Pulverizadora, control de caudal modulado por ancho de pulso (válvulas PWM en cada pico)

Que son las válvulas pwm (Pulse with moldulation 0 módulción de ancho de pulso)

Las válvulas PWM son válvulas controladas electrónicamente que operan mediante una señal de modulación por ancho de pulso. Su nombre deriva de la sigla en inglés de Pulse Width Modulation, que significa Modulación por Ancho de Pulso. La modulación de ancho de pulso, en términos relacionados con la agricultura, se refiere a cómo se controlan los caudales de líquido a través de una señal electrónica y una válvula de cierre (PWM).

En lugar de abrirse o cerrarse completamente, las válvulas PWM funcionan con pulsos eléctricos de alta frecuencia que regulan el tiempo en que la válvula permanece abierta y cerrada en cada ciclo.

La proporción de tiempo en que la válvula está abierta frente al tiempo total del ciclo se conoce como ciclo de trabajo (duty cycle) y este valor determina el caudal del fluido.

Las válvulas PWM se han convertido en una tecnología clave en los sistemas de pulverización agrícola e industrial, ya que permiten un control preciso del caudal de líquido, sin depender exclusivamente de la presión. A continuación, exploramos su aplicación en este campo:

En los sistemas de pulverización, la cantidad de líquido aplicada depende de tres factores principales:

Presión del líquido.

Tamaño de la pastilla (caudal).

Tiempo de apertura de la válvula.

Las válvulas PWM regulan la cantidad de líquido pulverizado al controlar el tiempo de apertura de la válvula mediante pulsos electrónicos.

En lugar de variar la presión para ajustar el caudal (lo cual puede afectar la uniformidad de la aplicación), estas válvulas abren y cierran rápidamente durante cada ciclo de trabajo, permitiendo una regulación precisa sin alterar el tamaño de las gotas.

Otra forma de decir la misma idea, en lugar de ajustar los l/min, con las PWM se ajustan los minutos (o sea segundos)

Las principales ventajas de las válvulas PWM en pulverización sobre los sistemas convencionales son:

Precisión en la aplicación. Mantienen un tamaño de gota uniforme, evitando sobre aplicaciones o deficiencias en la cobertura.

Ahorro de producto. Permiten reducir el desperdicio de herbicidas, insecticidas o fertilizantes líquidos al ajustar el caudal con exactitud.

Mayor eficiencia a diferentes velocidades. En sistemas tradicionales, si el vehículo agrícola cambia de velocidad, la cantidad de producto aplicado varía. Con válvulas PWM, se mantiene constante el volumen de pulverización sin afectar la presión.

Menos deriva de pulverización. Al mantener estable el tamaño de gota y evitar el uso de presiones excesivas, se minimiza la deriva, lo que es clave en la protección del medio ambiente.

Compatible con tecnología de precisión. Se integran fácilmente con sistemas GPS y controladores de pulverización que ajustan el caudal de forma automatizada, optimizando la aplicación en función de mapas de prescripción.

A diferencia de los barrales convencionales de los pulverizadores, un sistema PWM cuenta con cada uno de sus picos, equipado con un solenoide eléctrico (uno por cuerpo). A medida que este solenoide se enciende y apaga, generalmente a medida que este solenoide se abre y se cierra --típicamente 10 veces por segundo-- una pulverización ingermitente sale a través de la pastilla. La proporción de tiempo que el solenoide esta abierto se llama ancho de pulso o duty cycle. El % de tiempo que el pico esta abierto vs. cerrado define el caudal de aplicación.

Limitaciones de los sistemas de pulverización convencionales.

Una de las limitaciones de las pulverizadoras convencionales (sin PWM) es que sus picos cambian la presión de trabajo para ajustar el caudal que entregan. Ajustan el caudal de manera indirecta.

A medida que el pulverizador acelera su avance, debe ajustar la presión (aumentar) para aumentar el caudal en l/min y mantener constante el caudal de campo (l/ha). Generalmente un controlador de caudal y presión calcula los ajustes necesarios. 

Válvula reguladora de preción
(Fuente Onorato - Tesouro)

Entonces cuando el pulverizador incementa su velocidad de avance, el regulador de presión aumenta la presión de trabajo tanto el sensor muestra que el caudal de la pastilla es suficiente como para mantener el caudal de campo del tratamiento.

Hay dos problemas con los sistemas convencionales de pulverización. Primero que la presión debe ser incrementada significativamente en relación al incremento de la velocidad. Por ejemplo, la presión en el pico debe ser duplicada para incrementar el 41% el caudal. Más aún, la presión en los picos debe ser triplicada para incrementar un 73% el caudal. La mayoría de las bombas no admiten tales aumentos de caudal.

El segundo problema es que las pastillas de pulverización son muy sensibles a los cambios de presión de pulverización. Avanzar muy lento con la baja presión correspondiente puede causar el colapso de los patrones de pulverización. El resutado sera una pobre, inconsistente cobrtura. Un avance muy veloz los tamaños de gotas pueden resultar muy finos creando problemas de deriva. Este delicado balance significa que los pulerizadores tradicionales deben mantenerse en un muy acotado rango de velocidades de manera tal que no es posible hacer aplicaciones en dosis variable. 

Una clave de los sistemas PWM es que la salida de la pastilla no queda vinculada solo a la presión de trabajo. En lugar de ello estos sistemas PWM hacen foco en ancho de pulso (Duty cicle). Y de nuevo, el ancho de pulso es la proporción de tiempo que el solenoide esta abierto (on), significa el porcentaje de tiempo que los picos estan activos.

Un típico ancho de pulso esta entre 20 y 100 %, también puede haber anchos menores, siempre que no resulte un tamaño de gota y un patrón de pulerización inconsistentes.

Durante la operción cada pico puede erogar su máximo caudal (100% de duty cycle o ancho de pulso) o una fracción de esta capacidad. Ello significa que un pico operando al 20% de su duty Cycle erogará un quinto de su caudal trabajando al 100% del tiempo. Ello es posible siempre que los pulsos sean rápidos que el tamaño de gota no sufran efectos adversos. 

Por ejemplo, si una válvula tiene un ciclo de trabajo del 50%, significa que está abierta la mitad del tiempo y cerrada la otra mitad, lo que permite un control preciso del flujo sin necesidad de componentes mecánicos complejos

¿Qué significa esto en la práctica? En tanto el duty cycle matenga relación con los cambios de velocidad del equipo, la presión permanecerá constante. Esto permite al operador hacer ajustes de presión para maximizar la cobertura o controlar la deriva independintemente de la velocidad de avance y del caudal de campo. El resultado final será una aplicación más precisa y también más consistente a través de las diversas condiciones de campo. 

Cálculos, para mayor fexibilidad

El ancho de pulso esta directamente relacionado con la velocidad de avance. Calculando el ancho de pulso para corregir el tamaño de su PWM de las pastillas, se debe buscar como objetivo el 75% del ancho del duty cycle. Por ejemplo, si se calcula que la velocidad serán entre 15 y 30 km/h en trabajo, se debe elegir la pastilla para trabajar a una velocidad promedio de 24 km /h -o un 75% de la máxima velocidad proyectada-. Esto brindará flexibilidad plena para ajustar el duty cycle para arriba o para abajo en caso de experimentar cambios inesperados en la velocidad, sin comprometer el tamaño de gota ni el patrón de pulverización.    

Fuente Ridrigo Alandia - Case IH

Dos formas de trabjajo diferentes: 

1) Si aumenta la velocidad, aumenta el caudal desde la válvula reguladora de presión.

2) Regulación directa en la bomba con una válvula PWM que mueve el motor hidráulico que a su vez mueve a la bomba, para que la bomba envíe el caudal sin necesidad de tener en la válvula reguladora que ya no regula. 

Es mejor la segunda opción porque la velocidad de respuesta a los cambios es más rápida, aunque aún tenemos una demora en la respuesta que puede ser de 5” según la situación. (El tiempo que demora en estabilizarse la aplicación cuando se sale de la cabecera).

Por otro lado al cambiar la velocidad aumento el tamaño de la gota, cambia la cobertura.

Para evitar esto se utiliza una PWM por pico 

Fuente: Rodrigo Alandia - Case IH

Fuente: Rodrigo Alandia - Case IH

Eligiendo pastillas adecuadas para el PWM

En esta manera de trabajo distinta de las tradicionales, no hace falta usar el catálogo de pastillas. Sí se deben recordar tres cosas. Para quienes se inician se debe elegir la pastilla con ángulo que se usa sin el PWM. Una de las principales preocupaciones para trabajar con el PWM es el riesgo de los saltos durante el avance por el lote. Ángulos anchos de como 110° aseguran una sufienciente superposición en la aplicación para eliminar los saltos.

Fuente: Rodrigo Alandia Case IH

Adicionalmente se evitará el uso de pastillas con inducción de aire, porque esta pueden comprometer el tamaño de gota y la realización correcta de los pulsos del sistema PWM. Se produce un goteo de caldo de aplicación en el momento off del sistema.

Ahora, se han realizado nuevos avances con respecto a las boquillas inducidas por aire con respecto a la modulación del ancho de pulso. TeeJet, por ejemplo, tiene varias boquillas con aire inducido aprobadas para usar con PWM como Turbo TeeJeety Turbo TwinJet. The Greenleaf SfotDrop, or series Blenden Pulse Dual Fan (BPDF), o series Wilger ComboJet sn buenas opciones.  

Finalmente y para recordar cuando se usa el sistema PWM s que la presión en los picos es difente a trabajar con la pesión del sistema tradicional (cambiando el caudal que llega a los picos con una válvula regualdora). En el caso de controlar presión y caudal con solenoides que son independientes del sistema de lectura de la presión. Cuando los solenoides cambian de off a on los golpes de presión hacen necesario un sistema de pulverzación que resista mayores presiones que los tradicionales.

Diferencia depresión del manómetro y el pico.
Pastilla 08

Por ejemplo, para una 110 04 el promedio de caida de presión es de 3 lb/pul2.

En una pastilla 110 08 sin embargo, se empujarán los  límites del solenoide en mayor medida, creando una mayor disminución de la presión. Esta puede ser desde 6 lb/pul2 o 30 lb/pul2 en el manómetro a 13 PSI a 60 PSI. Si la presión cae muy abajo, el pico no podrán mantener una uniforme patrón de pulverización ni tamaño de gota, entonces se precisará un tamaño de gota mayor, con más presión.

Fuente: https://www.dultmeier.com/blog/agriculture/pulse-width-modulation-how-to-size-pwm-spray-nozzles/

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