Actuador y Electrovalvula

7/23/2019 Actuador y Electrovalvula

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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR EL ORO

CARRERA: MECÁNICA AUTOMOTRIZ

ASIGNATURA: NEUMÁTICA E HIDRÁULICA

INVESTIGACIÓN: 1

ACTUADOR Y ELECTROVALVULAS

PROF.: ING. JOSEPH ERREYES

CRISTHIAN HENRY MOROCHO VALLEJO

NIVEL: TERCERO

MACHALA, 9 DE NOVIEMBRE DEL 20!

MARCO TEORICO:ACTUADOR

DEFINICIÓN



NSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR EL ORO

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 el!ctrica "motor el!ctrico o solenoide#.

$ependiendo del ori%en de la fuerza el actuador se denomina “neumático” “hidráulico” o “el!ctrico”.

TIPOS

NEUMÁTICOS

Los actuadores neumáticos consisten tanto en cilindros lineales como en actuadores rotatorios

proveedores del movimiento. Los actuadores neumáticos son menos costosos y más se%uros

que otros sistemas sin embar%o es dif&cil controlar la velocidad o la posición debido a la

compresibilidad del aire que se utiliza.

'n los actuadores neumáticos se comprime el aire abastecido por un compresor el cual via(a a

trav!s de man%ueras.

'n ellos la fuente de ener%&a es aire a presión entre ) y

1* bar. '+isten dos tipos de actuadores neumáticos:

,-otores neumáticos "de aletas rotativas o de

pistones a+iales#.

'n los primeros se consi%ue el desplazamiento de un embolo encerrado en un cilindro como

consecuencia de la diferencia de presión a ambos lados de aquel. Los cilindros neumáticos

pueden ser de simple o doble efecto. 'n los primeros el embolo se desplaza en un sentido

como resultado del empu(e e(ercido por el aire a presión mientras que en el otro sentido se

desplaza como consecuencia del efecto de un muelle "que recupera al embolo a su posición en

reposo#.

'n los cilindros de doble efecto el aire a presión es el encar%ado de empu(ar al embolo en las

dos direcciones al poder ser introducido de forma arbitraria en cualquiera de las dos cámaras.




ormalmente con los cilindros neumáticos solo se persi%ue un posicionamiento en los

e+tremos del mismo y no un posicionamiento continuo. 'sto /ltimo se puede conse%uir con

una válvula de distribución "%eneralmente de accionamiento directo# que canaliza el aire a

presión hacia una de las dos caras del embolo alternativamente. '+isten no obstante sistemas

de posicionamiento continuo de accionamiento neumático aunque debido a su coste y calidad

todav&a no resultan competitivos.

'n los motores neumáticos se consi%ue el movimiento de rotación de un e(e mediante aire a

presión.

Los dos tipos más utilizados son los motores de aletas rotativas y los motores de pistones

a+iales. Los motores de pistones a+iales tienen un e(e de %iro solidario a un tambor que se ve

obli%ado a %irar las fuerzas que e(ercen varios cilindros que se apoyan sobre un plano

inclinado.

0tro m!todo com/n más sencillo de obtener movimientos de rotación a partir de actuadores

neumáticos se basa en el empleo de cilindros cuyo embolo se encuentra acoplado a un sistema

de pión,cremallera.

'n %eneral y debido a la compresibilidad del aire los actuadores neumáticos no consi%uen una

buena precisión de posicionamiento. 2in embar%o su sencillez y robustez hacen adecuado su

uso en aquellos casos en los que sea suficiente un posicionamiento en dos situaciones

diferentes "todo o nada#.

3or e(emplo son utilizados en manipuladores sencillos en apertura y cierre de pinzas o en

determinadas articulaciones de al%/n robot "como el movimiento vertical del tercer %rado de

libertad de al%unos robots tipo 24565#.

2iempre debe tenerse en cuenta que el empleo de un robot con al%/n tipo de accionamiento

neumático deberá disponer de una instalación de aire comprimido incluyendo: compresor

sistema de distribución "tuber&as electro válvulas# filtros secadores etc. no obstante estas




instalaciones neumáticas son frecuentes y e+isten en muchas de las fábricas donde se da cierto

%rado de automatización.

HIDRÁULICOS

'stos actuadores se basan para su funcionamiento en la presión e(ercida por un l&quido %eneralmente

un tipo de aceite. Las maquinas que normalmente se encuentran conformadas por actuadores

hidráulicos tienen mayor velocidad y mayor resistencia mecánica y son de %ran tamao por ello son

usados para aplicaciones donde requieran de una car%a pesada. 4ualquier tipo de sistema hidráulico se

encuentra sellado herm!ticamente a modo que no permita de nin%una manera derramar el l&quido que

contiene de lo contraria se corre un %ran ries%o. Los actuadores hidráulicos requieren demasiado

equipo para suministro de ener%&a as& como de mantenimiento periódico.

A"#$%&%$'()* +) #'* &%-&+')* /$+-#$%'*

Las principales aplicaciones se encuentran en máquinas troqueladoras en car%adores y en maquinarias

pesada para obras civiles. 'ste sistema de actuadores se divide en tres %randes %rupos:

, 4ilindro hidráulico.

, -otor hidráulico.

, -otor hidráulico de oscilación.

C$#$(+' /$+-#$%'

$e acuerdo con su función podemos clasificar a los cilindros hidráulicos en 7 tipos:

, $e efecto simple: se utiliza fuerza hidráulica para empu(ar y una fuerza e+terna diferente paracontraer.

, $e acción doble: se emplea la fuerza hidráulica para efectuar ambas acciones.

C$#$(+' +) ")*$1( +$($%&




Lleva la car%a en la base del cilindro. Los costos de fabricación por lo %eneral son ba(os ya que no hay

partes que resbalen dentro del cilindro.

C$#$(+' +) )3)%' *$"#)

Una barra es colocada en un e+tremo del pistón cuando la presión es e(ercida en la parte contraria al

e+tremo del pistón donde está la barra esta sube hasta donde la presión lo empu(e e(erciendo una

fuerza sobre la barra de contracción despu!s la barra es re%resada a la posición inicial por la simple

acción de resortes o de la %ravedad. La car%a solo puede colocarse en un e+tremo del cilindro.

C$#$(+' +) )3)%' +'4#)

La car%a puede colocarse en cualquiera de los lados del cilindro. 2e %enera un impulso horizontal

debido a la diferencia de presión entre los e+tremos del pistón cuando el l&quido entra en este.

C$#$(+' )#)*%1"$%'




La barra de tipo tubo multietápico es empu(ada sucesivamente conforme se va aplicando al cilindro

aceite a presión. 2e puede lo%rar una carrera relativamente en comparación con la lon%itud del cilindro.

M'' /$+-#$%'

'n los motores hidráulicos el movimiento rotatorio es %enerado por la presión.

'stos motores los podemos clasificar en dos %randes %rupos:

, 'l de tipo rotatorio: en el que los en%ranes son accionados directamente por aceite a presión.

, 'l de tipo oscilante: el movimiento rotatorio es %enerado por la acción oscilatoria de un pistón o

percutor8 este tipo tiene mayor demanda debido a su mayor eficiencia.

M'' +) )(5&(&6)

'l aceite a presión fluye desde la entrada que act/a sobre la cara dentada de cada en%rana(e %enerando

torque en una dirección. La estructura del motor es simple por lo que es muy recomendable su uso en

operaciones a alta velocidad.

M'' '*%$#&() %'( "$*1( &7$&#




9iene como función el absorber un determinado volumen de fluido a presión y devolverlo al circuito

en el momento que !ste lo precise.

M'' %'( "$*1( )6) $(%#$(&+'

'l aceite a presión que fluye desde la entrada empu(a el pistón contra la brida y la fuerza resultante enla dirección radial hace que el e(e y el bloque del cilindro %iren en la dirección de la flecha. 'ste tipo de

motor es muy conveniente para usos a alta presión y a alta velocidad. 's posible modificar su

capacidad al cambiar el án%ulo de inclinación del e(e.

ELÉCTRICOS




Las caracter&sticas de control sencillez y precisión de los accionamientos el!ctricos han hechoque sean los más usados en los robots industriales actuales.$entro de los actuadores el!ctricos pueden distin%uirse tres tipos diferentes:

-otores de corriente continua "$4#: ,4ontrolados por inducción. ,4ontrolados por e+citación.-otores de corriente alterna "54#: ,2&ncronos. ,5s&ncronos.-otores pasó a paso.

Motores de corriente continúa.

2on los más usados en la actualidad debido a su facilidad de control. 'n este caso se utiliza enel propio motor un sensor de posición"'ncoder# para poder realizar su control.

Los motores de $4 están constituidos por dosdevanados internos inductor e inducido quese alimentan con corriente continua:

'l inducido tambi!n denominado devanado de

e+citación está situado en el estator y crea uncampo ma%n!tico de dirección fi(adenominado e+citación.

'l inducido situado en el rotor hace %irar almismo debido a la fuerza de Lorentz queaparece como combinación de la corriente

circulante por !l y del campo ma%n!tico de e+citación. 6ecibe la corriente del e+terior a trav!sdel colector de del%as en el que se apoyan unas escobillas de %rafito.

3ara que se pueda dar laconversión de ener%&a

el!ctrica en ener%&a mecánica de forma continua es necesario que los campos ma%n!ticos delestator y del rotor permanezcan estáticos entre s&. 'sta transformación es má+ima cuandoambos campos se encuentran en cuadratura. 'l colector de del%as es un conmutador




sincronizado con el rotor encar%ado de que se manten%a el án%ulo relativo entre el campo delestator y el creado por las corrientes retoricas. $e esta forma se consi%ue transformar automáticamente en función de la velocidad de la máquina la corriente continua que alimentaal motor en corriente alterna de frecuencia variable en el inducido. 'ste tipo de

funcionamiento se conoce con el nombre de autopilotado.

5l aumentar la tensión del inducido aumenta la velocidad de la máquina. 2i el motor estaalimentado a tensión constante se puede aumentar la velocidad disminuyendo el flu(o dee+citación. 3ero cuanto más d!bil sea el flu(o menor será el par motor que se puededesarrollar para una intensidad de inducido constante mientras que la tensión del inducido seutiliza para controlar la velocidad de %iro.

'n los controlados por e+citación se act/a al contrario.5demás en los motores controlados por inducido se produce un efecto estabilizador de la

velocidad de %iro ori%inado por la realimentación intr&nseca que posee a trav!s de la fuerzacontraelectromotriz. 3or estos motivos de los dos tipos de motores $4 es el controlado por inducido el que se usa en el accionamiento con robots.

3ara me(orar el comportamiento de este tipo de motores el campo de e+citación se %eneramediante imanes permanentes con lo que se eval/an fluctuaciones del mismo. 'stos imanesson de aleaciones especiales como sumario,cobalto. 5demás para disminuir la inercia que poseer&a un rotor bobinado que es el inducido se construye este mediante una serie de espirasseri%rafiadas en un disco plano este tipo de rotor no posee apenas masa t!rmica lo queaumenta los problemas de calentamiento por sobrecar%a.

Las velocidades de rotación que se consi%uen con estos motores son del orden de 1*** a ***rpm con un comportamiento muy lineal y ba(as constantes de tiempo. Las potencias que

pueden mane(ar pueden lle%ar a los 1*;<.

4omo se ha indicado los motores $4 son controladosmediante referencias de velocidad. 'stas normalmente sonse%uidas mediante un bucle de retroalimentación de

velocidad analó%ica que se cierra mediante una electrónicaespec&fica "accionador del motor#.

2obre este bucle de velocidad se coloca otro de posición enel que las referencias son %eneradas por la unidad de

control "microprocesador# sobre la base del error entre la posición deseada y la real.




'l motor de corriente continua presenta el inconveniente del obli%ado mantenimiento de lasescobillas. 3or otra parte no es posible mantener el par con el rotor parado más de unosse%undos debido a los calentamientos que se producen en el colector.

3ara evitar estos problemas se han desarrollado en los /ltimos aos motores sin escobillas. 'nestos los imanes de e+citación se sit/an en el rotor y el devanado de inducido en el estatorcon lo que es posible convertir la corriente mediante interruptores estáticos que reciben laseal de conmutación a trav!s de un detector de posición del rotor.

Motores !as" a !aso.

Los motores paso a paso %eneralmente no han sido considerados dentro de los accionamientosindustriales debido principalmente a que los pares para los que estaban disponibles eran muy pequeos y los pasos entre posiciones consecutivas eran %randes. 'n los /ltimos aos se han

me(orado notablemente sus caracter&sticas t!cnicas especialmente en lo relativo a su controllo que ha permitido fabricar motores paso a paso capaces de desarrollar suficientes en pequeos pasos para su uso como accionamientos industriales.

'+isten tres tipos de motores paso a paso:

,$e imanes permanentes.,$e reluctancia variable.,=&bridos.

'n los primeros de imanes permanentes el rotor que posee una polarización ma%n!tica

constante %ira para orientar sus polos de acuerdo al campo ma%n!tico creado por las fases delestator. 'n los motores de reluctancia variable el rotor está formado por un material ferro,ma%n!tico que tiende a orientarse de modo que facilite el camino de las l&neas de fuerza delcampo ma%n!tico %enerado por las bobinas de estator. Los motores h&bridos combinan elmodo de funcionamiento de los dos anteriores.

'n los motores paso a paso la seal de control son trenes de pulsos que van actuandorotativamente sobre una serie de electroimanes dispuestos en el estator. 3or cada pulsorecibido el rotor del motor %ira un determinado n/mero discreto de %rados.

3ara conse%uir el %iro del rotor en un determinado n/mero de %rados las bobinas del estator deben ser e+citadas secuencialmente a una frecuencia que determina la velocidad de %iro. Lasinercias propias del arranque y parada "aumentadas por las fuerzas ma%n!ticas en equilibrioque se dan cuando está parado# impiden que el rotor alcance la velocidad nominalinstantáneamente por lo que esa y por tanto la frecuencia de los pulsos que la fi(a debe ser aumentada pro%resivamente.3ara simplificar el control de estos motores e+isten circuitos especializados que a partir de tres




seales "tren de pulsos sentido de %iro e inhibición# %eneran a trav!s de una etapa ló%ica lassecuencias de pulsos que un circuito de conmutación distribuye a cada fase.

ELECTROVÁLVULAS

DEFINICIÓN

Las e$ectro%&$%'$as son act'adores ('e !er)iten contro$ar e$*ctrica)ente

circ'itos de +'idos co)o e$ de$ ,as o e$ de$ a,'a. -ctúan cerrando o ariendo e$

!aso de a,'a/ a instancias de$ !ro,ra)ador o de $a centra$ita de !ro,ra)aci"n/

!or )edio de se0a$es e$*ctricas. La corriente e$*ctrica actúa sore 'n so$enoide/ o

e$ectroi)&n/ e$ c'a$ eectúa $a o!eraci"n de a!ert'ra d'rante e$ tie)!o ('e e$

!ro,ra)ador )antiene e$ s')inistro de corriente e$*ctrica.

TIPOS

ELECTROVÁLVULAS SENCILLAS

Las electroválvulas de tipo directo pueden ser cerradas en reposo o normalmente cerradas lo cual

quiere decir que cuando falla la alimentación el!ctrica quedan cerradas o bien pueden ser del tipo

abiertas en reposo o normalmente abiertas que quedan abiertas cuando no hay alimentación. 's decir

en el primer caso la válvula se mantiene cerrada por la acción de un muelle y el solenoide la abre

venciendo la fuerza del muelle. 'sto quiere decir que el solenoide debe estar activado y consumiendo

ener%&a mientras la válvula está abierta. Las normalmente abiertas funcionan al rev!s.

'ste tipo de válvulas se utilizan muy com/nmente en lavadoras lavaplatos rie%os y otros usos

similares.

ELECTROVÁLVULAS ASISTIDAS




'n otro tipo de electroválvula el solenoide no controla la válvula directamente sino que el solenoide

controla una válvula piloto secundaria y la ener%&a para la actuación de la válvula principal la

suministra la presión del propio fluido.

'l %ráfico ad(unto muestra el funcionamiento de este tipo de válvula. 'n la parte superior vemos la

válvula cerrada. 'l a%ua ba(o presión entra por 5. > es un diafra%ma elástico y tiene encima un muelle

que le empu(a hacia aba(o con fuerza d!bil. 'l diafra%ma tiene un diminuto orificio de menos diámetro

que el del conducto $ en el centro que permite el paso de un pequeo flu(o de a%ua. 'sto hace que el

a%ua llene la cavidad 4 y que su presión sea i%ual en ambos lados del diafra%ma pero un poco mayor

en la parte superior debido al empu(e del muelle por lo que presiona hacia aba(o sellando la entrada.

-ientras el conducto $ está cerrado por el n/cleo del solenoide ' al que un muelle empu(a hacia

aba(o. 2i se activa el solenoide el n/cleo sube y permite pasar el a%ua desde la cavidad 4 hacia lasalida8 como el caudal que puede pasar por $ al ser mayor su sección es mayor que el que pasa por el

orificio del diafra%ma disminuye la presión en 4 y el diafra%ma se levanta permitiendo el paso directo

de a%ua desde la entrada 5 a la salida ? de la

válvula. 'sta es la situación representada en la

parte inferior de la fi%ura.

2i se vuelve a desactivar el solenoide se vuelve a

bloquear el conducto $ se equilibran las

presiones del a%ua en los dos compartimentos y el

muelle situado sobre el diafra%ma necesita muy

poca fuerza para que vuelva a ba(ar ya que la

fuerza principal la hace la presión del propio

fluido en la cavidad 4.

$e esta e+plicación se deduce que este tipo de

válvula depende para su funcionamiento de que

haya mayor presión a la entrada que a la salida yque si se invierte esta situación entonces la válvula abre sin que el solenoide pueda controlarla. 3or esta

razón se emplean principalmente en sistemas en que la salida "?# tiene salida directa a un lu%ar a

presión atmosf!rica.

ELECTROVÁLVULAS DE TRES VÍAS




=ay electroválvulas que en lu%ar de abrir y cerrar lo que hacen es conmutar la entrada entre dos

salidas en una válvula de tres v&as. 'ste tipo de electroválvulas a menudo se usan en los sistemas que

tienen calefacción y preparación de a%ua caliente sanitaria lo que permite permutar el calentamiento de

uno u otro sistema alternativamente utilizando una sola bomba de circulación.

'n los calentadores de a%ua circulante el a%ua se calienta se%/n va pasando por el calentador en el

momento del consumo y es la propia presión del a%ua la que abre la válvula del %as8 pero en los

calentadores por acumulación esto no es posible ya que el a%ua se calienta mientras está almacenada en

un depósito y debe hacerlo aunque no haya circulación. ormalmente se utiliza un válvula solenoide

mandada por un termostato que cuando detecta una temperatura por deba(o de la de consi%na

"normalmente @* A4# desv&a el a%ua caliente destinada a la calefacción por un intercambiador

dispuesto en el depósito de a%ua caliente sanitaria y cuando el termostato determina que el a%ua ha

lle%ado a la temperatura de acumulación corta la corriente de la válvula que vuelve a su posición de

reposo devolviendo el flu(o de a%ua caliente al sistema de calefacción.

CONCLUSIONES

549U5$06'2

, 'l actuador es un dispositivo mecánico en la cual proporciona fuerza para mover o

“actuar” otro dispositivo mecánico., Los actuadores son elementos importantes en la industria ya que debido a ellos es

posible que los robots puedan realizar diversas tareas

, Los actuadores hidráulicos se emplean cuando se necesita potencia pero es muy

costosa.

, Los actuadores el!ctricos tambi!n son muy utilizados en los aparatos mecánicos y

electrónicos.

'L'4960BCLBUL52

, Las e$ectro%&$%'$as son act'adores ('e !er)iten contro$ar e$*ctrica)entecirc'itos de +'idos co)o e$ de$ ,as o e$ de$ a,'a.




, Las electroválvulas sencillas se utilizan muy com/nmente en lavadoras lavaplatos rie%os y

otros usos similares., Las electroválvulas asistidas el solenoide no controla la válvula directamente sino que el

solenoide controla una válvula piloto secundaria y la ener%&a para la actuación de la válvula

principal la suministra la presión del propio fluido.

RECOMENDACIONES

549U5$06

, 2e recomienda estudiar los conceptos de actuadores y su funcionamiento., 2e recomienda que al utilizar un actuador se debe tener en claro el funcionamiento al

momento de utilizarlo.

'L'4960BCLBUL5

, 2e recomienda estudiar el concepto de una electroválvula y su funcionamiento.

, 2e recomienda que al utilizar una electroválvula se lo debe hacer de una formaadecuada ya que e$ aire co)!ri)ido !'ede res'$tar !e$i,roso si se )anea de

)anera inadec'ada, 2e recomienda que al realizar el mantenimiento se debe ase,úrese de cortar $a

!resi"n de a$i)entaci"n de e$i)inar $a !resi"n resid'a$ de$ siste)a.

BIBLIOGRAFIA

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Actuador y Electrovalvula

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