Embed Size (px)
Citation preview
UN ACTUADOR
Es un dispositivo inherentemente mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover o
“actuar” otro 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 “neumático”,
“hidráulico” o “eléctrico”.
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 LINEALES
Un actuador lineal es aquel que cuando es conducido por un movimiento no-lineales o rotatorio,
crea un movimiento lineal (en oposición al movimiento rotatorio, por ejemplo, de un motor
eléctrico). El accionamiento Mecánico e hidráulico son los métodos más comunes para lograr
el movimiento lineal.
TIPOS
ACTUADORES MECÁNICOS
Los Actuadores mecánicos lineales operan por la conversión del movimiento rotatorio
en movimiento lineal. La conversión es comúnmente a través de unos 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 actuadores
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 : actuadores Cam función en un principio similar al de la cuña , pero
proporcionan relativamente limitado de viajes. Como gira la leva como ruedas, su
forma excéntrica proporciona empuje en la base de un eje.
Algunos actuadores lineales mecánicos de un sólo tire (por ejemplo, elevación, 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 actuador mecánico
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
manipular la posición de etapas lineales , etapas rotatorias , 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 insertado en el. Los dos lados del pistón alternativamente
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, 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 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
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 sujeta una membrana de goma o plástico. 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 existe 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 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 efecto, con amortiguación interna doble: Cuando se mueven
grandes masas con cilindros 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 almohada- 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 sobre una barra de sugestión. Con las interruptores pueden
preguntarse sin contacto las posiciones finales o posiciones intermedias del
cilindro.
.
Cilindro de doble efecto, con doble vástago: Este tipo constructivo puede
soportar mayores fuerzas transversales 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 las levas de accionamiento para los órganos de
mando y señal en el extremo del vástago libre.
ACTUADORES NEUMÁTICOS
Neumáticos actuadores o cilindros neumáticos , son similares a los actuadores
hidráulicos, salvo que el uso de gas comprimido para proporcionar la presión en vez de
un líquido.
ACTUADORES PIEZOELÉCTRICOS
El efecto piezoeléctrico es una propiedad de ciertos materiales en los que la aplicación
de un voltaje a la materia hace que se expanda. Un muy alto voltaje corresponden a
tan solo una pequeña expansión. Como consecuencia, los actuadores piezoeléctricos
pueden lograr solucionar extremadamente bien el posicionamiento, pero también tienen
un alcance muy corto de movimiento. Además, los materiales piezoeléctricos
muestran histéresis lo que hace que sea difícil de controlar su expansión de manera
repetible.
ACTUADORES ELECTROMECÁNICOS
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 propio. La siguiente es una descripción generalizada 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. 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 el tornillo de posicionamiento es una tuerca de conducir 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 conducido a lo largo de los hilos. La dirección del movimiento de la tuerca
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. 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 inducción. Todo depende de los requisitos de solicitud y las
cargas se ha diseñado el actuador de moverse. 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 una milésima no 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 variaciones en el sistema de actuadores lineales
electromecánicos. Es fundamental comprender el diseño de los requisitos 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.
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 velocidad 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 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 actuador lineal, el motor "se arrastra" arriba y abajo de un
tornillo que se le impide la 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
comparación con las rayas de colores múltiples en un bastón de caramelo. 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 expanda. Un émbolo que lleva en la cera es, pues, obligados
a moverse en una forma lineal.
ACTUADORES TELESCÓPICOS
Telescópico actuadores lineales son especializados actuadores lineales utilizarse
cuando las restricciones de espacio o de otro tipo requiere.Su rango de movimiento es
muchas veces mayor que la longitud no prorrogado del miembro de actuación.
Una forma común es de tubos concéntricos de igual longitud aproximadamente que se
extienden y contraen como mangas, uno dentro del otro, como el cilindro telescópico .
Otros actuadores telescópica más especializado uso de actuación a los miembros que
actúan como ejes lineales rígidos cuando se extiende, pero romper esa línea de
plegado, que separa en trozos y / o desenrollar cuando se retractó. Ejemplos de
telescópica actuadores lineales incluyen:
Helicoidal actuador banda
actuador cinturón rígido
actuador de la cadena rígida
Segmentado husillo
ACTUADOR ROTATORIO
El objetivo final del actuador rotatorio es generar un movimiento giratorio. El movimiento debe
estar limitado a un ángulo máximo de rotación. Normalmente se habla de actuadores de cuarto
de vuelta, o 90º; fracción de vuelta para ángulos diferentes a 90º, por ejemplo 180º; y de
actuadores multivuelta, para válvulas lineales que poseen un eje de tornillo o que requieren de
múltiples vueltas para ser actuados.
La variable básica a tomar en cuenta en un actuador rotatorio es el torque o par; también
llamado momento. Y es expresado en lb-in, lb-pie, N-m, etc.
El actuador rotatorio dependiendo de su diseño, consta de las siguientes partes móviles
básicas:
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 “émbolo”) generando una fuerza en sentido 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 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. Usualmente y dependiendo
del tamaño y diseño de la válvula, entre 10% y 50% de sobredimensionamiento.
Segundo, debe establecerse la carrera angular del actuador (¿90º, 180º?).
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 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 requerido de una válvula es de 3600 lb-in y se utiliza un porcentaje de 30%, es
decir multiplicamos por 1,30 encontramos que se requiere un actuador de 4680 lb-in (la
presión disponible de aire es 80 psi mín); hay un modelo XX0350 que entrega 3547 lb-in
que no es suficiente; el siguiente tamaño XX0600 entrega 6028 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.
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 conecta la presión hidráulica a uno de los lados
del émbolo o veleta (en adelante, solo “émbolo”) generando una fuerza en sentido 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 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 actuador hidráulico son mucho mas pequeños.
Considerar la adquisición de una central hidráulica si el cliente no posee actualmente
presión hidráulica disponible.
Establecer los controles que gobernarán al actuador: Posicionador, válvulas solenoides,
interruptores de carrera, transmisores de posición, etc.
ACTUADOR ROTATORIO ELÉCTRICO
Para hacer funcionar el actuador eléctrico, se debe energizar los bornes correspondientes para
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 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 (¿90º, 180º, 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 de instalación. Voltaje, frecuencia, número
de fases.
Cuarto, con las torques ya determinadas, 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 requerido de una válvula es de 3600 lb-in y se utiliza un porcentaje de 30%, es
decir multiplicamos por 1,30 encontramos que se requiere un actuador de 4680 lb-in; que
entrega 3547 lb-in que no es suficiente; el siguiente tamaño entrega 6028 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 normalmente entre 20 segundos hasta 90 segundos o más.
Establecer los controles que gobernarán al actuador: Posicionador, válvulas solenoides,
interruptores de carrera, transmisores de posición, etc.
El movimiento producido por un actuador puede ser la rotación continua, como por un motor
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 discretos de un tamaño fijo. Esto puede ser utilizado para producir la 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 entre la posición de mando y la posición 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 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 “doble efecto” o de posición
de falla “última 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 de “simple efecto” o
“Falla Cierre” o “Falla Abre”, FC o FA respectivamente (FC y FO en inglés), o bien de “vuelta
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 realmente enorme. Otra cosa a considerar 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 DE TORQUE
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 particularidad, es importante hacer calzar los torques de la
válvula en sus diferentes posiciones, con los torques que es capaz de generar el actuador, 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 ha asentado
en su posición por largo tiempo, el torque requerido para 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 rotativos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones. Estos actuadores
requieren de todos los tamaños, potencia y velocidad de funcionamiento. Estos pueden variar
desde actuadores de potencia cero que sólo se utilizan como dispositivos de visualización,
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, 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 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 1948, Wiener, el fundador de la cibernética, mostró que las categorías mecanicistas
tradicionales, en particular, la causalidad lineal, no servían para entender el comportamiento de
estos sistemas. Los servomecanismos muestran un comportamiento 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 de control (tarjeta electrónica), un potenciómetro y un conjunto
de engranajes, que no permiten que el motor gire 360 grados, solo aproximadamente 180. 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 de retroalimentación negativa para
corregir el funcionamiento de un mecanismo. El término sólo se aplica correctamente a los
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
Un tipo común de servo proporciona un control de posición. Servos son comúnmente eléctricos
o electrónicos parcialmente en la naturaleza, utilizando un motor eléctrico como el principal
medio de la creación de mecánica vigor . Otros tipos de servos
uso hidráulica , neumática o magnética principios. Servos funcionan según el principio de un
voto negativo , en comparando con la entradas para controlar la posición actual del sistema
mecánico, medida por algún tipo de transductor en la salida. Cualquier diferencia entre los
valores reales y quería (una "señal") se amplifica y se utiliza para conducir el sistema en la
dirección necesaria para reducir o eliminar el error. Este procedimiento es un ampliamente
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 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.
servomecanismos de posicionamiento se utilizó por primera vez en el militar que controla el
fuego y la navegación 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 los servos para accionar las aeronaves de 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 en modelos de
control de radio , donde se utilizan para proporcionar la impulsión para diversos sistemas
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 motor eléctrico acoplado mecánicamente a un
potenciómetro. Una norma receptor RC envía modulación de ancho de pulso (PWM) señales a
los servos. La electrónica en el interior del servo traducir el ancho del pulso en una
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 comúnmente como un servo se utiliza en los automóviles para amplificar
la dirección o frenar la fuerza aplicada por el conductor. Sin embargo, estos dispositivos no son
los servos verdad, sino más bien mecánica amplificadores . (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.
Ejemplo de sistemas de lazo cerrado: sistemas de llenado de una cisterna, desplazamiento de
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.
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 denominada señal de error. Representa la diferencia 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 nivel de señal procedente de la realimentación, entrada, comparador, 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. Para lograr un funcionamiento ágil de alta precisión, 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.
