Control de caudal con estranguladores

Control de Caudal por medio de Estranguladores
1
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encontrará la información
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2 2
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

4 4
Conceptos Generales
Previos

5
Emplearemos una “Hoja de Cálculo”
para ir haciendo los análisis comparativos
EN ESTE ENLACE ENCOTRARÁ LA “HOJA DE CÁLCULO”
https://www.facebook.com/groups/ofertas.oleohidraulica/590156201006551/
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

7
Habrá datos propios de cada “Hoja” que podrán ser
introducidos en cada una de ellas

8
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

9
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.

12
Comenzaremos seleccionando un cilindro

13
Introduciremos un valor
de diámetro aproximado
de tubo de cilindro.

14
Y luego un diámetro
aproximado de vástago
de cilindro.

15
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 φ entre ambas.
Así como un diámetro
de cilindro.

16
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 φ entre ambas.
Así como un diámetro
de cilindro.
S0
S1
φ

17

18
Luego ajustaremos la “Central” oleohidráulica y la “Carga” del cilindro

19
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.

20
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.

22
Ahora nos hace falta ajustar el taraje de la válvula de seguridad “Pvs” , para
establecer el funcionamiento de la “Central”,

23
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.

24
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”.

25
Lo que nos dará como resultado la “carga real”
que el cilindro estará ejerciendo en la salida del
vástago

26
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” .

27
Repasemos conceptos previos

28
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

29
0
s
Ls
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
s
Ls
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

35
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”.

36
O por medio de una sustracción
directa del mismo
“Qb”.

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.
“Qb”.

38

39
Para todo esto vamos a utilizar estranguladores
P-PP 21r =∆

40
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”.

41
“P1”.
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.

42
Q.RP 2
rr =∆
“P1”.
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.RP 2
rr =∆

44
R
P
Q
:bieno
r
r
∆
=

45
La Potencia Perdida en toda estrangulación
Una potencia perdida
Wpr que se convierte en
calor elevando la
temperatura del aceite

46
(Kw)
600
QP
W
rr
pr
⋅∆
=
Pero se Pierde Potencia en toda estrangulación

47
Las potencias en juego
• Potencia de necesidades
• Potencia perdida en el estrangulamiento
• Potencia perdida en la válvula de seguridad
• Potencia que impulsa la bomba

48
Potencia de necesidades
Existe la potencia mecánica
de nuestras necesidades

49
)Kw(
1000
vL
W
ss
n
⋅
=
Potencia de necesidades

50
Potencia perdida en el estrangulamiento
)Kw(
600
QP
600
Q)P-(P
W
rrr0vs
pr
⋅∆
=
⋅
=

51
Potencia perdida en la válvula de seguridad o alivio
)Kw(
600
QP
W
vsm
pvs
⋅
=

52
Potencia que impulsa la bomba
)Kw(
600
QP
W
bm
b
⋅
=

53
Ahora ya podemos empezar el análisis de los tres tipos básicos de Control de Caudal

54
Control por
Sustracción

55
Control por
Sustracción
Control de
Entrada

56
Control por
Sustracción
Control de
Salida
Control de
Entrada

57 57
Control por Sustracción

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.

59
0
es
rbes
0
r
0
s
0
S.6
Q
Vs
Q-QQ
R
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
bars90
7910
70.686
S10
L
P
0
s
0 =
×
=
×
=
Como ocurre
que “P0” es
igual a “PLs”
(m/s)40.0
196
18
S06
Q
vs
(l/m)1842-60Q-QQ
(l/m)42
0.0510
90
R
PQ
(bars)90
7910
686.70
S10
L
P
es
rbes
rr
0
s
0
=
⋅
=
⋅
=
===
==∆=
=
⋅
=
⋅
=
Y además tenemos que ∆Pr = P0

63
bars90
7910
70.686
S10
L
P
0
s
0 =
×
=
×
=
3,0
9
7,2
W
W
Rs
resultaorendimientelqueloPor
)Kw(9
600
6009
600
QP
W
bombaladepotencialaSiendo
)Kw(3,6
600
4290
600
QP
W
dorestrangulaelenperdidapotenciaNuestra
)Kw(7,2
1000
0,0470.686
1000
vL
W
:essnecesidadedepotenciaNuestra
b
ns
bm
b
rr
pr
ss
ns
===
=
⋅
=
⋅
=
=
⋅
=
⋅∆
=
=
⋅
=
⋅
=

64
P0
∆Pr
Qr
Qes
vs
Wns Wb Wps

65

66 66
Control de Entrada

67
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”.

68
0
es
res
0vs
r
0
s
0
S.6
Q
Vs
QQ
R
P-P
Q
S.10
L
P
=
=
=
=
Ls = Newtons
S0 = cm2
P0 = bars
Qes ; Qr ; Qb = l/m
Vs = m/s
Control de Entrada

69
Control de Entrada

70
Control de Entrada

71
Como ocurre
que “P0” es
igual a “PLs”
)m/s(40.0
196
18
S06
Q
vs
)l/m(42Q-QQ
)l/m(18QQ
)l/m(18
0.0309
90)-(100
R
PQ
)bars(90
7910
686.70
S10
L
P
es
rbvs
res
rr
0
s
0
=
⋅
=
⋅
=
==
==
==∆=
=
⋅
=
⋅
=
Y además tenemos que ∆Pr = Pvs- P0
Control de Entrada

72
3,0
9
7,2
W
W
Rs
)Kw(10
600
60100
600
QP
W
)Kw(7,370,3WWW
)Kw(7
600
24001
600
QP
W
)Kw(3,0
600
8110
600
QP
W
perdidapotenciaNuestra
)Kw(7,2
1000
0,0470.686
1000
vL
W
b
ns
bm
b
pvsprps
vsvs
pvs
rr
pr
ss
ns
===
=
⋅
=
⋅
=
=+==
=
⋅
=
⋅
=
=
⋅
=
⋅∆
=
=
⋅
=
⋅
=
+
Control de Entrada

73
P0
∆Pr
Qr
Qes
vs
Wns Wb Wps
Control de Entrada

74
Control de Entrada

75 75
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 “φ” 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” = φ .“Qr” . Y, para
que para que la válvula de seguridad esté abierta,
deberá cumplirse que “Qvs”= (“Qb”- φ .“Qr”) > 0.

77
0
es
res
1
r
0
s
vs1
S.6
Q
Vs
QQ
R
P
Q
)
S.10
L
(PP
=
⋅=
=
⋅−=
ϕ
ϕ
Ls = Newtons
S0 = cm2
P0 = bars
Qes ; Qr ; Qb = l/m
Vs = m/s
Control de Salida

78
Control de Salida

79
Control de Salida

80
Como ocurre
que “Pvs” es
fija en “S0”
)m/s(40.0
196
18
S06
Q
vs
)l/m(4218-60Q-QQ
)l/m(1891,96QQ
)l/m(9
0.2327
20
R
PQ
)bars(2096,1)
7910
686.70
100(
)
S10
L
(PvsP
es
esbvs
res
1r
0
s
1
=
⋅
=
⋅
=
===
=⋅=⋅=
===
=⋅
⋅
−
=⋅
⋅
−=
ϕ
ϕ
Tendremos que:
Control de Salida

81
3,0
9
7,2
W
W
Rs
)Kw(10
600
60100
600
QP
W
)Kw(7,370,3WWW
)Kw(7
600
24001
600
QP
W
)Kw(3,0
600
920
600
QP
W
perdidapotenciaNuestra
)Kw(7,2
1000
0,0470.686
1000
vL
W
b
ns
bm
b
pvsprps
vsvs
pvs
rr
pr
ss
ns
===
=
⋅
=
⋅
=
=+==
=
⋅
=
⋅
=
=
⋅
=
⋅∆
=
=
⋅
=
⋅
=
+
Control de Salida

82
P0
∆Pr
Qr
Qes
vs
Wns Wb Wps
Control de Salida

83
Control de Salida

84 84
Análisis del control de
caudal por estranguladores

85
Análisis del control de caudal por estranguladores
• 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.

86
Análisis del control de caudal por estranguladores
• 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!

87
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

88
Comparativa entre los diferentes tipos de control con estranguladores
Establecido un porcentaje sobre la velocidad
máxima del sistema

89
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.

90
Seleccionado un porcentaje sobre la
carga máxima del sistema

91
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

92
Esto establece la necesidad de ajustar
unas resistencias diferentes (según el
caso) en los estranguladores

93
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

94
Si en esas condiciones hacemos que haya
un descenso de la carga expresado por
medio de un (%) de la carga real.

95
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

96
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

97
Es instructor de «Automatización Oleohidráulica»
En el Centro de Formación Profesional para el Empleo de Avilés
Carlos Muñiz Cueto
muizcueto.carlos@gmail.com

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