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Cuaderno de Hidráulica: Control de motores hidráulicos

En una máquina de papel prensa moderna existen numerosos puntos en los que se utiliza un motor hidráulico como medio de accionamiento de equipos. Es muy usual encontrarlos en partes de la máquina que utilizan un medio de elevación como es un husillo y una tuerca, estos equipos pueden ser los tensores de fieltros de la sección de prensas o formación, elevación de rodillos aspirantes de transferencia de hoja, poleas de enrollado de cables de acero para la elevación de rodillos guía, etc. Las ventajas del uso de este tipo de motores son evidentes si los comparamos con los tradicionales accionamientos eléctricos, no necesitan refrigeración forzada, admiten sobrecargas sin grandes consecuencias posteriores, la velocidad de giro es fácilmente regulable y la inversión del sentido de giro simple.

Este tipo de equipos deben ser tratados como actuadores hidráulicos igual que lo puedan ser los cilindros. Es cierto que su diseño puede llegar a ser complejo, pero no más que una bomba de pistones de caudal variable, por ejemplo. La energía suministrada al motor a través de la presión de un fluido es convertida en energía mecánica en el eje del mismo, en forma de par disponible. Veamos con algunos ejemplos las diversas formas de controlar un motor hidráulico que podemos encontrar en una máquina de papel o en cualquier otro equipo que haga uso de esta tecnología.

El primer ejemplo que os muestro es el esquema hidráulico para el accionamiento de un mecanismo de movimiento de un rodillo tensor en la sección de formación de la máquina de papel. Este movimiento permite tensar o destensar una de las telas montadas en dicha sección. Lo hace accionando un eje transversal a la máquina, este eje a su vez, a través de dos cajas de reenvío, accionan dos husillos roscados, uno en cada lado de la máquina cuyas tuercas son solidarias a los dos soportes de rodamientos del rodillo tensor. Por tanto, mediante este motor subimos y bajamos el rodillo tensor permitiendo tensar o destensar la tela.

Esquema nº 1, control de motor hidráulico

Encontramos un primer elemento que nos sirve para garantizar la seguridad del operario que trabaja en la máquina llevando a cabo trabajos de mantenimiento u otros. Se trata de la válvula manual de bola 23XV3303.4 situada en un panel sobre la máquina y a través de la cual pasa la alimentación del sistema, deberá cerrarse y asegurarse con candado cuando haya que efectuar algún trabajo cerca del tensor que pueda conllevar algún peligro de atrapamiento.

Valvula manual para asegurar movimientos involuntarios

A continuación, dentro de un armario hidráulico fuera ya de la máquina, encontramos el bloque de distribución del sistema compuesto por la válvula 23PV3303 reductora de presión, cuya función es reducir la presión de alimentación hasta una presión de trabajo, según el esquema, de 80 bar y la electroválvula distribuidora de corredera 4/3 (cuatro vías y tres posiciones) 23XV3303.1, accionada por señal eléctrica y cuya posición central, asegurada por muelles cuando no existe señal en ninguna de las bobinas, comunica ambos canales A y B con el tanque. Su función es la de hacer girar el motor hidráulico en un sentido u otro según excitemos las bobinas a o b de la electroválvula. Detrás del distribuidor, en el mismo armario,  encontramos los reguladores de caudal  23FV3303.1 en el canal A y 23FV3303.2 en el canal B, cuya función es regular y ajustar la velocidad de giro de nuestro motor estrangulando el caudal de aceite que mandamos al mismo, que según el esquema, deberá ser de 150 r.p.m.

Reguladores de caudal dentro del armario

Como actuador hidráulico encontramos el motor 23MH3303 montado sobre la máquina. Se trata de un motor Danfoss tipo OMP 400/151-5009 que alimentado a través del canal A girará en un sentido (aflojar, según la secuencia mostrada en el esquema) y a través del canal B en el sentido contrario (tensar según la misma secuencia). Como elementos de control tenemos las válvulas 23XV3303.2 y 23XV3303.3, accionadas por pulsador y retorno por muelle, a través de las cuales alimentamos el motor hidráulico. Se trata de válvulas 2/2 cuya función es la de cerrar la alimentación al motor cuando éste llega al final de su carrera, son pisadas directamente por la máquina cuando llega al final de su carrera e incluyen una válvula antiretorno cada una para lograr el despresurizado de la línea y poder actuar el motor en el sentido inverso. Estas deben colocarse físicamente sobre la máquina, en algún lugar que pueda pisar el rodillo cuando éste llegue al final de su recorrido de tensar o de destensar. Si no tuviéramos estas válvulas de corte o finales de carrera podríamos dañar severamente partes de la máquina cuando accionásemos el motor hidráulico y éste hiciese llegar el rodillo tensor al extremo físico de los husillos roscados.

El siguiente ejemplo es similar, se trata del esquema hidráulico del sistema basculante de un rodillo guía con varias posiciones en la sección de prensas y cuyo movimiento es necesario para permitir el cambio de fieltro o pasar la hoja a la siguiente sección.

Esquema nº 2, control de motor hidráulico con freno

En este esquema también encontramos una válvula manual de seguridad 23XV4112.4, su función es similar a la del ejemplo anterior, asegurar el sistema contra movimientos indeseados. El bloque de distribución es prácticamente el mismo, tenemos una válvula reductora de presión 23PV4112 ajustada a un valor de presión de 60 bar, una electroválvula distribuidora de corredera 23XV4112.3 con la misma función que en el caso anterior y, por último, los reguladores de caudal de ambos canales que en este caso tienen un formato de montaje en placa y cuya función es la misma que en ejemplo anterior, regular y ajustar la velocidad de giro del motor que, en este caso, también es de 150 r.pm.

Montaje bloque distribuidor, válvula, reductora y reguladores de caudal

Detalle: reguladores de caudal en placa

Otro elemento que tenemos es el actuador hidráulico. Se trata de un motor Danfoss tipo OMP 250/151-5007 pero la novedad estriba en que esta vez incluye un freno que lo inmoviliza cuando no recibe presión, esto significa que cada vez que queramos mover el motor, en un sentido u otro, debemos antes actuar sobre el freno. Para ello necesitamos presurizar una tercera entrada de presión en nuestro motor. Esta función se lleva a cabo con el uso de la válvula selectora 23GA4112. Con ella, y siempre que tengamos presión hidráulica en cualquiera de las entradas del motor, conseguimos presurizar el canal inhibidor del freno del motor, desbloqueándolo y permitiendo así su movimiento. Igualmente encontramos también las válvulas 2/2 23XV4112.1 y 23XV4112.2 para implementar la función de fin de carrera del sistema basculante, son iguales y su funcionamiento es similar al explicado en el ejemplo anterior.

Por último he incluido como tercer ejemplo el circuito hidráulico para el movimiento de un rodillo aspirante de recogida de hoja e introducción de la misma en la sección de secado. Este rodillo tiene la peculiaridad que, en caso de  fallo de tensión o parada intempestiva de máquina debe quedar siempre en la posición superior. Veamos como implementar esta función.

Esquema nº 3, control de un motor hidráulico con freno y sistema de elevación en caída de tensión

En este tercer esquema voy a limitarme a comentar sólo los elementos que difieren con los anteriores esquemas explicados y que son muy similares. La alimentación de presión de aceite P proviene de la central hidráulica. En esta misma  línea de presión se encuentra conectado un sistema de acumulación de energía en forma de presión (no aparece en este esquema hidráulico si no en la siguiente imagen), compuesto por una batería de acumuladores de vejiga cargados con nitrógeno y cuya finalidad es almacenar un cierto volumen de aceite presurizado para utilizarlo en el momento adecuado, en este caso, cuando tengamos una caída de tensión.

Esquema batería de acumuladores

Batería de acumuladores hidráulicos

A continuación nuestra línea de presión P llega a la válvula manual de bola 23XV5101.5 que asegura el sistema contra movimientos involuntarios, seguidamente alimenta el bloque de distribución usado en el control del motor hidráulico con freno. Los nuevos elementos incluidos en este sistema son la electroválvula distribuidora 4/2 (cuatro vías y dos posiciones) 23XV5101.2, cuya función es presurizar el canal A de alimentación del motor  y elevar el rodillo aspirante en caso de caída o falta de tensión, ya que su posición normal marcada por el muelle comunica el canal P con el canal A cuando le falta tensión a su bobina a. La energía de presión necesaria para ello, teniendo la central hidráulica parada, se obtiene de la batería de acumuladores hidráulicos de vejiga que alimenta la línea P. Como se ve en la descripción de la secuencia mostrada en el esquema (esquina superior derecha), esta válvula 4/2 está continuamente activada mediante excitación de su bobina a, en este caso se alimenta al canal B, que se encuentra cerrado, y sólo se alimentará al canal A en caso de fallo de tensión. El regulador de caudal 23FV5101.2 sirve para controlar la velocidad de izado del rodillo en caso de falta de tensión y el antiretorno pilotado 23GC5101.2 impide que toda esta energía almacenada en los acumuladores hidráulicos se pierda a través de la posición central del distribuidor 4/3 marcado como 23XV5101.1.

Esto es todo de momento. He tratado de ser lo mas claro posible pero a veces pienso que no soy capaz de explicarme del mejor modo posible. Por favor, si es así, dejadme vuestros comentarios y trataré de aclarar todas aquellas dudas que os surjan.

Un saludo

mecantech@gmail.com
  1. 10/09/2014 a las 05:56

    gracias, buen aporte🙂

  2. francisco
    14/04/2016 a las 22:07

    Excelente informacion, consulta tienes algun procedimiento para realizar pruebas de eficiencia de un motor hidraulico, agradecere si lo puedes especificar con un diagrama hidraulicos. desde ya mi gracias

    • 14/04/2016 a las 23:50

      Hola Francisco, lo siento, no dispongo de ningún procedimiento como el que necesitas. Supongo que se llevarán a cabo sobre un banco de pruebas sobre el que pueda medirse el par de salida, la potencia consumida en la bomba de impulsión, la velocidad de giro, la presión y el caudal. Con todo ello puede obtenerse la información necesaria para obtener una curva de eficiencia. A ver si alguien puede completar la información. Un saludo.

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