Electroneumatica Basica

N MERO

GUIA DE TECNOLOGÍAS DE LA AUTOMATIZACION

A B R I L 2011

J ohn J airo Piñe Piñeros ros Cald Calde erón rón Ing. Mecatrónico Esp. Automatización Industrial

ELECTRONEUMATICA Contenido

1.

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

2.

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

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: 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…

3. LOS CUATRO ELEMENTOS DE UN SISTEMA NEUMÁTICO ............................................................... .......... 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.................................................................. 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

15.

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

16.

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

17.

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

1. INTRODUCCIÓN 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 neumático o hidráulico, se distinguen cuatro elementos:

HIDRÁULICA: Cargas elevadas tanto en actuadotes lineales como en motores de par elevado. Control exacto de la velocidad y parada. Industrias metalúrgicas, máquinas herramientas, prensas, maquinaria de obras públicas, industria naval y aeronáutica, sistemas de transporte,…

2. FÍSICA DEL AIRE 

COMPOSICIÓN VOLUMÉTRICA: 78% N2 + 20% O2 + 1,3% gases nobles + 0,7% otros



PRESIÓN: PRESIÓN: P



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



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

F S

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



RELACIÓN DE COMPRESIÓN: Rc



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

1º Elementos generadores de energía: Compresor en

Neumática y Bomba en Hidráulica. 2º Elementos de tratamiento de los fluidos: Filtros y

P salid a P entrada

reguladores de presión. 3º Elementos de mando y control: Tuberías y válvulas 4º Elementos actuadores: Cilindros y motores TECHTime Ing. John Jairo Piñeros C.

Villavicencio (Meta) - Colombia Tel. 057 – 311 452 4808 - Ing.johnpine [email protected] [email protected]

Práctica 1: Utilizando Excel y/o Derive Un compresor de émbolo de una etapa tiene una carrera de 5 cm; el diámetro del émbolo es de 10 cm y el volumen de la cámara de compresión cuando el pistón está en el punto 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 m 3/h. Si la salida del aire se efectúa por un tubo redondo de 1 cm de diámetro nominal, calcula la velocidad de salida del aire. Sol: 1273 Km/h

3. LOS CUATRO ELEMENTOS DE UN SISTEMA NEUMÁTICO 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 depósito (para acumular el aire), manómetro (mide la presión relativa) y termómetro (mide la temperatura del aire comprimido en el depósito). Se caracterizan por su caudal (Q) y su relación de compresión (Rc), que deben ser adecuadas al consumo de aire que requiere el circuito. Clasificación de los compresores: depósito compresor

manómetro

termómetro

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. Comprimen el aire mediante el giro del motor. De paletas y de tornillo

2º Elementos de tratamiento de aire: El aire comprimido

debe estar exento de humedad, partículas de polvo y conviene 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 unidad de mantenimiento de aire consta, por tanto de filtro (elimina partículas sólidas y agua por centrifugado), regulador de presión (mantiene constante la presión de trabajo: 6 at) y lubricador (aporta aceite pulverizado por efecto Venturi).

TECHTime Ing. John Jairo Piñeros C.

Filtro

regulador de presión

lubricador

unidad de mantenimiento

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 válvula 3/2 quiere decir que tiene 3 orificios o vías y 2 posiciones. Se dibujan tantos cuadros como 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:

válvula 2/2

válvula 3/2

Normalmente cerrada y retorno por muelle. Frecuentemente se acciona por pulsador, pedal o palanca como llave de paso.

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

Villavicencio (Meta) - Colombia Tel. 057 – 311 452 4808 - [email protected]

Físicamente están formadas por un “cuerpo” donde se

ubican los conductos internos y orificios de salida y un

Cilindro de doble efecto

“elemento móvil” que puede ser de asiento o corredera

que nos va a dar las distintas posiciones de la válvula. Todas llevan algún tipo de accionamiento:    

Manual: general, pulsador seta, palanca y pedal (todos con o sin enclavamiento) Mecánico: palpador, muelle, rodillo y rodillo abatible unidireccional. Neumático: por presión de aire. Eléctrico: por un electroimán.

El código de las vías responde a la siguiente tabla: Conductos

ISO

CETOP

Presión Trabajo Escapes Pilotajes

P

1

A, B, C,… R, S, T,… Z, X, Y,…

2, 4, 6,… 3, 5, 7,… 12, 14, 16,…

motor con doble sentido de giro

Salida vástago: Fs = P.Ss - Fr Ss = D2/4 Entrada vástago: Fe = P.Se - Fr 2

2

Se = (D -d )/4 Volumen desplazado por ciclo y P de trabajo: 2 2 V = (2D -d )L/4 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

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

Válvula 5/2 doblemente pilotada por aire. El pilotaje 12 cambia la salida de utilización a 2

Válvula 5/2 en reposo, accionada eléctricamente y retorno por muelle

4º Elementos actuadores: Transforman la energía de

presión del aire en energía mecánica. Pueden ser cilindros, de movimiento alternativo, o motores, de movimiento rotativo.

PARTES VALVULA 5/2

Cilindro de simple efecto motor con un sentido 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 DE MANDO

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 polarizados Relés de impulsión Relés temporizados Termorrelés TECHTime Ing. John Jairo Piñeros C.

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. CONEXION ELECTRICA SIGNOS GRÁFICOS DE CONTACTOS Y MANIOBRA PARA BOBINAS 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, ...)

FUNCIONES LOGICAS AND (Y): SERIE

OR (O): PARALELO

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, sirenas letra distintiva en esquemas de conexiones: H (H1, H2,...) Suministran señales ópticas: p.ej. lámparas, LED letra distintiva en esquemas de conexiones: H (H1, H2,...) Suministran trabajo: p.ej. en electromotores letra distintiva en esquemas de conexiones: M (M1, M2,...)


8. CONEXIÓN ELECTRONEUMATICA MANDO DIRECTO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO: Al accionar S1 la bobina 1Y1 queda bajo corriente y la válvula 1.1 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

CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO DE RETENCIÓN (MEMORIA) CON ELECTROVÁLVULA DE IMPULSOS Las electroválvulas de impulsos se denominan también válvulas biestables o válvulas de memoria: La electroválvula representada es activada por dos bobinas magnéticas. CIRCUITO ELÉCTRICO DE AUTORRETENCION 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 funcionamiento del circuito eléctrico de retención (memoria).

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.

Se denomina circuito eléctrico de retención (memoria) con Paro 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.

MANDO EN FUNCIÓN DEL RECORRIDO Para averiguar la posición de los actuadores neumáticos en circuitos sencillos se emplean con frecuencia interruptores de fin de carrera con accionamiento por palancas de rodillo.



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.

ESQUEMA DE CONEXIONADO ELECTRONEUMÁTICO 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 constituyen las 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.

Práctica 2: Utilizando papel, bolígrafo y calculadora Representa la válvula 2/2 normalmente cerrada accionada por palanca con enclavamiento. ¿En que situaciones se utilizará? Representa dos válvulas 3/2 normalmente cerradas; la primera accionada por pedal y retorno por muelle y la segunda por rodillo y también retorno por muelle. ¿En que situaciones utilizaremos cada una de ellas? Representa dos válvulas del tipo 4/2 y 5/2 respectivamente; ambas con doble pilotaje neumático. ¿Qué diferencias observas entre ambas? ¿Podrían haber tenido otro tipo de pilotaje? ¿En que situaciones se utilizarían normalmente? Un cilindro de simple efecto de retorno por muelle se encuentra realizando trabajo por compresión conectado 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 puede considerar un 10% de la teórica, ¿cuál será la fuerza ejercida por el vástago en el comienzo del ciclo de trabajo? ¿Cuál será la fuerza al final al final de la carrera, si la constante del muelle es de 100 N/cm? Sol: F inicio = 7069 N; F final = 6769 N

DIAGRAMA DESPLAZAMIENTO-PASO (FASE) 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. TECHTime Ing. John Jairo Piñeros C.

Un cilindro de doble efecto, de 10 cm de carrera, cuyo émbolo y vástago tienen 8 cm y 2 cm de diámetro, respectivamente, se conecta a una red de aire a presión de 10 Kp/cm 2. Considerando nulo el rozamiento, Calcula las fuerzas ejercidas por el vástago en la carrera de avance y en la de retroceso. Si el cilindro realiza 10 ciclos/min, calcula el caudal de aire en condiciones normales. Sol: F s = 5027 N; F e = 4700 N; Q = 107 l/min Villavicencio (Meta) - Colombia Tel. 057 – 311 452 4808 - [email protected]

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: NOTA:

9. FLUIDSIM-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.

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:

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.



10. SEIS CIRCUITOS NEUMÁTICOS DE INTERÉS:

Práctica 3: Comenzando a utilizar FLUIDSIM-P Son muchos los elementos de la biblioteca de FLUIDSIM-P, aún en la versión estudiante. Conviene que personalicemos nuestra biblioteca con aquellos que vamos a utilizar más frecuentemente en este curso. Puede ser una cosa así: Estudia

cada

una

de

ellas

accediendo

a

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.

“Descripción del componente” y “Foto del componente” en el menú contextual que te sa le al

pulsar el botón derecho del ratón. Realiza con FUIDSIM-P el sencillo circuito que hay en este apartado (penúltima imagen del apartado4) y simúlalo. Actuadores: cilindros

de simple y doble efecto y regla d distancia para éste último. Mando y control:

Válvula unidireccional reguladora de caudal. Válvulas lógicas de simultaneidad (Y) y selectora de caudal (O) Válvula de escape rápido. Temporizadores a la desconexión y a la conexión. Regulador de presión. Finales de carrera (válvulas 3/2) con rodillo y rodillo abatible. Válvula 5/2 doblemente pilotada por aire (muy utilizada para comandar cilindros de doble efecto). Otra de acción manual. Tres válvulas 3/2 con distintos accionamientos manuales (utilizadas para comienzo de secuencias)

1. Estampadora neumática (descarga) 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.

Generadores de energía y tratamiento:

Fuente de presión y unidades de mantenimiento

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).



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

4. Percutor neumático 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.

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.

Ahora mejoramos la atracción con un temporizador, de forma que el pistolero va a permanecer un rato frente al TECHTime Ing. John Jairo Piñeros C.


5. Secuencia posible

6. Secuencia imposible

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 sigan avanzando y sube la herramienta de etiquetar.

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 la 5/2 que comanda el cilindro B.

A+

B+ a1b0

A+ a1b0

a1b1

a0b0

a0b0

a0b0

a0b1 B-

A-

A-

a0b1 B-

B+

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

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:

(a1 b0) ≠ (a1 b1) ≠ (a0 b1) ≠ (a0 b0)

(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: TECHTime Ing. John Jairo Piñeros C.


Plano Neumatico

11. MÉTODOS SECUENCIALES S1

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



S3

A

METODO PASO A PASO MAXIMO METODO PASO A PASO MAXIMO SIMPLIFICADO O METODO POR ANULACION DE CADENA



S2

S4

B

4

2

4

Y1

Y2 5

Y3

Y4

3

12. MÉTODO PASO A PASO MAXIMO

2

5

3

1

Tiene importancia pedagógica y puede llevarse a cabo con FLUIDSIM. Consiste en crear tantos pasos de presión como letras que se obtengan en la secuencia. Después se eligen tantas 1 memorias (Relevos) como pasos +24V seleccionados. Cada actuador activa el final de carrera y genera un cambio de grupo. Por último se procede al cableado ON KA0 tal y como se ve en el esquema realizado con FLUIDSIM:

1

Plano Control 2

3

4

KA0

KA1

5

6

KA1

7

KA2

8

KA2

KA3

9

10

KA3

11

KA4

KA4 ON 14

CONDICIONES FUNCIONAMIENTO:

Solo se utilizan válvulas biestables. la condicion final será mi condición inicial El número de pasos es igual al número de memorias (relevos). La memoria alista el siguiente paso y desactiva el anterior.

OFF

KA0

S3

S2

S1

KA2

KA3

KA4

KA1

KA2

S4

KA1

KA3 KA4

0V

El último paso tiene un pulsador de inicio.

2 3

COMPONENTES

9

4 5 12

3

6 7 13

5

Ecuación de Movimiento con pasos y condiciones Plano neumático (actuadores y válvulas) Plano electroneumático de control Plano electroneumático de potencia

8 9 14

7

3 10 15

Plano Potencia +24V

12

13

14

15

Ejemplo: En el siguiente ejemplo se aplica el método paso a paso máximo a la ecuación de movimiento señalada.

KA1

KA2

KA3

Y1

Y2

Y3

KA4

Ecuación de movimiento Pasos Ecuación

I

II

III

IV

A+ / A- / B+ / B-

Y4

0V

Condiciones

S2

S1

S4

S3 Pasos = Relevos = 4 (no tener en cuenta KA0 es solo el inicial)



Plano Neumatico

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

S1

S3

A

Completa estas 3 prácticas con aplicaciones que utilicen elementos vistos hasta aquí: A+ B+ A- Bo A+ B+ C+ A- B- Co o

S2

S4

B

4

2

4

2

A- C+ B+ C- A+ BY1

Y2 5

3

5

1

3 1

13. MÉTODO PASO A PASO MAXIMO SIMPLIFICADO COMPONENTES

Plano Control

Ecuación de Movimiento con pasos y condiciones Plano neumático (actuadores y válvulas) Plano electroneumático de control Plano electroneumático de potencia

+24V

1

2

3

4

KA0

ON

5

6

KA1

7

8

KA2

9

KA3

KA0

14

CONDICIONES FUNCIONAMIENTO: S1

Solo se utilizan válvulas monoestables. la condición final será mi condición inicial El número de pasos es igual al número de memorias (relevos). El último paso no tiene auto-retención. La memoria me alista el siguiente paso

OFF

KA4

KA0

KA1

S2

S4

S3

KA1

KA2

KA3

K A2

KA3

KA4

y la última desactiva el primero. 0V

Ejemplo: En el siguiente ejemplo se aplica el método paso a paso máximo simplificado a la ecuación de movimiento señalada.

2 3

4 5 10

6 7 11

11

8 9

3 10

Ecuación de movimiento +24V

Pasos Ecuación

A+ / B+ / B- / A-

Condiciones

S2

I

II

S4

III

S3

10

11

IV

S1

KA1

KA2

Plano Potencia KA4

Y1

KA3

Y2

0V



Práctica 5: Diseñando circuitos con FLUIDSIM-P e implementando método paso a paso máximo SIMPLIFICADO. Completa estas 3 prácticas con aplicaciones que utilicen elementos vistos hasta aquí: A+ B+ A- Bo A+ B+ C+ A- B- Co A- C+ B+ C- A+ B-

o

DOBLADORA DE LAMINA

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

14. EJEMPLOS APLICADOS

S1

S2

% 0 7

S3

% 0 7

4

2

5

3

S4

% 0 7

Y1

% 0 7 4

2

5

3

1

2

3

ON

4

KA0

KA1

5

6

S2

KA2

7

8

S4

KA3

9

10

S3

KA4

11

S6

% 0 7 4

13

S5

5

14

KA1

15

KA2

16

KA4

S1

KA6

KA0

KA1

KA1

KA2

KA2

KA3

KA3

KA4

KA4

KA5

KA5

KA6

KA6

Y1

KA3

Y2

KA5

Y3

0V

A + 2 3


4 5 14

6 7 15

15

8 9

10 11 16

16 12 13

3 14

A -

3 1

KA0

OFF

2

Y3

1

12

KA5

S6

% 0 7

Y2

1

+24V

S5

B+

C+

B-

C-


S1

S2

S3

S4

EMPACADORA DE RODILLOS

% 0 5

% 0 5

4

2

4

Y1

Y2 5

% 0 5

% 0 5

2

Y3

Y4

3

5

3

1

+24V

1

2

ON

3

KA0

4

KA0

5

6

KA1

S1

KA1

KA2

S2

1

7

8

9

KA2

10

11

C1

S4

KA4

S3

KA5

KA5

OFF

KA0

C1

KA4

KA4

KA3

KA1

KA4

KA2

KA3

C1

4

KA4

KA5

0V

2

4

6

3

9

5

3

5

7

5

15

10

12

13

7

12

+24V

13

14

5

14

3

10

15

KA1

KA2

KA3

KA4

Y1

Y3

Y4

Y2

0V



15. SELECCIÓN DE COMPONETES NEUMATICOS

16. HIDRAULICA BASICA: FÍSICA DE LOS LÍQUIDOS

Al Finalizar la etapa de diseño se continua con la selección de los componentes 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.



LÍQUIDOS OLEOHIDRÁULICOS: aceites derivados del petróleo



DENSIDAD: d

Actuador Neumático

H D

Flanche - Pie – pivote

Horquilla y routula

Carrera o recorrido (H) Diámetro embolo (D) Tipo de actuador: simple o doble efecto Tipo de embolo (con/sin imán) Material del Vástago o camisa (si es para productos alimenticios deberá ser de acero Inox.) Conexión racord (ej 1/8 plg) Soportes (flanche, pie o pivote)

Conexión en punta opcional (horquilla, rotula)

Tubo Flexible

Racord

Numero de vías y posiciones (ej: 5/2 – 5 vias y 2 posiciones) Tipo accionamiento y retorno (ej: eléctrico) Servopilotada o no Normalmente cerrada o abierta Conexión rosca para racord (ej: 1/8 plg, 3/8 plg) Exostos o desfogues (bronce o platicos) diámetro conexión (plg) Diámetro (mm o plg) Material del tubo (Nylon, polietileno o poliuretano) Max presión de trabajo Longitud (metros) 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 de

4 mm) Sensor magnético Soporte montaje sensor


V



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



VISCOSIDAD: (poise);





F

dv

S

dy

d

F 1

F 2

S 1

S 2

El nº de Reynols marca el régimen turbulento o laminar

µ: viscosidad absoluta

: viscosidad relativa (Store)

PRINCIPIO DE PASCAL:

LEY DE CONTINUIDAD:



S 1v1

S 2 v 2

TEOREMA DE BERNOUILLI:

dgh1 p1

Válvula Neumática

m

1 2

dv1

2

dgh2

p 2

1 2

dv 2

2

Práctica 6: Utilizando Excel y/o Derive 3

1.

Un cilindro de presión tiene una sección de 2,5 cm y una carrera de 7 cm. Se ejerce sobre él una fuerza de de 50 N (aprox. 5 Kp) se quiere determinar cuál será la fuerza resultante sobre el otro cilindro, que tiene 150 cm2, así como el número de emboladas precisas para que se produzca un desplazamiento de 10 cm. Sol: 3000 N, 86 emboladas

2.

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

3. En una instalación hidráulica se pretende determinar el caudal de aceite instalando dos manómetros en dos tuberías de diámetro 10 mm y 2 mm, respectivamente, midiendo unas presiones de 30 Kp//cm2 y 5 Kp/cm2, respectivamente. La densidad del aceite que circula es de 0,9 Kg/l. Sol: 10-4 m3 /s 4.

En una conducción hidráulica circula un aceite de densidad 0.9 Kg/l. La presión de salida de la bomba es de 80 Kp/cm2, la velocidad en la línea de Villavicencio (Meta) - Colombia Tel. 057 – 311 452 4808 - [email protected]

conducción es de 3,5 m/s y la altura del punto de medida sobre el depósito de aceite es de 1 m. Calcula el porcentaje de cada forma de energía. Sol: 0,11% E p , 99,8% E h ,t 0,07% E c 5.

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

6.

Disponemos de un circuito hidráulico con las siguientes características: Diámetro de la tubería 3/8”

Velocidad del aceite hidráulico: 2,5 m/s, a una presión de 50 Kp/cm2 Densidad relativa del aceite hidráulico: 0,9 Calcula el caudal que atraviesa la tubería y la potencia absorbida, suponiendo un rendimiento del 75%. Sol: 10,7 l/min, 1,6 CV

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

17. FLUIDSIM-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.

(poco utilizados) y doble efecto como ocurría en la Neumática; estos últimos suelen realizar trabajo tanto en 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 los siguientes diseños, razónalos y dale aplicaciones: 1.

Gobierno de un cilindro de simple efecto

2.

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

3.

Regulación de la velocidad de avance de un cilindro.

Ventajas de la hidráulica: fácil regulación de la

4.

Regulación del caudal de entrada.

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.

5.

Regulador de presión

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,


---------------FIN---------------ELABORADO POR: Ing . John Jairo Piñeros Mayo 2011


Electroneumatica Basica

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