24 octubre 2009

Sensores de proximidad inductivos para aplicaciones hidráulicas

El control de la energía de los fluidos ha cambiado dramáticamente en los últimos 20-30 años. Las presiones necesarias en la industria – 5000 o 6000 psi – son el doble de las utilizadas a finales de los noventa. Estos requerimientos de alta presión provocan un alto riesgo de daños a los empleados o riesgos de parada no controlada.

Fuerzas del mercado
Los cilindros hidráulicos se usan en muchas industrias, pero para evitar daños y averías causadas por cargas pesadas necesitamos controlar su desaceleración. Métodos del pasado han incluido sistemas para absorción de choques, que requieren mucho espacio; válvulas proporcionales, que son caras y se desgastan con los efectos de la erosión por vibraciones y ambientales; y por el diseño del cilindro, que lleva a las cargas a parar más suavemente cuando el cilindro alcanza el fin de su recorrido. Con los avances en la electrónica y en la capacidad de integrar electrónica con hidráulica, el uso de cilindros hidráulicos continúa creciendo. Los fabricantes han desarrollado sensores embebidos en el chasis hidráulico y crean diseños que interface directamente con los controladores electrónicos standard.

Un asunto clave es la necesidad de incrementar las presiones de operación. El final del recorrido es una de las señales más importantes que deben controlarse en un sistema hidráulico. Originalmente controlado por medios mecánicos, esta señal permite a los diseñadores hidráulicos determinar cuando el cilindro ha completado su movimiento en una dirección dada. Las deficiencias asociadas con la conmutación mecánica incluyen acortamiento del ciclo de vida, necesidad de reajuste constante, susceptibilidad a daños por fuerzas externas, falta de precisión y baja repetibilidad en los puntos de conmutación, y actuaciones accidentales. Sus fortalezas incluyen bajos costes iniciales y el hecho de que están en el exterior del sistema hidráulico y por lo tanto no quedan afectados por la presión.

Sensores resistentes a la presión

Los sensores de proximidad inductivos resistentes a la presión se usan en una multitud de aplicaciones, incluyendo sistemas hidráulicos con presiones hasta 7250 psi. La resistencia a la presión requiere paredes de alojamiento espesas, particularmente en la cara sensora. El principal problema entonces es cómo proporcionar una distancia de operación aceptable a pesar del espesor de la pared.

Carcasas reforzadas

Estos sensores de proximidad alcanzan la resistencia a la presión requerida usando paredes suficientemente fuertes. En la cara sensora, un disco cerámico – con suficiente espesor para resistir la presión sin necesidad de refuerzo – es usado en la carcasa. El módulo electrónico, incluyendo el núcleo de ferrita y el devanado, se coloca en la parte libre de presión de la carcasa. Debido al espesor del disco cerámico, usando un módulo sensor de proximidad con una distancia de operación normal, resultaría una distancia de operación inferior a cero.

Sellando la cara sensora

La resistencia de presión, por necesidad, demanda un sello que prevenga que perjudiciales cantidades de líquidos y gases entren en la carcasa, incluso a máximas temperaturas de operación. Tal sello es particularmente crucial entre la cara sensora cerámica y la carcasa metálica.

Distancia de operación

Una gran parte de la distancia de operación utilizable se pierde debido al espesor del disco cerámico. Por lo tanto, para alcanzar suficiente distancia de operación, usaremos un módulo electrónico con una distancia de operación aproximadamente 3 veces lo normal, del entorno de los 3 mm.

Requerimientos dinámicos

Los sensores de proximidad resistentes a la presión convencional son raramente adecuados para los requerimientos de presión dinámicos debido a sus sistemas de soporte y sellos de teflón que se desgastan después de un número limitado de ciclos de presión. En la práctica, este tipo de tensiones ocurren frecuentemente, especialmente en sistemas hidráulicos. La nueva generación de sensores de proximidad, debido a su construcción simple en conjunción con las altas presiones usadas para enlazar la carcasa en el disco dinámico, son completamente insensibles a las tensiones dinámicas y los picos de presión. Sus ventajas incluyen:
  • Un número virtualmente ilimitado de ciclos permisibles de presión en un amplio rango de presiones.
  • Largas distancias de operación.
  • Ajuste del gas en la cara sensora.
  • Fácil montaje.
  • No se requiere posicionamiento.
Aplicaciones

Los nuevos sensores de proximidad resistentes a la presión pueden reemplazar dispositivos corrientemente disponibles en el mercado. Si bien son fáciles de montar y sus distancias de operación son importantes, son particularmente convenientes donde se esperan tensiones de presión dinámicas, tales como:
  • Control del golpe final del pistón en los cilindros hidráulicos.
  • Control del sensor de la válvula hidráulica.
  • Control de r.p.m. y medición de motores hidráulicos.
  • Control de sensores de válvulas y sistemas de distribución de gases.
  • Aplicación en alto vacío.
Bibliografía: Pressure-Resistant Proxes: New Generation Proximity Switches For Hydraulic Applications. Sensors electronics & computers. Apr 2007
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