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A partir de apuntes tomadosen capacitaciones dictadas por
Giora Heimann
Technical Consultant
E-Mail: [email protected]
CONTROL REMOTO
Parte
2
–
control
remoto
ELECTRICO
El presente boletín se refiere a la operación de apertura y cierre de las válvulas hidráulicas en
forma remota, mediante una señal eléctrica transmitida mediante un cable eléctrico. Esta metodología de
control es ampliamente difundida en los equipos de riego agrícola presurizados y hacia ellos está
orientado este boletín.
Elementos de un sistema de CONTROL REMOTO ELECTRICO
1
2
4TIMER
5
3
(1) CENTRO DE CONTROLEs quien genera la señal remota eléctrica. El programador-timer permite el riego en modo remoto
y automático.
(2) CABLE DE COMANDO
Cable eléctrico, generalmente de cobre multi-filar (muchos hilos), revestido en plástico. Es posible
que un cable energice a una única válvula solenoide o que lo haga con varias.
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(3) CABLE COMÚN
Cable eléctrico, generalmente de cobre multi-filar (muchos hilos), revestido en plástico. Es quien
cierra el circuito eléctrico. Generalmente se ocupa un único cable común, el cual “recorre” la totalidad delas válvulas de campo.
(4) SOLENOIDE y (5) VALVULA DE CAMPO
El solenoide es quien recibe la señal eléctrica y conmuta de una posición a la otra. De esta
manera, permite que el agua con presión entre o salga de la cámara de control de la válvula y que la
misma sea cerrada o abierta.
Que es un SOLENOIDE
Una válvula solenoide es un dispositivo que transforma una señal eléctrica en un comando
hidráulico. Para ello, está provisto de una bobina de fino cable eléctrico, que ante el pasaje de energía
eléctrica, genera un campo electromagnético, el cual modifica la posición de un émbolo metálico. Según
la posición que adopte el émbolo, será la comunicación que se establezca entre los puertos y por ende
hacia donde vaya el agua, lo que derivará en la apertura o cierre de la válvula principal.
Por lo tanto, el solenoide es utilizado como dispositivo para abrir / cerrar válvulas hidráulicas.
Básicamente existen 2 tipos de solenoides: de 2 vías y de 3 vías.
Como trabaja un SOLENOIDE DE 3 VIAS
El mismo está formado por el operador (bobina + émbolo metálico) y por la válvula propiamente
dicha ó base.
En un solenoide de 3 vías es posible distinguir claramente 3 puertos:
+ PRESION: es la fuente de agua utilizada para
cerrar la válvula principal
+ CAMARA ó COMUN: se conecta con la cámara
de control de la válvula principal
+ VENTEO: hacia donde se descarga el agua de
la cámara al abrir la válvula
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A su vez, el solenoide de 3 vías puede ser: NO y NC.
NO (normally open) - normalmente abierto: estando des-energizado, comunica el puerto presión con el
puerto cámara, cerrando la válvula hidráulica. Al ser energizado, evita el ingreso de agua con presión ycomunica el puerto cámara con el puerto venteo, abriendo la válvula hidráulica. Es el modelo más usado
en control de válvulas de campo.
NC (normally close) – normalmente cerrado: funciona en forma inversa al NO.
PRESION
CAMARAVENTEO
SOLENOIDE DE 3 VIAS N.O.NORMALMENTE ABIERTO
Sin energía, el solenoide permite
pasar el agua con presión a lacámara de control de la válvula
principal, cerrándola.
SOLENOIDE NO VALVULA NC
SOLENOIDE DES-ENERGIZADO SOLENOIDE ENERGIZADO
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CARACTERISTICAS
DE
UN
SOLENOIDE
DE
3
VIAS:
el solenoide de 3 vías es un dispositivo externo a la válvula de control. Al ser instalado en la válvula,
se visualizan claramente los microtubos de los comandos.
solo hay movimiento o circulación de agua durante la apertura de la válvula principal ó durante el
cierre de la misma. Desde este punto de vista, el solenoide opera igual que una llave selectora
manual de 3 vías (Sagiv).
cuando una válvula hidráulica equipada con un solenoide de 3 vías se abre, la cámara de control se
vacía totalmente, generando la mínima pérdida de carga posible.
el solenoide de 3 vías es un dispositivo de apertura y cierre. Las válvulas equipadas con solenoides
de 3 vías, admiten otros elementos de control, como un piloto reductor de presión.
IMPORTANTE (para evitar confusiones…)
al solicitar un solenoide individual (como repuesto), especificar claramente si debe ser NO ó NC.
en caso de solicitar una válvula completa, armada, indique si la condición de la misma debe ser NO ó
NC y deje en manos de Dorot la selección del tipo de solenoide.
Como trabaja un SOLENOIDE DE 2 VIAS
El solenoide de 2 vías es una parte integral de la válvula. La base del solenoide es la válvula
propiamente dicha. Son llamados “solenoides integrales”.
PRESION CAMARA
VENTEO
SOLENOIDE DE 2 VIAS N.C.
NORMALMENTE CERRADO
Sin energía, el solenoide impide
la liberación del agua de la
cámara de control de la válvula
principal, permaneciendo esta
cerrada.
SOLENOIDE NC VALVULA NC
PASO
RESTRINGIDO
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CARACTERISTICAS
DE
UN
SOLENOIDE
DE
2
VIAS:
el solenoide de 2 vías es un dispositivo integral de la válvula de control. El mismo se enrosca en la
tapa de la válvula. No existen microtubos externos de comunicación; los mismos son parte integral de
la válvula de control.
existen una permanente comunicación entre “aguas arriba” y la cámara de control y el solenoide
habilita ó deshabilita la comunicación entre la cámara y “aguas abajo”.
la cámara de control nunca se vacía totalmente, por lo que la perdida de carga es mayor que en una
válvula con solenoide de 3 vías.
las válvulas provistas con solenoides de 2 vías no admiten la utilización de otros elementos de
control, como piloto reductor de presión.
los solenoides de 2 vías integrales son siempre NC – normalmente cerrado, obteniéndose siempreválvulas NC – normalmente cerradas.
3 VIAS 2 VIAS
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Parámetros que caracterizan un solenoide
Generalmente,
los
solenoides
se
definen
por:
ser de 2 vías o de 3 vías
NO - normal abierto / NC – normal cerrado
tipo de corriente. Corriente alterna: 24VAC - 110 VAC - etc.
Corriente continua: 12VDC - 24VDC – etc.
para los de corriente alterna, la frecuencia: 50hz – 60Hz – 50/60Hz
el voltaje máximo y mínimo de operación: ej. 24V +/- 10% la intensidad o corriente de “llamada” (inrush): ej. 150 mA
la intensidad o corriente de “mantenimiento” (holding) (*): ej. 100 mA
la potencia (Watts) = Tensión (Volts) x Intensidad (Ampers): ej. 4 Watts
Máxima presión de operación: ej. 10 bar
(*) la corriente de “mantenimiento” siempre es igual o menor que la de” llamada”
2 VIAS
3 VIAS
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Ejemplos
de
algunos
modelos
de
solenoides
Dorot:
MODELO VOLTAJE INTENSIDAD
medio max / min de llamada
(inrush)
de mantenimiento
(holding)
Dorot – 2 vías – NC - 24VAC 50 Hz 24 volts +/- 10% 250 mA 110 mA
Dorot – 2 vías – NC - 24VAC 60 Hz 24 volts +/- 10% 220 mA 95 mA
Dorot – 3 vías – NO – 24VAC 50 Hz 24 volts +/- 10% 150 mA 150 mA
Dorot – 3 vías – NO – 24VAC 60 Hz 24 volts +/- 10% 140 mA 140 mA
El ABC de la electricidad
Puede ser conveniente recordar las fórmulas básicas utilizadas en electricidad:
Ley de Ohm:)(
)()(
Ohms R
VoltsT Ampers I
I = intensidad medida en Ampers
T = tensión o voltaje, medida en Voltios
R = resistencia, medida en Ohms
Potencia eléctrica: )()()( Ampers xI VoltsT WattsP
Nota: quienes frecuentan los sistemas de conducción de hidráulica y operan con válvulas,
bombas, tuberías y demás componentes, manejan términos tales como Presión, Caudal,
Pérdida de carga, Diámetro de tubería, factor de rozamiento, etc.
Curiosamente, la electricidad utiliza conceptos equivalentes.
I = intensidad. Puede ser asimilada como el caudal en hidráulica.
T = tensión o voltaje. En hidráulica, sería la presión. La pérdida de presión, es
equivalente a la caída de voltaje.
R = resistencia. Está relacionada con el material, con la sección y con la longitud del
conductor. Los equivalentes a material (rozamiento), sección y longitud usados en
conducción de fluidos.
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Dimensionamiento del cable eléctrico usado en CRE
Supongamos que en (A) existe un controlador eléctrico y en (B) la válvula a operar.
Los elementos que participan a la hora de los cálculos del Control Remoto Eléctrico son:
tensión o voltaje de salida del controlador (Volts). A mayor tensión de salida, mayor distancia AB
tensión o voltaje mínimo del solenoide (Volts). A menor voltaje posible, mayor distancia AB
intensidad o corriente eléctrica de “llamada” del solenoide (Ampers ó mili Ampers mA). A menor
intensidad requerida, mayor distancia AB
cantidad de solenoides operando en paralelo. A menor número de solenoides, mayor distancia AB
sección del cable COMANDO (el cable que lleva la señal eléctrica de A á B). A mayor sección del cable,
mayor distancia AB. Nota: no es frecuente, pero es posible, operar con 2 ó más cables COMANDO en paralelo, duplicando ó
triplicando así la sección
sección del cable COMUN (el cable que cierra el circuito eléctrico). A mayor sección del cable, mayor
distancia AB. Nota: no es frecuente, pero es posible operar con 2 ó más cables COMUN en paralelo, duplicando ó triplicando
así la sección
Las fórmulas ocupadas en el dimensionamiento son las siguientes:
D = distancia entre controlador y solenoide (AB) en metros. S = tamaño ó sección del cable en mm2
R = resistencia en Ohms
f = resistencia específica del conductor. Para el cable de cobre es de 1/58(0.01724 Ohms.mm2/m)
2 = debido a que la longitud total del cable es el doble de la distancia entre elcontrolador y el solenoide
dV = caída de voltaje, a partir de: voltaje de salida del controlador mínimo voltaje de operación del solenoide
I = intensidad o corriente de llamada del solenoide en Ampers
Solicite el programa sobre Dimensionamiento de Cable para Control Remoto Eléctrico
)(
)()(
Ampers I
VoltsdV Ohms R
)(2
)()2()(
Ampers xI fx
Volts xdV mmS m D
2
)()2()(
fx
Ohms xRmmS m D
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Solenoides de energizado permanente y solenoides Latch
Tal cual fue visto, los solenoides pueden ser de 2 vías o de 3 vías, NO ó NC, de corriente alterna
(AC) ó de corriente continua (DC).
Pero en todos los casos, los mismos son de ENERGIZADO PERMANENTE, es decir, para
conmutar de una posición a la otra, el solenoide debe ser energizado y al quitar dicha energía, el
solenoide vuelve a la posición original.
Existe otro tipo de solenoides, llamados LATCH ó DE PULSO, donde solo hay consumo de
energía para conmutar de una posición a la otra, y al alcanzar esta nueva posición, el solenoide
permanece en la misma hasta que reciba un nuevo pulso eléctrico (pulso eléctrico medido en mili
segundos). Por lo dicho, son conocidos como “bi-estables”.
Esto es así dado que en su interior el solenoide posee un imán o magneto, el cual “retiene” al
émbolo en la nueva posición. El imán por sí solo, no es capaz de conmutar la posición del émbolo
interior, pero si es capaz de mantener el émbolo en la nueva posición.
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Los solenoides Latch pueden ser tanto de 2 vías como de 3 vías.
Los mismos son siempre de corriente continua (DC), siendo su consumo muy bajo (recordar que
solo consumen energía en el momento de abrir la válvula y en el momento de cerrar la válvula), siendoalimentados por una pila o batería. Aquí sin duda radica su principal virtud: no ocupan el cable eléctrico
que alimenta a los solenoides de energizado permanente.
En algunas situaciones, se los suele instalar junto a un sencillo programador DC (el cual
comanda 1, 2 ó 4 válvulas).
Son utilizados en los sistemas de Control Remoto Inalámbrico (p .ej. radio control).
Los solenoide Latch poseen un rango de voltaje de operación muy amplio (ej. 7.5-30VDC).
Existen solenoides Latch equipados con 2 cables y solenoides Latch con 3 cables:
Solenoide Latch de 2 cables (generalmente rojo y negro)
En función de la polaridad asignada a los cables, será la posición que adopte el émbolo interno del
solenoide y por ende que se configure como NO ó como NC.
Solenoide Latch de 3 cables (generalmente rojo, negro y blanco).
Existen programadores que ocupan solenoides Latch de 2 cables y otros que utilizan de 3 cables.
Los mismos no son compatibles!
Control
Remoto
–
otras
opciones
Además del control remoto Hidráulico (señal hidráulica por microtubo) y del control remoto Eléctrico
(señal eléctrica por cable eléctrico), existen diversas formas de establecer la comunicación entre el
Centro de Control y las válvulas de campo.
Ejemplo:
+ control remoto neumático (conceptualmente similar al hidráulico, pero reemplazando el agua por aire
comprimido).
+ cable codificado: uno o dos cables recorren la totalidad de las válvulas, llevando una señal codificada.
Cada válvula está equipada con un decodificador, capaz de “leer” la señal. Admiten miles de metros y
decenas o centenares de válvulas de campo.
+ radio control.
+ telefonía celular.
+ etc.
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RADIO CONTROL
Los sistemas de Radio Control son cada vez más populares y se utilizan especialmente en grandes
equipos de riego, donde participan gran cantidad de válvulas o donde la topografía es adversa. En losmismos existen comunicación in-alámbrica entre el Centro de Control y las Unidades Remotas de
Campo.
Centro de Control:
programador - controlador: es el responsable del automatismo del sistema.
Además de coordinar el turnado de las válvulas de campo, se le suelen
sumar otras funciones vinculadas con el cabezal de filtrado y fertirriego:
retrolavado de filtros, inyección de agroquímicos, corrección de pH y
concentración de sales, registro y almacenamiento de información, emisión
de señales de alarma, etc.
Antena de transmisión (y eventualmente también de recepción).
PC (puede ó no estar).
Unidad o estación Remota de campo. Son las llamadas RTU. Compuestas por:
Antena de recepción (y eventualmente también de transmisión)
RTU propiamente dicha
batería de alimentación (y generalmente también panel solar)
válvula/s de campo equipada/s con solenoide Latch
ESTACION REMOTA
antena
panel solar / batería
RTU-receptor
solenoide Latch
válvula de campo
CENTRO DE CONTROL
antena
programador-transmisor / PLC
ordenador PC
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Generalmente cada RTU comanda a varias válvulas de campo.
Las válvulas pueden estar próximas a la RTU o alejadas. En este último caso, es frecuente que la
señal desde la RTU hacia las válvulas sea mediante tubing hidráulico (sistemas híbridos).Los sistemas de Radio Control que ocupan válvulas de campo con solenoide Latch y unidades
RTU son cada vez más utilizados.
VALVULAS ALEJADAS DE LA ESTACION RTU
antena receptora / transmisora
panel solar
unidad RTU
solenoides Latch
microtubos con señal hidráulica a las válvulas de
campo
VALVULAS PROXIMAS A LA ESTACION RTU
antena receptora / transmisora
panel solar
unidad RTU
válvula de campo equipada con solenoide Latch
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Control Remoto: características / ventajas / desventajas
REMOTO HIDRAULICO (microtubo)
VENTAJAS DESVENTAJAS
sencillo
económico
de fácil mantenimiento
complicado en terrenos no planos
no apto para grandes distancias
no apto para turnos de riego muy cortos (riego
por pulso)
si existe un solo microtubo para varios lotes de
riego, existen limitaciones para modificar los
lotes que conforman los turnos de riego
REMOTO ELECTRICO (cable)
VENTAJAS DESVENTAJAS
apto para cualquier topografía
posee rapidez en la apertura y cierre
alto costo, especialmente en turnados con gran
número de válvulas y/o gran distancia
hurto de cable eléctrico
si existe un solo cable para varios lotes de riego,
existen limitaciones para modificar los lotes que
conforman los turnos de riego
riesgo de daño generalizado por descargas
eléctricas (rayos)
REMOTO INALAMBRICO (radio contro l)
VENTAJAS DESVENTAJAS
apto para cualquier topografía (*)
posee rapidez en la apertura y cierre
se minimiza el interés de hurto
no existen limitantes en el número o combinación
de lotes de riego que conforman un turno admite grandes distancias
muy alto costo, solo para turnados con gran
número de válvulas y/o gran distancia
mayor presencia de componentes electrónicos
difícil mantenimiento (personal calificado)
riesgo de daño localizado por descargaseléctricas (rayos), aunque localizado
(*) En muchos de los sistemas de Radio Control debe existir “contacto visual” entre el Centro de Control y la RTU; la presencia
de grandes objetos entre ambos, impide ó dificulta la comunicación.
En los equipos modernos, cada RTU de campo trabaja como unidad repetidora, evitando el inconveniente de los “obstáculos
visuales”, pudiendo sortear montes de árboles, cerros, grandes construcciones, etc.