Solenoides y Diagramas de Alambrado y Control Exposicion

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1.4 SOLENOIDESEl objetivo del diseo de solenoides es transferir la mxima cantidad de NI (energa) desde la bobina al entrehierro de trabajo.Un solenoide es definido como una bobina de forma cilndrica que cuenta con un hilo de material conductor enrollada sobre si a fin de que, con el paso de la corriente elctrica, se genere un intenso campo elctrico. Cuando este campo magntico aparece comienza a operar como un imn.La funcin principal de un solenoide es activar una vlvula que lleva su mismo nombre, la vlvula solenoide. Esta vlvula opera de acuerdo a los pulsos elctricos de su apertura y de su cierre.Por lo general, este tipo de dispositivo se puede programar segn ciertos horarios y dentro de sus usos ms comunes se encuentran los sistemas de regulacin hidrulica y neumtica. Dentro de este ltimo campo, es frecuente utilizarlo para permitir el flujo o realizar la detencin de corrientes de alto amperaje en los motores de arranque. Debido a su funcionamiento, es posible encontrar solenoides en varias partes de un motor, no slo en el motor de arranque.DEFINICIONUn solenoide es cualquier dispositivo fsico capaz de crear una zona de campo magntico uniforme. En la prctica, una aproximacin real a un solenoide es un alambre aislado, de longitud finita, enrollado en forma de hlice (bobina) o un nmero de espirales con un paso acorde a las necesidades, por el que circula una corriente elctrica. Cuando esto sucede, se genera un campo magntico dentro de la bobina tanto ms uniforme cuanto ms larga sea la bobina.La bobina con un ncleo apropiado se convierte en un electroimn). Se utiliza en gran medida para generar un campo magntico uniforme.Se puede calcular elmdulodel campo magntico en el tercio medio del solenoide segn la ecuacin:

Donde: m: permeabilidad magntica. N: nmero de espiras del solenoide. i: corriente que circula. L: longitud total del solenoide. Este tipo de bobinas es utilizado para accionar un tipo de vlvula, llamada vlvula solenoide, que responde a pulsos elctricos respecto de su apertura y cierre. Eventualmente controlable por programa, su aplicacin ms recurrente en la actualidad, tiene relacin con sistemas de regulacin hidrulica y neumtica. El mecanismo que acopla y desacopla el motor de arranque de los motores de combustin interna en el momento de su puesta en marcha es un solenoide.

TIPOS DE SOLENOIDESHay dos categoras principales de solenoides:GiratorioLinealSolenoides giratoriosProporcionan una carrera rotacional que se mide en grados. Algunos son unidireccionales y otros son bidireccionales. La mayor parte tienen un retorno a resorte para devolver la armadura (parte mvil) a la posicin inicial. Los solenoides giratorios con frecuencia se usan cuando el tamao paquete es de la mayor importancia y el trabajo que desempean se distribuye de manera ms eficaz en toda su carrera. Los solenoides giratorios tienen un fuerza/par de arranque mayor que la de los solenoides lineales. Son ms resistentes al impacto. Los solenoides giratorios tambin ofrecen vida til ms larga (en nmero de actuaciones) que los solenoides lineales. Una de las aplicaciones ms comunes que ayuda a ilustrar la funcin de un solenoide giratorio es abrir y cerrar un obturador lser.Los solenoides giratorios tienen aplicaciones en mquinas herramientas, rayos lser, procesamiento fotogrfico, almacenamiento de medios, aparatos mdicos, clasificadores, cierres de puertas contra incendios, y mquinas postales, etc. Solenoides linealesLos solenoides lineales tienen aplicaciones en electrodomsticos, mquinas vendedoras, seguros de puerta, cambiadores de monedas, disyuntores de circuito, bombas, aparatos mdicos, transmisiones automotrices y mquinas postales, por nombrar slo unas cuantas.Proporcionan una carrera lineal normalmente menor de una pulgada en cualquier direccin. Al igual que los giratorios, algunos solenoides lineales son unidireccionales y algunos son bidireccionales. Los solenoides lineales normalmente se clasifican como de tirar (la ruta electromagntica tira de un mbolo hacia el cuerpo del solenoide) o de tipo de empujar en el cual el mbolo / eje se empuja hacia afuera de la caja. Muchos tienen un retorno a resorte para devolver el mbolo o mbolo y eje a la posicin inicial. Los solenoides lineales son dispositivos menos complejos y son significativamente menos costosos que los productos giratorios. Tambin ofrecen menos ciclos de vida til y a veces tienden a ser ms grandes.Los solenoides lineales tienen aplicaciones enelectrodomsticos, mquinas vendedoras, seguros de puerta, cambiadores de monedas, disyuntores de circuito, bombas, aparatos mdicos, transmisiones automotrices y mquinas postales, por nombrar slo unas cuantas.Hay dos leyes bsicas que gobiernan los solenoides: Ley de Faraday Ley de AmpereLey de FaradayLa tensin inducida en una bobina es proporcional al nmero de vueltas y a la tasa de cambio del flujo.La corriente inducida fluye en la direccin opuesta al cambio de flujo.El flujo no se acumula(Lo que entra, sale)Ley de AmpereLa fuerza magnetomotriz (fmm) alrededor de un bucle cerrado es igual a la corriente neta encerrada por el bucle. El objetivo del diseo de solenoides es transferir la mxima cantidad de NI (energa) desde la bobina al entrehierro de trabajo.

Ocho consideraciones de aplicacin esenciales al disear un solenoide en su ensamblaje Carrera Fuerza o par Tensin Corriente / energa Ciclo de servicio Temperatura Tiempo/velocidad de operacin Aspectos ambientales CA / CD Vida tilCarrera al aplicar solenoides, mantenga la carrera tan breve como sea posible para mantener el tamao, peso y consumo de energa al mnimo.Fuerza se aplica a productos lineales. La fuerza de arranque tpicamente es ms importante que la fuerza de terminacin.Se sugiere un factor de seguridad de 1.5. Por ejemplo, una aplicacin que requiera 3 libras de fuerza deber emplear un solenoide que proporcione al menos 4.5 libras de fuerza.La fuerza es inversamente proporcional al cuadrado del entrehierro con los diseos de mbolo de cara plana.El entrehierro es el espacio en el circuito magntico que permite que la armadura se mueva sin interferencia y el flujo magntico para circular con resistencia mnima (reluctancia).Para determinar sus requisitos de fuerza o par, debe tomar en cuenta lo siguiente: La carga real que est moviendo Fuerza o par de resorte de retorno Cargas por friccin Aumento de temperatura Ciclo de servicio Orientacin del solenoide respecto a la gravedad(el peso del mbolo se suma o resta dependiendo de cmo est montado el solenoide.En los solenoides lineales, se puede modificar la fuerza debido a la forma del mbolo usado.Se usa un mbolo de cara cnica para aplicaciones de carrera media a larga.El entrehierro efectivo cambia para convertirse una fraccin de la carrera real.Los mbolos de cara plana mbolo se usan para aplicaciones de carrera corta.Los mbolos de cara cnica escalonada pueden proporcionar varias carreras(media a larga) dependiendo del ngulo del escaln. Presentan ventajas para los requisitos de alta fuerza de retencin.Par se aplica a los productos giratorios.El par de arranque tpicamente es ms importante que el de terminacin.Se sugiere un factor de seguridad de 1.5. Por ejemplo, una aplicacin que requiera 3 libras de par deber emplear un solenoide que proporcione al menos 4.5 libras de par.El par producido por los solenoides giratorios Ledex es inversamente proporcional a la longitud total de la carrera.Cuanto ms larga sea la carrera, ms baja ser la salida de par.Cuanto ms corta sea la carrera, ms alta ser la salida de par.Tensin la fuente de tensin determina el devanado de bobina a usar en el solenoide adecuado.Las clasificaciones comunes de fuente de alimentacin de CD son 6,12,24,36 y 48 VCD.Solenoides de CA vs. CD Los solenoides de CA se usan ms frecuentemente en electrodomsticos.En general los solenoides de CA se especificaban cuando haba un alto costo en la rectificacin a CD.Los solenoides de CA tpicamente requieren el doble de la energa de irrupcin de un solenoide de CD equivalente.En consecuencia, para las aplicaciones de hoy en da se eligen ms solenoides de CD.Corriente / energa La fuerza producida por un solenoide de CD es proporcional al cuadrado del nmero de vueltas (N) en el devanado de bobina multiplicado por la corriente (I).Esto determina los amperes-vueltas o NI.Los requisitos de bobina del solenoide deben ser iguales a la fuente de alimentacin.ciclo de servicio El ciclo de servicio de su aplicacin es la relacin del "tiempo encendido" dividido entre el tiempo total para un ciclo completo (encendido + apagado).El ciclo de servicio normalmente se expresa como un porcentaje o una fraccin (50%, 100%).Una representacin ms simplista del ciclo de servicio es llamar a todos los solenoides con servicio menor a < 100% "intermitentes" y a los de servicio al 100% solenoides "continuos".Todos los solenoides de servicio intermitentes (menos de 100% de ciclo de servicio) tambin deben tener un "tiempo de encendido" mximo permitido para evitar el sobrecalentamiento que puede ocasionar una bobina quemada.El "tiempo de encendido" no debe exceder los lmites de disipacin de energa de la bobina.La disipacin trmica adecuada y/o el enfriamiento adicional mejora la disipacin de calor que permite un rango de ciclo de servicio ms amplio.Se debe prestar atencin a los datos de "tiempo encendido" mximos proporcionados junto con el clculo de ciclo de servicio para evitar dao a los solenoides.Por ejemplo, aunque una aplicacin con un tiempo de ciclo de una hora y un tiempo apagado de 3 horas puede calcularse como un ciclo de servicio de 25%, en la prctica esto no es realista. Una aplicacin de solenoide ms realista podra ser un tiempo encendido de un segundo y un tiempo de apagado de 3 segundos para el mismo ciclo de servicio de 25%.Temperatura Se debe considerar tanto la temperatura ambiente del ambiente del solenoide como el autocalentamiento del solenoide en funcionamiento.La resistencia de la bobina vara con la temperatura que afecta la salida de fuerza.La temperatura de autocalentamiento est dictada por el ciclo de servicio.cada aumento de 1por encima de 20 C es igual a un aumento de 0.39% de la resistencia nominal; lo que reduce la salida de fuerza o par.Hay varias maneras de compensar las restricciones de temperatura: Especificar una bobina clase C Especificar una bobina sobremoldeada Usar un solenoide giratorio modelo E vs. el modelo S Actuar a un nivel de potencia y cortar a un nivel de potencia reducido para retencin (recoger y sostener) Usar un solenoide de enganche Usar un solenoide con varios devanados Operar en forma intermitente, no en servicio continuo Usar un solenoide mayor Usar un disipador de calor Agregar un ventilador de enfriamientoEl factor limitante de temperatura de operacin de un solenoide es el material aislante del alambre magneto que se usa.Clases de aislamiento: Clase B- 130C Clase F- 155 C Clase H- 180 C Clase C- 220 CUn solenoide tpico requiere 10% de la corriente normal para permanecer energizado.Para lograrlo, use uno de los elementos siguientes: Resistencia de retencin mecnica Descarga de condensador y resistencia de retencin Circuito de retencin transistorizado Modulacin de ancho de pulso Recoger y retener Tensin doble Varias bobinasTiempo/velocidad de operacin Los factores que afectan el tiempo y la velocidad incluyen la masa de la carga, la potencia/vatios disponibles y la carrera.La desenergizacin tambin juega un papel importante y es afectada por el entrehierro, supresin de bobina, mecanismo de retorno del mbolo o armadura, y el magnetismo residual. El entrehierro es el espacio en el circuito magntico que permite que la armadura se mueva sin interferencia y el flujo magntico para fluir con resistencia mnima (reluctancia).Cuanto ms pequeo es el entrehierro, ms tiempo necesita para disminuir el campo magntico resultante de la bobina excitada. Esto causa un tiempo de desenergizado ms largo. La aplicacin de dispositivos de proteccin electrnica para reducir picos causados al interrumpir la corriente en la bobina es necesaria para garantizar la proteccin de su dispositivo de conmutacin.La supresin de bobina tiende a aumentar el tiempo de desenergizado del solenoide. Puesto que los solenoides tienen fuerza slo en una direccin, debe haber una fuerza de restauracin (como la gravedad o un resorte) para devolver el solenoide a la posicin de arranque o desenergizada.Esto ubica al solenoide para la siguiente operacin. Las superficies del entrehierro de un solenoide se vuelven el polo norte y sur de un imn cuando se energizan.Cuando el solenoide est apagado, sigue existiendo entre los polos una atraccin magntica pequea pero mensurable llamada magnetismo residual.El magnetismo residual se puede reducir al construir las piezas del solenoide de hiperaleaciones o al aumentar el tamao del entrehierro.Aspectos ambientales Se deben sealar muchos factores ambientales al elegir un solenoide.Entre ellos estn temperatura, arena / polvo, humedad, impacto, vibracin, vaco, productos qumicos y polvo de papel.Vida til del solenoide La vida til se determina y es optimizada por: Sistema de cojinete y acabado de la superficie del eje Carga lateral y alineacin de la carga Impedir que las piezas del polo choquen entre s Reducir el impacto al desenergizarLas expectativas de vida til de un solenoide van de 50 mil ciclos a ms de 100 millones de ciclos.Solenoides adaptados a la medida -80% de los solenoides usados son diseos a la medida.Las modificaciones tpicas incluyen terminacin, cables de conexin, configuraciones de mbolo, extensiones de eje, cambios de montaje y articulaciones.Sugerencias de aplicaciones- Para lograr una vida til prolongada, intente las siguientes opciones: Empuje la carga por el extremo de la armadura de un solenoide giratorio en lugar de por el extremo de la base Use cojinetes de vespel o de oilita en un diseo de solenoide de bajo perfil Use cojinetes de anillo doble o un surco en el eje para actuar como depsito de lubricante Use acoples de nylon con carga de vidrio o con carga de carbn Para lograr un mejor desempeo de para / fuerza de retencin intente las siguientes opciones: Use pistas de las bolas endentadas en un solenoide giratorio Use piezas de polo planas Use solenoides de enganche Para determinar la temperatura a la que una bobina se estabiliz siga esta sentencia de pasos: Mida la resistencia de bobina a temperatura ambiente Mida la corriente a la temperatura estabilizada y determina la resistencia de bobina usando la ley de Ohm Divida esta resistencia entre la resistencia a temperatura ambiente para obtener el factor de resistencia Usando la tabla de factores de resistencia, lea la temperatura a la que se estabiliz la bobina del solenoide. Para compensar un aumento de temperatura: Monte el solenoide en una superficie metlica (disipador de calor) Use un ventilador Usar un solenoide mayor Opere a menos de 100% de ciclo de servicio Considere usar una clase de aislamiento ms alta Use un solenoide con varios devanados Use un circ...