Servopilotada (iv)

Principios de la Oleohidráulica Servopilotada (IV)
Control de un Bloque de Mando Normalmente Abierto o Reductora de presión

Este bloque presenta un «Mando»
cilíndrico deslizante, en el que la
coincidencia de aperturas entre él y su
alojamiento permite el paso del flujo.
SA = superficie de la vía A de salida
Apertura = vía B de entrada
SD = superficie del lado del muelle.
SL = superficie del tope siempre
conectada con la cámara del muelle.
SA
Apertura
SD
Mando
Chicler
camentehidrostáti
compensadoestá
mándoelPor tanto
SL
ALD SS-S =

Al subir la presión en el lado de la
salida A y por tanto en el lado del
muelle D, llega un instante en que se
abre la válvula piloto dejando escapar
un pequeño flujo que, al crecer y psara
a través del chicler, hace que la
presión PA en el lado de A sea
superior a la presión en D y justo en el
valor de la presión del muelle PM.
Como PD ha quedado estabilizada por
la válvula piloto. Este hecho provoca la
perfecta movilidad al cierre de la
apertura para mantener la presión de
la salida PS estabilizada (con la
consabida subida de presión en la
entrada ante tal cierre). Encargándose
tal movilidad adquirida de la regulación
de la presión de la salida, para lo cual
deberá dejar pasar el flujo que
consuma el sistema y la fuga.
Es importante comprender que estas
válvulas, a pesar de sus efectos, no
controlan ningún tipo de caudal: ellas
solo hacen su trabajo de controlar la
presión a su salida.
Mando
Chicler

PA
QE
PD
Mando
Chicler
QQQ
PP-P
FSE
MDA
+=
=
PM
QS
QF
Puesto que SA = SD – SL el bloque de
mando normalmente abierto está
equilibrado hidrostáticamente si no
hay ningún tipo de flujo entre A y D y
por tanto PA = PD , quedando
posicionado por la fuerza o presión del
muelle.
Ahora bien, al establecerse un flujo
entre A y D por la apertura de la
válvula piloto (QF) entonces
PA - PD = PM y el bloque de mando
queda dinámicamente equilibrado, por
lo que puede moverse manteniendo tal
situación a conveniencia.

QE
QQQ
PP-P
FSE
MDA
+=
=
QS
QF
En la mayoría de los casos ocurrirá
que QE será menor que QB que
impulsa el sistema.
QQ EB >

QE
QQ
PP-P
FE
MDA
=
=
QF
Siendo muy frecuente que llegue a
desaparecer QS.
QQ EB >

APLICACIÓN A UN PROCESO
Como válvula reductora pilotada
desde baja.

Para explicar el funcionamiento de una
reductora, como una válvula de
presión que limita la presión a su
salida, vamos a proponer como
aplicación el accionamiento de un
motor oleohidráulico conectado a una
mezcladora de líquidos viscosos en un
proceso que consta de 3 fases.
1ª Fase: Agitación suave mediante un
esfuerzo mínimo que se traduce en
revoluciones mínimas.
2ª Fase: Agitación fuerte mediante un
esfuerzo máximo que se traduce en
revoluciones máximas.
3ª Fase: Calentamiento progresivo y
suave de la mezcla para conseguir
una mezcla más firme pero que reduce
viscosidad y aumenta, por tanto el
número de r.p.m. del motor
Aplicación de una Reductora de presión Servopilotada [Pilotada desde Baja o Salida]
f
S
3M
P
kn
υ
⋅=

Como en todo rozamiento viscoso de
un líquido el esfuerzo que demanda el
proceso al motor es directamente
proporcional a la velocidad de giro al
cuadrado.
f
S
3M
P
kn
υ
⋅=
2
Mf1S2M nkPkM ⋅⋅=⋅= υ
alidadproporciondefactork
motor.)delsalidalaapresiónlanulasupone(Se
reductoraladesalidalaaPresiónP
motorr.p.m.n
mezclafluidodeldviscosida
motrizparM
3
2
1
S
M
f
M
=
=
=
=
=
=
=
υ
2
Mf1M nkM ⋅⋅= υ

Al poner en marcha el motor impulsor
de la bomba y al estar el «venting» del
compensador de presión de la bomba
a tanque, la bomba bascula su
mecanismo de cilindrada variable
buscando su cilindrada de nulo caudal
al sistema. Generando solo el caudal
de fuga que se encargará de controlar
su cilindrada variable, en este caso la
mínima para su auto-ajuste y nula
para el sistema.

Al excitar la bobina Y1, el «venting»
deja de estar a tanque, por lo que la
bomba comenzará a dar todo el caudal
que sea capaz de absorber el sistema
en ese momento, y lo hará desde una
presión de «venting» del compensador
de presión de la bomba superior en 5
bars. a la presión regulada por la
valvula Reductora o presión PS de su
salida que es la entrada del motor,
Teniendo en esos instantes tal presión
el valor de P1 o presión regulada por
su válvula piloto VP1 a través de su
«venting». Esto es así a causa del
antirretorno calibrado a 5 bars.
La presión P1, como ya hemos
explicado, teniendo en cuenta el
régimen viscoso generará un caudal
de absorción por el sistema QS1 y unas
revoluciones motrices nM1.
Y1
f
1
3M1
P
kn
υ
⋅=
venting
Antirretorno
calibrado 5 bars.
P1
VP1
venting
Ps

Aunque inicialmente la válvula
reductora está muy cerrada pues la
aceleración de las masas absorbe
inicialmente muy poco caudal por
parte del sistema.
Luego, paulatinamente, el sistema se
va acelerando y la válvula va abriendo
paso a más caudal, manteniendo
siempre la presión P1 que es su
función.
El presostato, está tarado a una
presión PS < P1 , por lo que desde el
primer instante esta excitado y permite
el mantenimiento o memoria de
excitación de la bobina Y1 , para, a su
vez, permitir la excitación de la bobina
Y2 cuando le corresponda.
Y1
P1
Ps

Pasado un cierto tiempo establecido
por un temporizador de control desde
la excitación del presostato, se excita
Y2 y pasa a regular la válvula piloto
principal la presión de P2 , que siendo
aún mayor, pasa a realizar sobre el
proceso un par aún mayor y, por tanto,
acelerando el mismo desde nM1 a nM2.
Al principio el caudal es el mismo pues
falta el transitorio de ir acelerando,
manteniéndose en ligeramente algo
más de 5 bars la diferencia entre la
entrada y salida de la válvula
reductora a causa del antirretorno
calibrado que controla el compensador
de presión.
Ahora bien, al ir aumentando la
velocidad, hasta adquirir la nueva
velocidad de rotación nM2, la válvula
reductora ira abriendo.
Y1
Y2
P2
f
2
3M2
P
kn
υ
⋅=
Ps

Una vez adquirida tal velocidad nM2 el
proceso se mantiene un tiempo en ese
estado y, aún antes de haber
empezado el calentamiento de la
mezcla concerniente a la 3ª fase del
proceso, la mezcla ya, mismamente
por el rozamiento viscoso, ha ido
calentándose y disminuyendo su
viscosidad, por lo que, de alguna
forma, ya ha empezado el aumento de
velocidad concerniente a la 3ª fase por
descenso de la viscosidad, lo que
obliga a la reductora a ir abriéndose.
Pero se conserva aún la acción del
compensador de presión de la bomba,
pues esta aún no ha alcanzado la
máxima cilindrada.
Cuando ya comience la 3ª fase del
calentamiento, este efecto hará que el
caudal que admite el sistema aún a la
presión P2 vaya aumentando y la
válvula reductora abriendo.
P2
Y1
Y2
Ps

Una vez ya iniciada la 3ª fase con el
calentamiento externo de la mezcla,
haciendo que su viscosidad vaya
disminuyendo y el caudal del sistema
aumentado, llegará un momento en
que la válvula reductora dejará de
regular la presión, el caudal del
sistema será el de la bomba con su
máxima cilindrada sin que trabaje el
compensador de presión de la misma,
y las revoluciones máximas nMX ya no
serán función del par en el proceso de
rozamiento viscoso, sino función del
caudal máximo de la bomba,
ejerciendo su influencia rotativa sobre
la cilindrada fija del motor.
0.motor
vol.motorutil.Bomba
MX
V
RQ1000
n
⋅⋅
=
Y1
Y2
Ps
PT

Puesto que las revoluciones del motor
ya no dependen de la presión de
salida de la reductora que ella
controlaba, al ir bajando la viscosidad
de la mezcla por efecto del
calentamiento en esta 3ª fase, estas
r.p.m. no aumentan, pero en cambio
disminuye la presión de trabajo PT
hasta alcanzar, disminuyendo, la
presión del presostato PS,
desexcitándolo y desexcitando las
bobinas Y1 e Y2.
0.motor
vol.motorutil.Bomba
MX
V
RQ1000
n
⋅⋅
=
Y1
Y2
Ps
PT

Volviendo todo a la situación inicial a
la espera de iniciar el proceso de
nuevo.

APLICACIÓN A UN PROCESO
Como válvula reductora pilotada
desde alta.

Vamos a ver como puede
emplearse la válvula reductora
servopilotada para la
«descompresión previa» en un
proceso de prensado. Este proceso
contará de las siguientes fases:
1ª Fase: Acercamiento rápido con
las dos bombas y circuito
regenerativo, hasta alcanzar la
presión PMN establecida por el
presostato PS1
2ª Fase: Se deshace el circuito
regenerativo y pasa a funcionar
solo la bomba B1
3ª Fase: Cierre de la reductora al
alcanzarse su presión de regulación
PVR lo que provoca una pequeña
fuga usada para la regulación.
4ª Fase: Se alcanza la presión PMX
del presostato PS2 y comienza la
descompresión previa.
5ª Fase: Se desexcitan los
presostatos y se entra el vástago
Aplicación de una Reductora de presión Servopilotada [Pilotada desde Alta o Entrada]

Inicialmente las dos bombas (iguales)
están en descarga al estar a tanque
los «venting» de sus correspondientes
válvulas de seguridad.

Al excitar Y1 e Y2 el caudal
impulsor de las dos bombas se
incorpora al sistema.
La válvula VC3 está abierta y la
VC4 cerrada, estableciéndose un
circuito regenerativo de las dos
bombas actuando sobre la
superficie del vástago.
Y1 Y2
VC3
VC4

Al excitar Y1 e Y2 el caudal
impulsor de las dos bombas se
incorpora al sistema.
La válvula VC3 está abierta y la
VC4 cerrada, estableciéndose un
circuito regenerativo de las dos
bombas actuando sobre la
superficie del vástago.
El cilindro de DT= 150 mm. Con una
sección llena S0= 177 cm2 , con un
dV=125 mm. y una sección de
vástago de SV= 123 cm2
, con una
sección anular S1= 54 cm2
, tiene
una ϕ=3,27 .
Las dos bombas de 54 l/m de
caudal útil generan, por tanto, una
velocidad de aproximación bastante
rápida de unos vA= 0,15 m/s
Y1 Y2
VC3
VC4
S1
S0
SV

Al excitarse el presostata PS1 se
desexcita Y2 quedando la bomba
B2 en descarga a través de su
válvula de seguridad con su
«venting» a tanque y, por tanto, con
taraje nulo. Permitiendo a su vez
que el caudal que desaloje el
cilindro se escape a tanque por el
mismo sitio y, a su vez, se excita
Y3.
Por tanto en esta fase de trabajo la
velocidad decrece, aumentando
tanto la posibilidad de emplear a
tope la potencia del motor impulsor
de las bombas como el esfuerzo
máximo de prensado en esta zona
de trabajo.
Esta velocidad de trabajo y
prensado será de vP= 0,05 m/s
Y1
Y3
PS1
B2B1

Durante esta fase de trabajo se
alcanza el taraje de la reductora de
presión pensado para 100 bars.
(teniendo en cuenta los 200 bars.
de la presión máxima) por lo que a
partir de 100 bars la válvula
reductora cierra. El máximo
esfuerzo y presión se alcanzarán
cuando se llegue al taraje del
presostato PS2 que está tarado a
200 bars. Siendo, por tanto el
esfuerzo máximo de esta prensa de
unos 354 KN. (Unas 36 Tm.)
Al haber entrado en funcionamiento
la válvula reductora pilotada desde
alta, hay un caudal de fuga a través
del chicler y de su válvula piloto.
Consideramos que esa fuga
apenas altera la velocidad de
trabajo.
Y1
Y3
PS1
PS2
B2B1

Alcanzado el taraje del presostato
PS2 y por tanto el máximo esfuerzo
se desexcita también Y1, por lo que
las dos bombas se quedan en
descarga.
Sin embargo, al estar la válvula
reductora cerrada y bloqueada toda
salida desde la cámara llena del
cilindro, la descompresión de esa
gran cámara se realiza a través del
chicler y la válvula piloto de la
reductora mediante un caudal de
fuga que ya era preexistente para el
control, y continuará esta situación
hasta que la válvula piloto se cierre
al alcanzarse el taraje de la
reductora de alta durante esta
descompresión, en ese instante se
abrirá la válvula reductora y todo
quedará en descarga,
desexcitándose ambos presostatos.
Y3
B2B1
PS1
PS2

Primero, en pleno proceso de
descompresión, se desexcita PS2
Y3
B2B1
PS1

Y por último PS1 al abrirse la
reductora pilotada desde alta.
Y3
B2B1

Y3
Entonces, con los dos presostatos
ya desexcitados, se vuelve a
excitar Y2 y se excita también Y4
Esto hace que el caudal de la
bomba B2 se dirija hacia la
superficie anular del cilindro
generando una velocidad de
aproximadamente 0,17 m/s en el
movimiento de entrada del vástago.
Mientras el gran caudal de retorno
generado por la superficie llena del
cilindro, y de aproximadamente 177
l/m, se descarga a través de VC4
fundamentalmente (ya que puede
hacerlo también a través de la
reductora y de la válvula de
seguridad de la bomba B1 que está
en descarga.
Y2
Y4
B2B1

Al llegar al final de carrera FC0 se
desexcitan todas las bobinas de los
electro-distribuidores y las dos
bombas vuelven a estar en
descarga.
De nuevo todo está en reposo,
preparado para iniciar un nuevo
proceso de prensado.
FC0

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