¿Qué es el Ciclo de Trabajo?

El ciclo de trabajo es una medida de cuánto tiempo opera un dispositivo en comparación con su período de descanso. Por ejemplo, si un dispositivo opera durante 10 segundos encendido y luego 10 segundos apagado y se repite, el ciclo de trabajo sería del 50%. La calificación del ciclo de trabajo es crucial para entender cuánto tiempo puede funcionar un actuador sin riesgo de sobrecalentamiento, especialmente en actuadores eléctricos. Este artículo discute los aspectos esenciales del ciclo de trabajo en actuadores lineales y válvulas, como la fórmula del ciclo de trabajo, la variación del ciclo de trabajo en diferentes tipos de válvulas y actuadores, y cómo determinar el ciclo de trabajo usando un multímetro.

Tabla de contenidos

• Ecuación del ciclo de trabajo
• Ciclo de trabajo y ancho de pulso
• Ciclo de trabajo vs frecuencia
• Ciclo de trabajo en diferentes tipos de válvulas
• Cómo verificar el ciclo de trabajo con un multímetro
• Factores que afectan el ciclo de trabajo
• Preguntas frecuentes

Ecuación del ciclo de trabajo

El ciclo de trabajo indica la proporción de tiempo que la señal está ENCENDIDA en comparación con la duración total del ciclo. Se expresa típicamente como un porcentaje y se calcula usando la fórmula:

Por ejemplo, si un actuador de válvula opera durante 30 segundos y descansa durante 90 segundos, el ciclo de trabajo es 30/(90+30)×100 = 25%. Esto significa que el actuador está activo el 25% del tiempo e inactivo el 75% del tiempo. De manera similar, un ciclo de trabajo del 70% es una señal que está ENCENDIDA el 70% del tiempo y APAGADA el otro 30%.

Esta proporción es crucial para seleccionar el actuador adecuado para una aplicación específica, asegurando que el motor no exceda sus límites térmicos durante la operación. Cada actuador tiene un límite de cuánto calor puede manejar antes de comenzar a dañarse o su rendimiento se vea afectado. Por ejemplo, un actuador con un ciclo de trabajo del 25% no debe funcionar a una tasa que alcance o exceda el 25%.

Para procesos que requieren ajustes frecuentes de válvulas, un ciclo de trabajo más alto mejora la eficiencia al permitir una modulación de flujo más frecuente. Sin embargo, es crucial equilibrar esto con los límites térmicos del actuador para evitar daños.

Ciclo de trabajo y ancho de pulso

El ancho de pulso se refiere a la duración durante la cual una señal permanece en el estado ENCENDIDO, típicamente medido en milisegundos. El ciclo de trabajo, por otro lado, es la relación del ancho de pulso con el tiempo total del ciclo, expresado como un porcentaje.

Cuando la válvula se activa durante diferentes períodos de tiempo usando modulación de ancho de pulso, el ciclo de trabajo cambia. Por ejemplo, si la válvula se enciende durante 0,03 segundos durante un ciclo de 0,1 segundos, el ciclo de trabajo es del 30%. Si se enciende durante 0,08 segundos dentro del mismo ciclo de 0,1 segundos, el ciclo de trabajo se convierte en 80%.

Ciclo de trabajo vs frecuencia

La frecuencia de operación es cuántas veces se repite el ciclo completo en un segundo. Considere una válvula solenoide utilizada en un sistema de riego. La válvula tiene un ciclo de trabajo del 50%. Supongamos que el tiempo total del ciclo es de 20 segundos. Esto significa:

• La válvula está abierta durante 10 segundos (50% de 20 segundos).
• La válvula está cerrada durante 10 segundos (el 50% restante).

Dado que el tiempo del ciclo es de 20 segundos, la frecuencia es:

Frecuencia = 1 ciclo / 20 segundos = 0,05 Hz, o un ciclo cada 20 segundos

En este ejemplo, el ciclo de trabajo ayuda a garantizar que la válvula no se sobrecaliente o desgaste al operar continuamente, mientras que la frecuencia determina con qué frecuencia ocurre el riego. El ciclo de trabajo y la frecuencia deben estar dentro de los valores especificados por el fabricante.

Ciclo de trabajo en diferentes tipos de válvulas

Válvulas de bola

Válvulas de bola, especialmente aquellas con actuadores eléctricos, se utilizan comúnmente en aplicaciones que requieren un sellado hermético y tiempos de respuesta rápidos. Son adecuadas para aplicaciones de alto ciclo de trabajo debido a su diseño robusto y capacidad para manejar altas presiones y grandes volúmenes. Sin embargo, se debe tener cuidado para asegurar que no se exceda el ciclo de trabajo del actuador para evitar el sobrecalentamiento.

Válvulas de mariposa

Válvulas de mariposa se utilizan a menudo en tuberías de gran diámetro donde el espacio es limitado. Son menos adecuadas para aplicaciones de alto ciclo de trabajo en comparación con las válvulas de bola debido a su diseño, que puede no proporcionar un sellado tan hermético. Sin embargo, son eficientes para aplicaciones con ciclos de trabajo moderados y donde la actuación rápida no es crítica.

Válvulas solenoides

Las válvulas solenoides de trabajo regular están diseñadas para uso intermitente, requiriendo períodos de enfriamiento entre activaciones para evitar el sobrecalentamiento. Pueden manejar alta potencia durante períodos cortos ENCENDIDOS, pero deben permanecer APAGADAS durante un tiempo específico, con ciclos de trabajo que generalmente varían del 25% al 50%. Por ejemplo, un solenoide con un ciclo de trabajo del 25% puede operar durante 15 segundos y necesita 45 segundos de descanso. Estas son adecuadas para aplicaciones como motores de arranque y control de válvulas intermitente. En contraste, las válvulas solenoides de ciclo de trabajo continuo tienen un ciclo de trabajo del 100%, lo que les permite operar indefinidamente sin períodos de enfriamiento. Están construidas para niveles de potencia más bajos y gestión térmica mejorada, lo que las hace ideales para aplicaciones que requieren operación constante, como sistemas de carga de baterías de RV.

Cómo verificar el ciclo de trabajo con un multímetro

Es crucial medir el ciclo de trabajo de un sistema, particularmente cuando se trata de sistemas que involucran modulación de ancho de pulso (PWM) u otras formas de modulación de señales. En sistemas que utilizan PWM para controlar la entrega de energía, como controladores de velocidad de motores, atenuadores de LED o elementos calefactores, medir el ciclo de trabajo ayuda a garantizar que el sistema esté operando al nivel de potencia deseado. Al analizar señales digitales, medir el ciclo de trabajo puede ayudar a verificar que las señales se estén transmitiendo correctamente, con los tiempos ENCENDIDO y APAGADO esperados. Realice los siguientes pasos para medir el ciclo de trabajo:

1. Prepare el multímetro: Configure el multímetro para medir frecuencia girando el dial para seleccionar frecuencia (Hz) (Figura 3 etiquetada A). Presione el botón Hz/% para seleccionar el modo de medición de frecuencia/ciclo de trabajo (Figura 3 etiquetada B). Este paso puede variar según los modelos de multímetro, por lo que consulte el catálogo del producto para la configuración exacta.
2. Inserte las puntas de prueba: Inserte la punta de prueba negra en el conector COM (común) y la punta de prueba roja en el conector V Ω.
3. Conéctese al circuito: Conecte las puntas de prueba al circuito que se va a probar y tome las lecturas.

Factores que afectan el ciclo de trabajo

El ciclo de trabajo varía entre diferentes actuadores y a menudo se especifica en las descripciones de los productos.

Para algunos actuadores, particularmente los actuadores de CC, el ciclo de trabajo también puede depender de la carga que están manejando. Una carga más pesada puede aumentar el consumo de corriente y la generación de calor, reduciendo potencialmente el ciclo de trabajo. Para abordar esto, los fabricantes a menudo proporcionan gráficos en sus catálogos que muestran cómo cambia el ciclo de trabajo con diferentes cargas. Estos gráficos ayudan a los usuarios a determinar el ciclo de trabajo apropiado para su aplicación específica, asegurando que el actuador opere dentro de límites térmicos seguros y mantenga la fiabilidad y eficiencia.

• Carga de fluido: La cantidad de carga de fluido en una válvula afecta su ciclo de trabajo. Las cargas más altas requieren más potencia para actuar, reduciendo el ciclo de trabajo. Por el contrario, las cargas más bajas permiten tiempos de operación más largos.
• Condiciones ambientales: La temperatura y la humedad pueden afectar el ciclo de trabajo. Las altas temperaturas pueden reducir la capacidad del actuador para disipar el calor, mientras que la alta humedad puede afectar los componentes eléctricos, lo que podría llevar a un rendimiento reducido.
• Tipo de actuador: Diferentes actuadores (eléctricos, neumáticos, hidráulicos) tienen capacidades de ciclo de trabajo variables.
  • El ciclo de trabajo en actuadores neumáticos generalmente está menos restringido por consideraciones térmicas porque no dependen de motores eléctricos que generan calor significativo. En su lugar, utilizan aire comprimido para accionar el actuador, lo que típicamente permite un ciclo más frecuente y operación continua sin períodos de descanso obligatorios. Esto los hace particularmente adecuados para aplicaciones que requieren ciclos frecuentes y respuesta rápida, haciéndolos ideales para entornos exigentes.
  • Los actuadores eléctricos están limitados por sus capacidades de gestión térmica. Los actuadores eléctricos están limitados por restricciones específicas del ciclo de trabajo, a menudo definidas por estándares como la clasificación IEC – S4. Estas restricciones típicamente limitan al actuador a operar solo durante una cantidad definida de tiempo dentro de un período dado para evitar el sobrecalentamiento. La velocidad fija de los actuadores eléctricos puede complicar la sintonización, ya que puede llevar a sobrepasos y problemas de estabilidad. Para aplicaciones que requieren operación continua, están disponibles actuadores eléctricos especializados de ciclo continuo, pero tienen un costo más alto.

Preguntas frecuentes

¿Por qué es importante el ciclo de trabajo de la válvula solenoide?

El ciclo de trabajo asegura que la válvula solenoide opere eficientemente sin sobrecalentarse, equilibrando el tiempo de encendido y apagado para un rendimiento óptimo.

¿Qué es un solenoide de ciclo de trabajo continuo?

Un solenoide de ciclo de trabajo continuo está diseñado para operar continuamente sin sobrecalentarse, adecuado para aplicaciones que requieren activación constante.