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Cuaderno de Hidráulica: Control de un motor hidráulico para el izado de cargas (y III)

Llegamos con esta entrada al final del diseño conceptual de nuestro sistema hidráulico para el izado de cargas. El sistema propuesto consta de un eje de 9 m de longitud, apoyado sobre dos soportes de rodamientos y con dos tambores en cada uno de sus extremos. La finalidad de dichos tambores no es otra que la de enrollar sendos cables portadores de la carga. El eje es accionado mediante un motor hidráulico cuya velocidad de rotación podemos variar infinitamente mediante la regulación del caudal de fluido hidráulico necesario para su accionamiento. En esta última entrada vamos a introducir los elementos finales para completar la funcionalidad del sistema, los elementos necesarios para implementar una mayor seguridad y todos aquellos que incrementen de forma óptima el buen funcionamiento del mismo.

Hasta ahora hemos limitado la presión de alimentación de nuestro motor hidráulico únicamente cuando éste se mueve en el sentido de levantar la carga. Evidentemente el par resistente en el eje del motor no será el mismo para levantar la carga que para bajarla. En el primer caso, el efecto que la gravedad ejerce irá en contra del movimiento mientras que en el segundo caso irá a favor. Traducido a términos hidráulicos, para levantar la carga necesitaremos más presión hidráulica que para bajarla. Echemos un vistazo al esquema hidráulico de la siguiente figura.

Limitación de la presión necesaria para bajar la carga

En esta ocasión hemos introducido la válvula limitadora de presión de dos vías PV4001.4 que se encuentra tarada a un valor de 100 bar. La función de esta válvula será la de limitar la presión del canal B de la electroválvula principal de mando XV4001 a un valor de 100 bar. Esta presión es la del fluido hidráulico que alimenta el motor MH4001 a través de su canal L para hacer que éste se mueva en el sentido de bajar la carga. Es decir según vimos en entradas anteriores, subimos la carga con una presión de 140 bar, la mantenemos suspendida presurizando el canal correspondiente con 110 bar y la hacemos descender con una presión hidráulica de únicamente 100 bar. La razón es simple, el peso de la carga es favorable y la presión ejercida por el mismo se sumará a la presión de 100 bar así el consumo de energía hidráulica será menor. Todo el caudal de retorno atraviesa el estrangulador R1 de orificio fijo cuya función es la de asegurar un descenso controlado en velocidad. ¿Que ocurrirá cuando queramos hacer descender los cables en vacío, sin carga alguna, para recoger, por ejemplo, una carga del suelo?. En este caso, la presión de 100 bar es insuficiente puesto que no tendremos la ayuda del peso ejercido por la misma carga. Veamos cómo poder resolverlo en el siguiente esquema.

Limitación selectiva del canal correspondiente al descenso

Como solución se ha introducido en el esquema la electroválvula normalmente abierta, de tres vías y dos posiciones, XV4001.1 cuya función es la de eliminar, cuando recibe señal eléctrica, la limitación a 100 bar de la presión del aceite hidráulico en el canal B de la electroválvula principal XV4001. Con ello conseguimos que, de forma selectiva, se pueda mover el motor hidráulico MH4001 en el sentido descendente o bien con 100 bar, cuando el cable tenga suspendida la carga correspondiente, o bien con 160 bar en caso de que los cables desciendan sin carga alguna. Esta presión de 160 bar será suficiente para vencer la limitación de 110 bar impuesta en el canal de salida cuando movamos la carga hacia abajo, de otra forma sería imposible mover los cables en sentido descendente con 100 bar ya que no venceríamos en ningún momento la limitación impuesta de 110 bar en el canal R del motor.

Otro tema pendiente desde la primera entrega está relacionada con la posición central de la electroválvula principal XV4001. Ya se comentó que esta posición central tiene la finalidad de comunicar los canales A y B de la misma con el canal T de retorno a tanque pero, como puede apreciarse en el esquema, también quedan comunicados con el canal P. La explicación es sencilla, echemos una ojeada al esquema hidráulico de la figura siguiente.

Control de la presión de alimentación al sistema

Al tratarse de un sistema de elevación de cargas, la seguridad debe extremarse hasta límites extremos. En este caso interesa, por seguridad, introducir la electroválvula normalmente cerrada marcada en el esquema como XV4001.2, de tres vías y dos posiciones. Haciendo esto conseguimos alimentar con aceite nuestra válvula principal XV4001 sólo el tiempo necesario de operación, necesitaremos dos señales (mayor seguridad) para mover la carga y, finalmente, podremos aliviar el canal de alimentación P de la electroválvula principal XV4001 cuando no sea necesario el uso del motor hidráulico. Nótese que igualmente se ha introducido el regulador de caudal compensado R2 (independiente de la presión). La función de dicho regulador es controlar de forma precisa la velocidad de rotación del motor tanto en un sentido como en otro ya que dicho regulador se encuentra montado en el canal de alimentación del fluido hidráulico al sistema (común para ambos canales de alimentación del motor).

Ya solo resta completar el circuito con algunas tomas o puntos para el correcto chequeo de presiones del tipo minimex. Estos puntos de medida nos ayudarán a poner a punto, ajustar y controlar todas las válvulas de regulación y limitación de presión del sistema hidráulico de elevación. También nos serán de gran ayuda a la hora diagnosticar posibles averías o desajustes en el sistema. Por tanto, el esquema definitivo del mando de nuestro sistema de elevación de cargas quedará como se muestra en la siguiente figura.

Esquema definitivo del sistema de mando del motor hidráulico

El siguiente paso consistiría en el cálculo físico y dimensional de los elementos componentes del sistema pero esto queda fuera del alcance de esta serie de entradas. Este tipo de mando se presta muy bien al uso de bloques compactos mecanizados en acero y que suelen integrar válvulas insertables para la regulación de presión, de caudal así como todos puntos de medida necesarios y todas aquellas válvulas direccionales necesarias para el mando de un determinado actuador hidráulico.

Bloque de mando para el control de un motor hidráulico

Es todo de momento. Espero que os haya parecido, por lo menos, interesante. El diseño conceptual y físico de los sistemas hidráulicos es una parte importante de la ingeniería mecánica. El uso y aplicación de esta tecnología está muy extendida en las máquinas para la fabricación de todo tipo de papel y es muy importante estar al día sobre ella, esto conlleva gran esfuerzo puesto que dicha tecnología se encuentra en constante evolución. Por favor, dejad vuestros comentarios o dudas al respecto. Gracias.

Un saludo

mecantech@gmail.com
 
 
 
 
 
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  1. en13
    19/03/2013 a las 17:42

    Ante todo felicitarte por la claridad y disposicion que tienes en compartir tus conocimientos.Estando de acuerdo en la forma de plantear el esquema, se me ocurre solo una observacion, la electroválvula normalmente cerrada marcada en el esquema como XV4001.2, no seria mas indicado que cuando esta sin activar, la bomba ( su salida que esta ciega)derivase al tanque y no como hasta ahora en que supongo lo hara por la valvula limitadora del grupo con el consiguiente calentamiento del aceite?

    • 19/03/2013 a las 20:44

      Hola, tienes razón y me parece muy buena observación. El circuito se queda incompleto sin su bomba pero como indicaba en la primera de las tres entradas dedicadas al mismo tema, en este caso consideraba irrelevante para la explicación el tema relacionado con la bomba, simplemente no se ha representado. La válvula que indicas está ahí básicamente por cuestión de seguridad. A la salida de la bomba puede existir una limitadora, una limitadora pilotada (para evitar la laminación del aceite y su calentamiento) o como indicas, si la bomba está dedicada exclusivamente a este circuito (no es compartida con ningún otro) puede derivarse al tanque a través de la válvula mencionada. Gracias por tu aporte. Un saludo.

  2. Jose Antonio Gutiérrez
    27/11/2013 a las 13:45

    Muchísimas gracias por el aporte! Soy un novato en estos temas puesto que en nuestra facultad no se hace demasiado énfasis en el diseño de instalaciones electrohidráulicas, les gustan más las ecuaciones diferenciales.

    Estoy realizando como proyecto de fin de carrera una grúa tipo travelift y no sabía muy bien como llevar a cabo la seguridad de la carga en caso de que perdiese caudal ya que solo consideré el uso del freno hidráulico pero no el resto.

    De nuevo, gracias y espero que no le importe que le incluya en los agradecimientos del proyecto!

    • 27/11/2013 a las 16:34

      Gracias a ti, lo hago con el afan de compartir el conocimiento. Un saludo.

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