🧐 SISTEMAS de ACTUACIÓN NEUMÁTICA e HIDRÁULICA

Los sistemas de actuación neumáticos e hidráulicos en los sistemas de control

👊   Los sistemas de actuación son los elementos de los sistemas de control que transforman la salida de un microprocesador o un controlador en una acción de control para una máquina o dispositivo. Por ejemplo, puede ser necesario transformar una salida eléctrica del controlador en un movimiento lineal que desplaza una carga. Otro ejemplo sería cuando la salida eléctrica del controlador, debe transformarse en una acción que controle la cantidad de líquido que pasa por una tubería.

En esta publicación vamos analizar los sistemas de actuación neumáticos e hidráulicos.  😃

El término neumática se utiliza cuando se emplea el aire comprimido e hidráulica para líquidos, por lo común aceite. 

👉   Con frecuencia las señales neumáticas se utilizan para manejar elementos finales de control, incluso cuando el sistema de control es eléctrico. Esto se debe a que con esas señales es posıble accionar válvulas grandes 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.

Los sistemas hidráulicos se usan en dispositivos de control de mucho mayor potencia pero, son más costosos que los sistemas neumáticos y hay riesgos asociados con fugas de aceite que no ocurren con fugas de aire.

La presión atmosférica varia con la localızación y el tiempo pero en los neumáticos por lo general se toma para ser 105 Pa, a esta presión se le conoce como 1 barra.  👽

Sistemas hidráulicos

Con un sistema hidráulico se suministra aceite presurizado mediante una bomba de motor eléctrico. La bomba bombea aceite desde un colector a través de una válvula de retención y un acumulador para regresar al colector. En la siguiente figura en el apartado a) se muestra este sistema. 

Sistema hidráulico: a) suministro de energía hidráulica, b) acumulador

👆   Se incluye una válvula de descarga de presión si ésta sube por arriba del nivel de seguridad, la válvula sin retorno es para evitar que el aceite impulsado se regrese por la bomba y el acumulador es para alisar fluctuaciones en la presión del aceite de salida. En esencia, el acumulador es sólo un contenedor en el cual el aceite se mantiene bajo presión contra una fuerza externa, la anterior figura el apartado b) muestra la forma de uso más común en la cual el aceite es presurizado y consiste en gas dentro de una bolsa en la cámara que contiene el fluido hidráulico, un modelo más antıguo contiene un muelle pistón. Si hay presión de aceite, entonces la bolsa se contrae, aumenta el volumen que el aceite puede ocupar y así reduce la presión. Si la presión de aceite cae, la bolsa se expande para reducir el volumen ocupado por el aceite y así aumenta su presión.

Tipos de bombas hidráulicas : a) Bomba de engranajes, b) bomba de vástago, c) bomba de pistón radial, d) bomba de pistón axial placa motriz

👌   Las bombas hidráulicas que a menudo se utilizan son la bomba de engranajes, la bomba de vástago y la bomba de pistón. La bomba de engranajes consiste en dos ruedas de engranaje de enlace cerrado que giran en direcciones opuestas (lo podemos ver en la anterior figura en el apartado a)). El fluido entra de manera forzada a través de la bomba y queda atrapado entre los dientes del engranaje al girar y la carcasa y de esta manera es transferido desde el puerto de entrada para ser descargado al puerto de salida. Estas bombas se usan bastante por ser baratas y resistentes. Por lo general se operan a una presión por debajo de 15 MPa a 2400 revoluciones por minuto. La capacidad máxima de flujo es alrededor de 0.5m3/min. Sin embargo, la fuga ocurre entre los dientes y la cubierta y entre los dientes engranados, esto limita su eficiencia. La bomba de vástago tiene resortes deslizantes en vástagos ranurados en un rotor conductor (figura anterior apartado b). A medida que el rotor gira, los vástagos siguen los contornos de la cubierta. Esto da como resultado un fluido que se queda atrapado entre los vástagos sucesivos y de la cubierta y se transportan desde el puerto de entrada hasta el puerto de salida.

La fuga es menor que con la bomba de engranajes. Las bombas de pistones que se utilizan en hidráulica pueden tener una variedad de formas. Con la bomba de pistón radial (anterior figura apartado c), un bloque cilíndrico gira alrededor de la leva estacionaria y esto ocasiona que pistones huecos, con retorno por muelle, se muevan adentro y afuera. El resultado es que el fluido se extrae

desde el puerto de entrada y se transporte para la expulsión desde el puerto de descarga. La bomba de pistón axial (figura anterior apartado c)) tiene pistones que se mueven en forma axial en lugar de radialmente. Los pistones están arreglados a manera de eje en un bloque cilíndrico rotatorio y hechos para mover por contacto con la placa motriz. Esta placa está en ángulo al eje conductor y de esta

manera a medida que el eje gira se mueven los pistones de manera que el aire es absorbido cuando el pistón está en posición opuesta al puerto de entrada y es expulsado cuando está en posición opuesta al puerto de descarga. Las bombas de pistones tienen una alta eficiencia y se pueden emplear a presiones

hidráulicas más altas que las bombas de engranajes o las bombas de vástago.

Sistemas neumáticos

👻   Con un suministro de energía neumática cuyo esquema podemos ver en la siguiente imagen, un motor eléctrico impulsa un compresor de aire.

Suministro de energía neumática

La entrada de aire al compresor es probable que se filtre y a través de un silenciador se reduzca el nivel del ruido. Una válvula de descarga de presión ofrece protección contra la presión en el sistema que surge sobre un nivel seguro. Puesto que el compresor de aire aumenta la temperatura del aire, es

probable que haya un sistema de enfriamiento y para quitar la contaminación y el agua del aire con un filtro con una trampa de agua. Un recibidor de aire aumenta el volumen del aire en el sistema y suaviza cualquier fluctuación de presión a corto plazo.

Por lo general los compresores de aire que se utilızan son en los que sucesivos volúmenes de aire son aislados y luego comprimidos. La siguiente figura el apartado a) muestra un compresor reciprocante vertical de acción y etapa sencillas. 👍

Tipos de compresores de aire : a) Compresor reciprocante vertical de acción y etapa sencillas, b) compresor de vástago rotatorio, c) compresor rotativo 

✋   En el aire de combustión interna, el pistón descendiente provoca que el aire sea succionado dentro de la cámara a través de la válvula inyectora de presión y cuando el pistón comienza a elevarse de nuevo, el aire atrapado obliga a la válvula de entrada a cerrarse y así comprimirse el aire. Cuando la presión del

aire ha subido lo suficiente, la válvula reductora de presión se abre y el aire atrapado fluye dentro del sistema de aire comprimido. Una vez que el pistón ha alcanzado la parte superior del centro muerto éste entonces comienza a descender y el ciclo se repite. Tal compresor es conocido como de simple acción puesto que un pulso de aire se produce por el golpe; para producir pulsos de aire se diseñan compresores de doble acción tanto en los golpes de pistón superiores como inferiores. A esto también se le llama etapa sencilla puesto que el compresor va directamente desde la presión atmosférica hasta

la presión requerida en una sola operación. Para la producción de aire comprimido a unos cuantos bares más, se usan dos o más pasos. Es común que se utilicen dos etapas para que la presión suba de 10 a 15 bares aproximadamente y más etapas para presiones más altas. Por lo tanto, con un compresor de dos etapas tal vez se tenga el primer paso tomando aire a una presión atmosférica y comprimirla a, por decir, 2 bares y luego la segunda etapa comprimir este aire a, 7 bares, por ejemplo. Los compresores de pistón reciprocante se pueden emplear como un compresor de etapa sencilla para producır presiones de aire por arriba de 12 bares y como un compresor multietapas por arriba de 140 bares. Por lo general, las entregas de flujo de aire oscilan en un rango de cerca de 0.02 m3/min de entrega de aire libre a cerca de 600 m3/min de entrega de aire libre; luego, aire libre es el término que se usa para el aire a presión atmosférica normal. Otra forma de compresor es el compresor rotativo de vástago. Este cuenta con un rotor montado excéntricamente en una cámara cilíndrica (anterior figura apartado b)). El rotor tiene cuchillas, los vástagos, que son libres de deslizarse en ranuras radiales con rotación

que provocan que los vástagos sean conducidos hacia fuera contra las paredes del cilindro. A medida que el rotor gira, el aire es atrapado en cavidades formadas por los vástagos y conforme el rotor gira las cavidades se vuelven mas pequeñas y el aire se comprime. Los paquetes comprimidos de aire son por lo

tanto descargados desde el puerto de descarga. Los compresores de vástago rotatorio de etapa sencilla, por lo común se pueden usar para presiones por arriba de 800 kPa con tasas de flujo de 0.3 m3/min a 30 m3/min de entrega de aire libre. Otra forma de compresor es el compresor helicoidal rotativo (figura anterior apartado c)). Este tiene dos tornillos entrelazados que giran en direcciones

opuestas. Mientras los tornillos giran, el aire es atraído hacia la cubierta a través del puerto de entrada y dentro del espacio entre los tornillos. Luego este aire atrapado se mueve a lo largo de la longitud de los tornillos y es comprimido a medida que el espacio se vuelve progresivamente más pequeño y sale del puerto de descarga. Es común que los compresores rotatorios de etapa sencilla se puedan utilizar para presiones por arriba de 1000 kPa con tasas de flujo entre 1.4 m3/min y 60 m3/min de entrega de aire libre.

Escrito por Archie Tecnology