Regulador de presión electroneumático de intrusión

Muchas industrias continúan usando reguladores tradicionales por razones funcionales. Si solo se requiere una presión constante, simplemente se puede configurar un regulador convencional. Los reguladores electroneumáticos ofrecen ventajas significativas cuando es necesario cambiar o ajustar la presión (generalmente en función de la dinámica de la aplicación).

Tradicionalmente, la presión se ajusta ajustando manualmente una válvula reguladora. Al girar la perilla se comprime el resorte, que actúa sobre el diafragma o pistón. La presión de aire regulada actúa en el otro lado del diafragma o pistón para equilibrar el ajuste del resorte. Una caída en la presión de salida puede desequilibrar el pistón o el diafragma, lo que hace que el resorte fuerce la apertura de la válvula reguladora y aumente la presión de aire hasta el equilibrio.

Esto todavía funciona bien cuando solo se requiere una presión fija, como con una simple abrazadera neumática. Los reguladores de presión de aire controlados electrónicamente funcionan de manera diferente a los reguladores operados manualmente. Los reguladores electrónicos proporcionan una presión de salida controlada proporcional a una señal electrónica estable o variable. Esto ofrece la ventaja de cambiar la presión de forma remota, en vuelo, según lo determine la dinámica de la aplicación, o en respuesta a otras entradas o sensores electrónicos.

notas: No confunda el tiempo de respuesta con el tiempo que tarda en alcanzar la presión del sistema. Los reguladores electrónicos pueden responder a cambios en el comando y proporcionar la presión de salida deseada en menos de 200 milisegundos (tiempo de respuesta), pero el tiempo que tarda el sistema en alcanzar esa presión depende del tamaño de la tubería y el volumen del sistema. Usando dos ajustadores idénticos, uno puede tardar menos de un segundo en llenar 1 pulgada.cilindro, mientras que el otro tarda casi un minuto en llenar una llanta de tractor, aunque ambos tienen el mismo tiempo de respuesta.

primer regulador de presión

Los primeros ajustadores electroneumáticos consistían en un ajustador manual convencional y un motor eléctrico adaptado para proporcionar movimiento de rotación a la perilla. La mayoría de estos reguladores eléctricos han caído en desgracia porque son caros y tardan en responder. El regulador eléctrico tiene un tiempo de respuesta de 20 a 360 segundos, dependiendo del consumo de energía, el rango de presión y la relación de transmisión seleccionada.

Debido a que los reguladores eléctricos no requieren electricidad excepto para cambiar la presión, son ideales para condiciones a prueba de fallas o instalaciones con energía limitada, como las instalaciones solares. En general, son dos o tres veces más caros que el I/P de dos cables de menor costo.

Boquilla deflectora

Una boquilla deflectora o bobina móvil funciona controlando la cantidad de aire que entra o sale de un regulador de presión neumático a través de un orificio. Esta tasa de descarga se varía moviendo el émbolo hacia adentro o hacia afuera del orificio para controlar la presión piloto. La posición del émbolo es controlada por la fuerza aplicada a la bobina o elemento piezoeléctrico por una señal electrónica.

Este diseño a veces se denomina sensor I/P de dos hilos. Estos dispositivos funcionan en un bucle de corriente simple de dos hilos, donde I/P se refiere a la corriente (I) a la presión (P).

El diseño utiliza una potencia mínima y se puede controlar directamente desde señales de comando electrónicas típicas, como de 4 a 20 mA CC. El bajo consumo de energía también significa que muchos de estos dispositivos están clasificados para seguridad intrínseca.

La operación de baja potencia tiene un costo, ya que las pequeñas fuerzas generadas a menudo hacen que estos dispositivos sean susceptibles a vibraciones o cambios sutiles en la ubicación de montaje. La baja potencia también limita la presión máxima de funcionamiento. Debido a que estos dispositivos solo usan un bucle de dos hilos para desarrollar una señal de control de baja potencia, la señal suele ser demasiado débil para proporcionar retroalimentación para monitorear el dispositivo o su salida de presión.

La boquilla flapper es un dispositivo de respuesta rápida que alcanza la presión de salida en menos de 200 milisegundos. El diseño de boquilla deflectora/bobina de voz sigue siendo popular. Las aplicaciones actuales aprovechan las señales de control económicas de dos hilos y la alta resolución inherente a este diseño totalmente analógico.

Una aplicación común es controlar la presión de los cilindros que accionan las compuertas en grandes sistemas HVAC. Los reguladores electroneumáticos se controlan fácilmente de forma remota con una señal de control de baja potencia de un controlador de temperatura.

Otra aplicación común para los reguladores electroneumáticos de boquilla deflectora es controlar la tensión de la banda en aplicaciones sin bobinar. Los sensores ultrasónicos se utilizan para proporcionar una señal proporcional al diámetro del carrete. Esta señal se convierte en una señal de presión proporcional mediante un regulador electroneumático. La presión acciona el freno neumático para mantener la misma tensión de la banda de desenrollado a medida que disminuye el diámetro del rollo.

Dos válvulas y un sensor

En la última década, la tecnología de doble válvula y sensor se ha vuelto popular. El principio de funcionamiento es simple. Por lo general, dos válvulas de solenoide de dos vías normalmente cerradas están dispuestas de modo que una se energiza para permitir que el aire comprimido fluya hacia el sistema;Energizar el otro permite que la presión del sistema se ventile a la atmósfera. La válvula que se energiza se determina mediante un circuito electrónico integrado que compara la señal de comando electrónico con un sensor de presión montado integrado que mide la presión del sistema. Un sensor de presión integrado garantiza que la presión se controle con precisión y se puede usar como una señal que se puede monitorear de forma remota. La selección cuidadosa de las válvulas de solenoide puede controlar presiones desde vacío hasta 1000 psig.

Debido a su construcción electrónica versátil, el diseño de válvula dual y sensor brinda flexibilidad en muchas aplicaciones, incluidas aquellas que requieren control de presión a tasas de flujo más altas que las que puede proporcionar la válvula solenoide en sí. Se logra un flujo alto cuando el puerto de presión de salida (de trabajo) de la unidad se conecta neumáticamente al puerto del piloto del regulador del piloto de aire (esclavo). Si la unidad dual de válvula y sensor se usa solo para controlar la presión del domo del regulador esclavo, el diseño mecánico del dispositivo esclavo determinará la precisión, la histéresis, la repetibilidad y la resolución del sistema.

Este tipo de regulador está controlado por circuitos integrados, por lo que puede aceptar señales eléctricas de sensores montados aguas abajo del dispositivo esclavo. El sensor aguas abajo se convierte en el control principal en esta configuración de conjunto de circuito cerrado, lo que permite que el piloto ajuste automáticamente la presión para lograr una especificación de precisión de escala completa de menos del 0,2 %, una repetibilidad de menos del 0,02 % y prácticamente ninguna histéresis con flujo alto tarifas

La naturaleza electrónica del dispositivo de tipo válvula y sensor dual permite una interfaz directa con otros tipos de sensores aguas abajo para permitir el control neumático directo del par, la temperatura, la fuerza, la posición y la velocidad.

El control de fuerza de bucle cerrado parcial que se muestra en la Figura 2 es una aplicación que demuestra esta interfaz con sensores externos. Un regulador electroneumático proporciona presión a un cilindro de doble efecto. La fuerza proporcionada por el vástago del cilindro se mide directamente por la celda de carga. La salida electrónica de la celda de carga es medida directamente por un regulador electrónico, que regula la presión de aire suministrada al cilindro. Al comparar directamente el punto de referencia deseado con la fuerza real medida en la celda de carga, se puede obtener una fuerza precisa y repetible. El circuito es bidireccional y puede controlar la tensión o la compresión.

Válvula proporcional

Los avances en la tecnología de válvulas proporcionales, incluidas las reducciones en el costo y el consumo de energía, han dado lugar a avances recientes en los reguladores de presión electroneumáticos. Al adaptar el circuito electrónico y reemplazar la válvula solenoide de encendido/apagado tradicional en una configuración de válvula dual y sensor con una verdadera válvula proporcional, ahora está disponible la próxima generación de control de presión.

En aplicaciones de presión positiva, las válvulas proporcionales se instalan en la entrada y funcionan en proporción al voltaje suministrado al circuito. Este efecto de orificio variable proporciona un control preciso de la presión en condiciones de flujo y elimina los pasos digitales para abrir/cerrar válvulas de solenoide. La válvula de purga sigue siendo una válvula estándar de dos vías que ventila el exceso de aire cuando es necesario. En aplicaciones que requieren un control de vacío preciso, se instala una válvula proporcional en la posición de la válvula de escape y las conexiones neumáticas se ajustan en consecuencia.

La introducción de una válvula proporcional en este tipo de esquema de control permite al usuario beneficiarse de las ventajas de un diseño de sensor y válvula dual, al tiempo que mejora en gran medida la resolución y elimina virtualmente la histéresis. Este tipo de dispositivo es muy efectivo para pruebas de fugas, sistemas con fugas aguas abajo y aplicaciones críticas donde incluso las pequeñas fluctuaciones de presión pueden ser perjudiciales.

Al igual que el diseño de doble válvula y sensor, este diseño de control de presión proporcional utiliza un sensor de presión interno para medir la salida de presión controlada y proporcionar una señal de retroalimentación al circuito electrónico. Estas unidades proporcionan salidas analógicas que se pueden mostrar en un medidor o enviar a un controlador para la adquisición de datos o el control de calidad.

De forma similar a la disposición de sensor y válvula doble, la tecnología de control de presión proporcional se puede ofrecer en una versión de circuito doble, lo que permite introducir otro sensor aguas abajo. Un segundo sensor de bucle puede monitorear el par, la posición o el flujo. Con los últimos avances en sensores de flujo másico (y reducciones de costos), combinarlos con válvulas de control proporcional del tamaño adecuado puede brindar un control preciso y rentable de la presión y el flujo.

Los cilindros sin fricción ofrecen un potencial interesante cuando se combinan con esta tecnología. Con una fricción despreciable, la presión suministrada al cilindro se puede usar para calcular directamente la fuerza. El regulador electroneumático de la válvula proporcional compensa automática y suavemente las fugas en el cilindro. Un sensor de presión integrado proporciona una señal proporcional a la fuerza de salida producida.

La selección de la técnica correcta para un sistema incluye verificar el medio que se está controlando, la señal de comando y la potencia disponible, el caudal requerido por la aplicación, el rango de presión, el tipo de clasificación para el entorno específico y la precisión de control deseada.

Al considerar los reguladores de presión electroneumáticos, se debe evaluar todo el esquema de control. Con la selección correcta del regulador de presión electroneumático correcto, se pueden eliminar muchos componentes. Esto permite un control avanzado de muchos procesos diferentes y reduce el costo total del sistema.

Larry Dietrich y Ron Hibbler son ingenieros de aplicaciones en Proportion-Air Inc., McCordsville, Indiana. Llámelos al (877) 331-1738 o visite www.proporcionair.com

Tipo de regulador ventaja defecto
motorizado
  • La presión en realidad la establece el motor a través de un resorte comprimido por el tornillo, por lo que el regulador eléctrico permanecerá en la presión establecida indefinidamente sin consumir energía.
  • Pesado
  • caro
  • respuesta lenta
  • Por lo general, se requieren algunos controladores lógicos adicionales
Boquilla deflectora
  • Permite alimentación y comando en el mismo cable
  • Puede operar en ambientes de alto ruido sin afectar negativamente la salida de presión controlada
  • Bajo consumo de energía
  • La buena resolución permite pequeños pasos en la salida de presión a medida que cambia el comando
  • A menudo, reguladores esclavos integrados para caudales elevados
  • menos precisa
  • Sensibilidad a la posición de montaje y vibración
  • Requiere recalibración frecuente
  • La falta de retroalimentación electrónica a menudo requiere más componentes en el sistema para propósitos de monitoreo
  • A menudo requiere una filtración extensa
  • la unidad desperdicia energía debido a las emisiones continuas
  • solo controla la presion
  • Sensible a las fluctuaciones de la presión de entrada
  • El modo de falla no se puede seleccionar durante una falla de energía
Doble válvula y sensor
  • Mejor precisión, resolución y repetibilidad que los diseños de dos hilos
  • La retroalimentación electrónica permite el control de procesos como torque, temperatura, posición, velocidad, etc.
  • Inmunidad a golpes/vibraciones, lo que permite el montaje directo en el equipo para una respuesta rápida con costos de plomería reducidos
  • Control de alta presión, baja presión y vacío
  • Tiene un alto ciclo de vida
  • No se necesita aire de calidad para instrumentos, lo que reduce los costos de filtración
  • El apagado positivo ahorra aire y permite una verdadera calibración cero
  • La salida analógica elimina el costo de otros sensores en el sistema
  • baja inmunidad al ruido
  • Requiere mayor fuente de alimentación
  • Pequeños cambios de presión cuando la válvula se abre/cierra pueden causar fluctuaciones de presión en aplicaciones críticas
Válvula proporcional
  • Todo el rendimiento de los sensores de doble válvula tradicionales
  • Capacidad para controlar la presión con una resolución prácticamente ilimitada
  • Capacidad para ajustar y minimizar el retraso
  • Compensar las fugas del sistema
  • buen control
  • El costo es un poco alto
  • flujo bajo
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