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Cuaderno de Hidráulica: Control básico de actuadores hidráulicos

En una fábrica de papel existe un número elevado de centrales hidráulicas, ya sean de lubricación o de potencia. Estas últimas son las que nos interesan principalmente desde un punto de vista del mantenimiento en el área mecánica. Tienen aplicación en multitud de puntos sobre la máquina de papel como movimientos de apertura, sistemas de regulación, sistemas de control de cargas lineales, oscilaciones, etc. Es por esto que el conocimiento sobre los sistemas hidráulicos debe ser amplio. Este conocimiento pasa obligatoriamente por una buena comprensión del esquema hidráulico, es decir, a la vista de un esquema hidráulico uno debe ser capaz de deducir el comportamiento de la máquina en cuestión y no sólo eso, a la hora de resolver un problema originado en un sistema hidráulico hay que ser capaz de deducir cuál puede ser la causa que produce el problema para poder solucionarlo. Esto no siempre es así, un sistema hidráulico puede ser muy complejo, existen multitud de mecanismos y sistemas que, debido a la evolución del estado de la ciencia, son introducidos en el mercado constantemente.

Esta nueva sección pretende ampliar el conocimiento que, sobre sistemas hidráulicos, pueda tener el lector y que mejor manera que presentar diferentes esquemas hidráulicos y comentarlos ampliamente. Entiendo que ya se poseen ciertos conocimientos sobre el tema y la representación normalizada de los diferentes elementos hidráulicos.

Vamos a comenzar por algo muy simple como es el control básico de varios actuadores hidráulicos, en este caso, cilindros de doble efecto. En la siguiente figura podemos observar el primer esquema.

Esquema hidráulico nº1

Se distingue perfectamente la disposición clásica de un circuito hidráulico en la que aparecen en la parte inferior los elementos de distribución y en la superior los elementos de potencia, entre ambas, encontramos los elementos de control. En este caso, como elemento de distribución aparece únicamente una electroválvula de cuatro vías y dos posiciones (electroválvula 4/2) actuada mediante señal eléctrica, con retorno por muelle y ubicada en un armario hidráulico al que llegan las líneas de presión P y retorno T. Esta electroválvula identificada como 23XV3311 comanda tres cilindros de doble efecto y, a través de dos válvulas, en cada uno, reguladoras de caudal en un solo sentido y ubicadas en campo próximas a los cilindros, es posible la regulación de la velocidad tanto de salida como de entrada de cada actuador. En este caso regulamos el caudal de entrada a la cámara de los cilindros, el de salida pasa libremente a través del antiretorno de la válvula reguladora de caudal. Para que los cilindros de doble efecto actúen, avanzando sus vástagos, habrá que activar la bobina “a” de la electroválvula que alimentará los cilindros a través del canal “B”. Mientras esta señal esté activa los cilindros permanecerán en esta posición. Al desaparecer la señal, debido al retorno por muelle de la válvula, la electroválvula alimentará los cilindros por la cámara contraria a través del canal “A”, el vástago de los tres cilindros retornará a su posición original. En la parte superior derecha del esquema se representa la secuencia de manera binaria.

Ahora fijémonos en el siguiente esquema.

Esquema hidráulico nº2

El circuito es muy similar pero con claras diferencias. En el armario hidráulico, al que llegan las líneas de presión P y retorno T encontramos el distribuidor identificado como 23XV4245. Se trata de una electroválvula de cuatro vías y tres posiciones (electroválvula 4/3) actuada por señal eléctrica y muelle en ambos lados, estos muelles obligan a la válvula a adoptar la posición central cuando no existe señal eléctrica en ninguna de sus dos bobinas. La electroválvula está montada sobre otra identificada como 23PV4245, su símbolo nos indica que se trata de una válvula limitadora de presión con regulación manual cuya función consiste en limitar la presión en su salida a un determinado valor, en este caso 90 bar, es decir, a los actuadores les llegará como máximo 90 bar de presión. Se ha introducido esta válvula por que se supone que la presión P es superior.

En el mismo armario se han introducido esta vez las válvulas reguladoras de caudal con ajuste manual pero, como diferencia clara, en esta ocasión regulan el caudal de salida de la cámara correspondiente puesto que el de entrada atraviesa libremente el regulador a través de su pequeña válvula antiretorno. Este tipo de regulación de velocidad se emplea en sistemas en los que la carga de trabajo es de tracción y tiende a mover el cilindro mas rápido de lo que  corresponde por el caudal de la bomba.

También se observa en la cámara inferior de ambos actuadores, dos elementos identificados como 23GC4245.1 y 23GC4245.2, se trata de dos antiretornos pilotados cuya función es retener el aceite de la cámara inferior de los cilindros hidráulicos y evitar el vaciado de los mismos lentamente gracias a las fugas que pueda presentar la electroválvula 23XV4245 ya que las válvulas de correderas no son totalmente estancas al 100%, en aplicaciones como ésta en las que se trata de levantar y sujetar una carga, hay que tener en cuenta este efecto y utilizar sistemas como el mostrado. Para poder vaciar la cámara inferior de los actuadores hay que anular los antiretornos alimentándolos con presión de aceite desde la cámara contraria a través de sus líneas de pilotaje (canal X).

Más común, si cabe, es el esquema siguiente en el que podemos encontrar un montaje muy habitual. Tanto la regulación de presión máxima del circuito (en este caso 80 bar), como la regulación del caudal de salida de ambas cámaras de los cilindros hidráulicos, para controlar la velocidad de los mismos, se realizan con montaje sobre placa, dentro del propio armario. Es muy habitual encontrar este tipo de montaje en armarios hidráulicos o sobre bloques hidráulicos próximos a los equipos. Desde el punto de vista el mantenimiento es muy cómodo a la hora de montar y desmontar elementos.

Esquema hidráulico nº3

También es habitual encontrar sobre una máquina de papel prensa, en la que no es raro tener que meterse dentro para hacer algún tipo de mantenimiento, elementos como el que aparece en este último esquema identificado como 23XV3115.2. Se trata de una válvula manual de corte con capacidad de bloqueo, es decir, hay que poder dejarla bloqueada mediante un candado en su posición de cerrado para eliminar a los actuadores de su capacidad de movimiento, de esta forma podremos trabajar seguro en la zona sin el peligro de quedar atrapados por partes o elementos de la máquina.

Bien, esto es todo de momento. Iré mostrando y explicando circuitos más complejos y curiosos mas adelante.

mecantech@gmail.com
  1. 29/07/2013 a las 17:27

    Respecto al control de actuadores, estoy teniendo un problema en una sopladora y quería saber si podría arrojarme luz en el tema. Necesito controlar la subida y la bajada de dos mesas que posee la sopladora. El problema es que al bajar, el peso de las mismas hace que se produzca un imparto al final del descenso. Si aplico una regulación de caudal directa en el conducto de descarga del cilindro se calienta excesivamente el equipo hidráulico. Por lo que debo aplicar una amortiguacion en los últimos milímetros del recorrido. Poseo un sistema de doble bomba (alta-baja), pero presuntamente no serviría porque no controlo el drenaje del actuador (utilizo esta amortuguacion en la subida de la mesa, y en el cierre y la apertura de la misma). Por ello debo hacer una descarga normal del actuador durante la mayor parte del descenso (ya que necesito velocidad), pero debo conmutar a un regulador de caudal en los últimos milímetros de la carrera. Quería saber si tiene algún diagrama del circuito para poder orientarme en el diseño. Estoy reconstruyendo la maquina, porque se incendió. Esta tenia unas válvulas hidráulicas que conmutaban la descarga según un seguidor en la trayectoria de la mesa. Es como un riel regulable que manda la posición de la válvula. Esta es una válvula direccional de 4 vías y 2 posiciones, que en una posición abre la comunicación entre dos vías y la cierra entre las otras dos en una posiciones. En la otra posición invierte estos estados.
    Desde ya muchas gracias!

    • 29/07/2013 a las 22:53

      Hola Marcos, ¿porqué no empleas cilindros hidráulicos con amortiguación al final de su carrera?, creo que es lo más fácil y rápido de implementar…un actuador igual que el existente pero con amortiguación regulable al final de ambos recorridos. No te recomiendo que instales un regulador de caudal a la salida del cilindro porque impediría el movimiento “rápido” cuando lo necesitases. La solución que apuntas también parece correcta, al final del recorrido de descenso un sensor inductivo activado por el seguidor (o una válvula accionada de forma mecánica) conmuta una válvula 4/2 que “desvía” el fluido hacia un regulador de caudal por el que pasa antes de llegar al depósito, ¿esto también os provoca el calentamiento del aceite?…también es muy sencillo de implementar. Yo me quedo con el cilindro provisto de amortiguación. Gracias, un saludo.

      • 01/08/2013 a las 13:10

        Gracias por las recomendaciones. Como dispongo de la válvula voy a realizar una prueba con ella y si veo que no funciona voy a seguir hacia la amortiguacion dentro del mismo cilindro. Ya que dispongo de todos los elementos para implementarla, lo segundo será el plan B. Gracias de nuevo!!! Tus comentarios me aclararon mas el panorama de la situación.
        Saludos!

      • 01/08/2013 a las 14:08

        Hola Marcos, observa igualmente que hay detrás de esta válvula (entre ella y el tanque), si es un regulador de presión (amortiguación por presión) puedes tener laminación de aceite y por eso sube la temperatura un poco, si por el contrario tienes un regulador de caudal (regulación en velocidad) no tendrás laminación ninguna y el aceite no se calentará. Un saludo

  2. david landaverde
    09/04/2016 a las 18:37

    hola gracias por la informacion quisiera saber si tu me puedes ayudar con un problema que tengo con un sistema hidraulico la verdad no se mucho pero el sistema esta fallando de la siguiente manera.
    el equipo consta de tres cilindros de doble efecto que construyen un brazo, pero uno de ellos es el que trabaja mas ya que es el que sostiene todo el brazo, entonces es ese cilindro que se esta descompensando y al momneto de querer subirlo nuevamente ya no da ya que como que no tubiera la fuerza suficiente para volver a subir, entonces lo que hacemos en ese caso es subir una parte del brazo y luego ya sube nuevamente el brazo pero con dificultad (lentamente) y me gustaria saber que puedo hacer en este caso. le agradeseria mucho que me pueda ayudar. de antemano gracias

    • 09/04/2016 a las 22:47

      Hola David, es difícil sin el esquema hidráulico delante para poder ver como está implementado el mando y control de esos tres cilindros. La causa del fallo puede ser muy variada, desde la electroválvula de mando de ese cilindro en concreto, una de las bobinas de mando, que la cámara del cilindro esté comunicada, que por lo que sea no le llegue el caudal necesario, que la presión del circuito haya variado, etc. Por eso, debes comprobar el sistema desde lo más básico hasta lo más complicado. Trata de medir presiones, si no fueran correctas comprueba el control del circuito (válvulas de caudal, y presión) o a lo mejor es un tema de la electrónica de la electroválvula, en caso de hidráulica proporcional. Si no fuera así debes comprobar la electroválvula o cambiarla directamente. Si tampoco da buen resultado debes ir pensando que tal vez el cilindro no esté en buenas condiciones y sea necesario cambiarlo. Un saludo.

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