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Ing. John Jairo Piñeros C. Tel. 057 – 311 452 4808 - [email protected]
Contenido 1. INTRODUCCIÓN ........................................................... 1
2. FÍSICA DEL AIRE ........................................................... 1
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 .................................................................. 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:
1º Elementos generadores de energía: Compresor en
Neumática y Bomba en Hidráulica.
2º Elementos de tratamiento de los fluidos: Filtros y
reguladores de presión.
3º Elementos de mando y control: Tuberías y válvulas
4º Elementos actuadores: Cilindros y motores
La diferencia más relevante viene marcada por el tipo de fluido; la Neumática utiliza aire comprimido (muy compresible) y la Hidráulica generalmente emplea aceites (prácticamente incompresibles). Por esta razón, los circuitos neumáticos son abiertos (escapes al ambiente), mientras que los hidráulicos son cerrados (escapes a un tanque). Además hay otras diferencias:
NEUMÁTICA: HIDRÁULICA:
Cargas por debajo de los 3000 Kg
Desplazamientos rápidos.
Motores de alta velocidad con más de 500.000 rpm.
Control de calidad, etiquetado, embalaje, herramientas portátiles…
Cargas elevadas tanto en actuadotes lineales como en motores de par elevado.
Control exacto de la velocidad y parada.
Industrias metalúrgicas, 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: S
FP
UNIDADES: at = Kp/cm2
= bar = 760 mm Hg = 105 Pa
(N/m2) (SI)
ECUACIÓN DE LOS GASES IDEALES: P.V = n.R.T
P (at); V (l); n (moles); R = 0,082 at.l/mol.K; T(K)
RELACIÓN DE COMPRESIÓN: entrada
salida
cP
PR
CAUDAL: Q = V/t = S.v Q(m3/s)
GUIA
DE TECNOLOGÍAS
DE LA
AUTOMATIZACION
NÚ ME RO
A B R IL 2 01 1
John Jairo Piñeros Calderón Ing. Mecatrónico
Esp. Automatización Industrial
ELECTRONEUMATICA
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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 m3/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.
compresor
depósito
Clasificación de los compresores:
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
manómetro termómetro
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).
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
Normalmente cerrada y retorno por muelle.
Frecuentemente se acciona por pulsador, pedal o palanca
como llave de paso.
válvula 3/2
Normalmente cerrada y retorno por muelle.
Frecuentemente se acciona por pulsador, pedal o palanca
como llave de arranque.
válvula 5/2
Frecuentemente gobierna el movimiento de los cilindros de simple efecto, pilotada por aire
en ambos lados.
otras válvulas
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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
Físicamente están formadas por un “cuerpo” donde se ubican los conductos internos y orificios de salida y un “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 P 1 Trabajo A, B, C,… 2, 4, 6,… Escapes R, S, T,… 3, 5, 7,… Pilotajes Z, X, Y,… 12, 14, 16,…
4º Elementos actuadores: Transforman la energía de presión del aire en energía mecánica. Pueden ser cilindros, de movimiento alternativo, o motores, de movimiento rotativo.
motor con un
sentido de giro
Cilindro de simple efecto
Salida vástago: Fs = P.S - Fm - Fr Fm = K.x
Entrada vástago: Fe = K.x - Fr
motor con doble sentido de giro
Cilindro de doble efecto
Salida vástago: Fs = P.Ss - Fr Ss = D2/4
Entrada vástago: Fe = P.Se - Fr
Se = (D2-d
2)/4
Volumen desplazado por ciclo y P de trabajo:
V = (2D2-d
2)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
PARTES VALVULA 5/2
3 ejemplos
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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
SIMBOLO Y CONTACTOS
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, ...)
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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, ...) 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,...)
FUNCIONES LOGICAS
AND (Y): SERIE OR (O): PARALELO
8. CONEXIÓN ELECTRONEUMATICA
MANDO DIRECTO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO: Al accionar S1 la bobina 1Y1 queda bajo corriente y la 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.
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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 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). 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.
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. 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.
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.
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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.
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.
Si es necesario representar los movimientos de diversos actuadores, estos se dispondrán en orden consecutivo, uno tras otro, para cada uno de los pasos.
Esta disposición proporciona una clara visión de la relación existente entre los movimientos de los diferentes actuadores en cada paso.
Práctica 2: Utilizando papel, bolígrafo y calculadora
Representa la válvula 2/2 normalmente 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: Finicio = 7069 N; Ffinal = 6769 N
Un cilindro de doble efecto, de 10 cm de carrera, cuyo émbolo y vástago tienen 8 cm y 2 cm 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: Fs = 5027 N; Fe = 4700 N; Q = 107 l/min
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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.
Una vez instalado el programa, se ejecuta y la pantalla que obtenemos es la de la figura de la derecha: Barras de título, de menús y de herramientas, como en cualquier programa bajo Windows. A la izquierda la biblioteca de elementos neumáticos que podremos utilizar.
Pulsamos en el botón nuevo y nos aparece una segunda pantalla en blanco donde podemos comenzar nuestro primer diseño. ¡Es fácil!, no hay más que arrastrar los elementos de la biblioteca que deseamos a la pantalla en blanco.
Pinchando en cada elemento, un menú contextual nos permite girarlos, cambiar sus propiedades,… También podemos introducir textos. Cablear no puede ser más sencillo.
Por último, la simulación: igual que ver un video: play, avance, retroceso, paso a paso. La regla es: Si funciona en el simulador, funciona en la realidad.
NOTA: Conviene saber que al instalar FLUIDSIM-P (neumática) y FLUIDSIM-H (Hidráulica) se crean sendas subcarpetas en la carpeta Didactic (que a su vez cuelga de Archivos de Programa, si fue allí donde se eligió la instalación), llamadas FluidSIM-P.Stud y FluidSIM-H.Stud. Dentro de cada una de ellas existen otras subcarpetas, de las que cabe destacar dos:
ct: contiene circuitos neumáticos y electroneumáticos agrupados en otras dos subcarpetas
lib: contiene la librería de componentes; se puede personalizar y es la que carga el programa por defecto.
Ver en la siguiente figura el aspecto de las carpetas:
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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 “Descripción del componente” y “Foto del componente” en el menú contextual que te sale 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)
Generadores de energía y tratamiento: Fuente de presión y unidades de mantenimiento
10. SEIS CIRCUITOS NEUMÁTICOS DE INTERÉS:
Con estos 6 ejemplos prácticos, en orden creciente de dificultad, se pretende cubrir la base de la mayoría de los circuitos neumáticos utilizados en la industria. Diseñándolos primero en papel, después simulándoles y por último implementándolos en la realidad, se cubren los contenidos de las asignaturas de Tecnología Industrial I y II que cursamos en el Bachillerato Tecnológico.
1. Estampadora neumática (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.
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).
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Además, por normativa de seguridad, todos los autobuses deben tener un pulsador exterior de apertura en caso de emergencia. El control exterior e interior van conectados por una válvula selectora de caudal (O). Por último se puede regular la velocidad de apertura y cierre.
3. Atracción de un parque temático
Estás en Port Aventura y te has montado en el tren del Oeste; al pasar cierto lugar las ruedas de la máquina pisan un pedal que provoca la salida rápida de un muñeco con forma de pistolero que después se esconde lentamente.
Ahora mejoramos la atracción con un temporizador, de forma que el pistolero va a permanecer un rato frente al
tren (el tiempo necesario para que este pase) y después se va a ocultar lentamente.
4. Percutor neumático
Herramienta que puede servir para apisonar tierra. Irá montada en un cilindro de doble efecto que mediante dos finales de carrera (en las dos posiciones extremas del vástago) hace que se genere una secuencia permanente de entrada y salida.
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5. Secuencia posible
Con dos cilindros de doble efecto A y B pretendemos hacer la secuencia A+B+A-B-. Puede ser una operación de etiquetado de botellas: las botellas avanzan por una cinta transportadora de forma que el cilindro A las sujeta mientras que el B se aproxima para etiquetarla; concluida la operación se retira la sujeción para que las botellas sigan avanzando y sube la herramienta de etiquetar.
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:
(a1 b0) ≠ (a1 b1) ≠ (a0 b1) ≠ (a0 b0)
6. Secuencia imposible
Ahora queremos otra secuencia distinta A+A-B+B-. Podría ser que el cilindro A empuja botellas abiertas hasta una cinta transportadora; una vez en la cinta, las botellas avanzan por ella de forma que otro cilindro B las va cerrando con tapones de corcho. Razonando de la misma forma que en el caso anterior llegamos a un circuito que no funciona, ya que se dan dos señales simultaneas sobre la 5/2 que comanda el cilindro B.
La realización del hojigrama nos indica que la secuencia es imposible, ya que se un par de valores correspondientes a las posiciones de las válvulas 3/2 finales de carrera:
(a0 b0) = (a0 b0)
El problema de las señales permanentes admite varias soluciones que pasan por eliminar la señal o bien anular sus efectos; así, métodos como aplicar otra señal dominante, emplear un reductor de presión, soluciones mecánicas con finales de carrera de leva rodillo unidireccional o temporizadores. Veamos una solución mecánica:
Sin embargo hay dos soluciones definitivas:
A+
B- A-
B+
a1b0
a0b0
a0b1
a1b1
A+
B- B+
A-
a1b0
a0b0
a0b1
a0b0
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+24V
0V
KA1 KA2
KA4
KA2 KA3 KA4KA1
S3 S2 S4
14
KA1 KA1 KA2 KA2 KA3 KA3 KA4
KA0
KA0ON
OFF
KA0
S1
KA3
KA4
ON
Plano Control
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2
3
4
5
12
9 6
7
13
3 8
9
14
5 3
10
15
7
Y1 Y2 Y3 Y4
0V
+24V
KA1 KA2 KA3KA4
Plano Potencia
12 13 14 15
11. MÉTODOS SECUENCIALES
Son métodos de programación que permiten la realización de secuencias de movimiento sin bloqueo de las electroválvulas.
METODO PASO A PASO MAXIMO METODO PASO A PASO MAXIMO SIMPLIFICADO O
METODO POR ANULACION DE CADENA
12. MÉTODO PASO A PASO MAXIMO
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 memorias (Relevos) como pasos seleccionados. Cada actuador activa el final de carrera y genera un cambio de grupo. Por último se procede al cableado tal y como se ve en el esquema realizado con FLUIDSIM:
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.
El último paso tiene un pulsador de inicio.
COMPONENTES
Ecuación de Movimiento con pasos y condiciones
Plano neumático (actuadores y válvulas)
Plano electroneumático de control
Plano electroneumático de potencia
Ejemplo:
En el siguiente ejemplo se aplica el método paso a paso máximo a la ecuación de movimiento señalada.
Ecuación de movimiento
Pasos I II III IV Ecuación A+ / A- / B+ / B- Condiciones S2 S1 S4 S3
Pasos = Relevos = 4 (no tener en cuenta KA0 es solo el inicial)
4 2
5
1
3
Y1 Y2
4 2
5
1
3
Y3 Y4
S1 S2 S3 S4
Plano Neumatico
A B
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13. MÉTODO PASO A PASO MAXIMO SIMPLIFICADO
COMPONENTES
Ecuación de Movimiento con pasos y condiciones
Plano neumático (actuadores y válvulas)
Plano electroneumático de control
Plano electroneumático de potencia
CONDICIONES FUNCIONAMIENTO:
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 y la última desactiva el primero.
Ejemplo:
En el siguiente ejemplo se aplica el método paso a paso máximo simplificado a la ecuación de movimiento señalada.
Ecuación de movimiento
Pasos I II III IV Ecuación A+ / B+ / B- / A- Condiciones S2 S4 S3 S1
4 2
5
1
3
Y1
4 2
5
1
3
Y2
S1 S2 S3 S4
Plano Neumatico
A B
Y1 Y2
0V
+24V
KA1 KA2
Plano PotenciaKA3KA4
10 11
Práctica 4: Diseñando circuitos con FLUIDSIM-P e implementando método paso a paso máximo.
Completa estas 3 prácticas con aplicaciones que utilicen elementos vistos hasta aquí:
o A+ B+ A- B-
o A+ B+ C+ A- B- C-
o A- C+ B+ C- A+ B-
+24V
0V
KA1 KA2 KA4
KA4
S1 S2 S3
14
KA1 KA2 KA3
KA0
KA0ON
OFF
KA0
S4
KA3
Plano Control
KA1 KA2 KA3
1 2 3 4 5 6 7 8 9
2
3
4
5
10
6
7
11
8
9
11 3
10
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14. EJEMPLOS APLICADOS
4 2
5
1
3
Y1
4 2
5
1
3
Y2
4 2
5
1
3
Y3
70%
70%
70%
70%
70%70%
ECUACIÓN DE MOVIMIENTO : A+/B+/B-/C+/C-/A-
DOBLADORA DE LAMINA
S1 S2 S3 S4 S5 S6
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:
o A+ B+ A- B-
o A+ B+ C+ A- B- C-
o A- C+ B+ C- A+ B-
+24V
ON
OFF
KA0
0V
KA0
KA0
S1
KA6
KA1
KA1 S2
KA2
KA2 S4
KA3
KA3 S5
KA6 Y1 Y2 Y3
KA1 KA2 KA4
A +
A - B -
KA6 KA3 KA5
S3
KA4
KA4 S6
KA5
KA5
B + C +
C -
KA1 KA2 KA3 KA5KA4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
2
3
4
5
14
6
7
15
8
9
15 10
11
16
12
13
16 3
14
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Ing. John Jairo Piñeros C. Tel. 057 – 311 452 4808 - [email protected]
EMPACADORA DE RODILLOS
+24V
0V
Y1 Y3
KA1 KA2
Y4
KA3
Y2
KA4
12 13 14 15
S1 S2
4 2
5
1
3
Y1 Y2
50%
50%
S3 S4
4 2
5
1
3
Y3 Y4
50%
50%
KA0
KA0
OFF
+24V
0V
KA0
KA4
KA1
KA1S1
ON
KA2
KA1 KA2
KA3
S4
C1 4
S2
KA2
KA3
C1
KA4
KA5
KA4
KA5
S3
KA5
KA4
KA4
C1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2
3
4
5
12
6
7
13
145 103 9
15
3
5
7
5
10
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15. SELECCIÓN DE COMPONETES NEUMATICOS
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.
Actuador Neumático
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)
Flanche - Pie – pivote
Soportes (flanche, pie o pivote)
Horquilla y routula
Conexión en punta opcional (horquilla, rotula)
Válvula Neumática
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)
Tubo Flexible
Diámetro (mm o plg)
Material del tubo (Nylon, polietileno o poliuretano)
Max presión de trabajo
Longitud (metros)
Racord
Racord diámetro conexión a válvula (rosca) y diámetro de conexión para tubería (ej: 1/8”x4mm es decir, conexión para válvula rosca de 1/8” y para manguera de 4 mm)
Sensor magnético
Soporte montaje sensor
16. HIDRAULICA BASICA: FÍSICA DE LOS
LÍQUIDOS
LÍQUIDOS OLEOHIDRÁULICOS: aceites derivados del petróleo
DENSIDAD: V
md
Unidades: Kg/m3
(SI); Kg/l = g/cm
3
El nº de Reynols marca el régimen turbulento o laminar
VISCOSIDAD: dy
dv
S
F µ: viscosidad absoluta
(poise); d
: viscosidad relativa (Store)
PRINCIPIO DE PASCAL:
2
2
1
1
S
F
S
F
LEY DE CONTINUIDAD:
2211 vSvS
TEOREMA DE BERNOUILLI:
2
222
2
1112
1
2
1dvpdghdvpdgh
Práctica 6: Utilizando Excel y/o Derive
1. Un cilindro de presión tiene una sección de 2,5 cm3
y una carrera de 7 cm. Se ejerce sobre él una fuerza de de 50 N (aprox. 5 Kp) se quiere determinar cuál será la fuerza resultante sobre el otro cilindro, que tiene 150 cm
2, 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//cm
2 y 5 Kp/cm
2, respectivamente. La
densidad del aceite que circula es de 0,9 Kg/l. Sol: 10
-4 m
3/s
4. En una conducción hidráulica circula un aceite de densidad 0.9 Kg/l. La presión de salida de la bomba es de 80 Kp/cm
2, la velocidad en la línea de
H
D
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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% Ep, 99,8% Eht, 0,07% Ec
5. Un sistema hidráulico debe proporcionar una presión de trabajo de 80 Kp/cm
2 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/cm
2
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
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.
Ventajas de la hidráulica: fácil regulación de la velocidad, reversibilidad (válvulas con puntos muertos), uso de válvulas limitadoras de presión para proteger de sobrecargas, se logran grandes fuerzas con cilindros de pequeño tamaño, cualquier actuador hidráulico se para con facilidad debido a la incompresibilidad de los líquidos, instalaciones de menor longitud que las neumáticas y no se queman ante una sobrecarga, como les pasaría a los motores eléctricos.
Elementos de potencia: Se los denomina Bombas y se clasifican en hidrodinámicas e hidrostáticas. Las primeras generan grandes caudales pero bajas presiones, las segundas son más empleadas en automatización. Son características de las bombas: el valor nominal de la presión, el caudal,
desplazamiento o volumen de líquido bombeado en una vuelta completa, rendimiento volumétrico o producto entre el desplazamiento y las revoluciones. Y el rendimiento total. Constructivamente pueden ser: de engranajes, de tornillo, de paletas y de pistones. Se denomina unidad hidráulica al conjunto formado por la bomba, el motor que la alimenta, filtro, manómetro, válvula limitadora de presión y tanque que recoge el fluido de retorno (en neumática el aire utilizado se enviaba a escape)
Elementos de distribución y control: En cuanto al funcionamiento son exactas a las neumáticas y electro neumáticas, sin embargo son más robustas (para soportar mayores presiones) y por ejemplo se emplea mucho la 4/2 en sustitución a la 5/2 que se empleaba mucho en neumática; también es frecuente emplear v´lvulas de 3 posiciones como la 4/3 Los símbolos de estas válvulas son idénticos a los neumáticos respectivos; sólo hay que tener en cuenta que los escapes deben de conectarse con el tanque (en neumática quedaban al aire).
Elementos actuadores: Existen cilindros de simple (poco utilizados) y doble efecto como ocurría en 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.
4. Regulación del caudal de entrada.
5. Regulador de presión
---------------FIN----------------
ELABORADO POR:
Ing . John Jairo Piñeros
Mayo 2011
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