ACCIONAMIENTOS ELECTROMAGNÉTICOS (I)

ACCIONAMIENTOS ELECTROMAGNÉTICOS

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Un amor para toda la vida ¿o no?

Si, porque un transporte vibrante con accionamiento electromagnético es eterno.. bueno "casi"

Del "casi" hablaré en la próxima entrada, hoy nos centraremos en intentar explicar los principios de funcionamiento de este tipo de accionamientos..

Su configuración "clásica" es esta

Fig. 1

Bien, vamos a ello :)

El principio es bastante sencillo, si sometemos a una bobina a la tensión rectificada de la red eléctrica industrial, provocaremos un campo magnético que atraerá a la bandeja que pretendemos mover a la misma frecuencia a la que está sometida (en Europa 50 Hz - 3.000 min-1), por lo tanto la frecuencia de excitación es fija y no la podemos variar.

Con este tipo de accionamientos la variación de caudal se consigue modificando la amplitud a la que vibra la bandeja, y esto se logra variando la tensión a la que sometemos a la bobina a través de un circuito electrónico al que se le suele denominar "caja de regulación".

Bobina y bandeja están unidas a través de un sistema elástico (habitualmente ballestas, ver figura 1). Este conjunto tiene una frecuencia de resonancia que es ligeramente superior que la frecuencia de red, en torno a los 56 - 57 Hz, de manera que cuando la bobina está bajo tensión el sistema estará "sujeto" por la el campo magnético generado por la bobina (los 50 Hz) de esta manera se evita que el sistema entre en resonancia y por lo tanto quede fuera de control.

Si tenemos en cuenta los diferentes componentes de este tipo de máquinas, esquemáticamente se podría representar así:

Fig. 2

El sistema elástico formado por las ballestas que unen a la bandeja de masa M y a la masa de reacción M´, tiene una frecuencia fija de oscilación natural que viene determinada por la constante elástica de las ballestas K. El sistema es excitado (entra en movimiento) por la energía magnética producida por la bobina, tal y como hemos comentado antes...

Un alimentador electromagnético, si está dimensionado correctamente, su aplicación es la adecuada y no padece variaciones en estas condiciones iniciales, tiene una vida muy larga.

en serio.. para aburrirse...

Como anécdota, conozco instalaciones con alimentadores que incorporan este tipo de accionamiento que llevan más de 30 años trabajando de manera continua con mantenimiento cero, alguna inspección rutinaria y poco más..

Las ventajas de este tipo de accionamiento podrían resumirse en:

1) Facilidad de regulación. con una electrónica muy sencilla podemos dar una señal de tensión variable a la bobina y ¡ya está!.. tenemos nuestro equipo regulando el caudal de forma manual (a través de un potenciómetro) con una precisión más que suficiente para la mayoría de las aplicaciones. Mientras la tensión de entrada (de linea) permanezca constante, el caudal aportado por el alimentador no variará.

2) Arranque y parada instantáneo. En el momento en el que interrumpamos la tensión de alimentación, el campo magnético en la bobina desaparece y por lo tanto se cesa el movimiento por completo. (En vacío, sin carga sobre la bandeja podría continuar pero muy poco tiempo)

3) Ausencia de mantenimiento. No existen piezas o elementos de desgaste que precisen una observación especial, se puede realizar un mantenimiento preventivo, sustituyendo aquellos elementos sometidos a mayor esfuerzo (en condiciones normales las ballestas)

4) Capacidad de sistemas de regulación complejos. De los puntos 1 y 2 anteriores se deduce que podemos efectuar una regulación de caudal muy precisa en bucle cerrado siempre y cuando el sistema electrónico que controla la máquina permita esta opción (entrada analógica).
Así mismo, especialmente considerando lo indicado en el punto 2) podemos realizar un control de la parada que nos va a permitir dosificaciones muy precisas, si tenemos en cuenta el material que está en las colas de caída (en sistemas de pesado incremental) las precisiones que se pueden alcanzar son muy grandes.

Ojo no todo son ventajas... como el amor eterno,,, también tienen sus limitaciones, pero eso lo dejo para el próximo post..

Nos vemos

ACCCIONAMIENTOS ELECTROMECANICOS (II)

MAQUINAS ACCIONADAS POR MOTOVIBRADORES

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Lo sencillo puede funcionar... casi siempre (y II)

Algunas veces lo sencillo funciona, pero otras no..

El accionamiento electromecánico resulta muy fácil de utilizar, pero con algunas limitaciones. En primer lugar la idea de la sincronización automática de los vibradores, resulta sencilla, se alcanza de manera "natural" y se obtiene un vector fuerza que podemos dirigir donde queramos.

En cambio como contrapartida tendríamos una necesidad de rigidización en la estructura que sirve de fijación a los vibradores, que sea capaz de soportar con un margen de seguridad generoso, las componentes transversales (si, esas que se acaban anulando, ver mi anterior post) que no producen ningún efecto en el avance del material. Hay que tener muy en cuenta estas fuerzas en el diseño de estructura de la bandeja vibrante, ya que cualquier deformación o falta de rigidez, además de poder limitar considerablemente la durabilidad de la máquina (rotura por fatiga) podría provocar un funcionamiento inadecuado de la misma,

y ¿como se consigue esto?... 

pues con robustez, hace falta la adición de elementos estructurales que garanticen la rigidez suficiente, lo que provocará que el peso final de la bandeja aumente considerablemente.

La utilización de vibradores eléctricos tiene el problema añadido de la lentitud en su reacción, especialmente en el proceso de parada de máquina, ya que por inercia se mantendrá en movimiento durante un periodo de tiempo considerable (este es directamente proporcional al tamaño de los vibradores utilizados), a no ser que utilicemos un freno eléctrico, que reducirá este tiempo, sin eliminarlo por completo, esta es una limitación en la capacidad de regulación en el caso de ciertas aplicaciones en las que sea necesaria una interrupción del flujo instantánea. Nunca la podremos lograr.

¿Podemos regular el caudal?...

Pues si, pero también con limitaciones, a través de un variador de frecuencia, de esta forma podremos reducir la velocidad de giro de los vibradores, dependiendo del modelo utilizado tendremos

Motovibradores de 4 polos (1.500 min-1) entre 23 Hz y 50 Hz 

Motovibradores de 6 polos (1.000 min-1) entre 35 Hz y 50 Hz

Los límites inferiores no cambian para frecuencia de red de 60 Hz

En el caso de vibradores de 8 polos, la posibilidad de regulación prácticamente es nula.

Hay que tener en cuenta que la programación del control del variador tendrá que ser un clásico tensión/frecuencia, con arranque SIN rampa (para evitar resonancia con los elastómeros o muelles de aislamiento en el paso por su frecuencia natural) y en el caso de que la regulación se realice manualmente, esta deberá de ser a través de un potenciómetro lineal, no logarítmico, con un límite inferior tarado en los valores recomendados.

Personalmente siempre me ha gustado dar un margen de seguridad añadido en el límite inferior, con el fin de evitar el riesgo de falta de sincronización en los vibradores, ya que cercanos al límite consignado inferior este problema se puede dar, con lo que para los mas habituales, los vibradores de 4 polos, ese límite podría estar en torno a los 27 Hz para "curarnos en salud"

La regulación de caudal no permite "dosificación" si entendemos por esta la posibilidad de realizar un llenado de sacas o bolsas con arranques y paradas continuos y precisión en el llenado, a no ser que el volumen a completar sea muy elevado en comparación con el caudal aportado, me explico, no es un sistema conveniente cuando los volúmenes de trabajo sean pequeños (clásicos en la industria alimentaria por ejemplo). En cambio el sistema de regulación mediante variador de frecuencia si que resulta muy adecuado para una regulación controlada del flujo de material, por ejemplo en lazo cerrado (utilizando un PLC por ejemplo, con entrada 4-20 mA y salida a variador) donde pretendamos mantener consignado el caudal dentro de unos valores prefijados, en estos casos el sistema puede resultar muy preciso.

Por lo tanto si necesitamos tener una regulación de caudal pero NO una dosificación podremos utilizar este sistema.

Resumiendo que me enrollo mucho ;)

1. - Capacidad de regulación, limitada
2. - Necesidad de variador de frecuencia
3. - Limitación de la frecuencia inferior a 23 o 35 Hz dependiendo del modelo de vibrador
4. - Arranque sin rampa de aceleración y con el control mas sencillo (tensión/frecuencia).
5. - Necesidad de freno eléctrico para minimizar tiempo de parada

Ah! importante: La protección de los vibradores deberá de realizarse de manera independiente, y nunca a través del propio variador. Con una maniobra que garantice que al dejar de funcionar un vibrador el otro pare, hay que tener en cuenta que por el efecto de transmisión de par, en el caso de avería de un vibrador, este continuará girando, mientras la máquina se encuentre en movimiento, y solamente en un nuevo arranque podremos detectar (si hay alguien cerca, que a menudo no es lo habitual) que la máquina no funciona adecuadamente.

Una máquina vibrante con accionamiento electromecánico (vibradores) está preparada para funcionar con los dos vibradores simultáneamente, en el caso que funcione con un solo vibrador, padece deformaciones estructurales graves que producen su mal funcionamiento e incluso su rotura.

Como apunte final... (y esto siempre es válido), dependerá de la aplicación, el tipo de accionamiento elegido, si necesitamos una REGULACIÓN de caudal, vamos bien, en el caso de que necesitemos arranques y paradas contínuos, o una dosificación, tendremos que buscar otras soluciones...

Para la siguiente entrada los vibradores electromágnéticos..


No vemos

ACCIONAMIENTOS ELECTROMECANICOS (I)

MAQUINAS ACCIONADAS POR MOTOVIBRADORES

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Lo sencillo puede funcionar... casi  siempre (I)

Cómo ya comente en mi anterior entrada, hay tres grandes familias dentro de los accionamientos para maquinaria vibrante, estas son:

- Accionamientos electromecánicos (Motovibradores)
- Acc. Electromagnéticos
- Acc. Neumáticos

Hoy vamos a hablar un poco más en detalle del primero de ellos, quizá el más extendido, por su versatilidad y facilidad de uso, no así en cuanto a capacidad de regulación y exigencias de diseño, (robustez estructural de las bandejas vibrantes)

El accionamiento mediante motovibradores, puede realizarse mediante uno o dos vibradores. Si se utiliza únicamente un vibrador debemos de inclinar la bandeja considerablemente (mínimo 10º) para poder garantizar el avance del material, ya que nos tenemos que aprovechar de la fuerza de la gravedad para provocarlo. El vibrador, en este caso, se encarga de variar el ángulo de talud del material haciéndolo disminuir con la vibración (pasamos del ángulo de talud estático al dinámico).

Este sistema es muy poco utilizado hoy en día, ya que tiene gran dependencia de las características del material y no garantiza un funcionamiento adecuado en situaciones complejas.

Accionamiento mediante dos vibradores.

Se trataría (como muchos de vosotros ya sabéis) de la utilización de dos vibradores iguales, IGUALES, (después explico porqué lo repito), girando en sentido contrarrotante uno con respecto al otro, así se provoca que las componentes opuestas se anulen y las complementarias se sumen.

La ventaja es evidente, podemos dirigir el vector fuerza resultante donde queramos, (Si es al centro de gravedad de la máquina, casi que mejor... aunque siempre hay excepciones.. depende de la aplicación).

Los vibradores tienen que ser exactamente IGUALES, porque cualquier diferencia entre ellos, bien sea eléctrica (diferente par motor) o mecánica (geometría del vibrador), produciría efectos indeseables en el funcionamiento de la máquina. Bien a corto plazo, donde podría darse el caso de que los motovibradores no llegasen a sincronizar, o que la componente resultante no tuviera la dirección correcta provocando un funcionamiento inadecuado, o a largo plazo con la rotura de la máquina por fatiga, por ello es muy importante, insisto, que los vibradores sean iguales.
De aquí que en el caso de rotura de uno de ellos haya que sustituirlo por otro idéntico, y si no se puede encontrar el un equipo de repuesto porque se ya no se fabrica, nos veremos obligados a sustituir ambos.

Como inconvenientes es las máquinas con este tipo de accionamiento, tenemos varios:

Pero eso os lo comentaré en mi próxima entrada..


Nos vemos

EL TRANSPORTE POR VIBRACIÓN

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Lanzamiento balístico, un clásico

La aplicación de la vibración para el transporte de materiales granulados no es un descubrimiento "moderno", os pondré un par de fotografías como ejemplo:

Se trata de dos instalaciones para alimentación a molino desde una tolva, a través de una maquina vibrante, basada en el principio del lanzamiento balístico.. que ya estaban funcionando mucho antes de que se inventaran los motores eléctricos. Aprovechan o bien la energía del viento o la del agua para mover la bandeja (pongo en cursiva los términos que hoy en día utilizaríamos) . Si os fijáis bien, podréis ver que existe un rudimentario pero efectivo sistema de regulación, variando la inclinación del alimentador..

Pues bien, la cosa no ha cambiado mucho hasta hoy en día (la física, dicho sea de paso, tampoco) y lo que entonces valía, también nos sirve hoy..

El principio de "Lanzamiento balístico" sigue siendo el mismo. Virtualmente las partículas sometidas a este proceso están en contacto con la bandeja un tiempo mínimo, lo cual permite reducir el rozamiento con su superficie, y el transporte del material de una manera eficiente y sin elementos en movimiento (al contrario que en los sinfines o cintas transportadoras). Las ventajas fundamentales son la facilidad de instalación, la robustez, la capacidad de regulación y la limpieza entre otras.

Muy esquemáticamente el movimiento de las partículas podría ser algo así:

Un movimiento lineal, orientado al centro de gravedad de la bandeja permite el movimiento del material granulado sobre su superficie.

Como accionamiento (llamamos accionamiento al elemento que produce el movimiento lineal) podemos utilizar diversos elementos:

Vibradores eléctricos rotativos

Se utilizan dos emparejados, girando en sentido contrario. (en mi siguiente post explicaré como funciona)

Vibradores electromagnéticos

Es un sistema muy utilizado por su facilidad de regulación. También os comentare algún detalle más adelante

Y los accionamientos neumáticos

Desde mi punto de vista, para algunas aplicaciones, con ventajas evidentes..

Nos vemos en el próximo post..

DONDE, CÓMO Y PORQUÉ

A cada uno lo suyo

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No todo vale

Llegados aquí, es un buen momento para contrastar, de los diferentes dispositivos que tenemos a nuestra disposición, cuáles serían los más adecuados para resolver determinados problemas.

Os voy a presentar una tabla para hacerlo más sencillo, es un resumen donde aparecen los equipos con los que podemos trabajar, y una caracterización de los materiales más frecuentes con los que nos podemos "tropezar" en nuestro trabajo.

Tranquilos que ahora la explico :)

En "Material" se describen sus propiedades, en función de las características que presentan a la hora de extraerlos de una tolva o realizar alguna operación de manutención industrial.
Con la numeración en color rosado, tenéis, en relación con el mismo número de la tabla inferior, los distintos dispositivos que pueden resultar adecuados, siempre y cuando aparezca su cuadrícula en color azul en la tabla superior..

Me parece que no queda muy claro, mejor os daré un par de ejemplos, a ver:

Para un material "Apelmazado y enredado" se podrían utilizar los elementos 1 y 4 de la tabla, si ahora buscamos en la tabla inferior, resulta que serían adecuados los vibradores rotativos y los vibradores lineales NTK. Para el caso de un producto con "Baja elasticidad, fluyen mal" se podrían utilizar los 2, 3 y 6, esto es las familias NC's (NCB, NCR y NCB, rotativos neumáticos), los lineales NTS y los golpeadores (PKL)

Si os detenéis un poco en la tabla, los productos que mas frecuentemente nos podemos encontrar son los de "Baja elasticidad, fluyen mal", y los "Adherentes y/o pulverulentos" (entre ambos son la inmensa mayoría de los casos), no se recomienda la utilización de vibración eléctrica rotativa, por la facilidad para la compactación que puede darse, dada la frecuencia y la componente multidireccional que producen estos dispositivos. También se puede apreciar que en estos casos los golpeadores neumáticos resultan especialmente adecuados, junto con los vibradores de alta frecuencia neumáticos (Serie NC's) y los lineales (NTS) en este último caso por poseer una vibración dirigida "unidirecional" y por lo tanto de gran eficiencia.

Un saludo, hasta el próximo post..

Nos vemos

FRECUENCIAS, OSCILACIÓN, APLICACIONES

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El Gran dilema, hay que elegir..

Si, tarde o temprano hay que elegir, debemos de tomar una decisión, hay que "tirarse al ruedo", y no siempre es fácil..

Voy a intentar poner en orden las cosas, por lo menos un poco. Partimos de la base de que tenemos en nuestras manos las siguientes posibilidades:

Por un lado podemos utilizar diferentes frecuencias, desde un impacto único (golpeadores), hasta decenas de miles de ciclos por minuto (vibradores rotativos neumáticos).. 

Además si utilizamos vibración rotativa tendremos una excitación multidireccional (centrífuga), pero también cabe la posibilidad de que el dispositivo empleado sea un vibrador lineal o golpeador, con lo que la vibración (o golpeo) será unidireccional (lineal).

Bien, ya podéis intuir que la combinación de estos dos factores va a darnos un abanico de posibilidades realmente grande.. tanto como los problemas a resolver.

Os presento una tabla resumen, donde entran en juego las aplicaciones o problemas a resolver, junto con las características de la "excitación" aplicada.. que si lineal, que si circular, que si vamos con mucha amplitud o con poca etc..

La frecuencia va expresada en ciclos por minuto y la aceleración en g (m/s^2)

Por aclarar un concepto.. llamamos amplitud a la medida de de la oscilación que se produce en el elemento a tratar, habitualmente se mide en milímetros, una amplitud baja puede ser de algunas décimas de milímetro y una grande sería de decenas de milímetros (en algunos casos varios centímetros), lo más habitual es que sea una senoide

Dentro del conjunto de aplicaciones de la vibración distinguiríamos aquellas donde es necesaria la utilización de maquinaria vibrante esto es:

• Alimentación
• Dosificación
• Tamizado
• Secado
• Compactación

Y el resto,

• Limpieza
• Fluidificación
• Desatascamiento
• Vaciado
• etc..

Estas se resuelven con dispositivos vibrantes y/o golpeadores

Para la maquinaria, como veis, salvo en el caso de compactación de hormigón, se trabaja con frecuencias bajas (máximo 3000 ciclos minuto) y amplitudes altas y medias. Esta vibración se consigue mediante accionamientos eléctricos rotativos, electromagnéticos o neumáticos. Obteniéndose amplitudes de entre 1 y 5 mm, en algunos tipos de maquinaria incluso más.

Resulta relevante que, justo la misma frecuencia que nos resulta útil para el vaciado de materiales a granel (3000 min-1) es la que nos facilita la compactación..

Conclusión

Lo que podemos resolver por vibración, en algunos casos puede provocarnos problemas mayores. Si el material no sale de la tolva y continuamos vibrando, ya os imagináis que puede llegar a pasar.

Esto no ocurre con el golpeo, ya que permite una transmisión muy enérgica del impacto, sobre una superficie, que en nuestro caso estimamos, dependiendo del grosor de la pared, en unos 1500 mm de radio. Este grosor es determinante para la elección del golpeador adecuado.


Nos vemos