electroneumatica basica

N Ú M E R O

A B R I L2 0 1 1

GUIA

DE TECNOLOGÍAS

DE LA

AUTOMATIZACION

John Jairo Piñeros CalderónIng. Mecatrónico

Esp. Automatización Industrial

E L E C T R O N E U M AT I C A

Contenido

1. INTRODUCCIÓN ........................................................... 1

2. FÍSICA DEL AIRE ........................................................... 1

3. LOS CUATRO ELEMENTOS DE UN SISTEMANEUMÁTICO ......................................................................... 2

4. ELEMENTOS DE UNA CADENA DE MANDO ................. 4

5. EL RELEVO ................................................................... 4

6. SENSOR ELECTROMAGNETICO .................................... 4

7. CONEXION ELECTRICA ................................................. 5

8. CONEXIÓN ELECTRONEUMATICA ................................ 5

9. FLUIDSIM-P.................................................................. 8

10. SEIS CIRCUITOS NEUMÁTICOS DE INTERÉS:............ 9

11. MÉTODOS SECUENCIALES ..................................... 12

12. MÉTODO PASO A PASO MAXIMO ......................... 12

13. MÉTODO PASO A PASO MAXIMO SIMPLIFICADO . 13

14. EJEMPLOS APLICADOS .......................................... 14

La diferencia más relevante viene marcada por el tipo de fluido; la Neumática utiliza aire comprimido (muy compresible) y la Hidráulica generalmente emplea aceites(prácticamente incompresibles). Por esta razón, los circuitos neumáticos son abiertos (escapes al ambiente), mientras que los hidráulicos son cerrados (escapes a un tanque). Además hay otras diferencias:

NEUMÁTICA: HIDRÁULICA:

Cargas por debajo de los 3000 Kg

Desplazamientos rápidos.

Motores de alta velocidad con más de 500.000 rpm.

Control de calidad, etiquetado, embalaje, herramientas portátiles…

Cargas elevadas tanto en actuadotes lineales como en motores de par elevado.

Control exacto de la velocidad y parada.

Industrias metalúrgicas, máquinasherramientas, prensas,maquinaria de obras públicas, industria naval y aeronáutica, sistemas de transporte,…

2. F Í S I CA DEL A I RE

15. SELECCIÓN DE COMPONETES NEUMATICOS ........ 16

16. HIDRAULICA BASICA: FÍSICA DE LOS LÍQUIDOS..... 16

17. FLUIDSIM-H ........................................................... 17

COMPOSICIÓN VOLUMÉTRICA: 78% N2

gases nobles + 0,7% otros

F

+ 20% O2 + 1,3%

1. I N T R O DU C C IÓN PRESIÓN: P

S

SEMEJANZAS Y DIFERNCIAS ENTRE NEUMÁTICA E HIDRÁULICA La Neumática e Hidráulica son tecnologías muy semejantes; ambas aplican los conocimientos científicos sobre fluidos en el diseño de circuitos presentes en todos los ámbitos industriales, sobre todo en los procesos de automatización y control. En todo sistema

UNIDADES: at = Kp/cm2 = bar = 760 mm Hg = 105 Pa(N/m2) (SI)

ECUACIÓN DE LOS GASES IDEALES: P.V = n.R.T

P (at); V (l); n (moles); R = 0,082 at.l/mol.K; T(K)

P

neumático o hidráulico, se distinguen cuatro elementos: RELACIÓN DE COMPRESIÓN: RcP

salid a

1º Elementos generadores de energía: Compresor enNeumática y Bomba en Hidráulica.2º Elementos de tratamiento de los fluidos: Filtros y reguladores de presión.3º Elementos de mando y control: Tuberías y válvulas4º Elementos actuadores: Cilindros y motores

CAUDAL: Q = V/t = S.v Q(m3/s)

entrad a

TECHTime Villavicencio (Meta) - Colombia

Ing. John Jairo Piñeros C. Tel. 057 – 311 452 4808 - [email protected]

compresor

manómetro

depósito

termómetro

Cla sifica c i ón de l o s compr es or es:

De émbolo: Rc de 6 a 15, Q altos. Baratos y ruidosos. Funcionamiento parecido al motor de cuatro tiempos. De una y dos etapas.

Rotativos: Q muy constantes pero menores

que los anteriores. Caros y silencios. y de tornillo

Filtro regulador de presión

lubricador unidad de mantenimiento

válvula 2/2

Normalmente cerrada y retorno por muelle.

Frecuentemente se acciona por pulsador, pedal o palanca como llave de paso.

válvula 3/2

Normalmente cerrada y retorno por muelle.

Frecuentemente se acciona por pulsador, pedal o palanca

como llave de arranque.

válvula 5/2

Frecuentemente gobierna el movimiento de los cilindros de simple efecto, pilotada por aire

en ambos lados. otras válvulas

Práctica 1: Utilizando Excel y/o Derive

Un compresor de émbolo de una etapa tiene una carrerade 5 cm; el diámetro del émbolo es de 10 cm y el volumende la cámara de compresión cuando el pistón está en elpunto muerto superior es de 70 cm

3. Calcula la relación

de compresión considerando que la T es constante. Sol:5,6

Un compresor opera con un Q máximo de 100 m3/h. Si lasalida del aire se efectúa por un tubo redondo de 1 cm dediámetro nominal, calcula la velocidad de salida del aire.Sol: 1273 Km/h

3. LOS CUATRO ELEMENTOS DE UN S I S TE MA N E U MÁ T ICO

1º Elementos generadores de energía: Comprimen el aire aumentando su presión por encima de 1 at (la atmosférica a nivel del mar) y reduciendo su volumen, por lo que se les llama compresores.

Pueden emplear motores eléctricos o de combustión interna; además llevan un dep ó s ito (para acumular el aire),ma n ómetro (mide la presión relativa) y ter m ó me tro (midela temperatura del aire comprimido en el depósito). Se caracterizan por su ca ud al (Q) y su relación de compresión(Rc), que deben ser adecuadas al consumo de aire que requiere el circuito.

3º. Elementos de mando y control: Conducen de forma adecuada el aire. Son las tuberías y válvulas.

Las tuberías suelen ser de acero en grandes instalaciones, aunque también de plástico flexible en determinados tramos. El cálculo del diámetro de las tuberías se realiza mediante tablas y gráficos,

teniendo en cuenta fundamentalmente el caudal, las pérdidas de presión; estas últimas no deben sobrepasar las 0,1 at desde el depósito al consumidor. Es frecuente que la red principal sea un circuito cerrado con el fin de garantizar alimentaciones uniformes.

Respecto de las válvulas, conviene entender la simbología de las de control de caudal; se las nombra con dos números; por ejemplo v á l v ul a 3/2 qu i e r e d e c i r qu e tie n e 3 or if i c i os o v ías y 2 pos i c i ones. Se dibujan tantos cuadroscomo posiciones tiene y en cada uno de ellos se representa mediante flechas el estado o forma de comunicarse dichos orificios. Veamos algunos de los ejemplos más utilizados:

2º Elementos de tratamiento de aire: El aire comprimidodebe estar exento de humedad, partículas de polvo yconviene que tenga un cierto contenido de aceite lubricante para de este modo proteger a las válvulas y actuadores por los que circula.

Además la presión de trabajo debe estar regulada -es frecuente en procesos industriales emplear unas 6 atmósferas-. La un i d ad d e m a n teni m i e n to de aire consta,por tanto de filtro (elimina partículas sólidas y agua porcentrifugado), r e g u la d or d e p r es ión (mantiene constante lapresión de trabajo: 6 at) y l ub rica d or (aporta aceitepulverizado por efecto Venturi).



Xcvx

Conductos ISO CETOPPresión P 1Trabajo A, B, C,… 2, 4, 6,…Escapes R, S, T,… 3, 5, 7,…Pilotajes Z, X, Y,… 12, 14, 16,…

s s r s

Físicamente están formadas por un “cuerpo” donde seubican los conductos internos y orificios de salida y un“elemento móvil” que puede ser de asiento o correderaque nos va a dar las distintas posiciones de la válvula. Todas llevan algún ti p o d e a cc i o n a m i e n t o :

Ma nual : general, pulsador seta, palanca y pedal(todos con o sin enclavamiento)

M e cá n ico : palpador, muelle, rodillo y rodillo

motor con doble sentido de giro

Cilindro de dobleefecto

Salida vástago: F = P.S - F S = D2/4

Entrada vástago: Fe = P.Se - Fr2 2abatible unidireccional.

N e u má t ic o : por presión de aire. El é ctrico : por un electroimán.

Se = (D -d )/4

Volumen desplazado por ciclo y P de trabajo: V = (2D

2-d

2)L/4

El código de las vías responde a la siguiente tabla:se suele expresar en según norma ISO R554(20 ºC, 1 at., 65% humedad relativa del aire),por lo que se aplica V´=PVT´/TP´

PARTES ACTUADOR O CILINDRO NEUMATICO

3 ejemplos

Válvula 3/2normalmente cerrada, accionada por rodillo abatible y retorno por muelle

Válvula 5/2doblementepilotada por aire. El pilotaje 12cambia la salida deutilización a 2

Válvula 5/2 enreposo, accionadaeléctricamente y retorno por muelle

4º Elementos actuadores: Transforman la energía depresión del aire en energía mecánica. Pueden sercilindros, de movimiento alternativo, o motores, de movimiento rotativo.

Ci l i ndro de sim ple efe cto

PARTES VALVULA 5/2

motor con unsentido de giro

Salida vástago: Fs = P.S - Fm - Fr Fm = K.x

Entrada vástago: Fe = K.x - Fr



SIMBOLO Y CONTACTOS

4. ELEMENTOS DE UNA CADENA DEMANDO

5. EL RELEVO

En la práctica, la construcción de un relé puede ser muy diferente. Su funcionamiento, sin embargo, es básicamente igual:

Al aplicar tensión a la bobina del relé a través de los contactos A1 y A2 fluye corriente eléctrica a través de los devanados. Se forma un campo magnético que atrae el inducido contra el núcleo de la bobina.

La conexión de mando 1 queda conectada con la conexión de mando 4.

Al retirar la tensión un resorte devuelve el inducido a su posición básica.

La conexión de mando 1 queda conectada con la conexión de mando 2.

Un relé puede tener varios contactos de maniobra, que pueden activarse simultáneamente.

En lo referente a su forma ejecución, por ejemplo:

Relés polarizadosRelés de impulsiónRelés temporizadosTermorrelés

6. SENSOR ELECTROMAGNETICO

Interruptor magnético de proximidad (Relés Reed) se activan por un campo magnético. Para aplicaciones industriales se utilizan, generalmente, interruptores Reed con indicación LED.

En la ilustración se representa un interruptor Reed de tres conductores. Cuenta con tres conexiones:

Una conexión para alimentación de corriente positiva,

una conexión para alimentación de corriente negativa, y

una salida de señales o de maniobra.

El interruptor Reed se monta directamente en el cuerpo del cilindro. El interruptor es accionado por un anillo magnético en el émbolo del cilindro. Cuando el anillo magnético pasa al lado del interruptor Reed, debido al efecto del campo magnético del anillo se cierran los contactos de maniobra y el interruptor suministra una señal de salida. Letra distintiva en los esquemas de conexiones: S (S1, S2, ...)



7. C O N E X I ON EL E C TR I CA

SIGNOS GRÁFICOS DE CONTACTOS Y MANIOBRA PARABOBINAS MAGNÉTICAS Y RELÉS

En electroneumática, la bobina magnética es el elemento que hace que la válvula conmute. Letra distintiva en esquemas de conexiones eléctricas: Y (Y1, Y2, ...)

Un relé activa 1, 2 ó más contactos. El relé también puede ser un elemento activado en función del tiempo o de la temperatura. Letra distintiva en esquemas de conexiones eléctricas: K (K1, K2,...).

DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS DE SALIDA

Suministran señales acústicas:p.ej. bocinas, sirenasletra distintiva en esquemas de conexiones: H (H1, H2,...)

Suministran señales ópticas:p.ej. lámparas, LEDletra distintiva en esquemas de conexiones: H (H1, H2,...)

Suministran trabajo:p.ej. en electromotoresletra distintiva en esquemas de conexiones: M (M1, M2,...)

FUNCIONES LOGICAS

AND (Y): SERIE OR (O): PARALELO

8. CONEXIÓN ELECTRONEUMATICA

MANDO DIRECTO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO: Al accionar S1 la bobina 1Y1 queda bajo corriente y la válvula1.1 conecta. De la conexión 1 pasa aire a presión a la conexión 2 y el vástago avanza. Al dejar de accionar S1 la bobina 1Y1 queda sin corriente. La válvula 1.1 conmuta a la posición básica El aire del cilindro escapa a través de la conexión 3 de la válvula 1.1 y el vástago retrocede.



MANDO INDIRECTO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO:

La utilización del mando indirecto depende de:

la fuerza que se requiera para accionar los elementos de ajuste, la complejidad de la maniobra, la potencia de conmutación de los contactos y de si el sistema es gobernado a distancia o no

CIRCU I TO E L ÉCTRI C O DE AUTO RRE T E N C I ON

Un relé puede mantenerse en estado activo cuando, a través de un contacto de trabajo del relé se activa un circuito de corriente paralelo al pulsador de MARCHA a la bobina del relé.

En un circuito eléctrico de retención (memoria) es necesario montar un pulsador de PARO. La posición de montaje del pulsador de PARO es determinante para el funcionamientodel circuito eléctrico de retención(memoria).

Se denomina circuito eléctrico de retención (memoria) conParo prioritario un circuito eléctrico de retención(memoria) en el cual un pulsador (S1, contacto de trabajo) y un contacto del propio relé (contacto de trabajo) están conectados en paralelo y luego en serie con un pulsador(S2, contacto de reposo).En este circuito eléctrico de retención (memoria) con Paro prioritario, el pulsador S2 domina sobre la acción del pulsador S1.

Al presionar simultáneamente los pulsadores S1 y S2, la bobina de relé K1 queda sin corriente.

CIRCU I TO E L ECT R O N EU M ÁTI C O DE R E T E NC I ÓN ( M E M OR I A) CON EL E CT R OV Á LVU LA DE I M P U L S OS

Las electroválvulas de impulsos se denominan también válvulas biestables o válvulas de memoria:La electroválvula representada es activada por dos bobinas magnéticas.

La electroválvula conserva la posición de maniobra establecida por una de las bobinas, incluso cuando ya no llega a la bobina la señal para conectar la válvula.

La posición de maniobra sólo se modifica cuando se recibe una señal proveniente de otra bobina, o cuando se ha efectuado una corrección manualmente.

Para poder modificar la posición de maniobra es indispensable que sólo haya una señal en una de las bobinas.

M A N DO EN F U NC I ÓN D EL REC O RR I DO

Para averiguar la posición de los actuadores neumáticos encircuitos sencillos se emplean con frecuencia interruptoresde fin de carrera con accionamiento por palancas de rodillo.



ESQU E MA DE CO N E XIONADO ELECT R O N EUM ÁTICO

La parte neumática y la parte eléctrica de un esquema de conexiones electroneumático se elaboran por aparte; su contenido, sin embargo, está estrechamente relacionado.

En la parte neumática, el flujo de señales se representa de abajo hacia arriba.

En la parte eléctrica el flujo de señales se representa de arriba hacia abajo.

En el esquema de eléctrico de conexiones los circuitos de corriente se numeran consecutivamente de izquierda a derecha.Los elementos comunes del esquema de conexiones constituyenlas interfaces entre el circuito neumático y el circuito eléctrico. En este caso son las bobinas 1Y1 y 2Y1, así como los pulsadores desconectadores de fin de carrera 1B1, 1B2, 2S1 y 2S2.

DIAGRA MA DESPL AZA MIEN T O- P ASO ( F AS E )

En el diagrama desplazamiento-paso se representan gráficamente los ciclos de movimiento de los actuadores de un sistema de mando:

Los movimientos de los cilindros dentro de un paso se representan por medio de líneas oblicuas hacia arriba(movimiento de avance) o hacia abajo (movimiento de retroceso).

Las líneas horizontales señalan que el cilindro permanece en la posición final delantera o trasera.

Si es necesario representar los movimientos de diversos actuadores, estos se dispondrán en orden consecutivo, uno tras otro, para cada uno de los pasos.Esta disposición proporciona una clara visión de la relación existente entre los movimientos de los diferentes actuadores en cada paso.

Práctica 2: Utilizando papel, bolígrafo y calculadora

Representa la válvula 2/2 normalmente cerradaaccionada por palanca con enclavamiento. ¿Enque situaciones se utilizará?

Representa dos válvulas 3/2 normalmentecerradas; la primera accionada por pedal y retornopor muelle y la segunda por rodillo y tambiénretorno por muelle. ¿En que situacionesutilizaremos cada una de ellas?

Representa dos válvulas del tipo 4/2 y 5/2respectivamente; ambas con doble pilotajeneumático. ¿Qué diferencias observas entreambas? ¿Podrían haber tenido otro tipo depilotaje? ¿En que situaciones se utilizaríannormalmente?

Un cilindro de simple efecto de retorno por muellese encuentra realizando trabajo por compresiónconectado a una red de aire de 1Mpa de presión.Si el diámetro del émbolo es de 10 cm; su carrera,3 cm y la fuerza de rozamiento se puedeconsiderar un 10% de la teórica, ¿cuál será lafuerza ejercida por el vástago en el comienzo delciclo de trabajo? ¿Cuál será la fuerza al final al finalde la carrera, si la constante del muelle es de 100N/cm? Sol: Finicio = 7069 N; Ffinal = 6769 N

Un cilindro de doble efecto, de 10 cm de carrera,cuyo émbolo y vástago tienen 8 cm y 2 cm dediámetro, respectivamente, se conecta a una redde aire a presión de 10 Kp/cm2. Considerando nuloel rozamiento, Calcula las fuerzas ejercidas por elvástago en la carrera de avance y en la deretroceso. Si el cilindro realiza 10 ciclos/min,calcula el caudal de aire en condiciones normales.Sol: Fs = 5027 N; Fe = 4700 N; Q = 107 l/min



9. F L U I DS I M -P

Este potente programa de diseño y simulación, de la firma FESTO, nos permitirá comprender los circuitos neumáticos más elementales. Si bien la versión del profesor es mucho más completa, utilizaremos aquí la versión estudiante 3.5, que bastará de sobra en el cumplimiento de objetivos.

Una vez instalado el programa, se ejecuta y la pantalla que obtenemos es la de la figura de la derecha: Barras de título, de menús y de herramientas, como en cualquier programa bajo Windows. A la izquierda la biblioteca de elementos neumáticos que podremos utilizar.

Pulsamos en el botón nuevo y nos aparece una segunda pantalla en blanco donde podemos comenzar nuestro primer diseño. ¡Es fácil!, no hay más que arrastrar los elementos de la biblioteca que deseamos a la pantalla en blanco.

Pinchando en cada elemento, un menú contextual nos permite girarlos, cambiar sus propiedades,… También podemos introducir textos. Cablear no puede ser más sencillo.

Por último, la simulación: igual que ver un video: play, avance, retroceso, paso a paso. La regla es: Si funciona en el simulador, funciona en la realidad.

NOTA: Conviene saber que al instalar FLUIDSIM-P(neumática) y FLUIDSIM-H (Hidráulica) se crean sendas subcarpetas en la carpeta Didactic (que a su vez cuelga de Archivos de Programa, si fue allí donde se eligió la instalación), llamadas FluidSIM-P.Stud y FluidSIM-H.Stud. Dentro de cada una de ellas existen otras subcarpetas, de las que cabe destacar dos:

ct: contiene circuitos neumáticos y electroneumáticos agrupados en otras dos subcarpetas

lib: contiene la librería de componentes; se puede personalizar y es la que carga el programa por defecto.

Ver en la siguiente figura el aspecto de las carpetas:



Práctica 3: Comenzando a utilizar FLUIDSIM-P

Son muchos los elementos de la biblioteca deFLUIDSIM-P, aún en la versión estudiante.Conviene que personalicemos nuestra bibliotecacon aquellos que vamos a utilizar másfrecuentemente en este curso. Puede ser una cosaasí:

Estudia cada una de ellas accediendo a“Descripción del componente” y “Foto delcomponente” en el menú contextual que te sale alpulsar el botón derecho del ratón.

Realiza con FUIDSIM-P el sencillo circuito que hayen este apartado (penúltima imagen delapartado4) y simúlalo.

Actuadores: cilindrosde simple y dobleefecto y regla ddistancia para ésteúltimo.

Mando y control:

Válvula unidireccionalreguladora de caudal.Válvulas lógicas desimultaneidad (Y) yselectora de caudal (O)Válvula de escaperápido. Temporizadoresa la desconexión y a laconexión.Regulador de presión.Finales de carrera(válvulas 3/2) conrodillo y rodilloabatible.Válvula 5/2 doblementepilotada por aire (muyutilizada para comandarcilindros de dobleefecto). Otra de acciónmanual.Tres válvulas 3/2 condistintosaccionamientosmanuales (utilizadaspara comienzo desecuencias)

Generadores deenergía y tratamiento:Fuente de presión yunidades demantenimiento

10. SEIS CIRCUITOS NEUMÁTICOS DE I N T ER É S:

Con estos 6 ejemplos prácticos, en orden creciente de dificultad, se pretende cubrir la base de la mayoría de los circuitos neumáticos utilizados en

la industria. Diseñándolos primero en papel, después simulándoles y por último implementándolos en la realidad, se cubren los contenidos de las asignaturas de Tecnología Industrial I y II que cursamos en el Bachillerato Tecnológico.

1. Estampadora neumática (de s c a rg a )

Máquina que aprovecha la deformación plástica del material para crear mediante un golpe de estampa una determinada forma; por ejemplo la acuñación de monedas. Utilizamos un cilindro de simple efecto que portará la matriz o estampa, cuya velocidad de golpe se garantiza con un regulador unidireccional. Es accionada por un operario mediante un pulsador de seta, de forma que sólo estará operativo cuando una mampara de metacrilato se cierre pisando un final de carrera e impidiendo que el brazo del operario acceda por accidente a la herramienta.

2. Control de la puerta de un autobús

El control de apertura y cierre de la puerta de un autobús es llevada a cabo por el chofer que acciona una palanca, pero sólo podrá operar si el autobús está parado (es decir, con el freno de mano echado).



Además, por normativa de seguridad, todos los autobuses deben tener un pulsador exterior de apertura en caso de emergencia. El control exterior e interior van conectados por una válvula selectora de caudal (O). Por último se puede regular la velocidad de apertura y cierre.

3. Atracción de un parque temático

Estás en Port Aventura y te has montado en el tren del Oeste; al pasar cierto lugar las ruedas de la máquina pisan un pedal que provoca la salida rápida de un muñeco con forma de pistolero que después se esconde lentamente.

Ahora mejoramos la atracción con un temporizador, de forma que el pistolero va a permanecer un rato frente al

tren (el tiempo necesario para que este pase) y después se va a ocultar lentamente.

4. Percutor neumático

Herramienta que puede servir para apisonar tierra. Irá montada en un cilindro de doble efecto que mediante dos finales de carrera (en las dos posiciones extremas del vástago) hace que se genere una secuencia permanente de entrada y salida.



5. Secuencia posible

Con dos cilindros de doble efecto A y B pretendemos hacer la secuencia A+B+A-B-. Puede ser una operación de

etiquetado de botellas: las botellas avanzan por una cinta transportadora de forma que el cilindro A las sujeta mientras que el B se aproxima para etiquetarla; concluida la

operación se retira la sujeción para que las botellas siganavanzando y sube la herramienta de etiquetar.

6. Secuencia imposible

Ahora queremos otra secuencia distinta A+A-B+B-. Podría ser que el cilindro A empuja botellas abiertas hasta una cinta transportadora; una vez en la cinta, las botellas avanzan por ella de forma que otro cilindro B las va cerrando con tapones de corcho. Razonando de la misma forma que en el caso anterior llegamos a un circuito que no funciona, ya que se dan dos señales simultaneas sobre la5/2 que comanda el cilindro B.

A+

a0b0

a1b0

a0b1

B+

a1b1

A+

a0b0

a1b0A-

a0b0

B- A- a0b1B- B+

La realización del hojigrama nos indica que la secuencia esposible, ya que no se repiten ningún par de valores correspondientes a las posiciones de las válvulas 3/2 finales de carrera:

(a1 b0) ≠ (a1 b1) ≠ (a0 b1) ≠ (a0 b0)

La realización del hojigrama nos indica que la secuencia es imposible, ya que se un par de valores correspondientes a las posiciones de las válvulas 3/2 finales de carrera:

(a0 b0) = (a0 b0)

El problema de las señales permanentes admite varias soluciones que pasan por eliminar la señal o bien anular sus efectos; así, métodos como aplicar otra señal dominante, emplear un reductor de presión, soluciones mecánicas con finales de carrera de leva rodillo unidireccional o temporizadores.

Veamos una solución mecánica:

Sin embargo hay dos soluciones definitivas:



Pasos I II III IVEcuación A+ / A- / B+ / B-

Condiciones S2 S1 S4 S3

2 9 4 3 6 5 8 7 33 5 7 9 10

12 13 14 15

11 . MÉ T O D OS S E C U E NC I A L ES Plano Neumatico

Son métodos de programación que permiten la realización de secuencias de movimiento sin bloqueo de las electroválvulas.

S1 S2 S3 S4

A B

METODO PASO A PASO MAXIMO METODO PASO A PASO MAXIMO SIMPLIFICADO O

METODO POR ANULACION DE CADENA

4 2

Y1 Y2

4 2

Y3 Y4

12. MÉTODO PASO A PASO MAXIMO5 3 5 3

1 1

Tiene importancia pedagógica y puede llevarse a cabo conFLUIDSIM. Consiste en crear tantos pasosde presión como letras que se obtengan en la secuencia. Después se eligen tantas

Plano Control

memorias (Relevos) como pasosseleccionados. Cada actuador activa el

+24V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

final de carrera y genera un cambio de grupo. Por último se procede al cableado tal y como se ve en el esquema realizado con FLUIDSIM:

ON KA0

KA0

KA4

KA1 KA1 KA2 KA2 KA3 KA3 KA4

ON

14

CONDICIONES FUNCIONAMIENTO: S3 S2 S1 S4

Solo se utilizan válvulas biestables.la condicion final será mi condición inicial

El número de pasos es igual al número

OFFKA2 KA3 KA4

KA1

de memorias (relevos). La memoria a li sta el s i g u i e n te p aso y

desact iva el anter i or. El último paso tiene un pulsador de

inicio.

KA0

0V

KA1 KA2 KA3

KA4

COMPONENTES

Ecuación de Movimiento con pasos y condicionesPlano neumático (actuadores y válvulas)Plano electroneumático de controlPlano electroneumático de potencia

Eje m plo: +24V

Plano Potencia

12 13 14 15

En el siguiente ejemplo se aplica el método paso a pasomáximo a la ecuación de movimiento señalada.

Ecuación de movimiento

KA1 KA2 KA3KA4

Y1 Y2 Y3 Y4

0V

Pasos = Relevos = 4 (no tener en cuenta KA0 es solo el inicial)



Y1 Y2

V

Pasos I II III IVEcuación A+ / B+ / B- / A-

Condiciones S2 S4 S3 S1

Práctica 4: Diseñando circuitos con FLUIDSIM-P eimplementando método paso a paso máximo.

Completa estas 3 prácticas con aplicaciones queutilicen elementos vistos hasta aquí:

o A+ B+ A- B-

Plano Neumatico

S1 S2 S3 S4

A B

o A+ B+ C+ A- B- C-o A- C+ B+ C- A+ B-

4 2 4 2

Y1 Y2

13. MÉTODO PASO A PASO MAXIMO SIMPLIFICADO

5 3 5 3

1 1

COMPONENTESPlano Control

Ecuación de Movimiento con pasos ycondiciones

Plano neumático (actuadores y

+24V 1 2 3 4 5 6 7 8 9

válvulas)Plano electroneumático de controlPlano electroneumático de potencia ON KA0

KA0 KA1 KA2 KA3

CONDICIONES FUNCIONAMIENTO:

Solo se utilizan válvulas m o n o es t ab l e s . la condición final será mi condición inicial

OFF

S1 S2

14

S4 S3

El número de pasos es igual al númerode memorias (relevos).El último paso no tiene auto-retención.

KA4 KA1 KA2 KA3

La memoria me alista el siguiente paso y la última desactiva el primero.

Eje m plo:

KA0

0V

KA1 KA2 KA3 KA4

En el siguiente ejemplo se aplica el método 23

paso a paso máximo simplificado a laecuación de movimiento señalada.

4 65 7

10 11

11 8 39 10

Ecuación de movimiento+24V 10 11

KA1 KA2

Plano PotenciaKA4 KA3

0



2 4 6 158 10

1612 33 5 7 9 1

113 14 A -

14 15 16

Práctica 5: Diseñando circuitos con FLUIDSIM-P eimplementando método paso a paso máximoSIMPLIFICADO.

Completa estas 3 prácticas con aplicaciones queutilicen elementos vistos hasta aquí:

o A+ B+ A- B-o A+ B+ C+ A- B- C-o A- C+ B+ C- A+ B-

14 . E J E M P L OS A P L IC A DOS

DOBLADORA DE LAMINA

ECUACIÓN DE MOVIMIENTO : A+/B+/B-/C+/C-/A-

S1 S2 S3 S4 S5 S6

4 2 4 2 4 2

Y1 Y2

5 3

1

Y3

5 3 5 3

1 1

+24V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

ON

KA0

KA0 KA1 S2 KA2 S4 KA3 S3 KA4 S6 KA5 S5 KA1 KA2 KA4

S1

OFF KA6 KA1 KA2 KA3 KA4 KA5 KA6 KA3 KA5

KA0 KA1 KA2 KA3 KA4 KA5 KA6 Y1 Y2 Y3

0V

A + B + C +

B - C -



2 2

EMPACADORA DE RODILLOS

S1 S2

4

Y1 Y2

S3 S4

4

Y3 Y4

5 3 5 3

1 1

+24V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

ON KA0 KA0 KA1 KA2 KA2 C1 S3

S1 KA1 S2 S4 KA4 KA5

KA5

OFF C1 KA4 KA4

KA4 KA3

KA0 KA1 KA2 KA3 C1 4 KA4 KA5

0V

2 4 6 5 14 3 10 3 9 53 5 7 5 15 10

12 13 7

+24V 12 13 14 15

KA1 KA2 KA3 KA4

Y1 Y3 Y4 Y2

0V



d

S

1d

1 2 2

15. SELECCIÓN DE COMPONETES N E U MA T I C OS

16. HIDRAULICA BASICA: FÍSICA DE LOS LÍQUIDOS

Al Finalizar la etapa de diseño se continua con la selección de loscomponentes necesarios para el desarrollo del proyecto, para tal efecto se ilustrara en la siguiente tabla los datos relevantes para la correcta selección de los materiales neumáticos.

Actuador Neumático Carrera o recorrido (H)Diámetro embolo (D)Tipo de actuador: simple o

H doble efecto

D Tipo de embolo (con/sin

LÍQUIDOS OLEOHIDRÁULICOS: aceitesderivados del petróleo

m DENSIDAD: d

V

Unidades: Kg/m3 (SI); Kg/l = g/cm3

El nº de Reynols marca el régimen turbulento o laminar

imán)Material del Vástago o camisa (si es para productos alimenticios deberá ser de

F VISCOSIDAD:

Sv

µ: viscosidad absolutady

acero Inox.)Conexión racord (ej 1/8 plg)

Flanche - Pie – pivote Soportes (flanche, pie o pivote)

(poise); : viscosidad relativa (Store)d

PRINCIPIO DEPASCAL: LEY DE CONTINUIDAD:

Horquilla y routula Conexión en punta opcional

F1 F2

S1 S 2

S1v1 2 v2

(horquilla, rotula) TEOREMA DE BERNOUILLI:

dgh1 p1 dv12 gh2p2 dv22

Válvula Neumática Numero de vías y posiciones(ej: 5/2 – 5 vias y 2posiciones)Tipo accionamiento y retorno (ej: eléctrico)Servopilotada o noNormalmente cerrada o abiertaConexión rosca para racord(ej: 1/8 plg, 3/8 plg)Exostos o desfogues(bronce o platicos) diámetroconexión (plg)

Tubo Flexible Diámetro (mm o plg)Material del tubo (Nylon, polietileno o poliuretano)Max presión de trabajoLongitud (metros)

Racord Racord diámetro conexión a válvula (rosca) y diámetro de conexión para tubería(ej: 1/8”x4mm es decir, conexión para válvula rosca de 1/8” y para manguera de4 mm)Sensor magnéticoSoporte montaje sensor

Práctica 6: Utilizando Excel y/o Derive

1. Un cilindro de presión tiene una sección de 2,5 cm3

y una carrera de 7 cm. Se ejerce sobre él unafuerza de de 50 N (aprox. 5 Kp) se quieredeterminar cuál será la fuerza resultante sobre elotro cilindro, que tiene 150 cm

2, así como el

número de emboladas precisas para que seproduzca un desplazamiento de 10 cm. Sol: 3000N, 86 emboladas

2. Por una conducción cuyo diámetro mide 30 mmcircula un caudal de 30 l/min de líquido. Determinala velocidad media de paso. ¿Cuál sería estavelocidad si el diámetro de la conduccióndisminuye a 10 mm?. Sol: 0,7 m/s, 6,3 m/s

3. En una instalación hidráulica se pretendedeterminar el caudal de aceite instalando dosmanómetros en dos tuberías de diámetro 10 mm y2 mm, respectivamente, midiendo unas presionesde 30 Kp//cm

2 y 5 Kp/cm

2, respectivamente. La

densidad del aceite que circula es de 0,9 Kg/l. Sol:10

-4 m

3/s

4. En una conducción hidráulica circula un aceite dedensidad 0.9 Kg/l. La presión de salida de la bombaes de 80 Kp/cm

2, la velocidad en la línea de



conducción es de 3,5 m/s y la altura del punto demedida sobre el depósito de aceite es de 1 m.Calcula el porcentaje de cada forma de energía.Sol: 0,11% Ep, 99,8% Eht, 0,07% Ec

5. Un sistema hidráulico debe proporcionar unapresión de trabajo de 80 Kp/cm2 y un caudalmáximo de 100 l/min. Determina la potencia,suponiendo un rendimiento del 80%. Sol:22,2 CV

6. Disponemos de un circuito hidráulico con lassiguientes características:

Diámetro de la tubería 3/8”

Velocidad del aceite hidráulico: 2,5 m/s, auna presión de 50 Kp/cm2

Densidad relativa del aceite hidráulico:0,9

Calcula el caudal que atraviesa la tubería y lapotencia absorbida, suponiendo un rendimientodel 75%. Sol: 10,7 l/min, 1,6 CV

17 . F L U I DS I M -H

Se trata del programa homólogo a FLUIDSIM-P, con el que podemos abordar la parte de Hidráulica. Dicha parte es muy similar a la Neumática. Por limitaciones en la extensión de estos apuntes daremos unas cuantas pinceladas:

Propiedades físicas de los fluidos: Conviene empezar por las propiedades físicas de los fluidos: densidad, presión de vapor, viscosidad, índice de viscosidad, punto de fluidez, capacidad de lubricación y flujos estacionario y laminar (nº de Reynolds) de los aceites hidráulicos. Seguidamente se establece el Principio de Pascal (prensa hidráulica) , la Ley de continuidad y el Teorema de Bernouilli, potencia hidráulica, Ley de Poiseuille, así como el concepto de pérdida de carga.

Ventajas de la hidráulica: fácil regulación de la velocidad, reversibilidad (válvulas con puntos muertos), uso de válvulas limitadoras de presión para proteger de sobrecargas, se logran grandes fuerzas con cilindros de pequeño tamaño, cualquier actuador hidráulico se para con

facilidad debido a la incompresibilidad de los líquidos, instalaciones de menor longitud que las neumáticas y no se queman ante una sobrecarga, como les pasaría a los motores eléctricos.

Elementos de potencia: Se los denomina Bombas y se clasifican en hidrodinámicas e hidrostáticas. Las primeras generan grandes caudales pero bajas presiones, las segundas son más empleadas en automatización. Son características de las bombas: el valor nominal de la presión, el caudal,

desplazamiento o volumen de líquido bombeado en una vuelta completa, rendimiento volumétrico o producto entre el desplazamiento y las revoluciones. Y el rendimiento total. Constructivamente pueden ser: de engranajes, de tornillo, de paletas y de pistones. Se denomina unidad hidráulica al conjunto formado por la bomba, el motor que la alimenta, filtro, manómetro, válvula limitadora de presión y tanque que recoge el fluido de retorno (en neumática el aire utilizado se enviaba a escape)

Elementos de distribución y control: En cuanto al funcionamiento son exactas a las neumáticas y electro neumáticas, sin embargo son más robustas (para soportar mayores presiones) y por ejemplo se emplea mucho la 4/2 en sustitución a la 5/2 que se empleaba mucho en neumática; también es frecuente emplear v´lvulas de 3 posiciones como la 4/3 Los símbolos de estas válvulas son idénticos a los neumáticos respectivos; sólo hay que tener en cuenta que los escapes deben de conectarse con el tanque (en neumática quedaban al aire).

Elementos actuadores: Existen cilindros de simple(poco utilizados) y doble efecto como ocurría en laNeumática; estos últimos suelen realizar trabajo tantoen la carrera de avance como en la de retroceso.. También existen motores rotativos.

Práctica 7: Diseñando circuitos con FLUIDSIM-H

Del mismo modo que has hecho con FLUIDSIM-N realiza lossiguientes diseños, razónalos y dale aplicaciones:

1. Gobierno de un cilindro de simple efecto

2. Mando de un cilindro de doble efecto, medianteuna 4/2 y una 4/3.

3. Regulación de la velocidad de avance de uncilindro.

4. Regulación del caudal de entrada.

5. Regulador de presión

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ELABORADO POR:

Ing . John Jairo Piñeros

Mayo 2011


electroneumatica basica

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