Diseño y Automatización de Un Taladro Neumático de Presición 2

5/25/2018 Dise o y Automatizaci n de Un Taladro Neum tico de Presici n 2

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I

ndiceCaptulo I: Introduccin ....................................................................................................................... 1

Antecedentes ............................................................................................................................... 1

Taladros manuales ................................................................................................................... 3

Taladros elctricos convencionales con cable..................................................................... 4

Taladros sin cable .................................................................................................................... 4

Taladro Percutor ....................................................................................................................... 4

Taladros de columna................................................................................................................ 4

Taladro Radial ........................................................................................................................... 5

Estado del arte ............................................................................................................................ 5

Planteamiento del problema.................................................................................................... 6

Objetivo general ......................................................................................................................... 6

Objetivos especficos ................................................................................................................ 6

Hiptesis ....................................................................................................................................... 7

Justificacin ................................................................................................................................ 7

Delimitaciones ............................................................................................................................. 8

Captulo II: Marco terico ................................................................................................................... 9

Generalidades de la neumtica .............................................................................................. 9

Introduccin ............................................................................................................................... 9Principales aplicaciones de la neumtica en las industrias............................................... 9

Principales programas utilizados en la simulacin neumtica........................................ 10

Ventajas y desventajas de la neumtica............................................................................. 11

Tendencias actuales de la neumtica ................................................................................. 11

Actuadores neumticos: generalidades ............................................................................ 14

Cilindros neumticos: conceptos y definicin .................................................................... 15

Caractersticas tcnicas para los cilindros neumticos.................................................... 16

Electroneumtica: generalidades ........................................................................................ 20Dispositivos elctricos............................................................................................................ 20

Elementos de retencin ......................................................................................................... 20

Interruptores mecnicos de final de carrera....................................................................... 20

Vlvulas electroneumticas .................................................................................................. 21

Microcontrolador ...................................................................................................................... 22



II

El microcontrolador PICf452 ................................................................................................. 22

Programacin del PIC ............................................................................................................ 23

TRIAC........................................................................................................................................... 37

Estructura ................................................................................................................................. 38

Mtodos de disparo ................................................................................................................ 39

Caractersticas generales y aplicaciones .......................................................................... 41

Taladro ........................................................................................................................................ 42

Parmetros de corte del taladrado ...................................................................................... 44

Gestin econmica del taladrado ........................................................................................ 49

Tipos de brocas ...................................................................................................................... 50

Elementos constituyentes de una broca ............................................................................. 51

Portabrocas ............................................................................................................................. 54

Pinzas de apriete cnicas ..................................................................................................... 54

Plantillas de taladrado............................................................................................................ 55

Afiladora de brocas ................................................................................................................ 55

Control de viruta y fluido refrigerante .................................................................................. 55

Normas de seguridad en el taladrado................................................................................. 56

Perfil profesional de los operarios de taladradoras........................................................... 56

Motor de corriente continua .................................................................................................. 58

Principio de funcionamiento .................................................................................................. 58

Diseo del prototipo en Solidworks .................................................................................... 61

Desarrollo ................................................................................................................................... 65

Simulacin en Fluidsim de FESTO ...................................................................................... 75

Conclusiones ............................................................................................................................. 75

ANEXOS ...................................................................................................................................... 79

Anexo 1 .................................................................................................................................... 79

Anexo 2 .................................................................................................................................... 80

Anexo 3 .................................................................................................................................... 80Procedimientos a seguir ........................................................................................................ 81

Cuidado del equipo didctico de neumtica....................................................................... 85

Simbologa hidrulica y neumtica ...................................................................................... 86

Cronograma ............................................................................................................................. 88

Paquete tecnolgico ............................................................................................................... 89



III

Referencias y bibliografa ...................................................................................................... 89

Figura 1. Berbiqus ............................................................................................................................... 1
http://c/Users/Dorian/Documents/9.Administraci%C3%B3n%20de%20Proyectos/Final/Dise%C3%B1o%20y%20Automatizaci%C3%B3n%20de%20un%20taladro%20neum%C3%A1tico%20de%20presici%C3%B3n.docx%23_Toc374552398http://c/Users/Dorian/Documents/9.Administraci%C3%B3n%20de%20Proyectos/Final/Dise%C3%B1o%20y%20Automatizaci%C3%B3n%20de%20un%20taladro%20neum%C3%A1tico%20de%20presici%C3%B3n.docx%23_Toc374552398



IV



1

Captulo I: Introduccin

Antecedentes

En el Paleoltico Superior los humanos taladraban conchas de moluscos con fines

ornamentales. Se han hallado conchas perforadas de entre 70.000 y 120.000 aos

de antigedad en frica y Oriente Prximo, atribuidas al Homo sapiens sapiens.

En Europa unos restos similares datados de hace 50.000 aos muestran que

tambin el Hombre de Neandertal conoca la tcnica del taladrado.

Taladrar requiere imprimir una rotacin a la herramienta. El procedimiento msantiguo que se conoce para ello es el denominado "arco de violn", que

proporciona una rotacin alternativa. Un bajorrelieve egipcio del ao 2700 a.C.

muestra una herramienta para taladrar piedra accionada de otra manera, mediante

un mango.

A finales de la Edad Media est documentado el uso de taladradoras manuales

llamadas berbiqus.

Ahora bien desde finales del siglo XX el ser humano ha implantado en fbricas,

empresas, centros de produccin, etc. diversos tipos de mecanismos para llegar a

la automatizacin y la implantacin de sistemas neumticos que aporten en el

control de procesos, en la produccin en serie y en la eficiencia de trabajo.

Figura 1. Berbiqus



2

Mejorando cada vez ms la rentabilidad y produccin del mismo. Siendo este el

campo en el que se aplica y desarrolla el diseo neumtico ya que este es el

punto de referencia que nos indica que el diseo e implementacin de dichos

sistemas en las ltimas dcadas ha tenido un nivel muy alto de aplicaciones en el

campo de la ingeniera y sobre todo en la industria.

En la actualidad una empresa no es competitiva si no cumple con calidad,

produccin, bajos costos, tiempos, estndares, eficiencia, innovacin, nuevos

mtodos de trabajo, tecnologa, y muchos otros conceptos que hacen que cada

da la productividad sea un punto de cuidado en la planificacin a largo y corto

plazo.

Uno de los caminos para que una empresa pueda crecer y aumentar su

rentabilidad (o su utilidad) es aumentando su productividad. La misma se logra a

travs de la utilizacin de tcnicas y mtodos, los cuales son igualmente

aplicables en empresas manufactureras y de servicio (hospitales, organismos de

gobierno, entre otros).

El taladro es unamquina herramienta donde se mecanizan la mayora de

losagujeros que se hacen a las piezas en los talleres mecnicos. Destacanestasmquinas por la sencillez de su manejo. Tienen dos movimientos: El

derotacin de labroca que le imprime elmotor elctrico de la mquina a travs de

unatransmisin porpoleas yengranajes, y el deavance de penetracin de la

broca, que puede realizarse de forma manual sensitiva o de forma automtica, si

incorpora transmisin para hacerlo.

Segn el tipo de energa que utiliza el taladro puede ser:

Manual Elctrico

Neumtico

Hidrulico

Con Motor de combustin interna
http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_herramientahttp://es.wiktionary.org/wiki/es:agujerohttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_de_rotaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Brocahttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Transmisi%C3%B3n_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Poleahttp://es.wikipedia.org/wiki/Engranajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Avancehttp://es.wikipedia.org/wiki/Avancehttp://es.wikipedia.org/wiki/Engranajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Poleahttp://es.wikipedia.org/wiki/Transmisi%C3%B3n_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Brocahttp://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_de_rotaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quinahttp://es.wiktionary.org/wiki/es:agujerohttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_herramienta



3

Segn el mecanismo de la herramienta los taladros pueden ser:

-Manuales

-Elctricos convencionales con cable

-Elctricos convencionales sin cable -Taladros percutores

-De Columna

-Radiales

Taladros manuales

Barrena. Consiste bsicamente en una broca con un mango que permite el giro. A

pesar de su antigedad contina usndose en carpintera por su sencillez y

agilidad de uso, principalmente sobre materiales muy blandos y para perforaciones

de poca precisin.

Berbiqu. Es considerado como el predecesor del taladro. Actualmente se utilizamuy poco.

Taladro manual de pecho. Tambin en desuso. Respecto al berbiqu el taladro de

pecho incorpora un engranaje que aumenta la velocidad de la broca. Adems

permita hacer presin con el pecho para facilitar el avance de la broca.

Figura 2. Taladro manual de pecho
http://www.taladrosybrocas.com/wp-content/uploads/2010/09/Taladro-antiguo.jpghttp://www.taladrosybrocas.com/wp-content/uploads/2010/09/Taladro-antiguo.jpg



4

Taladros elctricos convencionales con cable

La incorporacin del motor elctrico al mundo del taladro supuso una revolucin

en la comodidad, eficiencia, precisin y calidad de los agujeros realizados.

Tambin proporcionan otras funciones como la de pulir, atornillar o lijar superficies

segn los distintos tipos de brocas o accesorios que se acoplen al taladro.

Taladros sin cable

Un taladro elctrico sin cable proporciona una mayor comodidad y autonoma por

medio de una batera.

Sin embargo puede ofrecer menos potencia que los taladros con cable.

Taladro Percutor

Este tipo de taladros ofrecen la posibilidad de seleccionar un movimiento de

percusin combinado con el de rotacin. Esto facilita la perforacin de materiales

muy duros como el hormign.

Taladros de columna

Compuesto por una mesa sujeta a un eje sobre la cual se sita el material a

perforar (ver figura 4). El movimiento rotatorio de la broca es accionado por un

motor normalmente de induccin mientras que el movimiento vertical o de avance

Figura 3.Taladro sin cable
http://www.taladrosybrocas.com/wp-content/uploads/2010/09/Taladro-sin-cable.jpghttp://www.taladrosybrocas.com/wp-content/uploads/2010/09/Taladro-sin-cable.jpg



5

es realizado manualmente con una palanca de profundidad. Permite realizar

agujeros de alta precisin y calidad.

Taladro Radial

A diferencia del taladro de columna, el husillo puede ser ubicado y sujetado a

distintas distancias de la columna. Asimismo, el brazo que sujeta el cabezal puede

girar alrededor de la misma columna. El taladro radial es una herramienta muy

verstil que ofrece un amplio abanico de posibilidades. Es especialmente

apropiado para perforar objetos de gran tamao.

Estado del arte

A lo largo de los aos se han realizado diversos proyectos de automatizacin, a

continuacin se muestra algo de lo ms reciente y de una forma sintetizada.

TITULO AUTOR AO/

LUGAR

APORTACIN

TALADRO

AUTOMTICO

Claudia V.

Guzmn

Cuellar

Jos L.

Hermosillo

2008/

Mxico

El diseo del proyecto que

est basado en el

microcontrolador MC68705 de

Motorola, como elemento

principal de control electrnico,

Figura 4. Taladro de columna
http://www.taladrosybrocas.com/wp-content/uploads/2010/09/Taladro-de-columna1.jpghttp://www.taladrosybrocas.com/wp-content/uploads/2010/09/Taladro-de-columna1.jpg



6

Camarena

Guillermo G.

Ornelas

Luis E.Rodrguez

Contreras

se comienza con la aplicacin

de PICs para la

automatizacin de procesos.

Tabla 1.Estado del arte

Planteamiento del problema

De entorno:

Cuando un operador realiza un barrenado, puede llegar a sufrir lesiones o las

piezas pueden contener defectos y, debido a esto no cumplir con los

requerimientos de calidad, en consecuencia se tiene la siguiente pregunta: Cmo

puede hacerse para mantener la seguridad y cuidar la integridad fsica del

operador as como mantener la calidad deseada en las piezas y reducir costos?

De ingeniera:

El control de sistema de barrenado por taladrado usualmente es controlado

mediante PLC, podr ser controlado de manera eficiente mediante un PIC?

Objetivo general

Realizar un prototipo que muestre la automatizacin de un taladro neumtico en el

proceso de barrenado de piezas controlado mediante un microcontrolador PIC,

mejorando su precisin.

Objetivos especficos

Adquirir conocimientos fundamentales de las tecnologas Neumtica tanto

en un plano terico como prctico.

Conocer las ventajas e inconvenientes de los accionamientos neumticos

frente a los accionamientos elctricos.



7

Realizar el diseo del sistema en Solidworks.

Demostrar la eficiencia del control mediante un PIC en el proceso de

barrenado de piezas.

Realizar la documentacin correspondiente al desarrollo del prototipo.

Finalizar el prototipo con un funcionamiento ptimo.

Presentacin de un prototipo que cumpla con lo requerido en tiempo y

forma.

Elaboracin de un sustento terico.

Conocer el funcionamiento de los principales elementos (actuadores,

vlvulas etc.) y su cometido en los circuitos ms habituales de ambas

tecnologas Conocer la simbologa utilizada en los circuitos de las dos tecnologas. Ser

capaz de entender y concebir circuitos que den respuesta a procesos

sencillos.

Manejar un programa de simulacin para el anlisis y diseo de los circuitos

de ambas tecnologas.

Ser capaz de automatizar procesos sencillos en los que intervienen estas

tecnologas, utilizando para ello microcontrolador.Hiptesis

Si se dispone de un taladro automatizado como una herramienta que facilite el

barrenado de piezas entonces, se puede mejorar la calidad del producto as como

obtener una completa seguridad y, si se implementa el control mediante un PIC,

se puede reducir el costo del proceso.

Justificacin

A menudo, se pierde mucho tiempo en el barrenado de piezas, esto se da porque

no es una operacin tan fcil ni rpida de hacer, esto afecta a la produccin dado

que en ocasiones se retrasa la entrega o existe mucho desperdicio de material

debido a las bajas condiciones de calidad.



8

Otro factor importante por el cual se desea automatizar el proceso de barrenado

son los accidentes que puede llegar a causar en el personal.

Es por esto que se pretende automatizar el taladro mediante el uso de sensores,

vlvulas cilindros y un PLC, para que de esta manera se pueda asegurar el

proceso y se realice de una manera correcta sin prdidas de tiempo.

Delimitaciones

Se realiza el prototipo del sistema de barrenado de piezas en un modelo a

escala.

El sistema es utilizado slo para el barrenado de piezas. Se utiliza el control mediante PIC sustituyendo al control con PLC.



9

Captulo II: Marco terico

Generalidades de la neumtica

Introduccin

Hoy en da la automatizacin industrial, a travs de componentes neumticos, es

una de las soluciones ms sencillas, rentables y con mayor futuro de aplicacin en

la industria, por lo que alcanzar un dominio en el conocimiento de esta tcnica

requiere una gran inversin de ciencias como fundamentos fsicos, neumtica y

electroneumtica, mecnica de fluidos, el dominio de simuladores neumticos,

entre otros.

Sin embargo, este captulo presenta de forma resumida las aplicaciones de la

neumtica en las industrias, los principales software utilizados en la simulacin

neumtica, ventajas y desventajas de la neumtica y tendencias actuales de la

misma.

Principales aplicaciones de la neumtica en las industrias

Dentro de la industria, son numerosas las tcnicas utilizadas en la implementacin

de un sistema de automatizacin a travs de la tecnologa neumtica, debido a

que es una tcnica de fcil obtencin, el aire comprimido es empleado en la mayor

parte de las maquinarias modernas puesto que mejora el rendimiento productivo

dentro de la industria.

La tecnologa neumtica tiene como enfoque el estudio del comportamiento y

aplicacin del aire comprimido, ya que ciertas caractersticas de este lo convierten

en una herramienta til para la fabricacin y produccin.

Son las industrias que han implementado esta tecnologa como por ejemplo en la

industria de lcteos, la neumtica es utilizada para el envasado y taponado,



10

etiquetaje de botellas. En la industria de aceros es utilizada para taladrar (mando

para sujecin y avance neumtico en un dispositivo de taladrar), mando de

balanzas (dispositivo de envasado dependiente de la posicin de la aguja de la

balanza mediante detectores de proximidad), acabado superficial, transformar

(desbarbado de fundicin en piezas de aluminio), dispositivo de doblado

automtico.

En la industria procesadora de tableros de aglomerado la tecnologa neumtica es

empleada para impulsar la cierra de corte de tableros aglomerado MDF.

Principales programas utilizados en la simulacin neumtica

La automatizacin a travs de la neumtica tiene como fin aumentar la

competitividad de la industria por lo que requiere la utilizacin de nuevas

tecnologas, razn por la cual muchas de las industrias ecuatorianas capacitan a

sus tcnicos tanto con la utilizacin de software simuladores como prcticas en

sus reas de trabajo puesto que cada vez es ms necesario que toda persona

relacionada con la produccin industrial tenga conocimientos sobre la

manipulacin de sistemas neumticos.

Dentro de los programas utilizados enunciamos los siguientes:

Automation Studio (FAMIC TECHNOLOGIES INC).

Pneusim Pro (en ingls SIMPRO).

FluidSim Neumatics (Espaol, ingls. FESTO)

El ms reconocido y utilizado en las industrias es el simulador FluidSIM el cualposee una amplia informacin capaz de servir como material didctico para la

enseanza y simulacin de circuitos neumticos.



11

Ventajas y desventajas de la neumtica

La neumtica es una fuente de energa de fcil obtencin y tratamiento para el

control de mquinas y otros elementos sometidos a movimientos, motivado a

varias de las industrias ecuatorianas a implementar dicha tecnologa en algunosde sus procesos.

La neumtica ofrece en la industria ventajas de operacin considerables en la

elaboracin de sus productos tales como: disponibilidad compresibilidad y

mantenimiento fcil del aire, facilidad de transporte, es a prueba de incendios y

explosiones y es de fcil control. La fuerza neumtica puede realizar muchas

funciones mejor y ms rpidamente, de forma ms regular y sobre todo durantems tiempo sin sufrir los efectos de la fatiga. Se considera que los circuitos

neumticos son sencillos, de fcil instalacin y aplicacin en la industria. Esta

tecnologa tiene su ventaja ms importante en la flexibilidad y variedad de

aplicaciones en casi todas las ramas de la produccin industria.

La neumtica tiene como deficiencia que en circuitos muy extensos se producen

prdidas de cargas considerables, generando altos niveles de ruidos producidos

por la descarga del aire hacia la atmsfera, las presiones a las que trabajan

normalmente no permiten aplicar grandes fuerzas, no cuenta con mucha potencia

y exactitud en sus operaciones; aun as es un excelente medio y tal vez la mejor

opcin, dependiendo de las caractersticas del trabajo, para suministrar energa.

Tendencias actuales de la neumtica

En la actualidad las tendencias actuales de manejo de la neumtica estn dirigidas

a la construccin de robots de automatizacin o industriales, siendo en estos

utilizados conjuntamente los sistemas neumticos con, sistemas elctricos e

informticos en aplicaciones de automatizacin fija y en serie, y por otro lado en

aplicaciones en mecanismos de trabajo en mquinas herramientas.



12

Es as que el uso principal que le da la ltima tecnologa a la neumtica aplicada

en robots neumticos en la manipulacin de elementos de reducido peso y que

necesiten una velocidad de traslacin alta.

En mquinas herramientas se est utilizando la fuerza de la neumtica paraaprovechar la misma en desplazamientos rectilneos y giratorios de piezas a

mecanizar o de herramientas de trabajo, fijacin, patrones de verificacin. Es

necesario mencionar que la creacin y construccin de estos robots y

mecanismos es de un valor econmico elevado por lo que su utilizacin no es muy

difundida y aplicada en producciones tpicas de bajo presupuesto.

La neumtica tiene una aplicacin total en el mbito industrial que va desde gras

neumticas hasta la aplicacin de componentes de seguridad en la industriaautomotriz (sistemas de frenado, suspensiones, etc.).

Esta valiosa tecnologa no solo est siendo aplicada en pases desarrollados, sino

tambin en aquellas industrias que estn en sus inicios o en procesos de

crecimiento, ya que la neumtica promete a la industria y a sus procesos de

fabricacin un medio ms barato de automatizacin, lo cual si se utiliza de manera

inteligente, puede traer como resultado bajas en los costos de produccin.

En la actualidad la neumtica conlleva el uso del aire a presin o en depresin

como fuente de energa, para transformarla en energa mecnica visible en

movimientos.

Aire comprimido como portador de energa, generacin, preparacin y distribucin.

El aire comprimido es la mayor fuente de potencia en la industria con mltiples

ventajas. Es segura, econmica, fcil de transmitir movimientos con velocidad.

Su aplicacin es muy amplia para un gran nmero de industrias. Algunasaplicaciones son prcticamente imposibles con otros medios energticos. El costo

del aire comprimido es relativamente econmico frente a las ventajas de la

productividad que representa



13

Para garantizar la fiabilidad de un mando neumtico es necesario que el aire

alimentado al sistema tenga un nivel de calidad suficiente. Ello implica considerar

los siguientes factores: presin correcta, aire seco, aire limpio.

Si no se acatan estas condiciones, es posible que se originen tiemposprolongados de inactivacin de las mquinas y, adems, aumentarn los costos

de servicio.

En la prctica se presentan muy a menudo los casos en que la calidad del aire

comprimido desempea un papel primordial. Las impurezas en forma de partculas

de suciedad u xido, residuos de aceite, lubricante y humedad dan origen muchas

veces a averas en las instalaciones neumticas y la destruccin de los elementos

neumticos.

Una clasificacin en grados de calidad segn sea el tipo de aplicacin es el

camino para poder tener un catlogo que nos permita elegir una presencia

correcta segn sea la experiencia. (Ver anexo 1).

Una clasificacin en grados de calidad y una especificacin de los diferentes tipos

de aplicacin ayudan a la determinacin de la calidad correcta en cada caso, (Ver

anexo 2).

Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presin del

aire al valor de trabajo deseado. Los mecanismos y mandos neumticos se

alimentan desde una estacin central.

En un sistema de obtencin de aire comprimido se pueden distinguir las siguientes

estaciones de tratamiento del aire:

Filtrado

Enfriado Secado

Separacin de impurezas slidas, liquidas o de vapor de agua.

El equipamiento necesario para la generacin y preparacin del aire depende de

los requisitos y exigencias de calidad del aire comprimido de acuerdo a la



14

estaciones de obtencin del mismo relacionando el tipo de contaminacin que

pueda tener y elemento de preparacin segn se aprecia en el anexo 3.

Consumo de aire

La energa del aire comprimido que alimenta los cilindros se consume

transformndose en trabajo. El aire comprimido ya utilizado fluye a la atmosfera

por el escape durante la carrera de retroceso del mbolo. El clculo del consumo

de aire se explica a continuacin:

Actuadores neumticos: generalidades

Se denominan actuadores a aquellos elementos que pueden provocar un efecto

sobre un proceso o automatizado y neumticos haciendo referencia a la fuerza de

trabajo en este caso la neumtica. A los mecanismos que convierten la energa del

aire comprimido en trabajo mecnico se les denomina actuadores neumticos.

Aunque en esencia son idnticos a los actuadores hidrulicos, el rango de

compresin es mayor en este caso, a adems de que hay una pequea diferencia

en cuanto al uso y en lo que se refiere a la estructura, debido a que estos tienen

poca viscosidad.

Los actuadores debido a sus propiedades son utilizados en una infinidad de usos

tanto industriales como de instrumentacin. En el anexo 4 se muestra los

principales componentes que utilizan fuerza neumtica para su trabajo

dependiendo del tipo movimiento.



15

Cilindros neumticos: conceptos y definicin

Son dispositivos motrices en equipos neumticos que transforman energa esttica

del aire a presin, haciendo avances y retrocesos en una direccin rectilnea. Se

utilizan ampliamente en el campo de la automatizacin para el desplazamiento

alimentacin o elevacin de materiales o elementos de las mismas mquinas.

Existen diversos tipos de cilindros de acuerdo al trabajo al que van a ser

sometidos, relacionando caractersticas y espacio de trabajo entre los ms

utilizados estn:

Cilindro de simple efecto

En este tipo de cilindro el esfuerzo neumtico va en un solo sentido el otro serealiza por un resorte o fuerzas exteriores, en la Figura 5 se observa su principio

constructivo.

Cilindro de doble efecto

En este tipo de cilindro el esfuerzo neumtico se realiza en ambos sentidos,

teniendo dos entradas de aire comprimido una para el movimiento de avance y

otra para el movimiento de retroceso, como puede apreciar en la Figura 6.

Figura 5. Cilindro de simple efecto

Figura 6. Cilindro de doble efecto



16

Cilindro de doble efecto con vstago pasante

En este cilindro existe la a posibilidad de realizar un trabajo en ambos lados del

mismo. Adems la gua del vstago se ve favorecida por tener a ahora 2 puntos

de apoyo (ver Figura 7).

Figura 7. Cilindro de doble efecto con vstago pasante

Cilindro posicionador

En este cilindro es frecuente unir dos o ms cilindros entre s para lograr varias

posiciones en forma estable (ver Figura 8).

Figura 8. Cilindro posicionador

Caractersticas tcnicas para los cilindros neumticos

Fuerza de empuje del cilindro

La fuerza generada en el cilindro, es funcin del dimetro del embolo, de la

presin del aire comprimido y de la resistencia de rozamiento.

Como la fuerza de presin se mide en estado de reposo, la resistencia de

rozamiento corresponde al momento de arranque del embolo. En el caso ms

favorable del movimiento el rozamiento es nulo hasta el estado de reposo. Lafuerza de presin del cilindro puede calcularse por:



17

Dnde:

D= dimetro del embolo (m)

d= dimetro del vstago (m)

A= rea del embolo (

)

f= fuerza del muelle (N)

F= fuerza de presin (N)

P= presin de trabajo (Pa)



18

Velocidad del mbolo

La velocidad media del mbolo en los cilindros estndar est comprendida entre

0,1 y 1,5 m/seg (6 a 90 m/min) En los cilindros especiales, la velocidad puede

hacerse mayor. La velocidad del mbolo es funcin de la presin del aire, de lafuerza antagonista, de las secciones de las tuberas, de la longitud de las tuberas

entre la vlvula de mando y el cilindro y tambin del dimetro nominal de la vlvula

de mando. Adems la velocidad del embolo tambin puede ser afectada por

vlvulas de estrangulacin o vlvulas de escape rpido.

Carga de pandeo del vstago

En las carreras largas ha de tenerse siempre muy presente la carga de pandeo del

vstago. Los fabricantes construyen sus cilindros teniendo en cuenta ya el

aspecto, y para la generalidad de los cilindros puede escogerse en lugar del

vstago normal uno de mayor seccin. Este problema se acenta particularmente

en los cilindros con sujecin oscilante o con brida trasera para los que se

consideran las longitudes totales del cilindro y del vstago extrado.

En este caso debe prestarse mucha atencin a la longitud de apoyo; y por

consiguiente, es recomendable escoger una longitud de cilindro mayor que la

necesaria para la carrera de trabajo. Para el clculo de la carga por pandeo

permitida debe tomarse por base la frmula de Euler. El peligro de rotura por

pandeo se reduce considerablemente en los vstagos con gua adicional fuera del

cilindro.

Elementos de mando neumticos: vlvulas

Los mandos neumticos estn constituidos por elementos de sealizacin,

elementos de mando y una parte de trabajo. Los elementos de sealizacin y

mando modulan las fases de trabajo de los elementos de trabajo y se denominan

vlvulas. Las vlvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha,

el paro y la direccin, as como la presin o el caudal del fluido enviado por un

compresor de aire comprimido. En lenguaje internacional, el trmino "vlvula" o



19

"distribuidor" es el trmino general de todos los tipos tales como vlvulas

antirretorno, de bloqueo, etc.

Las vlvulas comandan e influyen sobre el flujo del medio presurizado. Ellas guan

el medio dosificado y en el momento correcto hacia los componentes que realizanun trabajo.

Dependiendo de su funcin especfica se diferencian distintos tipos de vlvulas:

Direccionales: controlan el inicio, parada, y direccin del medio presurizado.

De bloqueo: bloquean el flujo en un sentido contrario y liberan en sentido

contrario.

De caudal: influyen sobre el caudal del medio que est fluyendo.

De presin: influyen sobre la presin del medio presurizado o bien se

controlan con esta presin.

En la Figura 9 se puede apreciar un circuito neumtico en el que se utilizan 3 tipos

de vlvulas: direccionales, de cierre o bloqueo y de caudal.

Figura 9. Circuito con vlvula de caudal, de cierre y direccional



20

Electroneumtica: generalidades

En electroneumtica, la energa elctrica substituye a la energa neumtica como

el elemento natural para la generacin y transmisin de las seales de control que

se ubican en los sistemas de mando.

Los elementos nuevos y/o diferentes que entran en juego estn constituidos

bsicamente para la manipulacin y acondicionamiento de las seales de voltaje y

corriente que debern de ser transmitidas a dispositivos de conversin de energa

elctrica a la energa neumtica para lograr activacin de los actuadores

neumticos.

Dispositivos elctricos

El conjunto de elementos que debemos de introducir para lograr el accionamiento

de los actuadores neumticos son bsicamente:

Elementos de retencin

Son empleados, generalmente, para generar la seal de inicio del sistema, o en su

defecto, para realizar paros, ya sea de emergencia o slo momentneos. El

dispositivo ms comn e es el botn pulsador (ver Figura 10).

Figura 10. Pulsador

Interruptores mecnicos de final de carrera

Estos interruptores son empleados, generalmente, para ausencia de algn

elemento, por medio del contacto mecnico entre el interruptor y el elemento a ser

detectado.



21

Figura 11. Interruptor final de carrera, normalmente abierto

Vlvulas electroneumticas

El dispositivo medular en un circuito electroneumtico, es la vlvula

electroneumtica. Esta vlvula realiza la conversin de energa elctrica,

proveniente de los relevadores a energa neumtica, transmitida a los actuadoreso a alguna otra vlvula neumtica. Esencialmente consiste de una vlvula

neumtica a la cual se le adhiere una bobina sobre la cual se hace pasar una

corriente para generar un campo magntico que, finalmente, generar la

conmutacin en la corredera interna de la vlvula, generando as el cambio de

estado de trabajo de la misma, modificando las lneas de servicio. La

representacin de una vlvula electroneumtica 3/2 de regreso por resorte, es

como lo muestra la Figura 12.

Figura 12. Vlvula electroneumtica



22

Microcontrolador

Dentro de los tpicos del curso de Diseo e Implementacin de Sistemas

Digitales, se introdujo como materia del ramo, las aplicaciones y programacin de

los microcontroladores PIC, especficamente el PIC18F452, el cual se us para

crear un sistema de alarma, que tuviera caractersticas varias, como un display, en

el cual el usuario pudiera seleccionar distintas opciones desde un teclado

multiplexado, como asignar Hora/Fecha, supervisar el estado de puertas y

ventanas, etc.

En vista de que este material es nuevo, se pens en la necesidad de crear un

manual que fuese en ayuda de los futuros alumnos del ramo, como tambin de

todos aquellos que se interesen en aprender el uso del PIC.

La finalidad de este manual, es entregar las herramientas iniciales sobre el uso,

programacin y consejos que permitan crear los cimientos necesarios para que el

alumno aprenda los conocimientos bsicos y sea capaz de realizar proyectos

usando las capacidades de estos microcontroladores.

El microcontrolador PICf452

Este integrado de la familia PIC, forma parte de los circuitos integrados de

Microchip Technology Inc., que pertenece a la categora de los

microcontroladores. Presenta caractersticas muy verstiles que le permiten

aplicaciones en un gran nmero de variedades (ver figura 13)

Caractersticas Tcnicas:

Memoria Flash de 32 Kbytes.

Nmero de instrucciones: 16384.

RAM (incluida) de 1536 bytes.

Datos EEPROM 256 bytes.



23

Caractersticas Perifricas:

Posee 5 puertos I/O, de 8 bits, menos el puerto A que slo tiene 7 bits.

Compatibilidad A/D de 10 bits.

Tiene un generador de oscilacin que le brindan caractersticas de timer.

Figura 13. Configuracin del PIC 18f452

Programacin del PIC

El Kit de desarrollo trae un software en el cual se puede hacer la programacin el

PIC; en primera instancia se puede hacer directamente en lenguaje assembler

usando el set de instrucciones propio del microcontrolador, pero la dificultad de

hacerlo puede ser un tanto grande, sobre todo si no se tiene mucha experiencia en

microcontroladores, o bien, en lenguaje assembler.

Por eso, la opcin ms simple, es la programacin en lenguaje C, al cual se est

ms habituado, otra razn para programar en C, es que ste es un lenguaje de

mayor nivel; lo que implica que no es necesario tener que adaptarse a los distintos

tipos de microcontroladores. No como lo que ocurre en assembler, como este es



24

un programa de bajo nivel, implica que cada chip tiene su propio set de

instrucciones y por ende hay que adaptarse a cada uno.

Pero aparecen otras dificultades; como el procedimiento del software de aceptar la

escritura C y transformarla en instrucciones assembler.

Para ello, la solucin es la siguiente: implementar un grabador de PIC propio,

compatible para lenguaje C. El circuito de ste es simple de implementar.

El esquema del circuito fue extrado desde Internet a travs de la pgina

http://www.pablin.com.ar/; (ver figura 14) en donde adems, hay varios otras

opciones e informacin sobre microcontroladores e interesantes temas

relacionados con electrnica.

Figura 14. Diagrama del PIC

Anlisis del circuito del grabador.

Para la alimentacin, usar una fuente de voltaje de 12 v.

Vcc: corresponde al voltaje de alimentacin del PIC, 5 v.



25

Vpp: corresponde al voltaje de programacin del PIC, 12 v.

Scl: corresponde a la frecuencia de reloj.

Sda: corresponde a la entrada/salida de datos del PIC.

El LED marcado como "PIC" indica cuando no hay presencia de tensin de

programacin (VPP) en el zcalo. Cuando este LED est apagado la tensin est

presente en los zcalos PIC. Nunca insertar o quitar microcontroladores de los

zcalos estando este indicador apagado.

Esto ocurre debido a que desde el PIN 6 llega una pequea corriente a la base del

transistor; lo que hace que ste, del estado saturacin pase a corte y deje fluir

toda la corriente colector emisor que viene a travs de la resistencia de1K.

El inversor que est presente (74LS04) tiene la misin de ser una especie de

buffer, retardando la seal y levantndola; por eso la seal es negada dos veces,

esto fue pensado para aquellas situaciones en que el cable es demasiado largo y

la seal tiende a atenuarse o a presentar ruido.

Arquitectura Harvard

Los microcontroladores PIC 18FXXX poseen arquitectura Harvard, con una

memoria de datos de 1536 Bytes, 256 bytes de EEPROM, una memoria de

programa de 16.384 Instrucciones.

El procesador

Es el elemento ms importante del microcontrolador y determina sus principales

caractersticas, tanto a nivel hardware como software.

Se encarga de direccionar la memoria de instrucciones, recibir la instruccin en su

curso, su descodificacin y la ejecucin de la operacin que implica dicha

instruccin, as como la bsqueda de los operndoos y el almacenamiento del

resultado.

Existen tres orientaciones en cuanto a la arquitectura u funcionalidad de los

procesadores actuales.



26

CISC: Un gran nmero de procesadores de procesadores usados en los

microcontroladores estn basados en la filosofa CISC (Computadores de Juego

de Instrucciones Complejo). Disponen de ms de 80 instrucciones maquina en su

repertorio algunas de las cuales sonmuy sofisticadas y potentes, requiriendo

muchos ciclos para una ejecucin.

Existen tres orientaciones en cuanto a la arquitectura y funcionalidad de los

procesadores actuales.

RISC: Tanto la industria de los computadores comerciales como la de los

microcontroladores estn decantndose hacia la filosofa RISC (Computadoresde

Juego de Instrucciones Reducido). En estos procesadores el repertorio de

maquine es muy reducido y las instrucciones son simples y, generalmente, seejecutan en un ciclo.

La sencillez y rapidez de las instrucciones permiten optimizar el hardware y el

software del procesador.

SISC: (Computadores de Juego de Instrucciones Especifico): En los

microcontroladores destinados a aplicaciones muy concretas, el juego de

instrucciones, adems de ser muy reducido, es especifico, es decir, las

instrucciones se adaptan a las necesidades de la aplicacin prevista.

El procesador del PIC18F452

El PIC18F452 tiene un procesador de alto rendimiento RISC es capaz de procesar

hasta 10MIPS (con un reloj de 40Mhz) con instrucciones de 16 Bits y un camino

de datos de 8 bits: Adems incorpora un multiplicador de 8x8 en hardware de un

solo ciclo.

La memoria de programa puede direccional hasta 32KB (FLASH) la memoria dedatos hasta 1.5KB, i una EEPROM de 256 bytes.

Las interrupciones disponen de diferentes niveles de prioridad.

Organizacin de la Memoria.



27

Memoria Interna (RAM).

La memoria interna de datos, tambin llamada archivo de registros (register file),

cada registro de la memoria tiene una direccin de 12bits, es decir que obtenemos

una capacidad de 4096 bytes. El mapa de memoria se divide en 16 bancos de 256bytes, cada uno.

La memoria de datos est dividida en dos reas. Una de ellas corresponde al

banco de Registro de Propsito General (GPR), y la otra dedicada a los Registros

de Funciones Especiales (SFR), que controlan los recursos y perifricos del

microcontrolador. Las dos reas estn repartidas en Bancos, que se selecciona n

mediante ciertos bits destinados a ese propsito que se hallan en el Registro de

Seleccin de Banco (BSR). Cuando se realiza un acceso a una posicin situadafuera de los bancos. Se ignoran los bits del BSR.

El Registro de Seleccin del banco se emplea en conmutacin de bancos en el

rea de la memoria de datos, los 4 bits bajos del BSR determina a que banco se

acceder (ver figura 15).

Figura 15. Organizacin de la memoria interna RAM



28

Memoria de Programa.

El contador de Programa PC, tiene un tamao de 21 bits y proporciona la direccin

de la instruccin a la que se accede. Con 21 bits se puede direccional hasta 2

Mbytes de memoria de programa. La memoria de programa la utilizaremos en elproyecto para el cdigo.

Los microcontroladores dotados de memoria EEPROM una vez instalados en el

circuito, pueden grabarse y borrarse cuantas veces se quiera sin ser retirados de

dicho circuito. Para ello se usan grabadores en circuito que confieren una gran

flexibilidad y rapidez a la hora de realizar modificaciones en el programa de

trabajo.

El nmero de veces que puede grabarse y borrarse una memoria EEPROM es

finito, por lo que no es recomendable una reprogramacin contina. Son muy

idneos para la enseanza y la Ingeniera de diseo.

Se va extendiendo en los fabricantes la tendencia de incluir una pequea zona de

memoria EEPROM en los circuitos programables para guardar y modificar

cmodamente una serie de parmetros que adecuan el dispositivo a las

condiciones del entorno.

La EEPROM la utilizaremos para almacenar las secuencias a enviar para el

sensor a travs del PUERTO B.

En los microcontroladores tradicionales todas las operaciones se realizan sobre el

acumulador. La salida del acumulador est conectada a una de las entradas de la

Unidad Aritmtica y Lgica (ALU), y por lo tanto ste es siempre uno de los dos

operndoos de cualquier instruccin. Por convencin, las instrucciones de simple

operando (borrar, incrementar, decrementar, complementar), actan sobre el

acumulador. La salida de la ALU va solamente a la entrada del acumulador, por lo

tanto el resultado de cualquier operacin siempre quedara en este registro. Para

operar sobre un dato de memoria, luego realizar la operacin siempre hay que

mover el acumulador a la memoria con una instruccin adicional.



29

En los microcontroladores PIC, la salida de la ALU va al registro W y tambin a la

memoria de datos, por lo tanto el resultado puede guardarse en cualquiera de los

dos destinos. En las instrucciones de doble operando, uno de los dos datos

siempre debe estar en el registro W, como ocurra en el modelo tradicional con el

acumulador. En las instrucciones de simple operando el dato en este caso se toma

de la memoria (tambin por convencin). La gran ventaja de esta arquitectura es

que permite un gran ahorro de instrucciones ya que el resultado de cualquier

instruccin que opere con la memoria, ya sea de simple o doble operando, puede

dejarse en la misma posicin de memoria o en el registro W, segn se seleccione

con un bit de la misma instruccin. Las operaciones con constantes provenientes

de la memoria de programa (literales) se realizan solo sobre el registro W. (Figura

16, Figura 17).

Figura 16. Microprocesador tradicional Figura 17. Microcontrolador PIC

Contador de programa

Este registro, normalmente denominado PC, es totalmente equivalente al de todos

los microprocesadores y contiene la direccin de la prxima instruccin a ejecutar.



30

Se incrementa automticamente al ejecutar cada instruccin, de manera que la

secuencia natural de ejecucin del programa es lineal, una instruccin despus de

la otra. Algunas instrucciones que llamaremos de control, cambian el contenido del

PC alterando la secuencia lineal de ejecucin.

Dentro de estas instrucciones se encuentran el GOTO y el CALL que permiten

cargar en forma directa un valor constante en el PC haciendo que el programa

salte a cualquier posicin de la memoria. Otras instrucciones de control son los

SKIP o salteos condicionales, que producen un incremento adicional del PC sise

cumple una condicin especfica, haciendo que el programa saltee, sin ejecutar, la

instruccin siguiente.

El PC es un registro de 21bits en los 18F452, lo que permite direccionar 2Mbytesde memoria de programa.

Puertos de Entrada/Salida.

La principal utilidad de las patitas que posee la cpsula que contiene un

microcontrolador es soportar las lneas de E/S que comunican al computador

interno con los perifricos exteriores.

Segn los controladores de perifricos que posea cada modelo de

microcontrolador, las lneas de E/S se destinan a proporcionar el soporte a las

seales de entrada, salida y control.

Los microprocesadores PIC18F452 tienen cinco puertos de entrada/salida paralelo

de usos generales llamados PUERTO A, PUERTO B, PUERTO C, PUERTO D y

PUERT E. Algunos pines de estos puertos estn multiplexados con funciones

especficas de algunos perifricos. Se puede la funcin mediante el software.

Cada puerto tiene tres registros de operacin:

-El registro TRIS que determina la direccin del puerto (1 = entrada,0 = salida).

-El registro PORT que establece los niveles ledos a los pines delpuerto.

-El registro LAT como alternativa al registro anterior.



31

Puerto A

Se trata de un puerto bidireccional de 7 bits. Mediante el registro TRISA hemos

configurados los pines de la siguiente manera:

Tabla 2: Pines Puerta A

Puerto B

Se trata de un puerto bidireccional de 8 bits. Mediante el registro TRISB hemos

configurado 2 pines como salidas para sacar las seales de control del sensor i 1

pin como entrada para recibir la salida del sensor.

Tabla 3: Pines Puerta B

Puerto C

Se trata de un puerto bidireccional de 8 bits. Mediante el registro TRISC



32

Se ha configurado 2 pines como entradas por donde se envan los datos de la

comunicacin I2C, y hemos configurado 5 pines como salida que van hacia la A/D

externa.

Tabla 4: Pines Puerta C

Puerto D

Se trata de un puerto bidireccional de 8 bits. Mediante e l registro TRISD solo

hemos configurado un pin como salida que va hacia la A/D externa.

Tabla 5: Pines Puerta D

Interrupciones.

Este sistema consiste en un mecanismo por el cual un evento interno o externo,

asincrnico respecto del programa, puede interrumpir la ejecucin de ste

produciendo automticamente un salto a una subrutina de atencin, de manera



33

que pueda atender inmediatamente el evento, y retomar luego la ejecucin del

programa exactamente en donde estaba al momento de ser interrumpido. Este

mecanismo es muy til por ejemplo para el manejo de timers o rutinas que deben

repetirse peridicamente (refresh de display, antirebote de teclado, etc.), deteccin

de pulsos externos, recepcin de datos, etc.

Funcionamiento

En los 18FXX las interrupciones se comportan casi exactamente igual que las

subrutinas. Desde el punto de vista del control del programa, al producirse una

interrupcin se produce el mismo efecto que ocurrira si el programa tuviese un

CALL 0004h en el punto en que se produjo la interrupcin. En uno de los registros

de control del sistema de interrupciones existe un bit de habilitacin general deinterrupciones GIE, que debe ser programado en 1 para que las interrupciones

puedan actuar. Al producirse una interrupcin, este bit se borra automticamente

para evitar nuevas interrupciones. La instruccin RETFIE que se utiliza al final de

la rutina de interrupcin, es idntica a un retorno de subrutina, salvo que adems

coloca en uno automticamente el bit GIE volviendo a habilitar las interrupciones.

Dentro de la rutina de interrupcin, el programa deber probar el estado de los

flags de interrupcin de cada una de las fuentes habilitadas, para detectar cual fue

la que causo la interrupcin y as decidir qu accin tomar. (Figura 18)

Figura 18. Lgica de las interrupciones



34

Perro guardin o Watchdog.

Cuando el computador personal se bloquea por un fallo del software u otra causa,

se pulsa el botn del reset y se reinicializa el sistema. Pero un microcontrolador

funciona sin el control de un supervisor y de forma continuada las 24 horas del da.El Perro guardin consiste en un temporizador que, cuando se desborda y pasa

por 0, provoca un reset automticamente en el sistema.

Se debe disear el programa de trabajo que controla la tarea de forma que

refresque o inicialice al Perro guardin antes de que provoque el reset. Si falla el

programa o se bloquea, no se refrescar al Perro guardin y, al completar su

temporizacin, ladrar y ladrar hasta provocar el reset.

Estado de reposo o de bajo consumo.

Son abundantes las situaciones reales de trabajo en que el microcontrolador debe

esperar, sin hacer nada, a que se produzca algn acontecimiento externo que le

ponga de nuevo en funcionamiento. Para ahorrar energa, (factor clave en los

aparatos porttiles), los microcontroladores disponen de una instruccin especial

(SLEEP en los PIC), que les pasa al estado de reposo o de bajo consumo, en el

cual los requerimientos de potencia son mnimos. En dicho estado se detiene el

reloj principal y se congelan sus circuitos asociados, quedando sumido en un

profundo sueo el microcontrolador. Al activarse unainterrupcin ocasionada por

el acontecimiento esperado, el microcontrolador se despierta y reanuda su trabajo.

Encapsulado.

El PIC18F452 est disponible en varios formatos nosotros utilizaremos el

encapsulado DIP.

Este es el encapsulado ms empleado en montajes por taladro pasante en placa.Este puede ser cermico (marrn) o de plstico (negro). Un dato importante en

todos los componentes es la distancia entre patillas que poseen, en los circuitos

es de vital importancia este dato, as en este tipo el estndar se establece en 0,1

pulgadas (2,54 mm).



35

Tabla 6: Pines del microcontrolador

Oscilador.

Todos los microcontroladores disponen de un circuito oscilador que genera una

onda cuadrada de alta frecuencia, que configura los impulsos de reloj usados en la

sincronizacin de todas las operaciones del sistema.

Generalmente, el circuito de reloj est incorporado en el microcontrolador y solo se

necesitan unos pocos componentes exteriores para seleccionar y estabilizar la

frecuencia de trabajo. Dichos componentes suelen consistir en un cristal de cuarzo

junto a elementos pasivos o bien un resonador cermico o una red R-C.

Aumentar la frecuencia de reloj supone disminuir el tiempo en que se ejecutan las

instrucciones pero lleva aparejado un incremento del consumo de energa.

Puertos de Comunicacin.

Para dotar al microcontrolador de la posibilidad de comunicarse con otros

dispositivos externos, otros buses de microprocesadores, buses de sistema, buses



36

de redes y poder adaptarlos con otros elementos bajo otras normas y protocolos

algunos modelos disponen de recursos que se lo permiten.

Mdulo MSSP

EL mdulo MSSP (Master Synchronous Port) es un puerto de comunicacin serial

sncrona half y full duplex y orientado para comunicaciones con componentes

externos.

Puede funcionar en dos modos de comunicacin:

-SPI Serial Peripheral Interface

-I2C Inter-Integrated Circuit

Mdulo Usart

El Puerto USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter) es

un puerto serial orientado a establecer comunicacin con equipos con protocolo

EIA-232.

Hasta 2 puertos seriales Usart pueden estar incorporados en algunos PIC18.Cada

puerto serial puede ser configurado en forma distinta.

Puede funcionar en los siguientes modos

-Asncrono - Full Duplex

-Sncrono Master - Half Duplex

-Sncrono Slave - Half Duplex

En nuestro caso utilizaremos el modo asncrono ya que es el estndar del puerto

RS-232 de cualquier ordenador.

Asncrono (full-duplex )

La comunicacin es bidireccional. La patota RC6/TX acta como lnea de

transmisin y la RC7/RX como lnea de recepcin. Cada dato lleva un bit de inicio

y otro de stop. En este modo se transmiten tramas de 10 bits con codificacin



37

NRZ, es decir tenemos un bit de inicio a nivel bajo, 8 bits de datos y un bit final de

trama a nivel alto.

Sincrono (semiduplex)

Comunicacin unidireccional. Una sola lnea para los datos que se implementan

sobre la patita RC7/RX. En el modo master la seal de reloj sale por la patita

RC6/TX. En el modo esclavo entra por ella (figura 19).

Figura 19. Diagrama de bloques del transmisor de la USART

TRIAC

El TRIAC es un dispositivo semiconductor de tres terminales que se usa para

controlar el flujo de corriente promedio a una carga, con la particularidad de que

conduce en ambos sentidos y puede ser bloqueado por inversin de la tensin o al

disminuir la corriente por debajo del valor de mantenimiento. El TRIAC puede ser

disparado independientemente de la polarizacin de puerta, mediante una

corriente de puerta positiva o negativa.

Figura 20. Smbolo del TRIAC.



38

En la Figura 20 se muestra el smbolo esquemtico e identificacin de las

terminales de un triac, la nomenclatura nodo 2 (A2) y nodo 1 (A1) pueden ser

reemplazados por Terminal Principal 2 (T2) y Terminal Principal 1 (T1)

respectivamente.

Estructura

La estructura contiene seis capas como se indica en la figura 21, aunque funciona

siempre como un tiristor de cuatro capas. En sentido T2-T1 conduce a travs de

P1N1P2N2 y en sentido T1-T2 a travs de P2N1P1N4. La capa N3 facilita el

disparo con intensidad de puerta negativa. La complicacin de su estructura lo

hace ms delicado que un tiristor en cuanto a di/dt y dv/dt y capacidad para

soportar sobre intensidades. Se fabrican para intensidades de algunos amperios

hasta unos 200 (A) eficaces y desde 400 a 1000 (V) de tensin de pico

repetitivo. Los TRIAC son fabricados para funcionar a frecuencias bajas; los

fabricados para trabajar a frecuencias medias son denominados alternistores.

El TRIAC acta como dos rectificadores controlados de silicio (SCR) en paralelo

Figura 3, este dispositivo es equivalente a dos "latchs"( transistores conectados

con realimentacin positiva, donde la seal de retorno aumenta el efecto de la

seal de entrada).

Figura 21. Estructura bsica del TRIAC.

La diferencia ms importante que se encuentra entre el funcionamiento de un

TRIAC y el de dos tiristores es que en este ltimo caso cada uno de los

dispositivos conducir durante medio ciclo si se le dispara adecuadamente,



39

bloquendose cuando la corriente cambia de polaridad, dando como resultado una

conduccin completa de la corriente alterna. El TRIAC, sin embargo, se bloquea

durante el breve instante en que la corriente de carga pasa por el valor cero, hasta

que se alcanza el valor mnimo de tensin entre T2 y T1, para volver de nuevo a

conducir, suponiendo que la excitacin de la puerta sea la adecuada.

Esto implica la prdida de un pequeo ngulo de conduccin, que en el caso de

cargas resistivas, en las que la corriente est en fase con la tensin, no supone

ningn problema. En el caso de cargas reactivas se debe tener en cuenta, en el

diseo del circuito, que en el momento en que la corriente pasa por cero no

coincide con la misma situacin de la tensin aplicada, apareciendo en este

momento unos impulsos de tensin entre los dos terminales del componente

(figura 22).

Figura 22. Configuracin del TRIAC

Mtodos de disparo

El TRIAC posee dos nodos denominados (MT1 y MT2) y una compuerta G. La

polaridad de la compuerta G y la polaridad del nodo 2, se miden con respecto al

nodo 1.

El triac puede ser disparado en cualquiera de los dos cuadrantes I y III mediante la

aplicacin entre los terminales de compuerta G y MT1 de un impulso positivo o

negativo. Esto le da una facilidad de empleo grande y simplifica mucho el circuito

de disparo. Veamos cules son los fenmenos internos que tienen lugar en los

cuatro modos posibles de disparo.



40

El primer modo del primer cuadrante designado por I (+), es aquel en que la

tensin del nodo MT2 y la tensin de la compuerta son positivas con respecto al

nodo MT1 y este es el modo ms comn (Intensidad de compuerta entrante).

La corriente de compuerta circula internamente hasta MT1, en parte por la unin

P2N2 y en parte a travs de la zona P2. Se produce la natural inyeccin de

electrones de N2 a P2, que es favorecida en el rea prxima a la compuerta por la

cada de tensin que produce en P2 la circulacin lateral de corriente de

compuerta. Esta cada de tensin se simboliza en la figura por signos + y -. Parte

de los electrones inyectados alcanzan por difusin la unin P2N1 que bloquea el

potencial exterior y son acelerados por ella inicindose la conduccin.

Disparo por corriente continua

En este caso la tensin de disparo proviene de una fuente de tensin continua

aplicada al TRIAC a travs de una resistencia limitadora de la corriente de puerta.

Es necesario disponer de un elemento interruptor en serie con la corriente de

disparo encargado de la funcin de control, que puede ser un simple interruptor

mecnico o un transistor trabajando en conmutacin(ver figura 23).

Este sistema de disparo es el normalmente empleado en los circuitos electrnicos

alimentados por tensiones continuas cuya funcin sea la de control de unacorriente a partir de una determinada seal de excitacin, que generalmente se

origina en un transductor de cualquier tipo.

Figura 23. Disparo de corriente continua del TRIAC



41

Disparo por corriente alterna.

El disparo por corriente alterna se puede realizar mediante el empleo de un

transformador que suministre la tensin de disparo, o bien directamente a partir de

la propia tensin de la red con una resistencia limitadora de la corriente de puertaadecuada y algn elemento interruptor que entregue la excitacin a la puerta en el

momento preciso (figura 24).

Figura 24. Disparo por corriente alterna del TRIAC

Caractersticas generales y aplicaciones

La versatilidad del TRIAC y la simplicidad de su uso le hacen ideal para unaamplia variedad de aplicaciones relacionadas con el control de corrientes alternas.

Una de ellas es su utilizacin como interruptor esttico ofreciendo muchas

ventajas sobre los interruptores mecnicos convencionales, que requieren siempre

el movimiento de un contacto, siendo la principal la que se obtiene como

consecuencia de que el TRIAC siempre se dispara cada medio ciclo cuando la

corriente pasa por cero, con lo que se evitan los arcos y sobre tensiones derivadas

de la conmutacin de cargas inductivas que almacenan una determinada energa

durante su funcionamiento.

Resumiendo, algunas caractersticas de los TRIACS:

-El TRIAC conmuta del modo de corte al modo de conduccin cuando se inyecta

corriente a la compuerta. Despus del disparo la compuerta no posee control



42

sobre el estado del TRIAC. Para apagar el TRIAC la corriente andica debe

reducirse por debajo del valor de la corriente de retencin Ih.

-La corriente y la tensin de encendido disminuyen con el aumento de temperatura

y con el aumento de la tensin de bloqueo.

-La aplicacin de los TRIACS, a diferencia de los Tiristores, se

encuentra bsicamente en corriente alterna. Su curva caracterstica refleja un

funcionamiento muy parecido al del tiristor apareciendo en el primer y tercer

cuadrante del sistema de ejes. Esto es debido a su bidireccionalidad.

-La principal utilidad de los TRIACS es como regulador de potencia entregada a

una carga, en corriente alterna.

Caractersticas del TRIAC empleado en el prototipo: 2N 6075BG

Taladro

El taladro es unamquina herramienta donde se mecanizan la mayora de

losagujeros que se hacen a las piezas en los talleres mecnicos. Destacan

estasmquinas por la sencillez de su manejo. Tienen dos movimientos: El

derotacin de labroca que le imprime elmotor elctrico de la mquina a travs de

unatransmisin porpoleas yengranajes, y el deavance de penetracin de la

broca, que puede realizarse de forma manual sensitiva o de forma automtica, si

incorpora transmisin para hacerlo.

Se llama taladrar a la operacin demecanizado que tiene por objeto producir

agujeros cilndricos en una pieza cualquiera, utilizando como herramienta

unabroca. La operacin de taladrar se puede hacer con un taladro porttil, con

una mquina taladradora, en untorno, en unafresadora, en uncentro de

mecanizado CNC o en unamandrinadora.

De todos los procesos de mecanizado, el taladrado es considerado como uno de

los procesos ms importantes debido a su amplio uso y facilidad de realizacin,

puesto que es una de las operaciones de mecanizado ms sencillas de realizar y

que se hace necesario en la mayora de componentes que se fabrican.
http://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_herramientahttp://es.wiktionary.org/wiki/es:agujerohttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quinahttp://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_de_rotaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Brocahttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Transmisi%C3%B3n_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Poleahttp://es.wikipedia.org/wiki/Engranajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Avancehttp://es.wikipedia.org/wiki/Mecanizadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Brocahttp://es.wikipedia.org/wiki/Tornohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fresadorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Control_num%C3%A9rico_por_computadorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Control_num%C3%A9rico_por_computadorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mandrinadorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mandrinadorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Control_num%C3%A9rico_por_computadorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Control_num%C3%A9rico_por_computadorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Fresadorahttp://es.wikipedia.org/wiki/Tornohttp://es.wikipedia.org/wiki/Brocahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mecanizadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Avancehttp://es.wikipedia.org/wiki/Engranajehttp://es.wikipedia.org/wiki/Poleahttp://es.wikipedia.org/wiki/Transmisi%C3%B3n_mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Brocahttp://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_de_rotaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quinahttp://es.wiktionary.org/wiki/es:agujerohttp://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A1quina_herramienta



43

Las taladradoras descritas en este artculo, se refieren bsicamente a las

utilizadas en lasindustrias metalrgicas para elmecanizado demetales, otros

tipos de taladradoras empleadas en la cimentaciones de edificios y obras pblicas

as como ensondeos mineros tienen otras caractersticas muy diferentes y sern

objeto de otros artculos especficos.

Produccin de agujeros

Los factores principales que caracterizan un agujero desde el punto de vista de su

mecanizado son:

-Dimetro

-Calidad superficial ytolerancia

-Material de la pieza

-Material de la broca

-Longitud del agujero

-Condiciones tecnolgicas del mecanizado

-Cantidad de agujeros a producir

-Sistema de fijacin de la pieza en el taladro.

Casi la totalidad de agujeros que se realizan en las diferentes taladradoras que

existen guardan relacin con la tornillera en general, es decir la mayora de

agujeros taladrados sirven para incrustar los diferentes tornillos que se utilizan

para ensamblar unas piezas con otras de los mecanismos o mquinas de las que

forman parte.

Segn este criterio hay dos tipos de agujeros diferentes los que son pasantes yatraviesan en su totalidad la pieza y los que son ciegos y solo se introducen una

longitud determinada en la pieza sin llegarla a traspasar, tanto unos como otros

pueden ser lisos o pueden ser roscados.
http://es.wikipedia.org/wiki/Metalurgiahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mecanizadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sondeo_geot%C3%A9cnicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Rugosidad_(mec%C3%A1nica)http://es.wikipedia.org/wiki/Tolerancia_de_fabricaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Tolerancia_de_fabricaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Rugosidad_(mec%C3%A1nica)http://es.wikipedia.org/wiki/Sondeo_geot%C3%A9cnicohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mecanizadohttp://es.wikipedia.org/wiki/Metalurgia



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Respecto de los agujeros pasantes que sirven para incrustar tonillos en ellos los

hay de entrada avellanada, para tornillos de cabeza plana, agujeros de dos

dimetros para insertar tornillos allen y agujeros cilndricos de un solo dimetro

con la cara superior refrentada para mejorar el asiento de la arandela y cabeza del

tornillo. El dimetro de estos agujeros corresponde con el dimetro exterior que

tenga el tornillo.

Respecto de los agujeros roscados el dimetro de la broca del agujero debe ser la

que corresponda de acuerdo con el tipo de rosca que se utilice y el dimetro

nominal del tornillo. En los tornillos ciegos se debe profundizar ms la broca que la

longitud de la rosca por problema de la viruta del macho de roscar (figura 25).

Figura 25. Representacin grfica de los agujeros ciegos roscados

Parmetros de corte del taladrado

Los parmetros de corte fundamentales que hay que considerar en el proceso de

taladrado son los siguientes:

Eleccin del tipo de broca ms adecuado

Sistema de fijacin de la pieza Velocidad de corte (Vc) de la broca expresada de metros/minuto

Dimetro exterior de la broca u otra herramienta

Revoluciones por minuto (rpm) del husillo portabrocas

Avance en mm/rev, de la broca
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tornillo_(Representaci%C3%B3n).png



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Avance en mm/mi de la broca

Profundidad del agujero

Esfuerzos de corte

Tipo de taladradora y accesorios adecuados

Velocidad de corte

Se define como velocidad de corte lavelocidad lineal de la periferia de la broca u

otra herramienta que se utilice en la taladradora (Escariador,macho de roscar,

etc). La velocidad de corte, que se expresa en metros por minuto (m/min), tiene

que ser elegida antes de iniciar el mecanizado y su valor adecuado depende de

muchos factores, especialmente de la calidad y tipo de broca que se utilice, de la

dureza y la maquinabilidad que tenga el material que se mecanice y de la

velocidad de avance empleada. Las limitaciones principales de la mquina son su

gama de velocidades, la potencia de los motores y de la rigidez de la fijacin de la

pieza y de la herramienta.

A partir de la determinacin de la velocidad de corte se puede determinar las

revoluciones por minuto que tendr el husillo portafresas segn la siguiente

frmula:

Donde Vces la velocidad de corte, nes la velocidad de rotacin de la herramienta

y Dces el dimetro de la herramienta.

La velocidad de corte es el factor principal que determina la duracin de la

herramienta. Una alta velocidad de corte permite realizar el mecanizado en menos

tiempo pero acelera el desgaste de la herramienta. Los fabricantes de

herramientas y prontuarios de mecanizado, ofrecen datos orientativos sobre la

velocidad de corte adecuada de las herramientas para una duracin determinada

de la herramienta, por ejemplo, 15 minutos. En ocasiones, es deseable ajustar la
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Velocidad_de_corte&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Velocidad_de_corte&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Velocidad_lineal&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Escariadorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Macho_de_roscarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Macho_de_roscarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Escariadorhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Velocidad_lineal&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Velocidad_de_corte&action=edit&redlink=1



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velocidad de corte para una duracin diferente de la herramienta, para lo cual, los

valores de la velocidad de corte se multiplican por un factor de correccin. La

relacin entre este factor de correccin y la duracin de la herramienta en

operacin de corte no eslineal.

La velocidad de corte excesiva puede dar lugar a:

Desgaste muy rpido del filo de corte de la herramienta.

Deformacin plstica del filo de corte con prdida de tolerancia del

mecanizado.

Calidad del mecanizado deficiente.

La velocidad de corte demasiado baja puede dar lugar a:

Formacin de filo de aportacin en la herramienta.

Efecto negativo sobre la evacuacin de viruta.

Baja productividad.

Coste elevado del mecanizado.

Velocidad de rotacin de la broca

Lavelocidad de rotacin del husillo portabrocas se expresa habitualmente

en revoluciones por minuto (rpm). En las taladradoras convencionales hay una

gama limitada de velocidades, que dependen de la velocidad de giro del motor

principal y del nmero de velocidades de lacaja de cambios de la mquina. En las

taladradoras de control numrico, esta velocidad es controlada con un sistema

derealimentacin que habitualmente utiliza unvariador de frecuencia y puede

seleccionarse una velocidad cualquiera dentro de un rango de velocidades, hasta

una velocidad mxima.

La velocidad de rotacin de la herramienta es directamente proporcional a la

velocidad de corte y al dimetro de la herramienta.
http://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3n_linealhttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_angularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Revoluciones_por_minutohttp://es.wikipedia.org/wiki/Caja_de_cambioshttp://es.wikipedia.org/wiki/Realimentaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Variador_de_frecuenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Variador_de_frecuenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Realimentaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Caja_de_cambioshttp://es.wikipedia.org/wiki/Revoluciones_por_minutohttp://es.wikipedia.org/wiki/Velocidad_angularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3n_lineal



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Velocidad de avance

El avance o velocidad de avance en el taladrado es la velocidad relativa entre la

pieza y la herramienta, es decir, la velocidad con la que progresa el corte. El

avance de la herramienta de corte es un factor muy importante en el proceso de

taladrado.

Cada broca puede cortar adecuadamente en un rango de velocidades de avance

por cada revolucin de la herramienta, denominado avance por revolucin(frev).

Este rango depende fundamentalmente del dimetro de la broca, de la

profundidad del agujero, adems del tipo de material de la pieza y de la calidad de

la broca. Este rango de velocidades se determina experimentalmente y se

encuentra en los catlogos de los fabricantes de brocas.

Adems esta velocidad est limitada por las rigideces de las sujeciones de la

pieza y de la herramienta y por la potencia del motor de avance de la mquina. El

grosor mximo de viruta en mm es el indicador de limitacin ms importante para

una broca.

El filo de corte de las herramientas se prueba para que tenga un valor determinado

entre un mnimo y un mximo de grosor de la viruta.

La velocidad de avance es el producto del avance por revolucin por la velocidad

de rotacin de la herramienta.

Al igual que con la velocidad de rotacin de la herramienta, en las taladradorasconvencionales la velocidad de avance se selecciona de una gama de velocidades

disponibles, mientras que las taladradoras de control numrico pueden trabajar

con cualquier velocidad de avance hasta la mxima velocidad de avance de la

mquina.



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Efectos de la velocidad de avance

Decisiva para la formacin de viruta

Afecta al consumo de potencia

Contribuye a la tensin mecnica y trmica

La elevada velocidad de avance da lugar a:

Buen control de viruta

Menor tiempo de corte

Menor desgaste de la herramienta

Riesgo ms alto de rotura de la herramienta

Elevada rugosidad superficial del mecanizado.

La velocidad de avance baja da lugar a:

Viruta ms larga

Mejora de la calidad del mecanizado

Desgaste acelerado de la herramienta

Mayor duracin del tiempo de mecanizado

Mayor coste del mecanizado

Tiempo de mecanizado

Para poder calcular el tiempo de mecanizado de un taladro hay que tener en

cuenta la longitud de aproximacin y salida de la broca de la pieza que se

mecaniza. La longitud de aproximacin depende del dimetro de la broca.

Fuerza especfica de corte

La fuerza de corte es un parmetro necesario para poder calcular la potencia

necesaria para efectuar un determinado mecanizado. Este parmetro est en

funcin del avance de la broca, de la velocidad de corte, de la maquinabilidad del

material, de la dureza del material, de las caractersticas de la herramienta y del



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espesor medio de la viruta. Todos estos factores se engloban en un coeficiente