una de ellas


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Y habrá datos que fijos que provendrán de datos introducidos o cálculos en las primeras hojas.

Habrá datos propios de cada “Hoja” que podrán ser introducidos en cada una de ellas


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Así como cálculos intermedios y auxiliares


10


Así como cálculos intermedios y auxiliares Para terminar con los cálculos finales relevantes para el análisis global de la situación.


11


Las unidades que emplearemos, y que son las más utilizadas comúnmente en Europa, serán estas.


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Comenzaremos seleccionando un cilindro


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Introduciremos un valor de diámetro aproximado de tubo de cilindro.



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Y luego un diámetro aproximado de vástago de cilindro.



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Entonces la “Hoja de Cálculo” nos devuelve los diámetros tanto de tubo como de vástago que existen en el mercado, y nos calcula tanto la S0 (superficie llena del cilindro) como la S1 (superficie anular), calculándonos también la relación entre ambas.


Así como un diámetro aproximado de vástago de cilindro.



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Entonces la “Hoja de Cálculo” nos devuelve los diámetros tanto de tubo como de vástago que existen en el mercado, y nos calcula tanto la S0 (superficie llena del cilindro) como la S1 (superficie anular), calculándonos también la relación entre ambas.


Así como un diámetro aproximado de vástago de cilindro.


S0

S1


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Luego ajustaremos la “Central” oleohidráulica y la “Carga” del cilindro


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El “movimiento de salida” de un cilindro es el movimiento con el que analizaremos los tipos básicos de control de caudal con estranguladores que vamos a ver. Para, finalmente, hacer la comparativa en condiciones idénticas.



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Para ello comenzamos introduciendo un caudal de utilización de la bomba



21

Para ello comenzamos introduciendo un caudal de utilización de la bomba

Lo que nos dará (junto al cilindro que ya hemos seleccionado) una velocidad máxima de salida.



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Ahora nos hace falta ajustar el taraje de la válvula de seguridad “Pvs” , para establecer el funcionamiento de la “Central”,



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Una vez establecida la presión máxima del sistema. Consideraremos que la “carga máxima” admisible por el mismo, es el 90% de la fuerza máxima que podría ejercer con ella el cilindro seleccionado.



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Pero la “carga real” de trabajo del sistema será la que establezcamos por medio de un porcentaje (%) de la “carga máxima” que hemos establecido con el “taraje de la válvula”.



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Lo que nos dará como resultado la “carga real” que el cilindro estará ejerciendo en la salida del vástago



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En esta situación (en el caso concreto de no tener ningún tipo de control establecido), la “carga real” que provocará la presión de la carga “Pls” coincidirá con lo que marque la presión manométrica “Pm” .



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Repasemos conceptos previos


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La carga “Ls” se opone al movimiento de salida ocasionando un componente de presión en la cámara llena, donde existe una sección “S0” del tipo de:

Presión de la Carga Ls


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0

sLs

S . 10

L P

Ls = Newtons

S0 = cm2

PLs = bars

La carga “Ls” se opone al movimiento de salida ocasionando un componente de presión en la cámara llena, donde existe una sección “S0” del tipo de:


30


0

sLs

S . 10

L P

Ls = Newtons

S0 = cm2

PLs = bars


31

Concepto general de un control de caudal y velocidad

Para el caso de una velocidad de salida “vs” del vástago que empuja una carga “Ls”


32

0

es

S . 6

Q Vs

La velocidad de salida del vástago de un cilindro siempre viene determinada por:


Qes = l/m

S0 = cm2

Vs = m/s


33

La velocidad de salida del vástago de un cilindro viene determinada por:

Por tanto: todo control del caudal “Qes”, traerá como consecuencia el control de una velocidad en el cilindro más pequeña que la máxima

0

es

S . 6

Q Vs


Qes = l/m

S0 = cm2

Vs = m/s


34

0

es

S . 6

Q Vs


Qes = l/m

S0 = cm2

Vs = m/s


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El hecho de utilizar un caudal menor “Qes” , en la entrada del cilindro, que el caudal que envía la bomba “Qb” , únicamente se logra provocando una derivación a tanque de parte de ese caudal “Qb”.


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O por medio de una sustracción directa del mismo




37

O por medio de una sustracción directa del mismo

O porque se ha provocado la apertura de la “válvula de seguridad” o limitadora del sistema.




38



39

Para todo esto vamos a utilizar estranguladores

P - P P 21r


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Un fluido que está sometido a una presión “P1” tiende a fugarse de esa situación (a través de un estrangulador en este caso) aunque para ello deba pasar por un restrictor o resistencia oleohidráulica. Esto lo hará, siempre y cuando, reciba una comunicación (desde el otro lado) de que hay una presión menor “P2” (en ese lado) que la que soporta en “P1”.


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O bien podemos verlo de la forma de que: si existe una diferencia de presión entre un punto y otro de un sistema oleohidráulico comunicados entre sí, el fluido fluirá desde el punto de más presión “P1” al de menos presión “P2” siguiendo la pauta que establece la ley fundamental de la Oleohidráulica.


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Q . R P 2rr



O bien podemos verlo de la forma de que: si existe una diferencia de presión entre un punto y otro de un sistema oleohidráulico comunicados entre sí, el fluido fluirá desde el punto de más presión “P1” al de menos presión “P2” siguiendo la pauta que establece la ley fundamental de la Oleohidráulica.

Si fluye a través de un estrangulador lo hará de la forma:


43

Q . R P 2rr



44R

P Q

:bien o

rr



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La Potencia Perdida en toda estrangulación

Una potencia perdida Wpr que se convierte en calor elevando la temperatura del aceite


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(Kw) 600

QP W

rrpr

Pero se Pierde Potencia en toda estrangulación


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Las potencias en juego

• Potencia de necesidades• Potencia perdida en el estrangulamiento• Potencia perdida en la válvula de seguridad• Potencia que impulsa la bomba


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Potencia de necesidades

Existe la potencia mecánica de nuestras necesidades


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) Kw ( 1000

vL W

ssn

Potencia de necesidades


50

Potencia perdida en el estrangulamiento

) Kw ( 600

Q P

600

Q)P - (P W

rrr0vspr


51

Potencia perdida en la válvula de seguridad o alivio

) Kw ( 600

QP W

vsmpvs


52

Potencia que impulsa la bomba

) Kw ( 600

Q P W

bmb


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Ahora ya podemos empezar el análisis de los tres tipos básicos de Control de Caudal


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55


Control de Entrada



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Control de Salida

Control de Entrada



5757



58


Al desplazarse la carga “Ls” se genera una presión en “P0” igual a la presión de la carga.Lo que origina que, a través del estrangulador “R” , haya una fuga de caudal que se sustrae a la que impulsa la bomba.Originando un nuevo “Qes” diferente que controlará la velocidad de salida del cilindro.Estableciendo una nueva velocidad regulada en función de la “R” que se ajuste.


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0

es

rbes

0r

0

s0

S . 6

Q Vs

Q - Q QR

P Q

S . 10

L P

Ls = Newtons

S0 = cm2

P0 = bars

Qes ; Qr ; Qb = l/m

Vs = m/s


60

Al introducir el valor de “R” igual a 0,0510



61

Y establecer un % de “carga máxima” igual al 100% , nos da una “carga real” de 70686 Newtons



62


bars 90 79 10

70.686

S10

L P

0

s0

Como ocurre que “P0” es igual a “PLs”

(m/s) 40.0196

18

S0 6

Q vs

(l/m) 18 42 - 60 Q - Q Q

(l/m) 420.051090

RP Q

(bars) 907910

686.70

S10

L P

es

rbes

rr

0

s0

Y además tenemos que Pr = P0


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bars 90 79 10

70.686

S10

L P

0

s0

3,09

7,2

W

W Rs

resulta orendimient el que loPor

) Kw ( 9 600

6009

600

QP W

bomba la de potencia la Siendo

) Kw ( 3,6600

4290

600

QP W

dorestrangula elen perdida potencia Nuestra

) Kw ( 7,21000

0,04 70.686

1000

vL W

:es snecesidade de potencia Nuestra

b

ns

bmb

rrpr

ssns


64


P0

Pr Qr

Qes

vs

Wns Wb Wps


65



6666

Control de Entrada


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Control de Entrada

Al desplazarse la carga “Ls” se genera una presión en “P0” igual a la presión de la carga.

Lo que origina que, a través del estrangulador “R” , pase un nuevo caudal “Qes” que controlará la velocidad de salida del cilindro con una nueva velocidad regulada en función de la “R” que se ajuste.

Siendo el “Qes” igual al caudal “Qr”. Si este caudal esta regulado, ocurrirá que “Qr”<“Qb” . Por lo que la válvula de seguridad estará abierta siendo el caudal que salga por ella “Qvs”= “Qb”- “Qr”.

Por lo que la presión a la entrada del estrangulador será la propia presión de taraje de la válvula de seguridad “Pvs”.


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0

es

res

0vsr

0

s0

S . 6

Q Vs

Q QR

P-P Q

S . 10

L P

Ls = Newtons

S0 = cm2

P0 = bars

Qes ; Qr ; Qb = l/m

Vs = m/s

Control de Entrada


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Control de Entrada


70


Control de Entrada


71

Como ocurre que “P0” es igual a “PLs”

) m/s ( 40.0196

18

S0 6

Q vs

) l/m ( 42 Q -Q Q

) l/m ( 18 Q Q

) l/m ( 180.030990)-(100

RP Q

) bars ( 907910

686.70

S10

L P

es

rbvs

res

rr

0

s0

Y además tenemos que Pr = Pvs- P0

Control de Entrada


72

3,09

7,2

W

W Rs


) Kw ( 10 600

60100

600

QP W


) Kw ( 7,3 70,3W W W

) Kw ( 7 600

24001

600

QP W

) Kw ( 3,0600

8110

600

QP W

perdida potencia Nuestra

) Kw ( 7,21000

0,04 70.686

1000

vL W


b

ns

bmb

pvsprps

vsvspvs

rrpr

ssns

Control de Entrada


73

P0

Pr Qr

Qes

vs

Wns Wb Wps

Control de Entrada


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Control de Entrada


7575

Control de Salida


76

Control de Salida

El hecho de desplazar la carga “Ls” junto a la contrapresión “P1” que se ha de vencer para hacer fluir “Qss” a través de “R”, fuerza a la aparición de la presión “Pvs” en “S0” y, por tanto, a abrir la válvula de seguridad y que se escape por ella el caudal “Qvs”

Esto hace que la presión “P1” dependa de la carga “Ls” . O, dicho de otra forma: estando fija “Pvs”, lo que queda al restarle la presión de la carga “PLs” se transfiere al lado de “P1” usando la pertinente transformación de “” veces.

Lo que origina que, a través del estrangulador “R” , pase un nuevo caudal “Qss” que controlará la velocidad de salida del cilindro con una nueva velocidad regulada en función de la “R” que se ajuste.

Siendo el “Qss” igual al caudal “Qr”. Si este caudal está regulado, ocurrirá que “Qes” = .“Qr” . Y, para que para que la válvula de seguridad esté abierta, deberá cumplirse que “Qvs”= (“Qb”- .“Qr”) > 0.


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0

es

res

1r

0

svs1

S . 6

Q Vs

Q QR

P Q

)S . 10

L (P P

Ls = Newtons

S0 = cm2

P0 = bars

Qes ; Qr ; Qb = l/m

Vs = m/s

Control de Salida


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Control de Salida


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Control de Salida


80

Como ocurre que “Pvs” es fija en “S0”

) m/s ( 40.0196

18

S0 6

Q vs

) l/m ( 4218-60 Q -Q Q

) l/m ( 1891,96 Q Q

) l/m ( 90.232720

RP Q

) bars ( 2096,1)7910

686.70100(

)S10

L (Pvs P

es

esbvs

res

1r

0

s1

Tendremos que:

Control de Salida


81

3,09

7,2

W

W Rs


) Kw ( 10 600

60100

600

QP W


) Kw ( 7,3 70,3W W W

) Kw ( 7 600

24001

600

QP W

) Kw ( 3,0600

920

600

QP W

perdida potencia Nuestra

) Kw ( 7,21000

0,04 70.686

1000

vL W


b

ns

bmb

pvsprps

vsvspvs

rrpr

ssns

Control de Salida


82

P0

Pr

Qr

Qes

vs

Wns Wb Wps

Control de Salida


83

Control de Salida


8484

Análisis del control de caudal por estranguladores


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• Como hemos visto todos los tipos de control de caudal por medio de estranguladores acarrean perdidas importantes de potencia.

• Siendo, el que menos perdidas genera, el de tipo de Sustracción

• Sin embargo, ni la Sustracción ni el control de Entrada, son aconsejables por permitir micro embalamientos.


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• Pero aparte de los microembalamientos está el que, el supuesto control, no regula nada.

• Esto ocurre porque cualquier interferencia, o variación de la carga, origina una variación sobre las presiones y, en concreto, sobre la Pr del estrangulamiento provocando un cambio de velocidad.

• Por lo que la velocidad que queríamos controlar, ¡no ha quedado regulada!


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Hagamos una comparativa entre los diferentes tipos de control que hemos visto y su respuesta a un

posible descenso de la carga.

Para ello emplearemos la misma

“Hoja de Cálculo”

que veníamos usando


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Comparativa entre los diferentes tipos de control con estranguladores

Establecido un porcentaje sobre la velocidad máxima del sistema


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Establecido un porcentaje sobre la velocidad máxima del sistema

Queda fijada una velocidad controlada igual para los tres tipos de control de caudal por estranguladores que vamos a analizar.


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Seleccionado un porcentaje sobre la carga máxima del sistema


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Seleccionado un porcentaje sobre la carga máxima del sistema

Queda fijada una carga real igual para los tres tipos de control de caudal por estranguladores


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Esto establece la necesidad de ajustar unas resistencias diferentes (según el caso) en los estranguladores


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Lo que nos procura unas perdidas de potencia que quedan reflejadas con los rendimientos en cada caso

Esto establece la necesidad de ajustar unas resistencias diferentes (según el caso) en los estranguladores


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Si en esas condiciones hacemos que haya un descenso de la carga expresado por medio de un (%) de la carga real.


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Si en esas condiciones hacemos que haya un descenso de la carga expresado por medio de un (%) de la carga real.

Observamos que hay una importante variación de la velocidad del cilindro


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Algo que en el caso del aconsejado tipo de control de salida representa un incremento de velocidad:MUY CONSIDERABLE.Por ello la Oleohidráulica no ha tenido más remedio que inventar los REGULADORES DE CAUDAL que veremos más adelante en otro apartado


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Es instructor de «Automatización Oleohidráulica»En el Centro de Formación Profesional para el Empleo de Avilés

Carlos Muñiz Cueto [email protected]

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Control de caudal con estranguladores