Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Análisis de los tres tipos fundamentales
POR
SUSTRACCIÓN
DE
ENTRADA
DE
SALIDA
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Los tres tipos de control básicos
Control por Sustracción
Control de Salida
Control de Entrada
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Conceptos Generales Previos
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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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.
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Estableceremos colores para discernir los diferentes tipos de celdas
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Estableceremos colores para discernir los diferentes tipos de celdas
Habrá datos propios de cada “Hoja” que podrán ser introducidos en cada una de ellas
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Estableceremos colores para discernir los diferentes tipos de celdas
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
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Estableceremos colores para discernir los diferentes tipos de celdas
Así como cálculos intermedios y auxiliares
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Estableceremos colores para discernir los diferentes tipos de celdas
Así como cálculos intermedios y auxiliares Para terminar con los cálculos finales relevantes para el análisis global de la situación.
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Estableceremos colores para discernir los diferentes tipos de celdas
Las unidades que emplearemos, y que son las más utilizadas comúnmente en Europa, serán estas.
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Comenzaremos seleccionando un cilindro
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Introduciremos un valor de diámetro aproximado de tubo de cilindro.
Comenzaremos seleccionando un cilindro
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Introduciremos un valor de diámetro aproximado de tubo de cilindro.
Y luego un diámetro aproximado de vástago de cilindro.
Comenzaremos seleccionando un cilindro
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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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 entre ambas.
Introduciremos un valor de diámetro aproximado de tubo de cilindro.
Así como un diámetro aproximado de vástago de cilindro.
Comenzaremos seleccionando un cilindro
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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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 entre ambas.
Introduciremos un valor de diámetro aproximado de tubo de cilindro.
Así como un diámetro aproximado de vástago de cilindro.
Comenzaremos seleccionando un cilindro
S0
S1
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Comenzaremos seleccionando un cilindro
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Luego ajustaremos la “Central” oleohidráulica y la “Carga” del cilindro
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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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.
Luego ajustaremos la “Central” oleohidráulica y la “Carga” del cilindro
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Para ello comenzamos introduciendo un caudal de utilización de la bomba
Luego ajustaremos la “Central” oleohidráulica y la “Carga” del cilindro
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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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.
Luego ajustaremos la “Central” oleohidráulica y la “Carga” del cilindro
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Ahora nos hace falta ajustar el taraje de la válvula de seguridad “Pvs” , para establecer el funcionamiento de la “Central”,
Luego ajustaremos la “Central” oleohidráulica y la “Carga” del cilindro
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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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.
Luego ajustaremos la “Central” oleohidráulica y la “Carga” del cilindro
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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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”.
Luego ajustaremos la “Central” oleohidráulica y la “Carga” del cilindro
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Lo que nos dará como resultado la “carga real” que el cilindro estará ejerciendo en la salida del vástago
Luego ajustaremos la “Central” oleohidráulica y la “Carga” del cilindro
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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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” .
Luego ajustaremos la “Central” oleohidráulica y la “Carga” del cilindro
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Repasemos conceptos previos
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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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
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Presión de la Carga Ls
0
sLs
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:
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Presión de la Carga Ls
0
sLs
S . 10
L P
Ls = Newtons
S0 = cm2
PLs = bars
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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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”
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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0
es
S . 6
Q Vs
La velocidad de salida del vástago de un cilindro siempre viene determinada por:
Concepto general de un control de caudal y velocidad
Qes = l/m
S0 = cm2
Vs = m/s
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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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
Concepto general de un control de caudal y velocidad
Qes = l/m
S0 = cm2
Vs = m/s
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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0
es
S . 6
Q Vs
Concepto general de un control de caudal y velocidad
Qes = l/m
S0 = cm2
Vs = m/s
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Concepto general de un control de caudal y velocidad
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”.
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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O por medio de una sustracción directa del mismo
Concepto general de un control de caudal y velocidad
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”.
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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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.
Concepto general de un control de caudal y velocidad
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”.
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Concepto general de un control de caudal y velocidad
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Para todo esto vamos a utilizar estranguladores
P - P P 21r
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Para todo esto vamos a utilizar estranguladores
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”.
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Para todo esto vamos a utilizar estranguladores
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”.
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.
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Q . R P 2rr
Para todo esto vamos a utilizar estranguladores
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”.
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:
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Q . R P 2rr
Para todo esto vamos a utilizar estranguladores
Control de Caudal por medio de Estranguladores
44R
P Q
:bien o
rr
Para todo esto vamos a utilizar estranguladores
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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La Potencia Perdida en toda estrangulación
Una potencia perdida Wpr que se convierte en calor elevando la temperatura del aceite
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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(Kw) 600
QP W
rrpr
Pero se Pierde Potencia en toda estrangulación
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Las potencias en juego
• Potencia de necesidades• Potencia perdida en el estrangulamiento• Potencia perdida en la válvula de seguridad• Potencia que impulsa la bomba
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Potencia de necesidades
Existe la potencia mecánica de nuestras necesidades
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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) Kw ( 1000
vL W
ssn
Potencia de necesidades
Control de Caudal por medio de Estranguladores
50
Potencia perdida en el estrangulamiento
) Kw ( 600
Q P
600
Q)P - (P W
rrr0vspr
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Potencia perdida en la válvula de seguridad o alivio
) Kw ( 600
QP W
vsmpvs
Control de Caudal por medio de Estranguladores
52
Potencia que impulsa la bomba
) Kw ( 600
Q P W
bmb
Control de Caudal por medio de Estranguladores
53
Ahora ya podemos empezar el análisis de los tres tipos básicos de Control de Caudal
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Control por Sustracción
Ahora ya podemos empezar el análisis de los tres tipos básicos de Control de Caudal
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Control por Sustracción
Control de Entrada
Ahora ya podemos empezar el análisis de los tres tipos básicos de Control de Caudal
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Control por Sustracción
Control de Salida
Control de Entrada
Ahora ya podemos empezar el análisis de los tres tipos básicos de Control de Caudal
Control de Caudal por medio de Estranguladores
5757
Control por Sustracción
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Control por Sustracción
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.
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Control por Sustracción
0
es
rbes
0r
0
s0
S . 6
Q Vs
Q - Q QR
P Q
S . 10
L P
Ls = Newtons
S0 = cm2
P0 = bars
Qes ; Qr ; Qb = l/m
Vs = m/s
Control de Caudal por medio de Estranguladores
60
Al introducir el valor de “R” igual a 0,0510
Control por Sustracción
Control de Caudal por medio de Estranguladores
61
Y establecer un % de “carga máxima” igual al 100% , nos da una “carga real” de 70686 Newtons
Control por Sustracción
Control de Caudal por medio de Estranguladores
62
Control por Sustracción
bars 90 79 10
70.686
S10
L P
0
s0
Como ocurre que “P0” es igual a “PLs”
(m/s) 40.0196
18
S0 6
Q vs
(l/m) 18 42 - 60 Q - Q Q
(l/m) 420.051090
RP Q
(bars) 907910
686.70
S10
L P
es
rbes
rr
0
s0
Y además tenemos que Pr = P0
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Control por Sustracción
bars 90 79 10
70.686
S10
L P
0
s0
3,09
7,2
W
W Rs
resulta orendimient el que loPor
) Kw ( 9 600
6009
600
QP W
bomba la de potencia la Siendo
) Kw ( 3,6600
4290
600
QP W
dorestrangula elen perdida potencia Nuestra
) Kw ( 7,21000
0,04 70.686
1000
vL W
:es snecesidade de potencia Nuestra
b
ns
bmb
rrpr
ssns
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Control por Sustracción
P0
Pr Qr
Qes
vs
Wns Wb Wps
Control de Caudal por medio de Estranguladores
65
Control por Sustracción
Control de Caudal por medio de Estranguladores
6666
Control de Entrada
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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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”.
Control de Caudal por medio de Estranguladores
68
0
es
res
0vsr
0
s0
S . 6
Q Vs
Q QR
P-P Q
S . 10
L P
Ls = Newtons
S0 = cm2
P0 = bars
Qes ; Qr ; Qb = l/m
Vs = m/s
Control de Entrada
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Al introducir el valor de “R” igual a 0,0309
Control de Entrada
Control de Caudal por medio de Estranguladores
70
Y establecer un % de “carga máxima” igual al 100% , nos da una “carga real” de 70686 Newtons
Control de Entrada
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Como ocurre que “P0” es igual a “PLs”
) m/s ( 40.0196
18
S0 6
Q vs
) l/m ( 42 Q -Q Q
) l/m ( 18 Q Q
) l/m ( 180.030990)-(100
RP Q
) bars ( 907910
686.70
S10
L P
es
rbvs
res
rr
0
s0
Y además tenemos que Pr = Pvs- P0
Control de Entrada
Control de Caudal por medio de Estranguladores
72
3,09
7,2
W
W Rs
resulta orendimient el que loPor
) Kw ( 10 600
60100
600
QP W
bomba la de potencia la Siendo
) Kw ( 7,3 70,3W W W
) Kw ( 7 600
24001
600
QP W
) Kw ( 3,0600
8110
600
QP W
perdida potencia Nuestra
) Kw ( 7,21000
0,04 70.686
1000
vL W
:es snecesidade de potencia Nuestra
b
ns
bmb
pvsprps
vsvspvs
rrpr
ssns
Control de Entrada
Control de Caudal por medio de Estranguladores
73
P0
Pr Qr
Qes
vs
Wns Wb Wps
Control de Entrada
Control de Caudal por medio de Estranguladores
74
Control de Entrada
Control de Caudal por medio de Estranguladores
7575
Control de Salida
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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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 “” 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” = .“Qr” . Y, para que para que la válvula de seguridad esté abierta, deberá cumplirse que “Qvs”= (“Qb”- .“Qr”) > 0.
Control de Caudal por medio de Estranguladores
77
0
es
res
1r
0
svs1
S . 6
Q Vs
Q QR
P Q
)S . 10
L (P P
Ls = Newtons
S0 = cm2
P0 = bars
Qes ; Qr ; Qb = l/m
Vs = m/s
Control de Salida
Control de Caudal por medio de Estranguladores
78
Al introducir el valor de “R” igual a 0,2327
Control de Salida
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Y establecer un % de “carga máxima” igual al 100% , nos da una “carga real” de 70686 Newtons
Control de Salida
Control de Caudal por medio de Estranguladores
80
Como ocurre que “Pvs” es fija en “S0”
) m/s ( 40.0196
18
S0 6
Q vs
) l/m ( 4218-60 Q -Q Q
) l/m ( 1891,96 Q Q
) l/m ( 90.232720
RP Q
) bars ( 2096,1)7910
686.70100(
)S10
L (Pvs P
es
esbvs
res
1r
0
s1
Tendremos que:
Control de Salida
Control de Caudal por medio de Estranguladores
81
3,09
7,2
W
W Rs
resulta orendimient el que loPor
) Kw ( 10 600
60100
600
QP W
bomba la de potencia la Siendo
) Kw ( 7,3 70,3W W W
) Kw ( 7 600
24001
600
QP W
) Kw ( 3,0600
920
600
QP W
perdida potencia Nuestra
) Kw ( 7,21000
0,04 70.686
1000
vL W
:es snecesidade de potencia Nuestra
b
ns
bmb
pvsprps
vsvspvs
rrpr
ssns
Control de Salida
Control de Caudal por medio de Estranguladores
82
P0
Pr
Qr
Qes
vs
Wns Wb Wps
Control de Salida
Control de Caudal por medio de Estranguladores
83
Control de Salida
Control de Caudal por medio de Estranguladores
8484
Análisis del control de caudal por estranguladores
Control de Caudal por medio de 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.
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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!
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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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
Control de Caudal por medio de Estranguladores
88
Comparativa entre los diferentes tipos de control con estranguladores
Establecido un porcentaje sobre la velocidad máxima del sistema
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Comparativa entre los diferentes tipos de control con estranguladores
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.
Control de Caudal por medio de Estranguladores
90
Comparativa entre los diferentes tipos de control con estranguladores
Seleccionado un porcentaje sobre la carga máxima del sistema
Control de Caudal por medio de Estranguladores
91
Comparativa entre los diferentes tipos de control con estranguladores
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
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Comparativa entre los diferentes tipos de control con estranguladores
Esto establece la necesidad de ajustar unas resistencias diferentes (según el caso) en los estranguladores
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Comparativa entre los diferentes tipos de control con estranguladores
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
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Comparativa entre los diferentes tipos de control con estranguladores
Si en esas condiciones hacemos que haya un descenso de la carga expresado por medio de un (%) de la carga real.
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Comparativa entre los diferentes tipos de control con estranguladores
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
Control de Caudal por medio de Estranguladores
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Comparativa entre los diferentes tipos de control con estranguladores
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
Control de Caudal por medio de Estranguladores
97
Es instructor de «Automatización Oleohidráulica»En el Centro de Formación Profesional para el Empleo de Avilés
Carlos Muñiz Cueto [email protected]