Construcción y simulación de una electroválvula
Enviado por Washington Llumiquinga • 26 de Abril de 2017 • Informe • 1.323 Palabras (6 Páginas) • 241 Visitas
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL[pic 1][pic 2]
INGENIERÍA MECÁNICA
DinÁmica de Sistemas
Construcción y simulación de una electroválvula
Integrantes: Llumiquinga Washington y Picho Luis
1. Definición y reseña histórica de las electroválvulas
Desde la antigüedad 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.
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Figura 1.Valvula de la antiguedad.
Fuente: http://www.valvias.com/
Aunque fueron los romanos los verdaderos desarrolladores de sistemas de canalización de agua. Transportaban agua desde las fuentes o ríos hasta los núcleos urbanos, a veces a grandes distancias y salvando importantes obstáculos mediante acueductos.
Muchas de las válvulas eran de tipo plug o stopcock, construidas de bronce, lo que hoy seria ASTM B-67, material que dominaban los maestros de la "Collegia Fabrorum", rico en plomo, no agrietable, anticorrosivo, dúctil, soldable a las tuberías de bronce o plomo y de poca fricción lo cual facilitaba la rotación del vástago.
La válvula estaba compuesta de un cuerpo, de un vástago agujereado (plug) y un bottom, más una gran leva para poder girar el vástago. A veces, se insertaba un inserto que una vez golpeado con el martillo bloqueaba la salida del vástago pero permitía su giro. Era una forma de impedir extraer el vástago para defraudar agua, práctica que parece común a raíz de algunos agujeros encontrados en las tomas de la válvula.
En diversas ciudades mediterráneas se han encontrado pequeñas válvulas de la época romana, cuyo diseño difiere muy poco, como en Rabat, Djemila, Istambul, Avarches, Augusta (donde también se han visto válvulas de mariposa para grifos) y Nápoles (donde el vástago era cilíndrico). Los romanos usaban también unas primitivas válvulas de diafragma, realizadas de piel de cuero que manualmente cerraba sobre un weir, para controlar el flujo y temperatura del agua los baños. También hay evidencia del uso de check valves para evitar el retorno del fluido, válvulas en ángulo, y válvulas de mezcla.
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Figura 2.Bocetos de válvulas de DaVinci.
Fuente: http://www.valvias.com/
Durante la Edad Media no se conocen importantes avances en el diseño de válvulas. Fue durante el Renacimiento, cuando la construcción de canales, proyectos de riego y otros sistemas hidráulicos incluyeron más sofisticadas válvulas. Leonardo Da Vinci nos dejó una buena muestra en sus bocetos.
La historia moderna de la industria de la válvula empieza de forma paralela a la Revolución Industrial. En 1705 Thomas Newcomen inventó la primera máquina de vapor, que necesitaba de válvulas que fueran capaces de contener y regular el vapor a altas presiones. A medida que inventores como James Watt diseñaban nuevas máquinas, estos iban mejorando el diseño de las válvulas. Pero tuvieron que pasar bastantes años para que la producción de válvulas fuera a gran escala, y de forma independiente a proyectos particulares.
2. Fabricación.
En la fabricación de la electroválvula, se tomaron en cuenta las siguientes características en cada uno de los sistemas:
- Sistema Eléctrico
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Figura 3.Sistema resistencia-inductancia. Fuente: www.iim.unsj.edu.ar
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Aplicando Laplace
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- Cálculo de la inductancia:
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- Cálculo de la resistencia:
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Figura 4. Fuente de la electroválvula.
Fuente: Propia
Para la fabricación de este sistema, se utilizó un tubo pequeño de polímero de diámetro externo 4.86 mm y de unos 80 mm de longitud, en el cual se envolvió 499 vueltas de alambre de cobre AWG #25 esmaltado. Y el voltaje Proporcionado a la selenoide fue de 13.96 voltios de corriente continua a dos terminales que quedaron salientes de la bobina.
2.2 Sistema de Conversión
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Aplicando Laplace
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- Cálculo de la constante solenoide:
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2.3 Sistema Mecánico
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Figura 5. a) Sistema masa-resorte-amortiguador, b) DCL
Fuente: Vibraciones Mecánicas.
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Aplicando Laplace
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- Masa del resorte
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- Cálculo de la constante del resorte:
Se realizó una sumatoria de fuerzas, en la cual se detalla lo siguiente:
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- Cálculo de la constante de amortiguamiento si se considera un movimiento críticamente amortiguado:
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Figura 6. Acoplamiento de la electroválvula a un grifo.
Fuente: Propia
Para la fabricación de este sistema, se utilizó un clavo de acero como masa, la cual está conectada a un resorte hecho con alambre de cobre debido a su poca rigidez para generar considerable desplazamiento, el cual se comprime para dejar pasar el fluido y por efecto de su fuerza restauradora regresa a su posición original. La constante k del resorte fue determinada experimentalmente colocando un peso W de masa m1 para medir su elongación con ayuda de papel milimetrado y así encontrar la constante k. La fricción existente entre el clavo y las paredes del tubo de polímero se tomaron en cuenta.
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