ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL INGENIERÍA MECÁNICA DINÁMICA DE SISTEMAS NOMBRES:
Erick de la Cadena Diego Simancas
OBJETIVOS:
Conocer el funcionamiento funcionami ento de una electroválvula y sus respectivas partes principales. Conocer las distintas aplicaciones de la electroválvula. Realizar una electroválvula electroválv ula con el fin de ser usada en una aplicación útil.
DEFINICIÓN Y RESEÑA HISTÓRICA (ESTADO DEL ARTE) DE LAS ELECTROVÁLVULAS. DEFINICIÓN: La electroválvula también conocida como válvulas solenoides, solenoides electromagnéticos electromagnéticos o válvulas electromagnéticas; electromagnéticas; es una válvula electromecánica, diseñada para controlar el paso de flujo por un conducto o tubería. La válvula se mueve mediante una bobina solenoide la cual consiste en dos simples movimientos los cuales son de abierto o cerrado (todo o nada).
FUNCIONAMIENTO: Una electroválvula tiene dos partes fundamentales: el solenoide y la válvula. El solenoide convierte energía eléctrica, mediante magnetismo, en energía mecánica para actuar la válvula. [https://es.wikipedia.org/wiki/Electrov%C3% [https://es.wikipedia.org/wiki/Electrov%C3%A1lvula] A1lvula] Un solenoide es una bobina de material conductor cuyo funcionamiento se basa en campos electromagnéticos. electromagnéticos. Al pasar una corriente eléctrica a través de la bobina, se genera un campo electromagnético uniforme de cierta intensidad en el interior y nulo en su exterior. Un émbolo fabricado de metal ferroso es atraído por la fuerza magnética hacia el centro de la bobina como un imán, lo que proporciona el movimiento necesario para accionar la válvula.
1
[https://vertigo2040.wordpress.com/2011/08/04/selenoide-actuador-electromagnetico/]
CLASIFICACIÓN DE LAS ELECTROVÁLVULAS: Existen varios tipos de electroválvulas. En algunas electroválvulas el solenoide actúa directamente sobre la válvula dando la energía necesaria para su movimiento. También es posible construir electroválvulas biestables que usan un solenoide para abrir la válvula y otro para cerrar o bien un solo solenoide que abre con un impulso de corriente y cierra con el siguiente. Estas tienen dos contactos eléctricos, de modo que al cambiar de posición la válvula abre uno de ellos y cierra el otro. [https://es.wikipedia.org/wiki/Electrov%C3%A1lvula] En el caso realizado en el experimento y según la aplicación empleada, se muestra una electroválvula sencilla de tipo directo que, al ser activado, esta se llega a abrir y al interrumpirse el paso de la corriente esta se cierra.
[http://www.chauvinarnoux.com/sites/default/files/documents/d00ule50_mantenimiento_electrovalvula_es. pdf]
RESEÑA HISTÓRICA Inicialmente empieza con el inicio de las válvulas, estas fueron utilizados desde la antigüedad ya que el hombre ha sabido regular el agua ya sea con piedras o troncos de árboles. Los egipcios, griegos y otras culturas eran capaces de dirigir el agua que captaban de ríos o fuentes para el consumo público o riego. Pero los griegos fueron los verdaderos desarrolladores de sistemas de canalización de agua. Y de ahí, la historia moderna de la industria de la válvula empieza de forma paralela a la Revolución Industrial.
2
Con respecto a la historia del solenoide, este nació bajo los estudios realizados por Hans Christian Oersted en 1819 donde descubrió el fenómeno de que una corriente eléctrica está rodeada de un campo magnético por lo cual estableció un enlace entre la electricidad y el magnetismo. Otros precursores que ayudaron a la creación del solenoide fueron Michael Faraday en Inglaterra, André Ampére en Francia y W illiam Sturgeon, quien fabricó el primer electroimán con núcleo de hierro en 1823. Michael Faraday fue el que observo el campo magnético y ayudo con importantes conclusiones sobre la inducción electromagnética. Mientras que André-Marie Ampére continuó con el estudio de este fenómeno y determinó el campo magnético creado por un solenoide o bobina. Gracias al descubrimiento del solenoide ayudo a generar diferentes aplicaciones en el electromagnetismo tales como: trenes de levitación magnética, timbres, motor eléctrico, transformador, entre otros.
APLICACIONES: Las electroválvulas se adaptan particularmente para el control de agua, aire, gases inertes, vapor y en general de fluidos no agresivos. El cuerpo robusto y compacto y las soluciones técnicas adoptadas permiten tener espacio reducidos, tiempo de instalación rápidos e intervenciones de mantenimiento específicas. [http://www.panelserver.net/pertegazsl/ElectroValvulas.pdf] También podemos agregar ciertas aplicaciones tales como: usarlo como pulsador de algún otro botón a distancia, para abrir o cerrar una puerta eléctrica, para sacar o meter tarjetas de plásticas(VISA, MASTERCARD), para dejar pasar monedas o dulces, controlar cuantos productos van por una banda y a otra, cambiar el sentido a algo, levantar algo y soltarlo luego en otro lado(solo solenoides potentes), o como en el caso realizado en la práctica como un sistema de alimentación canino, y entre otros más.
DISPOSICIÓN DE ESTOS ELEMENTOS (DISEÑO), MATERIALES EMPLEADOS, VALOR DE LOS PARÁMETROS FÍSICOS DE LOS ELEMENTOS O BLOQUES FUNCIONALES. Diseño: Con respecto al diseño, se ha empleado un diseño sencillo, debido a que es un prototipo. La aplicación empleada es exclusivamente para uso canino o felino, donde los materiales a construir son algo resistentes. Aparte de la electroválvula, hemos adaptado para nuestra aplicación, una especie de pulsador por medio de cables para que active la electroválvula y pueda caer el alimento del perro, siendo este, el que lo pueda accionar sin la intervención del humano. Los elementos a usar son: cartón (para el recipiente del alimento y … para la estructura de la maqueta y para la compuerta que será unida a la válvula y haga el fin de pasar o cerrar el alimento, consiguiendo así, los materiales livianos para facilitar el f uncionamiento de la electroválvula unidos tanto brujita como silicona. Con respecto al diseño de la electroválvula, se ha utilizado un poco menos de media libra de cable de cobre número 24 lo que dio como resultado de 900 vueltas enrolladas en el eje de plástico sacado de un esfero Bic, adicionalmente se agregó un clavo de
3
acero que servirá como válvula ayudado por la conexión en paralelo de 2 baterías de 9 voltios.
MODELO MATEMÁTICO Y SIMULACIÓN EN MATLAB O SIMULINK.
Parte eléctrica
L dtdi + Ri + = () = di = 1 −Ri−K dx = v(t) dt L dt Acoplamiento electromecánico
f (t) = Kfi(t) Parte mecánica:
2 (m + M) ddt2x + b dxdt +kx = f(t)
4
d2x = 1 [− + ()] dt2 + Constante de elasticidad
= − = 2 0,005 ∗ 9.8 / = 0,005
= 0.98 COMPROBACIÓN DE RESULTADOS TEÓRICOS Y EXPERIMENTALES.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.
Un solenoide es una bobina de alambre. Cuando la corriente eléctrica pasa a través de un solenoide, se genera un campo magnético. La fuerza del campo magnético depende de cuán estrechamente espaciados están los giros de la bobina, de la cantidad de corriente que pasa a través de ella y de las propiedades magnéticas del material del núcleo sobre el que se enrolla la bobina. Los solenoides se utilizan para una amplia variedad de propósitos, incluyendo ciertos tipos de motores y sistemas automáticos de conmutación. A menudo, los solenoides utilizan en circuitos como un tipo de componente llamado inductor. Instrucciones Campo magnético 1. Divide el número de vueltas por la longitud en metros del solenoide. Esto equivale a la "densidad de giros", el número de vueltas por metro.
5
2. Multiplica la permeabilidad relativa del núcleo por la constante magnética, que es aproximadamente 1,257 x 10 ^ -6. La constante magnética es el grado en que el vacío responde a un campo magnético. La permeabilidad relativa indica la cantidad que el material amplifica del campo magnético constante. La permeabilidad relativa del aire es de aproximadamente 1, y la permeabilidad relativa de hierro magnético es aproximadamente 200. El cálculo resultante es la permeabilidad magnética del núcleo. 3. Multiplica la densidad de giro, la permeabilidad del núcleo y la corriente a través del solenoide en amperios. El resultado es la fuerza del campo magnético en el solenoide en unidades de Tesla. Inductancia 1. Multiplica el radio de la bobina en metros por pi (3,14159265) para obtener el área de una sección del solenoide. 2. Multiplica el área de la sección transversal por el cuadrado del número de espiras en el solenoide y la permeabilidad magnética del núcleo, que se ha calculado anteriormente. 3. Divide el resultado por la longitud del solenoide en centímetros. El resultado es la inductancia del solenoide en unidades de henrios. [http://www.ehowenespanol.com/calcular-solenoide-como_106302/]
https://curiosoando.com/que-es-una-valvula-solenoide
https://www.asconumatics.eu/images/site/upload/_es/pdf1/00005es.pdf http://galia.fc.uaslp.mx/~cantocar/automatas/PRESENTACIONES_PLC_PDF_S/30_V ALVULAS.PDF
https://es.wikipedia.org/wiki/Electrov%C3%A1lvula http://www.altecdust.com/blog/item/32-como-funcionan-las-electrovalvulas-o-valvulassolenoides-de-uso-general http://www.panelserver.net/pertegazsl/ElectroValvulas.pdf https://sites.google.com/site/fisicacbtis162/services/3-2-2-induccion-magnetica-en-unsolenoide http://www.ehowenespanol.com/calcular-solenoide-como_106302/ http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica3/magnetico/solenoide/solenoide.html
6
http://www.chauvinarnoux.com/sites/default/files/documents/d00ule50_mantenimiento_electrovalvula_es. pdf http://www.monografias.com/trabajos13/valvu/valvu.shtml https://curiosoando.com/que-es-una-valvula-solenoide http://www.sapiensman.com/neumatica/neumatica16.htm http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/magnetic/solenoid.html https://www.fisicalab.com/ejercicio/685#contenidos http://www.circuitoselectronicos.org/2014/06/analisis-circuitos-en-serie-y-enparalelo.html https://vertigo2040.wordpress.com/2011/08/04/selenoide-actuador-electromagnetico/ https://es.wikipedia.org/wiki/Solenoide http://electromagnetismounaula.blogspot.com/2010/11/solenoide.html http://www.monografias.com/trabajos72/los-solenoides/los-solenoides.shtml http://html.rincondelvago.com/electromagnetismo_2.htm http://www.valvias.com/historia.php http://www.sirai.com/pdf/es/overview.pdf https://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080305134832AAPZBac http://www.asconumatics.eu/images/site/upload/_es/pdf1/v396es.PDF http://historiaybiografias.com/conceptos_electromagnetismo/ mediante una válvula automática controlada por un servomotor
REFERENCIAS [1] [2] [3]
7
