Sistema para enseiianza de la tecnica de automatizacion
Introduccion a la
electroneumatica
Manual de estudio D.LB-TP201-EFEP-E 090877 ISBN 3-8127-0877-9
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NQ de pedido: Denominaci6n: Referencia: Edici6n: Computer-Layout: Autores:
090877 EINF.I.EL-PNEUM D.LB-TP201-EFEP-E 04/90 07.06.90, pap H. Meixner, E. Sauer
© Copyright by Festo Didactic KG, D-73oo Esslingen 1, 1990. Reservados todos los derechos, incluso los de traducci6n.
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ISBN 3-8127-0877-9
Prologo Los mandos electroneumaticos para eI procesamiento de sefiales estan constituidos principalmente par unidades de conmutaci6n por contactos. La entrada de sefiales se realiza mediante diversas tipas de sensores (con y sin contacto directo). Las salidas de sefiales lIevan convertidores de sefiales (electrovalvulas) con actuadores neumaticos. EI presente manual guiara sistematicamente al lector 0 estudiante en la materia de la electroneumatica abordando los siguientes temas: Bases de la electrotecnica Construcci6n de unidades de mando electricas (sensores. reles) Construcci6n de convertidores e/ectroneumaticos (e/ectrovalvulas) Construcci6n de actuadores neumaticos (cilindros) y Aplicaciones de unidades de mando. Las explicaciones ofrecidas sabre mandos basicos y sabre mandos con varios actuadores (desde su disefio hasta su puesta en marcha) tienen la finalidad de familiarizar al lector 0 estudiante con tales mandos. de modo que puedan trabajar con ellos aunque en sus labores cotidianas no se dediquen con frecuencia al trabajo con mandos e/ectricos y electroneumaticos. EI primer capitulo contiene informaciones sencillas en tome a la tecnica general de mandos (circuitos de mando, sefiales, formas de energfa). Otros capitulos indican la forma de representar secuencias de movimientos, e incluyen diagramas de movimientos, diagramas de mandos, etc.. Asimismo se ofrecen diversas soluciones para problemas de mandos (desarrollo de mandos). La materia es tratada en concordancia con criterios didacticos. Las tareas y los ejercicios pueden ser solucionados par e/ estudiante con eI fin de afianzar eI exito de sus estudios. En el manual se incluyen las normas tecnicas y de seguridad vigentes, cuyo acatamiento se recomienda. Los autores
I"dice
Capitulo 1
1 Tecnica de rnando: Generalidades .............................. 9
1.1 Introducci6n ............................................... 10
1.2 Controlar; rnandos (Definici6n segun DIN 19 226) ................ 11
1.2.1 Cmerios de diferenciaci6n de los rnandos ....................... 13
1.2.2 Diferenciaci6n segun la forma de representar la informacion ....... 13
1.3 Diferenciaci6n segun eI procesamiento de las seiiales ............ 14
1.4 Desglose de un rnando en cicio abierto ........................ 18
1.5 Seiiales ................................................... 21
1.5.1 Seiial anal6gica ............................................ 21
1.5.2 Seiial discreta .............................................. 22
1.5.3 Seiial digital ............................................... 22
1.5.4 Seiial binaria ............................................... 23
1.6 Formas de energia para las secciones de rnando y
las secciones operacionales (Com posicion y delimitacion) ......... 24
Capitulo 2
Formas de representar secuencias de movimientos y estados de
conmutaci6n ............................................... 29
2.1 Registro en orden cronol6gico ................................ 31
2.2 Tabla ..................................................... 31
2.3 Descripci6n resumida de los movimientos ...................... 31
2.4 Representaci6n grafica ...................................... 32
2.4.1 Diagrarnas de movimientos ................................... 32
2.4.2 Diagrama del mando ........................................ 35
2.4.3 Plano de funciones ......................................... 37
2.4.4 Reglas y sfmbolos para diagrarnas de funciones ................. 38
Diagrama funcional para eI ejemplo de la maquina dobladora ...... 41
2.5 2.6 Sfmbolos y normas de representaci6n .......................... 42
2.7 Movimientos ............................................... 42
2.8 Sfmbolos para elementos, Irneas y enlaces ...................... 43
2.9 CoIores caracterfsticos para interruptores, conmutadores y testigos . 45
2.10 Sfmbolos de funciones ...................................... 45
2
Capitulo 3
Bases de la electricidad/electr6nica ............................ 47
3.1 Tensi6n electrica ........................................... 51
3.1.1 Generaci6n de tension electrica por induccion ................... 53
3.1.2 Generaci6n de tension electrica por electrolisis .................. 54
3.1.3 Generaci6n de tensi6n electrica par calor ....................... 55
3.1.4 Generaci6n de tensi6n electrica par luz ......................... 56
3.1.5 Generacion de tensi6n electrica por deformaci6n de cristales ...... 57
3.2 Corriente electrica .......................................... 58
3.2.1 Tipos de corriente electrica ................................... 60
3.2.2 Efectos de la corriente electrica ............................... 61
3
3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.9.1 3.9.2
Peligros de la corriente electrica ............................... 62
Resistencia electrica ...•............•........................63
Resistencia de cuerpos conductores ............•..............63
Resistencia de las unidades consumidoras ......................64
Resistencia del aislamiento ...........•.......................64
La ley de Ohm ...........•................•.................65
Potencia electrica ...........................................67
Algunos cillculos a modo de ejemplo ...........................68
Magnetismo .............................•..•............... 68
EI condensador .......................•...•.................70
EI cOndensador en corriente continua .......................... 73
EI condensador en corriente a1tema ............................ 74
Capitulo 4
4 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.1.6 4.1.7 4.1.8 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.2.6 4.2.7 4.3 4.4 4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5 4.4.6 4.4.7 4.4.8 4.4.9 4.5 4.6 4.7
Elementos electricos y electro-neumaticos ....................... 75
Elementos de entradas de seriales electricas ....•................ n
Elementos sin retenci6n . . . . .................................. 78
Interruptores con retenci6n ...................................80
Interruptores mecanicos de final de carrera •.....................82
Detectores de proximidad segun el principia Reed ..•............ 83
Detectores de proximidad inductivos ...........................85
Detectores de proximidad capacitivos .......................... 88
Conexi6n de los sensores ....................................90
Detectores de proximidad 6pticos ........•.....................94
Elementos de procesamiento de senales electricas ............... 97
Reles .....................................................97
Bobinas de corriente continua ................................ 101
Bobinas de corriente alterna ................................. 104
Reles poIarizados .......................................... 106
Reles de impulsos de comente ............................... 107
Reles can magnetismo residual (reles de adherencia) ............ 107
Reles temporizadores ....................................... 108
Contactores electromagneticos ............................... 111
Sistemas de conversi6n electromagneticos ..................... 113
ElectrovaJvula de 2/2 vias de accionamiento manual .............. 113
Electrovalvula de 3/2 vias de accionamiento manual .............. 114
Electrovalvula de 3/2 vias abierta en posici6n normal ............. 115
Electrovalvula de 3/2 vias cerrada en posici6n normal
(servop!lotaje, accionamiento manual) ......................... 116
Electrov8Jvula de 4/2 vias (servopilotaje. accionamiento manual) ... 117
ElectrovaJvula de 5/2 vias (servopilotaje, accionamiento manual) ... 118
ElectrovaJvula de 4/2 vias (impulso electrico bilateral) ............. 119
Electrovalvula de 5/2 vias (impulso electrico bilateral) ............. 120
ElectrovaJvula de 5/4 vras .................................... 121
Convertidor de senales neumatico-electrico PE .................. 124
Convertidor de seflales neumatico-electrico PE
para sistemas de baja presi6n ................................ 125
Convertidor de seflales neumatico-electrico (presostato) .......... 126
Capitulo 5
5 Normas de seguridad ...................................... 127
5.1 VDE 0100 Medidas de protecci6n para evitar
contactos con alta tension .................................. 129
5.1.1 Aislamiento protector ....................................... 129
5.1.2 Bajo voltaje de proteccion .................................. 130
5.1.3 Separaci6n de proteccion ................................... 130
5.1.4 Conexi6n a neutro ......................................... 131
5.1.5 Puesta a tierra ............................................ 131
5.1.6 Sistema de conductores de protecci6n ........................ 132
5.1.7 Circuito de protecci6n p~r desconexi6n de tensi6n de defecto .... 132
5.1.8 Circuito de protecci6n por desconexi6n de corriente de defecto· ... 133
5.2 VDE0113 Y DIN 57113 ..................................... 134
5.3 Paro de emergencia e interruptor principal ..................... 134
5.4 Unidades de control, unidades de mando e indicadores .......... 135
5.5 Circuitos electricos secundarios y dispositivos de bloqueo ........ 139
5.6 DIN 40 050, Protecci6n de sistemas meca.nicos y eh~ctricos ....... 140
5.7 Especificaci6n del tipo de protecci6n ......................... 140
Capitulo 6
Bases de la neumatica ..................................... 143
6 6.1 Propiedades del aire comprimido ............................. 144
6.2 Bases ffsicas .............................................. 145
6.3 Acondicionamiento del aire .................................. 148
6.3.1 Impurezas ................................................ 148
6.3.2 Filtro de aire comprimido con valvula reguladora de presion ...... 150
6.3.3 Unidad combinada de mantenimiento ......................... 152
Capitulo 7
7 Elementos neumaticos
7.1 Elementos neumaticos de funcionamiento lineal (cilindros) ........ 156
7.1.1 . Galculo de los parametros de los cilindros ..................... 158
7.1.2 Ejemplos de ca.lculos ....................................... 159
7.2 Valvulas .................................................. 162
7.2.1 Generalidades ............................................ 162
7.2.2 Valvulas de vfas ........................................... 162
7.2.3 Accionamiento de las valvulas ............................... 165
7.2.4 SfmboJos neumaticos segun DIN/ISO 1219 Y
sfmboJos especiales no normalizados ......................... 168
7.2.5 Control y regulaci6n de energfa .............................. 170
7.2.6 Transmisi6n de energfa ..................................... 173
7.2.7 Elementos complementarios ................................. 180
7.2.8 Interruptores de contacto/SfmboJos especiales/Elementos
de conmutaci6n (sin norma) ................................. 182
Capitulo 8
8
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8
8.9 8.9.1 8.9.2 8.9.3 8.9.4 8.9.5
Sfmbolos electricos ......................................... 183
Sfmbolos de interuptores segun DIN 40 713 (abril 1972) .......... 184
Transformadores segun DIN 40 714 ........................... 193
Testigos, indicadores yalarmas segun DIN 40 708 ............... 194
Tipos de tensi6n y de corriente, tipos conmutaci6n DIN 40 710 .... 195
Uneas y conexiones DIN 40 711 .............................. 196
Instrumentos de medici6n DIN 40 716 ......................... 197
Maquinas DIN 40 715 ....................................... 197
Letras de identificaci6n del tipo de elemento
operacional DIN 40 719 Parte 2 Ounio de 1978) ................. 198
Tipos de esquemas de distribuci6n ............................ 202
Esquema de conexiones efectivas ............................ 202
Esquema de circuitos electricos .............................. 203
Esquemas generales ........................................ 204
Esquema de conexionado ................................... 205
Esquema de conexi6n entre elementos ........................ 205
Capitulo 9
Conexiones Msicas (electro-neumaticas) ....................... 207
9 9.1 Control de un cilindro de simple efecto ........................ 208
9.2 Control de un cilindro de doble efecto ......................... 210
9.3 Circuitos paralelos (cilindro de simple 0 doble efecto) ............ 211
9.4 Circuitos en serie (cilindro de simple 0 doble efecto) ............. 212
9.5 Control indirecto bilateral ............................. '" .... 213
9.6 Control del retroceso automatico de un cilindro ................. 214
9.7 Movimientos oscilantes de un cilindro de doble efecto ............ 215
9.8 Circuito de autorretenci6n ................................... 216
9.9 Control de un cilindro de simple 0 doble efecto con autorretenci6n .217
9.10 Control del retroceso automatico con detector de final de carrera .. 218
9.11 Mandos con temporizaci6n .................................. 219
9.12 Control de un cilindro de doble efecto
con temporizaci6n {respuesta retard ada ............ ........... 220
9.13 Control de un cilindro de doble efecto
con temporizaci6n (desconexi6n retarda) ......................223
Capitulo 10
Confecci6n de un esquema de distribuci6n ..................... 225
10 10.1 Confecci6n de un esquema de distribuci6n segun una sistematica .. 227
10.1.1 Ejemplo: Elevador de paquetes ............................... 227
10.1.2 1!!! Soluci6n (memoria neumatica) ............................. 228
10.1.3 2!!! SoIuci6n (memoria electrica) ............................... 233
Capitulo 11
11 Anexo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
11.1 Indice bibliografico ......................................... 240
11.2 Norrnas .................................................. 240
7
R
Capitulo 1 Tecnica de mando: generalidades
a
1.1 Introducci6n
La tecnica de mandos es parte integrante de nuestra sociedad industrial puesto que sin ella la tecnologfa no hubiera podido a1canzar los niveles actuales. No hay especiaJidad tecnol6gica que pueda prescindir de los mandos. Para que los tecnicos de diversas especiaJidades (neumatica, hidraulica, electricidad y electronica) cooperen entre sr, es indispensable que hablen un idioma cornun. Ello significa que debe dispanerse de definiciones precisas de los conceptos, con cmerios basicos aceptados par todos. Estos fundamentos de la tecnica de mando tienen vaJidez general, independientemente de la energfa de control 0 de trabajo que se utilice y, tambien, independienternente de la configuraci6n tecnica del mando en cuesti6n.
in
EI acto de controlar (es decir, el mando) se refiere a aquel proceso dentro de un sistema que tiene como consecuencia que una 0 varias magnitudes de entrada incidan sobre una 0 varias magnitudes de salida a raCz de una 16gica in trfnseca del sistema. Un control se caracteriza par la secuencia de efectos abierta producida a traves de un elemento de transmisi6n individual 0 mediante un mando en cicio abierto. EI concepto de mando con frecuencia no solamente es utilizado para definir eI proceso de control como tal, sino que abarca a la totalidad del equipo en el que se produce el control.
Magnitudes de entrada
:::
Sistema
Magnitudes de salida
=-_= -_= -_=~-::::I___..Jt------tl:~ :: ..
EI mando como tal, incluido en eI sistema sometido aI control, se representa mediante eI siguiente esquema Msico:
Magnitud de interferencia Z1
I
..
Trecho de mando
.
Magnitud de ajlJste y
....
Flujo de la energra/ Corriente de masa
Direcci6n de las secuencias
Unidad de control I
Magnitud de interferencia Z2 Magnitudes de entrada XC
11
1.2 Controlar; mandos (Definici6n segun DIN 19226)
Ejemplo
Si eI rendimiento de un compresor de aire es regulado mediante la cantidad de aire aspirado, entonces el abrir y cerrar la corredera es un proceso de control. Lacorredera es el elemento de control, ya que su posicion determina la canti dad de aire aspirado. La magnitud de ajuste es la seccion que queda abierta por la posicion de la corredera. La nave que actUa sobre la corredera es la unidad de mando. La variacion de la carga en la red neumatica. causada por la unidad receptora, actUs sobre el mando como magnitud de interferencia z. Lo mismo se apJica a las oscilaciones de las revoluciones 0 a los cambios del grado de eficiencia del compresor. Dado el caracter abierto del mando, no es posible compensar dichas interferencias.
.Uave .(unidacl de mandaI / Tuberia d : - i Corradera aspiraci6n (elemento de c:ontral) t7/,
Trec:ha de mando ~\
.'~y~
'-:
Secci6n abierta aI paso
Aeumulador
~::::::===~
t----~
(magnitucl de &justa y)
CompnlSOr (magnitud de interierencia %1)
1?
c::====:!::1
Unidad reoeptora (magnitud de interferencia z2)
(Definicion segOn DIN 19 237)
1.2.1 Criterios de diferencia cion de los mandos
Mando
Se trata de un mando con procesamiento de senales primordialmente analogicas.
1.2.2Diferenciacion segun la forma de representar la informacion
Mando analogico
Observacion Las senales son procesadas principal mente con elementos de funcionamiento continuo.
Se trata de un mando que actOa durante el procesamiento de las senales y que primordialmente procesa informaciones numericas.
Mando digital
Observacion Las senales son procesadas principal mente mediante unidades funcionales digitales. como por ejemplo contadores. unidades registradoras. memorias y unidades de c:alculo. Las inforrnaciones que se procesan suelen estar representadas mediante un cooigo binario.
Se trata de un mando con procesamiento de senales primordial mente binarias. Las senales binarias respectivas no son componentes de informaciones representadas por nOmeros. Observacion Los controles binarios procesan senales binarias de entrada principal mente con unidades de enlace, de tiempo y de memoria. transformandolas en senales binarias de salida.
Mando binario
1.3 Diferenciaci6n segun el procesamiento de
las senales
Este criterio de diferenciacion se reflere a la manera en la que se enlazan, modifican y procesan las senales. Sagun DIN 19237, pueden diferenciarse los siguientes cuatro grupos:
Mando
-
1
I
I
Mando sincroniazdo
Mando asfncrono
I Mando secuencial
control ado por el tiempo
-
T
I
Mando l6gicos
Mando secuencial
T
I
Mando secuencial controlado par et proceso
Mando sincronizado
Se trata de un mando en el que el procesamiento de las senales se produce de modo sincronizado con una senal temporizada.
Mando asfncrono
Se trata de un mando que trabaja sin senal temparizada; las senales cambian solamente si cambian las senales de entrada.
Mando par enlaces logicos
Se trata de un mando que asigna a las senales de entrada determinadas senales de salida en funcion de los enlaces de Boole.
Observaci6n Es recomendable evitar el usa de conceptos como mando en paralelo. mando guiado 0 mando par bloqueo, ya que son propensas a causar confusiones.
Esquema l6gico el
&
'------
e2--------~~
Y
e3-------------10&' e4------------~~
&
e5
Esquema neumatico y
·219
e1
~21 .
13
e2~
2 e3
e4
e5
0V
13
13
13
Esquema electrico
24V+
e3f~ e2t
(YIK1
e4E
Mando secuencial
5e trata de un rnando con pasos obligatorios; la conmutaci6n de un paso hacia eI siguiente se efectUa en funci6n de las condiciones para dicha conmutaci6n.
Observaci6n La secuencia de los pasos puede estar programada de diversas formas (por ejemplo saltos, bucles, bifurcaciones). La secuencia de los pasos del mando suele coincidir con la secuencia de los pasos del proceso tecnico que es objeto del control. Es recomendable no seguir utilizando conceptos como, por ejemplo, control de prograrnas, control temporizado, ya que se prestan a confusiones.
Mando secuencial controlado por el tiempo
5e trata de un rnando con condiciones de conmutaci6n que dependen exclusivamente del factor tiempo.
Observaci6n Para conmutar al siguiente paso puede recurrirse, por ejemplo, a elementos temporizadores, contadores de tiempo 0 rodillos de giros continuos y constantes. EI concepto de rnando par programa solo debera utilizarse para la definci6n de magnitudes de control en funci6n del tiempo.
Cinta programada Motor
Motor Arbol de levas
Se trata de un mando secuencial en eI que la conmutaci6n de un paso aI siguiente se produce soIamente en funci6n de las set\ales provenientes del equipa objeto del control (proceso). Observaci6n Un mando secuencial controlado par eI proceso funciona dentro de un circuito cerrado. EI mando segun recorridos. definido en la norma DIN 19 226 del mes de mayo de 1968 es un tipa de mando secuencial controlado par eI proceso. aunque en eI fa conmutaci6n aI siguiente paso depende exclusivamente de seliales generadas par los recorridos del equipa sujeto aI control.
Valvula de arranque 1.2
1.0
1.3 I
17
Mando secuencial contro/ado par eI proceso
1.4 Desglose de un mando en cicio abierto
Un mando esta representado en muchas casos como caja negra cerrada con entradas y salidas. Puede desglosarse esta caja negra mas detallada- mente. Se hace el desglose siguiente:
Entrada de senales
Procesamiento de senales
Salida de senales
Este esquema es aplicado en los mas diversos campos de la electricidad, electronica, neumatica e hid raulica, indicandose en alia direccion de la transmision de la senal. EI esquema se amplfa si en un sistema se utilizan tecnologfas diferentes, es decir, si se combinan por ejemplo electricidad y neumatica 0 electricidad e hidraulica. En estas u otras combinaciones es necesario intercalar un paso adicional.
Entrada de senales
f-to
Proceso de senales
--..
Conversion de senales
--..
Salida de senales
EI bloque "conversion de setiales" tambien puede titularse transformador de senales 0 amplificador de senales. Este convertidor de setiales - 0 10 que sea la denominacion- tiene la funcion de convertir para el bloque "salida de senales" las senales que lIegan de los bloques "entrade de senales" 0 " proceso de setiales" en senales de la otra tecnica (medio) respectiva.
10
La tabla siguiente muestra la correspondencia entre elementos neumaticos y electricos.
Entrada de senales
Procesode sefiaJes
ElectricidadElectricidad
Pulsadores, interruptores, interruptores de final de carrera (contactos normalmente cerradoso abiertos, con mutadores) emisoresde sefiaJes sin contacto
Contactores electro magneticos Reles
NeumaticaNeumatica
Pulsadores, interruptores, interruptores de final de carrera (valvulas de vias), emisoresde senaJes sin contacto
Valvulasde vias, valvulas de cierre (valvulas mixtas, valvulas seJectoras)
Amplificadores neumaticos
Cilindros Motores neurnaticos
ElectricidadNeumatica
Pulsadores, interruptores, interruptores de final de carrera, emisoresde sefiales sin contacto
Contactores electro magneticos ReJes
Electrovalvulas
Cilindros Motores neurnaticos
Tecnicade sensores
Tecnicade Tecnica de actuadores procesadores
Conversion de sefiaJes
SaJidade sefiaJes Motores electricos Motoresde induccion lineal
En los esquemas electroneumaticos la representaci6n del flujo de las senales electricas es de arriba hacia abajo, tal como 10 muestra eI siguiente ejemplo:
Salida de seriales en la unidad de trabajo neumatico Y1
= convertidor de senates
1 3
+
'---'-r-'---r"""--r Sltl S3t
Entradas de senales S1, S2, S3
Kl
Procesamiento de seiiales S1, S2, S3 con K1
A1
Yl
K1 A2
Salida de seriales Y1
En este manual se incluyen diversos esquemas de este tipo que seran explicados posteriormente.
Una sefial es una informaci6n representada per un valor 0 per Ia evoluci6n de un valor de una magnitud ffsica. La representaci6n puede referlrse a una transmisi6n, un procesamiento 0 aI almacenamiento de informaciones.
1.5 Senales
Una sena! anaJ6gica es una sefial que ofrece diversas informaciones en cada uno de los puntos comprendidos per un margen de valores contfnuo. En consecuencia, eI contenido de informaciOn Ip (parametro de inforrnaci6n) de estas sefiales, puede tener cualquier valor comprendido dentro de determinados Ifmites.
1.5.1 Senal anal6gica
Ejemplo PoUmetro
~o
Senal anal6gica
1 p
t-------
Ip = parametro de informaci6n
91
1.5.2 Selial discreta
Se trata de seliales cuyo parametro de informaci6n Ip tan solo ad mite una cantidad limitada de valores dentro de un margen determinado. Dichos vafores no guardan relaci6n afguna entre sr. Cada valor esta relacionado a una informaci6n determinada
Ejemplo Densidad del traflco durante las horas del drs
I I
r
r
~ ~
po
-
I I
.....
=R
....
-
,....
- - -___...-
1.5.3 Senal digital
-
...9
Ip
= parametro de informaci6n
Se trata de una seIiaI cuyo parametro tiene una cantidad ilimitada de margenes de vafores, correspondiendo Ia totafidad de cada margen de val ores a una informaci6n determinada
Ejemplo Aparato de medici6n digital
II
Sefial digital
,..,..
J[r7!
La selial binaria (serial de dos puntos) es una serial digital de un parametro relacionado solamente ados margenes de valores. La serial contiene dos informaciones. Por ejemplo: SI - NO; ACTIVO - INACTIVO.
Ejemplo
8
1
1.5.4 Seilal binaria
3
Presi6n Tensi6n Corriente 0.8
t_
Para evitar yuxtapasiciones, es necesario que eI margen de seguridad entre los dos margenes de valores sea 10 suficientemente amplio; par ejemplo: serial 0 = OV hasta SV, selial 1 = 10V hasta 20V. Mientras que eI valor de la selial (par ejemplo una presi6n) oscile dentro del margen superior, sera reconocido como serial 1. Lo mismo se aplica analogamente aI margen inferior. De este modo se obtiene cierta seguridad frente a posibles interferencias. En consecuencia, ello significa que es necesario situarse ya sea en eI margen inferior 0 en el margen superior. Si la selial estuviera en eI margen de seguridad (zona prohibida), una valvula, par ejemplo, asumirfa una posici6n indiferente pudiendose producir una conmutaci6n equivocada. Los estados 0 y 1 son equivalentes. Serial binaria
1
Existen tam bien otras nomenclaturas para los estados 0 y 1, aunque se recomienda no utilizarlos (DIN 40 700). H L
=
High
= Low
1.6 Formas de energia para las secciones de mando y las secciones operacionales (Composici6n y delimitaci6n)
La posibilidad de transformar seiiales de determinadas formas de energfa en seiiales de otras formas de energfa recurriendo a los equipos correspondientes (transformadores de seiiales, transformador de mediciones) significa que en la tecnica de mando es factible trabajar con varias formas de energfa. Por ello es posible configurar un mando segun criterios de optimizacion economica y tecnica. No obstante, en la practica no siempre es sencillo elegir el sistema mas adecuado. Ademas de las exigencias que plantea la aplicacion concreta, es necesario tomar en cuenta las condiciones generales imperantes, tales como el lugar de la aplicacion, las influencias del medio ambiente, recursos humanos disponibles para el mantenimiento del sistema, etc.. Con frecuencia, estas circunstancias estan en franca contradiccion con la solucion teoricamente ideal del problema e inciden por tanto en la solucion por la que real mente se opte. Cabe agregar que el"electricista" siempre preferirci una solucion del mando por medio de la electricidad, el especialista en hidraulica optara mas bien por una solucion con componentes hidraulicos mientras que el experto en neumatica se decidira en favor de una solucion neumatica. No obstante, la solucion optima del problema presupone un dominic de todas las especiaJidades. Las Iistas que se incluyen a continuacion ofrecen una informacion general sobre los medios de trabajo y de control mas difundidos y sobre los respectivos criterios de seleccion. Sin embargo, no se trata de un listado completo y exhaustivo de todos los hechos a tomar en cuenta, intentandose mas bien indicar tan solo los aspectos mas importantes.
Medios de trabajo
• Electricidad:corriente electrica • Hidraulica:fluidos • Neumatica:gases
Criteros para la eleccion
• • • • • • • • • • • •
del sistema
Fuerza I Potencia Distancia Tipo de movimiento (lineal, giratorio, etc.) Velocidad Dimensiones Vida Util Sensibilidad Seguridad Costos energeticos Regulabilidad ManejabiJidad Acumulacion
emerios
NeumB.tica
Hkfraulica
Bectricidad
Fuerza lineal
Fuerza limitada a aprox.
Fuerza elevada par presi6n alta
Bajo grado de eficiencia; no ofrece seguridad a sobrecargas; gran consum~ de energCa en rnarcha en vacCa; fuerzas reduckfas
35000-40000
(=3500-4000 kp) poria baja presi6n y por eI diametro de los cilindros; no consume energCa en rnarcha en vacCo Fuerza giratoria
Maximo par de giro. tambien en rnarcha en vacro. sin consumo de energCa
Maximo par de giro. tambien en marcha en vacro, aunque en ese estadose produce un consumo mBximode energCa
Mrnimo par de giro en marcha envacCo
Movimiento rotativo 0 basculante
Motores neumaticos de altas revoluciones (aprox. 500000 min-1), elevados costosde servicio; bajo gradode eficiencia; movimiento basculante mediante transformaci6n por pifi6n y cremallera
Motores hkfraulicos y cilindros giratorios tienen menos revoluciones que en Ia neumatica; buen grado de eficiencia
Excelente grado de eficiencia con motores giratorios; revoluciones limitadas
Comparaci6n entre medios de trabajo
Criterios
Neumatica
Hidraulica
Electricidad
RegulabHidad
Facil reguiabUidad de la fuerza mediante ajuste de Ia presi6n (regulador de presi6n) y de Ia velocidad mediantela cantidad (vSIvuIa de estrangulamiento, vSlvulade aireaci6n), especialmente en eI margen de velocidades bajas
Regulabilidad Buena limitada y regulabilidad de complicada Ia fuerza y de Ia velocidad. incluso en eI margen de velocidades bajas
AcumuiaciOn de energl'a y transporte
Facil acumulaciOn de grandes cantidades; transporte sencDlo par conductos (aprox. 100 m) y en botellas de aire comprimido
Acumulaci6n limitada con gas auxiliaro mediante acumulador con muelle; transporte factible par tuberl'as de hasta aprox. 100m
Acumulaci6n sumamente diffcil y complicada y, por 10 general. en cantidades fnfimas (acumulador, pi/a); transporte sencDlo por cables ya largas distancias
Influencias del medio ambiente
Insensible a fluctuaciones de temperatura; sin peligro de expIosi6n; peligrode congelaci6n a gran humedad del ambiente, bajas temperaturas y velocidades altas del flujo
Sensible a fluctuaciones de temperatura; en caso de fugas, peligrode suciedad y de incendio
Insensible a fluctuaciones de temperatura: en zonas de peligro. necesidad de adoptar medidas. de seguridad contra incendio y explosi6n
Criterios
Neumatica
Hidrfl.ulica
Electricidad
Costos energeticos
Elevados en comparaci6n conla electricidad; 1m3 deaire comprimido con 600kPa (6 bar) cuesta aprax. de 0,02 OM hasta 0,04 OM, segun equipo y grado dedesgaste
Elevados en comparaci6n conla electricidad
Costos energeticos mlnimos
Manejo
Aplicable con pocos conocimientos tecnicos; montaje y puesta en marcha relativamente sencillos y sin peligra
Mas dificil que la neumatica debido a las a1tas presiones; necesidad de incluir tuberias de fuga yde retorno
Aplicable solo con conocimientos tecnicos; peligro de accidentes al cometer equivocaciones de conexiones, con la consecuente destrucci6n de los equipos y del mando
Generalidades
Los elementos no sufren sobrecargas; ruidos molestos por evacuaci6n de aire, por 10 que es necesario incorporar silenciadores
A presiones elevadas se producen ruidos de la bomba; los elementos no sufren sobrecargas
Los elementos pueden sufrir sobrecargas, a menos quese prevea un sistema complicado de segura contra sobrecargas; ruidos al conmutar los reles y el electraiman elevador
?7
Medios de mando
• Mecanica • Electricidad • 8ectr6nica • Neumatica a presi6n normal • Neum8.tica a baja presi6n • Hidraulica
Criterios para la elecci6n del sistema
• • • • • • • •
Comparaci6n entre medios de mando
Seguridad operativa de los elementos Sensibilidad frente aI medio ambiente Facilidad de mantenimiento Tiempo de conmutaci6n de los elementos Velocidad de las senales Espacio requerido Vida Util .Capacitaci6n del personal de operaci6n y servicio
Criterias
Electricidad
Electronica
Seguridad operativa de los elementos
Insensible a infiuencias del medio, tales como poIvo, humedad, etc.
Muy sensible a influencias del medio, tales como poIvo, humedad, campos parasitarios, golpes y vibraciones; larga vida Util
Tiempode conmutaci6n de los elementos
> 10 ms
« 1 ms
Neumaticaa presi6n normal
Neumaticaa baja presi6n
Muy sensible a influencias del medio; larga vida Uti! si eI aire no contiene impurezas
Insensible a influencias del medio; sensibleal airecon impurezas; larga vida Util
> 5 ms
> 1 ms
Velocidad de las senales
Gran velocidad = velocidad de laluz
=10-40 m/s
Distancias
Practicamente ilimitadas
Umitadas por la baja velocidad de la transmisi6n
Espacio requerido
Poco
Procesamiento Digital principal de sefiales
=100-200 m/s
Muypoco
Poco
Poco
Digital Anal6gico
Digital Anal6gico
Digital Anal6gico
Capitulo 2 Formas de representar secuencias de movimientos y estados de conmutaci6n
Con la finalidad de reconocer de modo rapido y seguro las secuencias de los movimientos y los estados de conmutaci6n de los diversos elementos de los mandos, es necesario recurrir a una forma adecuada de representar los movimientos y los estados de las setiales. Dichas representaciones sustituyen 0 complementan las descripciones verbales de un sistema de mando. Ademas. las representaciones contribuyen a un mejor entendimiento entre expertos en construcci6n de maquinaria, en electrotecnica y en electr6nica. A continuaci6n se ofrecera un ejemplo practico para mostrar las diversas formas de representar un sistema.
Ejemplo Maquina de doblar chapas
Las herramientas de una maquina se encargan de doblar chapas. Las chapas son coIocadas a mano en la maquina. Despues de activar el pulsador de puesta en marcha, eI cilindro A sujeta Ia piaza. EI cilindro B avanza, dobla la plaza y retrocede. A contlnuacl6n, eI cilindro C continUa con el proceso de doblado. Cuando eI cilindro retrocede a su posici6n normal, eI cilindro A suelta la pieza.
Plano de situaci6n Cilindro B Primer proceso de doblado
..."
Cilindro A Sujeci6n de la plaza
---Elemento de trabajo
Proceso de trabajo
2.1 Registro en orden cronol6gico
Sujeci6n de la pieza
Primer proceso de doblado
Retoma a posici6n normal
Segundo proceso de doblado
Retoma a posici6n normal
Suelta la pieza
Cilindro A Cilindro B Cilindro B Cilindro C Cilindro C Cilindro A
Movimiento cilindroA: sujetar
Paso
1 2 3 4 5 6
Movimiento cilindro B: primer doblado
AVANZA RETROCEDE
-
-
-
AVANZA RETROCEDE
-
RETROCEDE
2.2 Tabla
-
AVANZA
-
-
Movimiento cilindro C; segundo doblado
-
En caso de movimientos giratorios. indicar direcci6n del giro.
AJ resumir Ia descripci6n de los movimientos debera prestarse atenci6n a la denominaci6n correcta del avance y del retroceso. Denominaci6n para:
Avance Retroceso
=+ =
En la versi6n resumida de la descripci6n, elementos segun su orden: A+.
B+.
B-,
C+.
C-, A-
o
se
indican los movimientos de los A+ B+
B C+
C A
31
2.3 Descripci6n resumida de los movimientos
2.4 Representaci6n grafica (diagrama)
Para representar determinadas secuencias de trabajo de maquinas 0 equipos se utilizan diversos tipos de diagramas. En la norma VOl 3260 se definen los diagramas de funciones. los cuales son clasificados en diagramas de espacio y diagramas de estado. En el diagrama de espacio se indican las distancias recorridas por un elemento de trabajo. En el diagrama de estado se indica la conjunci6n del trabajo de varios elementos y la actuaci6n de otras unidades de mando y de conexi6n. Los conceptos mas difundidos para estos tipos de diagramas son los siguientes: • Oiagrama del movimiento • Oiagrama del mando
2.4.1 Diagramas de movimientos
Diagrama de pasos
En estos diagramas se indica la s9cuencia de trabajo de un elemento. trazandose eI recorrido en funcian de cada uno de los pasos (paso = cambio del estado de algun elemento). Si un mando incluye varias unidades de trabajo. estas son incluidas en el diagrama una debajo de la otra. La relaci6n existente entre las secuencias queda establecida por los pasos.
1
2
3
1
Adelante:~J2j
CilindroA
Atras
t
___
Espacio
,
.
Kt
4
5=1
I~ I
Pasos -
EI diagrama correspondiente a la maquina de doblado de chapas serra el siguiente:
Recomendaciones para eI • Trazar los pasos horizontal mente yequidistantes. trazado de los diagramas • No trazar los espacios a escala, sino iguales para todos los elementos constructivos. • Tratlmdose de varias unidades. prever suficiente espacio entre los pasos
(1/2 hasta 1 paso).
• Si durante et movimiento cambia el estado. por ejemplo accionando un in
terruptor en la posicion intermedia del cilindro 0 modificando la velocidad
del avance, pueden intercalarse pasos intermedios.
• Numeracion arbitraria de los pasos. • Denominacion arbitraria de los estados, ya sea indicando la posicion del cilindro como en et ejemplo (adetante - atms, arriba - abajo, etc.) 0 utilizan do numeros (por ejemplo, 0 para el final de carrera al retroceder 01 para el final de carrera al avanzar) .. • La denominacion de Ia. unidad respectiva debera incluirse a la izquierda del diagrama; por ejemplo: cilindro A.
En estos diagramas se realiza el trazado del espacio recorrido por la unidad en funcion del tiempo. A diferencia del diagrama de pasos, en el diagrama espacio-tiempo sf se aplica una escala para el tiempo t, con 10 que se establece una relacion entre las diversas unidades en el tiempo.
1 (adelante)
11 t 2 -f------==-....---t"--r
CmndroA
o (atms) nempo t
..
Diagrama espacio - tiempo
Oiagrama espacio-tiempo para eI ejemplo de la rnaquina dobladora de chapas:
2 3
-1
5
6
7:1
CilindroA 0 Cilindro B 0 Cilindro C 0
Tiempo t
La imagen de este diagrama es similar at diagrama de pasos. Mediante ICneas verticales QCneas de los pasos) se establece la relaci6n entre los dos diagramas. Las ICneas referentes a los pasos incluidas en eI diagrama espacio-tiempo sin embargo no son equidistantes. sino que correspond en aI tiempo en funci6n de la escala que se haya escogido para este parametro. EI diagrama de pasos es mas informativo en cuanto a las relaciones entre los elementos; sin embargo. eI diagrama espacio- tiempo permite reconocer con mayor claridad las sobreposiciones de los movimientos y las diferentes velocidades de trabajo. Recomendaciones
• Para eI diseno y la representaci6n de mandos por programas de movimien tos (mandos secuenciales controlados por eI proceso), es preferible recurrir a diagramas de pasos, ya que en este caso eI tiempo es un parametro de menor importancia • Los diagramas espacio-tiempo deberfan utilizarse preferentemente para dlseliar y representar mandos par programas de tiempo (mandos secuen ciales controlados por eI tiempo), ya que ofrecen la posibilidad de indicar claramente la relaci6n entre las secuencias del programa y eI tiempo. • AI trazar diagramas para elementos de trabajo giratorios (por ejemplo motores electricos, motores neurnaticos), se apIicaran Msicamente los mismos diagrarnas, aunque sin considerar eI transcurso del tiempo en rela ci6n con eI cambio de estado. Ello significa concretamente que en eI dia grama de pasos eI cambio de estado no se indica a 10 largo de un paso entero (par ejemplo at poner en marcha un motor electrico), sino que es trazado directamente sobre Ia ICnea del paso respectivo.
EI diagrama del mando muestra los estados de conmutaci6n de los elementos emisores de seiiales y de los elementos procesadores de sefiales en funci6n de los pasos. En estos diagramas no sa induye eI factor tiempo. Es impartante induir las posiciones normales de los elementos en eI diagrama del mando, par ejemplo abierto, cerrado, estado 0 6 1.
t ~o
Pasos
1
- - - I........
3
En este ejemplo, un interruptor de final de carrera abre en eI paso 2 (sefial1) y cierra en eI paso 5 (sefial 0). A modo de altemativa, puede tambien trazarse eI diagrama de la siguiente manera.
6
I III
I
I
2.4.2 Diagrama del mando
Recomendaciones
• De ser posible, es recomendable combinar eI diagrama del mando con el diagrama de movimientos • Trazar los pasos 0 los tiempos en eI plano horizontal • La distancia vertical entre las Ifneas de .Ios movimientos es arbitraria, aunque debera procurarse la c1aridad de la informaci6n La combinaci6n de un diagrarna de movimientos y de un diagrarna de mando es denominada diagrarna de funciones. En esta pilgina se ofrece eI diagrarna de funciones correspondiente al ejemplo de Ia maquina dobladora. La inclusi6n de los interruptores de final de carrera en eI diagrarna ofrece una informaci6n mas clara sobre la relaci6n entre las funciones.
5 1
CilindroA S7
0..,. 1
. Sla rt
Cilindr:08 0
/~
,
(al )
"
~SI
/\01
,/~ /
6
0
S2(al) SI {ao 54 (bl)
(bO)
S3
.53 (bO
7t:l
\ / ""K 1/
1
Cilindro C
7·1
S5
S6 (c 1) ·55 (co)
(eO) 1
SI 0
I
1
S2 0 1
S3
a
1
54 0
m
1
S5 0
1
S6 0
11
1
S7 0
EI diagrama de funciones perroite comprobar y controlar las secuencias (movimientos de los cilindros). Ademas puede comprobarse tambian Ia posici6n de los interruptor:es de final de carrera y sus estados de conmutaci6n.
(Segun DIN 40719, parte 6, edici6n de marzo de 19n)
2.4.3 Plano de funciones
En este panafo se explican los s(mlxl'os mas importantes y las reglas para la representacion grafica en la medida que sean necesarios para comprender los diagramas de funciones incluidos en este manual.
OBSERVACION PREVIA
Recomendamos aI lector que desee profundizar en la materia, que estudie las normas DIN 40700, parte 14 y 40719, parte 6.
B diagrama de funciones es una representaci6n de un mando segan procesos, independientemente de la aplicaci6n concreta de determinados medios operativos, de la configuraci6n de los conductos 0 del lugar del montaje. EI diagrama de funciones sustttuye 0 complementa la descripci6n verbal de un mando. EI diagrama de funciones es un medio de comunicaci6n entre eI fabricante y eI usuario. Ademas facilita eI entendimiento entre los expertos de diversas disciplinas especializadas, tales como construcci6n de maquinas, neumatica, hidraulica, tecnica de procedimientos, electricidad, electr6nica, etc. EI diagrama de funciones permtte la representaci6n clara de un mando con sus caracterlsticas esenciales (estructura general) 0, tambien, con todos los detalles necesarios para una aplicaci6n concreta (estructura detallada). EI diagrama de funciones es un complemento de la restante documentaci6n sobre los circuitos.
....,.
Finalidad del diagrama de funciones
2.4.4 Reglas y s(mbolos para diagramas de funciones
(Segun DIN 40719, parte 6) Sfmbolo Forma basica para eI sfmbolo de fun ciones. Este sfmbolo basico es com pletado mediante indicaciones carac teristicas de las funciones concretas en concordancia con DIN 40700. par te 14.
D
o
Sfmbolo general para linea activa
Resumen grafico de Irneas activas
Versi6n detallada Versi6n simplificada Denominaci6n de variables (sellales de entrada 0 de salida)
Esta denominaci6n califica eI estado en eI que Ia variable (selial) tiene eI valor 1
Negaci6n (inversi6n de una denomi naci6n)
Interrupci6n de una Irnea activa
--xxx
xxx
--xxx
---0
~.....
.,.
IN'
X.
•
I
Entradas
Las entradas deberan indicarse prete
rentemente arriba 0 en ellado izquier
do. AI incJuir varias entradas. puede
prolongarse dicha entrada en uno 0
en los dos lados.
D
Salidas
Las salidas deber8n indicarse prete
rentemente abajo 0 en eI lado
derecho.
EnlacesY
La variable en la salida tiene eI valor 1
soIamente si las variables en todas las
entradas tienen eI valor 1.
Enlaces 0
La variable en la salida tiene eI valor 1
soIamente si aI menos en una de las
entradas la variable tiene eI valor 1.
B
Paso
En la casilla A se indica eI numero del
paso. Este numero es arbitrario. En la
casilla B puede incluirse un te.xto ex
plicativo.
1
Paralelamente a cada paso se define Ejemplo mas precisamente la orden respectiva Paso 1: sujeci6n en una casilla adicional.
A
Sujeci6n
Casillas para las ordenes
Casilla A: Tipo de orden retardo S = memorizado
SO = memorizado y retardado
NS = no memorizado
NSO = no memorizado, retardado
SH = memorizado incluso en caso de
interrupcion de la energia
T = limitado en el tiempo
o
A
B
Casilla B: Efecto de la orden; p~r ejemplo: avance del cilindro de sujecion A+ Casilla C: La conmutacion del paso n al paso n + 1 suele depender de la ejecucion de las ordenes impartidas en n. Por motivos de simplificacion, dichas ordenes y sus sefiales de confirmacion que producen la conmutacion son representadas me diante numeros.
Ejemplo
ARRANQUE Posicion normal
I 1
S
Sujecion
S
Avance del cilindro de sujecion A + a1 Motor "ON"
2
Avance de unidad de avance B +
b1
-
I 2 Taladrar
-
& t-- a1 1--2 IS
_
•..... :-
' . . .. .........
.....
~
,.
..
r-
Arranque
.
.
.
. ' .. ,
2.5
Pieza puesta
& Mando posicion inicial (Sl) '---
1
S
Avance del cilindro de sujecion (A + )
I S~
S
Avance del ciUndro 8 (8 + )
I S~
IS
Retroceso del cilindro 8 (8-)
I S~
Sujetar pieza
2
1
82
Primer proceso dedoblado
·3
1
84
Retroceso
4
1
83
I S
I
Avance del cilindro C (C+)
1S6j
I S
I
Retroceso del cilindro C (C-)
Is5i
IS
I Retroceso del cilindro de sujecion A (A-) , sll
Segundo proceso de doblado
5
1
86
Retroceso
6
1
Retroceso
85
Diagrama funcional para el ejemplo de la maquina dobladora
2.6 Simbolos y normas de representaci6n
En este capftulo se presentsn diversos sfmbolos y conceptos importantes en concordancia con las normas VOl 3260 Y DIN 55003. Estos sfmbolos pueden emplearse tanto en pianos como en diagramas y, ademas, en pictogramas coIocados en las maquinas (vease DIN 55003).
2.7 Movimientos
Movimiento rectilfneo en direcci6n de Ia flecha
..
Movimiento rectiUneo en dos direccio nes
.
Movimiento rectUfneo y limitado en di recci6n de Ia flecha
I
Movimiento rectilfneo limitado de una ida y walta en direcci6n de las flechas
...-.-
Movimiento rectilfneo limitado de ida y welta contfnua en direcci6n de las flechas
Movimiento giratorio en direcci6n de Ia flecha.
Movimiento giratorio en dos direccio
nes
Movimiento .giratorio y limitado en di recci6n de Ia flecha
A?
..
..
·,
o
Revoluciones I Marcha contfnua I Cicio contfnuo
o
Un giro I operacion simple I cicio simple
Revoluciones/minuto
Man6metro segun DIN 2481
Sfmbolos de caracter general
Instrumento de medici6n electrico segun DIN 40716
CD
Motor electrico
I I I
cp
9 ~
CONECTAR
I
DESCONECTAR
I CONECTAR!DESCONECTAR
I CONECTAR AUTOMATICO
I
I
2.8 Sfmbolos para elemen tos, Ifneas y enlaces de seiiales segun VOl 3260 para diagramas de pasos
IMPULSO SIMPLE
(conectado mientras se pulse el bot6n)
I
~
Desconexi6n de emergencia (color rojo)
~
Interruptor de final de carrera
I Presostato
CP P
I
SOOkPaI
5 bar
I Elemento temporizador
I Condici6n 0 (sfmbolo v)
I Condici6n Y (sfmbolo A)
I Condici6n NO (simbolo-)
I
I
~'S ~ a, vb,
\l l
a,' b,
at
I
I
I
I
Bifurcaci6n
I
I
I
I
Proveniente de otra maquina
Dirigido hacia otra maquina
I AA
r
I
2.9 Colores caracteristicos para interruptores, conmutadores y testigos
(Segun DIN 43605) En general: Color ROJO: Color VERDE:
Desconexion de fuentes de peligro No para identificacion de un estado de activacion
Definicion COLOR
Interruptor Conmutador
Testigos
ROJO
STOP/DESACTIVACION PARO de EMERGENCIA
Estado de conexion (conectado)
AMARILLO
Activacion del primer cicIo
Fallo
NEGRO
ACTIVACION
VERDE
ARRANQUE
AZUL
I
Confirmacion
'@
Procesos hidraulicos
I Procesos neumaticos
I
I Procesos mecanicos
I
I Procesos ehktricos
I
I
2.10 Simbolos de funciones
Capitulo 3 Bases de la electricidad / electronica
A"7
La electricidad es una forma de energfa con efectos termicos, luminosos, magneticos 0 qufmicos. EI ser humano siempre tuvo problemas en entender la naturaleza de la electricidad a pesar de que la energia electrica es utilizada de las mas diversas formas en maquinas y equipos. Todos utilizamos diariamente de una u otra manera, alguna forma de electricidad 0 de electr6nica al encender una lampara o una radio, al usar una calculadora de bolsillo 0 un automovil. Lo importante es disponer de la electricidad, dandonos igual si proviene de 'una bateria. de una pila 0 de una central electriCa de cualquier tipo. Todo esta compuesto de atomos. Cada momo tiene un nucleo alrededor del cual giran electrones. Los atomos son extraordinariamente pequenos, por 10 que no los podemos distinguir a simple vista. Su diametro es de aproximadamente 1/10000000 mm. EI nucleo, par su parte, tiene un diSmetro 10000 veces mas pequeno que el diametro del atomo. EI diametro de un electr6n es 1/10 del diametro del nucleo.
EI atomo (modelo de Bohr) Electron
NucJeo atomos (griego) = indivisible
Esquema simplificado
Los eJectrones tienen una carga electrica negativa. Los electrones giran alrededor del nucleo del atomo en diversas 6rbitas. EI nucleo del atomo esta compuesto de protones y neutrones. Los protones tienen una carga electrica positiva, mientras que los neutrones son electricamente neutros (no tienen carga electrica). TOOos los cuerpos simples son determinados por la cantidad de sus electrones. Un cuerpo simple esta conformado por atomos iguales. Juntandose atomos diferentes se obtienen cuerpos de propiedades nuevas; dichos cuerpos son denominados cuerpos compuestos.
AO
Si eI nucleo del atomo tiene tantos protones como electrones que giran a su alrededor, entonces eI atomo es neutro, es decir, no tiene carga electrica que actue hacia afuera. Son neutros, por ejemplo, los atomos de lilio, aluminio y sicilio, tal como 10 muestran las siguientes graficas.
Esquemas simplificados Litio 3 protones 3 electrones 4 neutrones
Aluminio 13 protones 13 electrones 14 neutrones
Silicio 14 protones 14 electrones 14 neutrones
Si alrededor del nucleo del atomo giran mas electrones que la cantidad de protones que tiene el nucleo, el atomo tiene una carga negativa. Si, por 10 contrario, giran menos electrones alrededor del nucleo que la cantidad de protones que este tiene, entonces el atomo tiene una carga positiva. Los atomos que muestran estas caracteristicas son calificados de iones. lono (griego) = migrar
Dado que los electrones giran en diversas 6rbitas y a alta velocidad en tomo aI nucleo, es necesario que actue una fuerza de atracci6n para que los electrones se rnantengan en sus 6rbitas. En consecuencia, se apliea eI siguiente principio:
"CARGAS DEL MISMO SIGNO"
se repelen
"CARGAS DEL SIGNO CONTRARIO"
®e
Modelo delld:omo: EI~:
carga negativa
Modelo simplificado
Nucleo delld:omo: carga posidva
se atraen
En un circuito de agua son necesarias una bomba y tuberias. La bomba se encarga de conducir el agua hacia las tuber(as mediante presi6n. Ello significa que para que el agua avance por las tuber(as es necesario que exista una presi6n. La calefacci6n mediante agua caliente, por ejemplo, 'es un sistema de esa (ndole: la bomba transporta el agua siempre en la misma direccion.
Rueda de palas Tuberia
- - - --- -
----------------------- AI comparar la presion hidraulica 0 el circuito de agua con la tensi6n 0 el circuito eltktrico, puede constatarse que en el caso del circuito eltktrico tam bien es necesario que actUe una determinada presion. Una bateria es un buen ejemplo para ello. Existen diversas posibilidades para generar una tension ehktrica. 1. 2. 3. 4. 5.
Generaci6n de tension Generacion de tension Generaci6n de tension Generacion de tension Generaci6n de tension
p~r inducci6n por procesos electro-qu(micos por calor por luz por deformacion de cristales (piezo-electricidad)
Todas las formas de generacion de tension se basan en el principio de la separacion de cargas.
eee Tension "cero"
Tension "baja"
eee Tension "alta"
3.1
Tensi6n electrica
La tension electrica (sfmbolo empleado en las formulas U) puede medirse con un voltfmetro. La unidad de la tension electrica es eI voltiox (sfmbolo de la unidad = V)
x Volta: flsico italiano 1745 - 1827
La magnitud de la tension generada depende principal mente de cuatro factores: 1. Velocidad media del conductor 2. Oensidad del flujo magnetico 3. Longitud efectiva del conductor 4. Cantidad de conductores
La magnitud de la tension puede calcularse de la siguiente manera:
Uo=8·L·v·z
Uo = tension generada (voltios)
v
Vs m2 = velocidad media expresada en m/seg
L
= longitud del conductor expresada en m
z
= cantidad de conductores
8
EjempJo
= densidad del flujo magnetico
l.Cual es la tension si la densidad del flujo magnetico es de 1 VS/m2, la longitud del conductor es de 0,75 m, la velocidad media es de 1,5 m/s y la cantidad de conductores es de 150?
Uo= 8·L·v·z Uo
=
1 Vs . O,75m . 1,5 m/s . 150 m2
16,8 V
3.1.1 Generaci6n de tensi6n electrica por inducci6n
L
Si se mueve un conductor en un eampo magnetico, se induce una tension de corriente altema. La generacion de tension electriea con un iman se denomina induccion (tension inducida). Este tipo de generacion de tension electriea se apliea, por ejemplo, en las dfnamos (automoviles, bicicletas) y en los generadores (centrales electrieas). Funcionamiento de una dfnamo Rotor
lmanes
N
Material aislante
Corte seccionado
Rotor
, ~31 bj]j
3.1.2 Generaci6n de tensi6n electrica por electr6lisis
Si se sumergen dos placas de materiales diferentes (por ejemplo: placa de cinc = electrodo negativo; placa de cobre = electrodo positivo) en un liquido conductor, se obtiene un elemento galvanico. EI Ifquido conductor, como puede ser por ejemplo agua salina, es denominado electrolito.
Cobra Deficiencia de electrones
?--H-
-----------
Excedente de electrones
SoIucf6n salina
AI sumergir las placas en el electrolito. los metales se cargan, con 10 que se
genera una tensi6n electrica. Tal tipo de generador de tensi6n es denominado'
"elemento galvlmico"x.
Ejemplos: baterfa de autom6vil, pila de linterna.
Entre dos electrodos diferentes en un electrolito se produce una tensi6n
contInua.
AI conectar una unidad receptora se cierra eI circuito a traves del Uquido
conductor. Los electrones fluyen en la linea exterior del polo negativo
(excedente de electrones) hacia el polo positivo (deficiencia de electrones). La
magnitud de la tension es determinada por el material de los electrones.
x Galvani: Cientffico italiano (1737 - 1798)
AI unir en un extremo un cable de cobre con uno de constantan y aI calentarlos, se produce una tensi6n de corriente contfnua. La tensi6n respectiva se situa en eI margen de milivoltios (mY).
Cobre
+
~ =~
(0
Conslantin
(l
Este tipo de generador de tensi6n electrica es denominado termoelementox. En
Ia practica los termoelementos son utilizados para efectuar mediciones de
temperaturas, par ejemplo en homos industriales.
Con ese fin es necesario calibrar eI voltfmetro respectivo en K eC).
En la siguiente tabla se indican algunos valores de temperaturas de diversos
termoelementos.
Combinaci6n de metales
Tensi6n termica mV /373 K
Umite superior de la temperatura
Cobre - Constantan
4,1
n3 K (SOO°C)
Hierro - Constantan
5,6
973 K (700OC)
Nfquel - Cromo - Nfquel
4,1
1173 K (900OC)
Nfquel - Platino
0,9
573 K (300°C)
x Thermos (griego) = caliente
3.1.3 Generaci6n de tensi6n ehactrica por calor
3.1.4 Generaci6n de tensi6n eh!ctrica por luz
Si sobre determinados materiales caen luz 0 rayos X. se desprenden electrones. Las celulas fotoelectricas se basan en este fenOmeno. Cuando incide luz sobre un elemento fotoelectrico se genera una tension de corriente continua.
Luz AnUlo de contacto Capade recubrirniento __
~~~L-
____~~~
-
Capa de barrera
Selenlo
Placa base
+
La aplicacion practica mas difundida de estos fotoelementos son los exposfmetros de camaras fotograficas. Tambien son utilizados para funciones de control 0 regulacion electronicos.
AI ejercer una presi6n 0 tracci6n sabre un cristal, se prcxJucen diferencias de cargas electricas entre deterrninadas superficies del cristaI. La tensi6n resultante puede tornarse en superficies conductoras. Si la presi6n y la tracci6n se alteman, la tensi6n de la comente electrica a1terna.
sera
.. ..
Tracci6n
0
presi6n
(x)Piezo (griego) = presi6n
Ejemplos de aplicaci6n practica:
Micr6fono de cristales, fonocaptor de cristales para tocadiscos.
Como ya se mencion6 antes, la tensi6n es expresada en vollies.
Si las tensiones son altas, se recurre a la unidad del kilovoltio.
1kV = 1 kilovoltio
La unidad aplicada para tensiones muy bajas es eI milivoltio. 1 mV
= 1 milivoltio
1 kV = 1000 V 1 kV = 103 V
1 mV = 0.001 V
1 mV = 10-3 V
Para medir la tensi6n electrica se recurre a un voltfmetro (medidor de tensi6n
electrica).
EI voltfmetro siempre es conectado en paralelo en relaci6n con la fuente 0 la
unidad receptora.
Si se mide una tensi6n de co mente contfnua tiene que ponerse cuidado en no
confundir los poIos.
,..." !nterruptor
+
Fuente de la comente
Unidad receptora
3.1.5 Generaci6n de tensi6n electrica por deformaci6n de cristales ( (x)piezo-electricidad)
3.2 Corriente eh!ctrica
Sabemos que la tensi6n electrica es una caracteristica que distingue, por ejemplo a una pila. Para que pueda fluir una corriente electrica es necesario crear un circuito compuesto de las siguientes partes: fuente, cables, interruptor y unidad consumidora.
Unklad consumidora
Direcci6n tacnica de Ia corriente
Deficiencia de
electrones .
+
Fuente de la,
corriente
.
ee eee aa
Intenuptor F1ujo de electrones
..
Excedente de electrones
Los electrones se desplazan del polo negativo hacia el polo positivo cuando se cierra el circuito. Este es la direcci6n en la que se desplazan los electrones. No obstante, aparte de los portadores de carga negativa tambien hay portadores de carga posit iva. La direcci6n del movimiento de los portadores de carga positiva es de polo positivo a polo negativo, por ejemplo en un acumulador. Cuando en la fisica aun no se habran estudiado los electrones, se supuso que la direcci6n de la corriente era determinada por los portadores de carga positiva.
La corriente de los electrones se entrenta a diversas resistencias en un circuito (resistencia del conductor, resistencia de la unidad consumidora). En consecuencia, la magnitud de la corriente electrica es determinada por eI valor de la resistencia y por la tensi6n electrica.
La corriente electrica es expresada en amperios(x) (A) (sfmbolo en la f6rmula = I). 1A 1 kA
=
1000 rnA 1000 A
Para medir la corriente electrica se utilizan amperfmetros.
(x) Ampere: Maternatico y ffsico frances 1nS-1836
Interrupter
+ Fuente
Unidad . consumidora
Amperfmetro
EI amperfmetro debera conectarse en serie en relaci6n con la unidad consumidora.
La corriente electrica es de diversos tipos y tiene varios efectos que son detallados en las tablas incluidas en las siguientes paginas.
r:n
3.2.1 npos de corriente electrica
Denominaci6n
Tipos de corriente
Corriente contfnua Sfmbolo:
Aplicaciones {ejemplos) Elemento Baterfa
Corriente
Tiempo Corriente continua es una corriente electrica siempre en el mismo sentido y con una intensidad constante a 10 largo del tiempo. Re6stato Dinamo de bicicleta
Corriente alterna Sfmbolo: Corriente
Corriente alterna es una comente electrica que cambia constantemente de sentido y de intensidad. Corriente
mixta
srmbolo:
Corriente
Tiempo Comente mixta es una comente electrica que combina una parte de corriente continua y otra de corriente alterna.
Denominaci6n
Figura
Manifestaci6n
Ejemplos
Siempre
Estufa Calefacci6n
0.0 que no
siempre es deseable) (calentamiento
Efecto termico
Lampara calefactora
del
conductor)
Efecto
magnetico
Reles
(cuando circula
Conta ctores
corri~~e par
Electroirnan
conductores)
Efecto luminoso
Siempre
g)
Corriente en gases Filamento luminoso
r::--' ~
Lampara de efluvios Lampara fluorescente
Bombilla
~
t· ~
Efecto
qufmico
-:11~_7-:-_:'_::: :;_:;_:._:_: ~ I~-=--=-=-=-=--~
Corriente en Ifquidos conductores
Proceso
de carga
y descarga
de acumuladores
3.2.2 Efectos de Ia corriente electrica
3.3 Peligros de la corriente electrica
Las corrientes de mas de 50 rnA (0,05 A) pueden causar la muerte de seres hurnanos si son conducidas a traves del coraz6n.
Los cuerpos hurnanos y anirnales son conductores electricos. La corriente electrica puede causar quemaduras y espasmos musculares. Si la corriente fluye a traves del coraz6n, provoca una as( lIarnada ''fibrilaci6n cardfaca", 10 que puede tener como consecuencia un paro cardfaco e interrupci6n de la respiraci6n. E110 significa que en la practica tienen que acatarse las normas de seguridad correspondientes para evitar accidentes.
Efecto de la corriente en eI cuerpo humano
0,3 rnA
Ifmite de detecci6n
1 rnA
susto
10 rnA
espasmo muscular
30 rnA
perdida del conocimiento
50 rnA
fibrilaci6n cardfaca (muerte)
Para transportar la energfa hacia la unidad consumidora, tiene que conducirse la corriente electrica desde eI generador hacia la unidad consumidora a traves de un sistema de conductos Ofneas de comente).
3.4
Resistencia electrica
Se trata, pues, de tres facto res que influyen la comente electrica. La unidad de la resistencia es eI ohm (x) (sfmbolo de la unidad: 0) (sfmbolo en f6rmuJas: R).
(x)
Ohm: Ffsico aleman 1787 - 1845
Insistiendo en la comparaci6n con un circuito hidniuJico. podemos constatar que la resistencia yarra en funci6n del diametro y la longltud de la tuberfa par la que fluye el caudal de agua. En los conductos electricos se observan procesos similares. La resistencia es mayor cuanto menor es eI diametro y mayor es la longltud del conductor.
Electrones
Agua
e ---;:=-:=-=-..=,-- -==~
~~--:.
Comente de ag~
Comente de e1ectrones
Diversos materiales de dimensiones identicas ofrecen resistencias diferentes a la comente electrica. Un conductor de poca resistencia es un buen conductor de comente e1emrica. En ese caso se aplica eI concepto de buena conductancia. Y viceversa, un conductor de gran resistencia tiene una mala conductancia. EI oro, la plata. eI cobre y eI a1uminio tienen un valor de resistencia bajo, par 10 que su conductancia es buena.
3.4.1 Resistencia de cuerpos conductores
3.4.2 Resistencia de las unidades consumidoras
Esta resistencia depende del rendimiento de la unidad conumidora. En este tipo de resistencia, la energfa electrica es transformada en calor total mente (por ejemplo tratandose de aparatos calefactores) 0 parcial mente (por ejemplo, motores). Algunos valores indicativos:
p. ej.
3.4.3 Resistencia del aislamiento
aparatos calefactores bombillas
20 hasta 200 0 40 hasta 6000 0
Para aislar los conductores se utilizen materiales de mala conductancia. En la practica sena ideal contar con un material de una resistencia infinita, 10 que sin embargo no es posible. Valores satisfactorios de aislamiento En aparatos de baja tensi6n En aparatos de alta tensi6n
5000000 10000000 0
Materiales aislantes
Vicino, betun, aceite, goma, PVC, cart6n, p~rce/ana, baquelita, etc.
En la tabla de esta pagina se indican la conductancia y la resistencia especffica
de conductores electricos.
La conductancia es expresada con la letra griega especffica con .... (rho).
K
(kappa) y la resistencia
En la tabla se incluyen algunos materiales conductores y aislantes.
Conductancia y resistencia especffica Material Materiales conduc tores
Conductancia
Resistencia especlfica
m/O mm 2
Omm2/m
Plata
60
Cobre Cinc
56 35 16
0,016 0,017
Hierro
7,7
0,13
Niquelina
2,5
0,14
Manganina
2,3
0,43
Constantan
2
0,5
Cromo-Nrquel
1
1
Aluminio
Materiales aislantes
,..."
0,028 0,062
Entretanto estamos familiarizados con los tres conceptos de tension, corriente 3.5 y resistencia. Estas tres magnitudes estan relacionadas entre sf en un circuito,
de una manera determinada .
Segun la ley de Ohm, en un circuito electrico la intensidad de la corriente
aumenta en la misma proporcion que la tension.
Si aumenta la tension 0 disminuye la resistencia, la corriente aumenta en la
misma proporcion; si disminuye la tension 0 aumenta la resistencia, la corriente
disminuye correspondientemente en la misma proporcion.
Algunos ejemplos de calculos:
Una bombilla para U = 220 V R = 500 Q
incognita: I (intensidad de la corriente)
l,Cuanta corriente consume la bombilla?
1=
U
R
220 = 500
= 0,45 A
Una estufa para 220 V de tension elect rica consume 10 A. l,Cual es la resistencia de la unidad consumidora? U = 220V
1=10
R= U = 220 = 22 10
R=? Q
Una taladradora eh~ctrica consume 2,73 A.
la resistencia es de 80,8 Q.
l,Que tension debera aplicarse para esta maquina?
U= I· R·I U = 2,73 . 80,8
= 220,58 V
g2Q..Y
Ademas, la ley de Ohm tam bien indica 10 siguiente: Si aumenta la resistencia R y se mantiene constante la tension U, la intensidad I disminuye proporcionalmente.
La ley de Ohm
Ejemplo
Tension constante U = 220 V Resistencia R1 50 Q, R2 100 Q, Ra 150 Q Inc6gnita: I
1= -
U 220 = R1 50
= 44A '
220 U 1=-=-=22A R2 100 ' U 220 1=-=-=22A Ra 150 ' En muchos aparatos electricos es necesario que se mantenga contante la intensidad de la corriente aunque cambie la tensi6n 0 la resistencia.
Ejemplo
Un aparato electrico tiene que ser alimentado con una intensidad invariable de 100 rnA a pesar de que la tension oscila entre U1 =2OV, U2 = 25V Y U3 = 28V. En consecuencia. deberan hallarse las resistencias que mantengan invariable fa intensidad.
R1= -
U1 20 = - - = 200Q 1 0.100
R2= -
U2 25 = -I 0,100
Ua 28 R3= -1- = 0,100
= 250Q 280 Q
Este calculo nos indica 10 siguiente: Si la tensi6n y la resistencia aumentan en la misma proporci6n. la intensidad de la corriente no varia.
Tal como observaramos en la corriente de agua, constatamos que una bomba se encarga de transportar un caudal determinado a traves de la red de tuberfas. Si en vez de una bomba se recurre a una turbina, entonces puede transformar se la energfa cinetica de la corriente de agua en un movimiento giratorio (molino de agua). Un ejemplo en este sentido serfa una central hidraulica.
EI agua que cae p~r el tubo actua sobre las paletas de una turbina. Este movimiento es transmitido por un eje, el que a su vez acciona un generador. La potencia de la central hidraulica depende de la cantidad de agua y de su presi6n. Ello significa que se produce un proceso de transformacion de energfa mecanica en energfa electrica. Todos los aparatos electricos estan provistos de una placa 0 etiqueta de identificacion, en la que se indican, entre otros, la potencia, la intensidad, la tension y los tipos de proteccion. Tratandose de corriente contfnua, la potencia electrica se obtiene segun la siguiente ecuacion: potencia = tension . intensidad La potencia electrica se expresa en vatios. La denominaci6n proviene del cientffico ingles James WATT 1736 - 1819. La potencia mecanica se expresaba antes en C.V. (caballo vapor). No obstante,
la norma establece desde el ano 1978 que la potencia de los motores (incluyendo los de los automoviles) tiene que expresarse en kW. 1 W = 1000mW 1000 W = 1 kW
1CV= 736W
1 kW = 1,36 CV
3.6 Potencia electrica
3.7 Algunos c6lculos a modo de ejemplo
F6rmula para calcular la patencia p = U·I
P = 12. R
o
Ejemplo
U2
P=R
Una estufa esta prevista para 220 V Y consume lOA. tCuBI es la potencia total del aparato? P = U . I
Ejemplo
= 220 V . 10 A = 2200 W
= 2,2 kW
Una calculadora de boIsilio esta prevista para U=3V Y consume I=O.OOOllA
tOue potencia consume la calculadora? P = U . I
3.8 Magnetismo
= 3 V . 0.00011 A = 0,00033 W
EI rnagnetismo es un efecto esencial e importante de la corriente electrica. EI funcionamiento de los reles y de los contactos electrornagneticos, usados con frecuencia en la practica. se basan en eI rnagnetismo electrico. EI electrornagnetismo es influenciado par 3 fundamentos:
1. Todo conductor por eI que fluye una corriente electrica crea un campo rnagnetico. 2. La direcci6n de Ia corriente en eI conductor define la direcci6n de las Ifneas de fuerza. 3. La intensidad de la corriente en eI conductor define la intensidad del campo rnagnetico.
Campos magneticos de conductores
Uneas de fuerza
Corriente electrica entra
Corriente electrica sale
En una bobina, por ejemplo, por la que fluye una corriente electrica, se forma un campo magnetico. Este campo rnagnetico puede actuar sobre otras unidades tecnicas, procurando la funci6n conmutadora de reles y de contactos electrornagneticos.
La direcci6n de las Ifneas de fuerza puede deterrninarse por la "regia del sacacorchos". AI hacer avanzar eI sacacorchos en sentido contrario a la corriente de electrones, su sentido de giro coincide con eI de las Ifneas de fuerza. Si la corriente que circula por eI conductor es alterna, tambien se crea un campo rnagnetico. Sin embargo, en este caso dicho campo cambia constantemente de valor y de sentido, por 10 que es denominado campo magnetico altemante. Tratandose de corriente contrnua, eI valor y eI sentido del campo rnagnetico no varfan. Enrollando un hilo conductor en forma de espiral, se otiene una bobina con una cantidad deterrninada de espiras. Cada una de las espiras crea Ifneas de fuerza circulares dispuestas en serie.
Direcci6n de las Ifneas de fuerza
3.9
EI condensador
EI condensador est! compuesto par dos placas conductoras separadas por una capa aislante lIamada "dielectrico".
Interruptor
+
+
.,.. + +~---I+
---.... + Carga elSctrica + +
..
F1ujo de electrones
u Piacas conductoras
AI cerrar eI interruptor ftuye brevemente una comente de carga, par 10 que ambas placas tienen cargas electricas opuestas. La unidad de la carga electrica es eI amperio-segundo (As). EI sfmbolo de la unidad es C (Culombios)(x).
Un condensador tiene la carga de 1C(xx) si ftuye una carga de 1 amperio en ellapso de 1 segundo.
Q = carga I = corriente t = tiempa
(x) (xx)
"7n
lC = lAs = lA· 18
Charles Coulomb: Ingeniero frances 1736 - 1806 1C correspande a 6,242· 1018 electrones
Si entre las dos placas se caleca una capa aislante, se reduce la tension entre las dos placas. EI aislante (dielectricO(xl) provoca una condensaci6n de la carga electrica sobre las placas.
Dielectrico Interruptor _
".,
.J.
+~
-
+++ ++ +++ +++
.----~+++
carga electrica
++
++ +++ +++
u E1ectrones
-
Placas 0 annaduras
EI condensador es capaz de almacenar carga electrica.
La carga de un condensador au menta cuanto mayor sea su capacidad y
cuanto mayor sea la tension. La unidad de la capacidad es eI amperio
segundo por voltio (AsN). Esta unidad es denominada faradio(xx) y su sfmbolo
es F.
Q C U
= carga
= capacidad
= tension
Q = C·U
EI valor dielectrico de un material aislante indica cuantas veces es superior la capacidad de un condensador si en vez de usar aire como dielectrico se utiliza un material aislante.
La constante dielectrica es una constante del material aislante. Dicha constante es de E(XXX) (epsilon) = 0,885 . 1011 AsNm para eI espacio vacfo (y tambien para eI aire). La constante dielectrica se calcula multiplicando la constante dielectrica del vacfo (Eo) con eI valor dielectrico del material aislante (er).
Eo
(xl (xx) (xxx)
= constante dielectrica del vacfo
er
= valor dielectrico del material
E
= con stante dielectrica
diOat.) = dos, doble; electricumOat.) = electricidad Michael Faraday: Ffsico ingles 1791 - 1867 E = epsilon: letra griega
Valor dielectrico de algunos materiales aislantes 2,1 .... 2,4 4
Aceite para transformadores Cart6n Porcelana Papel de celulosa Ceramica
5 .... 6 4 10 ..•. 50000
La capacidad de un condensador depende de la superficie de las placas cargadas, de la distancia entre dichas placas y del valor dielectrico tr del material aislante!
c=
Ejemplo de caJcuio
f.' A
Capacidad
d
=
Epsil6n. superficie de las placas Distancia entre placas
Un condensador de placas esta compuesto de dos placas que tienen una superficie de 300cm2 cada una. La distancia entre las p1acas es de 3mm. l.Que capacidad tiene eI condensador si eI material aisJante es a) cart6n con un valor dielectrico de f.r b) porcelana con un valor dielectrico de f.r
Soluci6n
4 6?
a)
c=
0,0885 . 4 . 300 0,3
= 106,2 0,3
= 354 pF
b)
c=
0,0885 . 6 . 300 0,3
= 159,3
= 531
1 Microfaradio = 1 JJ.F = 10-6 F 1 Nanofaradio = 1 nF = 10-9 F 1 Picofaradio = 1 pF = 10-12 F
.""
= =
0,3
pF
Si se conecta un condensador a comente contfnua, fluye una comente de carga. EI condensador cargado bloquea el paso de la comente continua. EI tiempo de carga y descarga sera tanto mayor, cuanto mayores sean la resistencia y la capacidad.
Posici6n
Inte,--rTU--.:p_to_r-{=::J__R_es-,ist","B_nc_ia-,
A
u
c
Unidad consumidora
Poniendo eI interruptor en la posicion 1, primero se carga el condensador a traves de la resistencia. Solo entonces se ilumina la lampara. EI condensador vuelve a descargarse a traves de la resistencia si eI interruptor se pone en posicion 2.
3.9.1 EI condensador en corriente continua
3.9.2 EI condensador en corriente alterna
Un condensador conectado a un generador de corriente altema cambia continuamente de polaridad. La carga de las ptacas altema entre positiva y negativa.
EI condensador actOa como resistencia en eI circuito de corriente altema. Para crear eI campo electrico requiere. de potencia que devuelve" al generador cuando descarga este campo electrico. Esta potencia fluctuante entre el conderisador y eI generador es calificada de "potencia· ciega". En eI condensador ideal solo hay potencia ciega La corriente es maxima si la tensi6n es igual a cer~. Ello significa que para que un condensador tenga tensi6n, primero es necesario cargarlo. En eI condensador ideal, la corriente se adelante a la tensi6n en 9OoKW.
! .
'
Capitulo 4
Elementos electricos
y electroneumaticos
La energfa ehktrica (energfa de control 0 de trabajo) es puesta, procesada y transmitida mediante determinados elementos. Estos elementos constructivos son incluidos, a modo de simplificacion y en aras de una mayor claridad, como sfmbolos en los esquemas de distribucion. De este modo se facilita el montaje y el mantenimiento de los sistemas. No obstante, para efectuar una instalaci6n correctamente y para detectar sin tardanza algun fall 0, no es suficiente solo entender el significado de los srmbolos en los esquemas de distribucion. En consecuencia, es necesario que el experto en mandos conozca los elementos eh~ctricos mas difundidos e importantes (construccion, funcion, aplicacion). En este capftulo se ofrecen explicaciones en torno a los elementos constructivos para la entrada de senates, para el procesamiento de las mismas y para su conversion.
Estos elementos tienen la finalidad de permitir la entrada de senales electricas provenientes de diversas partes de un mando (equipo) con diversos tipos y tiempos de accionamiento. Si un equipo es controlado mediante conmutaci6n de contactos electricos, entonces se trata de un mando por contactos; en caso contrario, se tratarfa de rnandos sin contactos 0 mandos electronicos. Los elementos se clasifican por su funci6n en contactos normal mente abiertos, contactos normal mente cerrados y contactos conmutadores.
Interruptor normal mente abierto
~ ACciOna.m-i-ent-~"'~
Contacto normal mente cerrado
Accionamiento
Contacto conmutador
-
Accionamiento
EJ contacto conmutador es, en realidad, una combinaci6n de un contacto normal mente abierto y otro norrnalmente cerrado. En posici6n inactiva, este interruptor solo tiene contacto con una conexi6n. EI accionamiento de estos elementos puede ser manual, mecanico 0 a distancia (energfa de mando electrica, neumatica). Adernas, se diferencia entre interruptores con y sin retencion. Los interruptores sin retencion (pulsadores de tecla 0 bot6n) ocupan un determinado estado cuando son accionados y 10 mantienen hasta que dejan de ser accionados y vuelven a su posicion inicial. Los retenidos (interruptores 0 conmutadores) ocupan un determinado estado cuando son accionados y 10 mantienen sin que sea necesario seguir accionandolos. Por 10 general, estos elementos disponen de un sistema de bloqueo mecanico. Solo si son accionados nuevamente regresan a su posicion inicial.
4.1
Elementos de entradas de senales ehictricas
4.1.1 Elementos sin retencion
Para que una maquina 0 equipo se ponga en marcha, es necesario contar con un elemento que emita una senal. Tal elemento puede ser un pulsador que ocupa una posicion de conmutacion determinada mientras que es activado.
Tipo de accionamlento (pulsador)
cOnexiones --~ Elemento de . conml,lfacioo
Muelle
13
E•
l
lnt~~or 4 nOI'I'naImente
abierto
E-
1 (
Interruptor
normal mente 2cenado
Las figuras muestran las dos versiones: una con contacto normalmente abierto y otra con contacto normal mente cerrado. AI accionarse el pulsador, eI elemento contactor actWl en contra de un muelle, el cual se encarga de juntar (interruptor normal mente abierto) 0 de separar (interruptor norrnalmente cerrado) los contactos. EI circuito electrico se cierra 0 abre correspondientemente. EI interruptor vuelve a su posicion normal por accion del muelle cuando cesa la fuerza sobre el pulsador.
Tipo de acclonamiento (pulsador)
Conexl6n (normafmente. cenada)
Elementos de conmutaci6n
Conexi6n (normal mente abierta)
2
4
~I
La figura muestra la combinaci6n de un contacto normal mente cerrado y otro normalmente abierto incorporados en un solo cuerpo. Accionando eI pulsador se abre el contacto normal mente cerrado interrumpiendo eI circuito e1ectrico mientras que el contacto normal mente abierto se cierra, con 10 que se cierra eI segundo circuito electrico. AI soltar el pulsador, el muelle 10 vuelve a colocar en su posici6n inicial. . Los pulsadores son utilizados para iniciar un cicio de trabajo 0 una secuencia de trabajo mediante una senal; ademas se recurre a ellos cuando por razones de seguridad es recomendable mantener pulsado eI contacto durante eI funcio namiento de una maquina En cada caso debera elegirse el tipo mas apropiado, ya sea un contacto normal mente abierto, uno normal mente cerrado o uno que combine las dos funciones.
La industria electrica ofrece diversos tipos de pulsadores en el mercado,
incluyendo versiones con varios contactos, como por ejemplo dos
normal mente abiertos y dos normal mente cerrados 0 tres y uno de ellos
respectivamente. Muchos de los pulsadores que estan a la venta incluyen
tambien un testigo.
4.1.2 Interruptores con retenci6n
Los interruptores con retencion, como el de boton por ejemplo, mantienen su posicion por efecto mecanico cuando son accionados. Solo volviendolos a accionar desbloquean su posicion y vuelven a su estado inicial. La identi ficacion de interruptores 0 conmutadores de boton pulsador se rige por la norma DIN 43 605 y, ademas, su montaje esta definido. Accionamiento ACTIVACION DESACTIVACION
I
(raya)
o
(cfrculo)
o bien la identificacion puede ser EIN, AUS ION, OFF Estos sfmbolos pueden estar ubicados junto a los botones 0 sobre ellos.
La ubicacion de los botones pulsadores
Si los botones estan uno al lado del otro, el de desactivacion siempre se encuentra a la izquierda.
Si los botones estan uno sobre el otro, el de desactivacion siempre esta abajo.
o
I
~
~
I~ o~
La norma no preve una identificacion de los botones mediante colores. No obstante, si se opta por una identificacion mediante colores, el boton que debera accionarse en un caso de emergencia, en este caso el de desactiva cion, siempre es de color rojo.
Los elementos generadores de senales electricas pueden tener las mas diversas formas de accionamiento. Por ejemplo, conmutador de balancen (enclavamiento)
Contacto abierto
I
Contacto cerrado
Interruptor norma/mente abierto, por 10 general de accionamiento manual
~l
Interruptor normalmente abierto, accionado por presi6n manual
,. \
Interruptor de posiciones normalmen te cerrado, accionamiento manual ti rando
Interruptor de posiciones norrnalmen te abierto, accionamiento manual gi rando
sembolos de interruptores manuales segun DIN 40713
4.1.3Interruptores mecanicos de final de carrera
Sfmbolos para conmutadores mecanicos
Estos interruptores permiten consultar determinadas posiciones finales de partes de maquinas 0 de otros elementos de trabajo. AI elegir este tipo de emisores de selia/es, los criterios son eI esfuerzo mecanico, la seguridad del contacto y la exactitud del punto de conmutacion. En su version normal, los interruptores de final de carrera tienen un sistema alternador. Las versiones especiales pueden estar provistas de otras combinaciones de contactos. Los interruptores de final de carrera tambien pueden clasificarse segun la entrada de la serial en contacto lento 0 contacto de ruptura brusca. En eI caso de los interruptores lentos, los contactos abren 0 cierran a la misma velocidad que funciona Ia unidad de trabajo (este sistema es apropiado para bajas velocidades de accionamiento). TraUindose de contactos de ruptura brusca, la velocidad de accionamiento no es tomada en cuenta, puesto que eI interruptor conmuta bruscamente en un punto determinado. Los interruptores de final de carrera pueden ser accionados por piezas fijas, como son por ejempJo taques 0 palancas con radii/os. AI efectuar eI montaje y durante eI uso de los interruptores de final de carrera deberan acatarse las indicaciones hechas por eI fabricante, especial mente en 10 que sa refiere al lInguio de accionamiento y a la sobrecarrera.
Interruptor de final de carrera normal mente abierto accionado por palanca con radillo.
Interruptor de final de carrera normal mente abierto accionado por balancin.
\
&\
Un detector de proximidad esta compuesto de un contacto reed fundido en un bloque de resina sinUrtica. Este contacto cierra cuando se acerca a un campo magnetico (par ejemplo, un campo magnetico permanente en el embolo de un cilindro) y emite una senal electrica. Las conexiones electricas tambien estan fundidas en el bloque de resina. Un diodo luminoso indica el estado de conmutaci6n. En estado de excitaci6n se ilumina el diodo amarillo. Los detectores de proximidad ofrecen multiples ventajas, especial mente en caso de numerosos procesos de conmutaci6n. Asimismo, tambien se aplican si el espacio es demasiado reducido para el montaje de interruptores mecanicos o si las condiciones del medio ambiente asf 10 exigen (polvo, arena, humedad).
Camisa de cilindro (aJuminio. lat6n, plastico) lman permanente
LengOetas de contacto
lman permanente
4.1.4 Detectores de proximi dad segun el principio Reed
Observacion
Es recomendable no instalar cilindros con detectores de proximidad magneticos en las cercanlas de campos magneticos fuertes (como los que son originados, por ejemplo, por maquinas de soldadura por resistencia). Asimismo tambien debera tomarse en cuenta que no todos los cilindros son apropiados para que se coloque sobre ellos un detector de proximidad sin contacto. A continuacion se indican los valores y parametros caracterlsticos de un detector de proximidad accionado por efecto de campos magneticos.
Medio
Campo magnetico
Construccion
Emisor de seriales electricas para indicacion de posicion sin contacto, mediante campo magnetico
Capacidad max. de conmutacion
corriente continua tension alterna
Intensidad max. de conmutacion
l,SA
Tension max. de conmutacion
220 V
Picos de tension max.
SOOV
Resistencia
100 Q
Exactitud reproducible Frecuencia
± 0,1 mm max. SOO Hz
Tiempo de conmutacion
= 2ms
Proteccion segun DIN 400 50
JP66
Margen de temperatura
-
24 W 30 Va
20°C hasta + 60°C + 10°C hasta + 120°C
4.1.5 Detectores de proximi dad inductivos Los elementos accionados sin contacto se usan cada vez mas frecuentemente Generalidades y delimitacion
en la tecnica de mandos. Estos elementos estan compuestos de una parte
sensora y de otra que procesa las senales. Si la parte procesadora de seliales
produce senales binarias, entonces se trata de detectores de proximidad 0
iniciadores. Asimismo, tambian estan muy difundidos los sensores que generan
senales analogicas para la determinacion analogica de val ores de medicion.
Los interruptores de final de carrera electronicos (detectores de proximidad)
funcionan sin contacto directo, 10 que significa que conmutan por
aproximacion silenciosamente, sin rebotar y sin efecto retroactivo, sin desgaste
de contactos y sin fuerza de accionamiento.
Los detectores de proximidad sin contacto son utilizados preferentemente en
los siguientes casos:
• • • • •
si no se dispone de fuerza para el accionamiento si es necesario contar con una vida utn larga si en eI sistema se producen fuertes vibraciones 0 trepidaciones si las condiciones del medio ambiente son dificiles si son necesarias altas frecuencias de conmutacion
No obstante, debera tomarse en cuenta 10 siguiente: • Los detectores de proximidad tienen que ser alimentados con corriente electrica (para 10 que suele recurrirse al circuito de comente del mando). • La distancia de conmutacion (es decir, la distancia de respuesta del detec tor) depende del material del objeto que se "aproxima" al detector. • Determinados tipos de detectores de proximidad solo reaccionan frente a materiales metaJicos. • Los detectores varian segun se trate de circuitos de corriente contfnua 0 alterna. • La humedad y la temperatura ambiente suelen influir ligeramente en la dis tancia de respuesta. Los detectores inductivos son menos sensibles a estos factores. • Dado que los detectores pueden provocar interferencias reciprocas, es ne cesario acatar una distancia minima entre ellos. • Deberan acatarse tambian determinadas prescripciones para eI montaje, de finidas por los fabricantes. Estas prescripciones son importantes especial mente en aquellos casos en los que los detectores son montados a ras 0 empotrados.
Funcionamiento ""
,
.",.-.-.
"
" ,\ '
....
Campo magnetico de un transmisor inductivo
Si en un transmisor inductivo se aplica una tensi6n, el oscilador produce un campo magnetico de alta frecuencia mediante una bobina oscilante. Este campo es la zona de conmutaci6n activa. Si un objeto metalico penetra en esta zona de conmutaci6n, Ie sustrae energfa al oscilador. Este proceso tiene un efecto amortiguador sobre la amplitud de las oscilaciones libres, por 10 que se emite una senal mediante una etapa disparadora.
. Cuerpo .
,
r-------.- .
~.- J
I
Banderola
Oscilador
Disparador
Ampiificador
Rele
los detectores de proximidad inductivos solo reaccionan frente a objetos metalicos
Tipos constructivos
los detectores de proximidad pueden estar concebidos para corriente alterna o continua segun la aplicaci6n respectiva.
Los detectores de proximidad estan concebidos para tensiones de trabajo de aproximadamente 10 V hasta 30 V.
Versi6n de corriente contfnua
Los detectores de proximidad para corriente continua tienen un iniciador que registra la variaci6n de las amplitudes del oscilador cuando son amortiguadas por un metal. Dicho inieiador aetiva asimismo un amplificador a transistores que tambien se eneuentra en el detector; el ampfificador, por su parte, actUa sobre un rele 0 eontaetor electromagnetieo. Estos transmisores poseen por 10 menos 3 eonexiones y con freeuencia tienen 4 (eonexiones tri 0 tetrafilares).
MARRON
, ,NEGRO, -.t"\.
-
I I
-
"""+ ________.,
,
I ,. .... 1._..
I
•
'"
--,..~
AZUL
t
-
.0
MARRON
~LANCO ~ e-P;F---------;
I I
I
AZUL
0
I
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,...-J.
t
1
L_'_..lNO •'--.-~ '" INC
1
-
"""+
Los deteetores de proximidad estan concebidos para tensiones de trabajo de 20 V hasta 250 V. Los deteetores de proximidad para corriente alterna, provistos adieionalmente de un tiristor, permiten eoneetar directamente la eorriente alterna y aeoplar en serie el reJe respeetivo. En eonseeueneia, se trata de una versi6n bifilar.
AZUL
I~~~~----------
I I ("VI ,..-, I MARRON" __.1 \ L---o -
_
I,
1--'
07
Versi6n de eorriente alterna
4.1.6 Detectores de proximi dad capacitivos
Los detectores de proximidad inductivos son capaces de sustituir facilmente a los interruptores mecanicos de final de carrera, aunque sus aplicaciones y su montaje exigen ciertos conocimientos tecnicos. Por otro lado, la teoria y las aplicaciones practicas de los detectores de proximidad capacitivos son mucho mas complicadas, debiendose tener en cuenta muchas diferencias mas. Para que funcionen debidamente, es absolutamente indispensable que se tengan conocimientos precisos sobre su funcionamiento y sobre las prescripciones para su montaje. Los fallos de conmutacion pueden producirse especial mente por humedad en la superficie activa.
Superficie activa del sensor
AI igual que los iniciadores inductivos, los detectores de proximidad capacitivos tambien funcionan con un oscilador. No obstante, tratandose de sensores capacitivos normales, el oscilador no esta activo constantemente. Si se acerca un objeto metalico 0 no metalico a la superficie activa del sensor, aumenta la capacidad electrica entre la conexion con tierra y dicha superficie activa. Cuando se rebasa determinado valor, entonces empieza a excitarse el oscilador, el cual suele tener una sensibilidad regulable. Las oscilaciones son evaluadas p~r un amplificador. Los pasos consecuentes son iguales a los de los sensores inductivos. En consecuencia, las salidas funcionan con in terruptores normal mente abiertos, normalmente cerrados 0 con una combinacion de los dos, segun la version. Para que responda el iniciador, basta con acercar el medio que debera ser detectado a la superficie activa del sensor. No es necesario que se produzca un contacto directo. EI medio en cuestion debera alcanzarse tanto mas, cuan to menor sea su constante dielectrica. Los medios que dispongan de una constante dielectrica grande (agua, cemento) pueden ser detectados a traves de capas delgadas (por ejemplo, a traves de revestimientos aislantes de los sensores). Los metales tienen las mismas caracterfsticas que los medios con constantes dielectricas elevadas.
00
Diagrama de bloques de un sensor capacitivo
Cuerpo
II
o Oscilador
Amplificador Disparador
Reh~
Los detectores de proximidad inductivos s610 responden cuando se les aproximan objetos metalicos 0 de muy buena conducci6n ehktrica. Los sensores capacitivos tambien reaccionan si se les acercan materiales aislantes con una constante dielectrica superior a 1. En consecuencia, son ideales para ser usados como detectores de niveles de dep6sitos que contienen granulados, harina, azucar, cemento, yeso 0 Ifquidos, tales como aceite, gasolina 0 agua. Ademas pueden ser utilizados tam bien para el contaje de objetos metalicos y no metalicos, para la detecci6n de orillos de cintas de plastico, de papel 0 de correas impulsoras. Debera ponerse cuidado en que, por razones climaticas, no se forme una pelfcula de humedad sobre el iniciador, ya que esta provocarfa su reacci6n. Los sensores inductivos son mucho menos sensibles a la humedad. Si es inevitable recurrir a sensores capacitivos a pesar de que existe el problema de la humedad, es necesario evitar dicho dep6sito de humedad sobre la superficie act iva del sensor mediante calefacci6n, irradiaci6n de calor o ventilaci6n con aire caliente.
on
4.1.7 Conexi6n de los
Conexi6n en sene
sensores
LIIRI
Conexi6n en paralelo U(RI
Sensor I L-_t---.., Sensor I ,---r-,
'----""-,
Sensor 2
'Sensor 2 L . _ t - - - - ,
N(Mpl
Corriente a1tema
+
an
Corriente a1terna
+
Sensor 1 I..---Jo-'""I--I
Senso r 1 I
Sensor 2 C::~=~*---,
Sensar 2
Comente contrnua
Comente continua
r
KI?
Montaje Se dice que los detectores estan montados a ras cuando su superficie activa esta aislada lateral mente, 10 cual puede realizarse mediante un cuerpo de metal o de plastico con un apantaliado interior. Para evitar interferencias, es necesario acatar las distancias que se indican a continuaci6n al efectuar un montaje en serie (OW = diametro del sensor).
o
o
Montaje de los detectores de proximidad a ras
o ow
Un detector de proximidad no puede montarse a ras si se tiene que mantener una zona libre para que los materiales que puedan interferir no incidan en los valores caracterfsticos del sensor. Si los detectores de proximidad son monta dos cara a cara, debera acatarse una distancia minima entre ellos de 3 x d de la superficie act iva.
3 x OW
Ow
Sn
= Oistancia nominal de conmutaci6n (mm)
OW = diametro del sensor (mm)
Montaje de los detectores de proximidad empotrados
Ventajas de los detectores de proximidad
Los interruptores y conmutadores electricos accionados mecanicamente son tan antiguos como la electrotecnica misma. Todas las unidades de esta [ndole, independientemente de su denominacion, ofrecen las mismas desventajas: • • • • • • •
Partes moviles Lentitud Desgaste Rebates al ser activados Ensuciamiento Sensibles a vibraciones Necesidad de fuerza mecanica 0 electromagnetica para funcionar
Hace aproximadamente 20 alios aparecieron los detectores de proximidad sin contactos directos. Durante mucho tiempo no fueron mas que una alternativa para los interruptores de final de carrera mecanicos puesto que a raiz de las pocas cantidades fabricadas eran sumamente costosos. Rapidamente surgieron muchas variantes segun especialidad y rama industrial. Par ejemplo, habfan versiones cilfndricas de roscas M12, M13, M14, M16 Y M18. Con el transcurrir del tiempo mejoraron las versiones electronicas aparte de las mecanicas. Entretanto el mercado se ha estabilizado y los usuarios han empezado a coordinarse entre sf para obtener cierta compatibilidad y, en consecuencia, disminuir la gran cantidad de versiones diferentes.
Conmutar significa seleccionar entre dos estados de servlclo (activado 0 desactivado, 1 0 0), es decir, crear estados de tension 0 de corriente digitales.
EI interruptor ideal deberfa abrir 0 cerrar en un interval a de t2·t1 =0.
ACTlVAOON
----IN
DESACTIVAOON .......- -......- - - - t
t, tz
EI detector de proximidad electr6nico sin contacto directo ofrece una velocidad de conmutaci6n casi ideal (12-t1 par 10 general en microsegundos). Ademas, eI aumento de la corriente es contrnuo, mientras que los interruptores mecanicos producen puntos de inversi6n.
IN
'CONEXION
I I
, I
I DESCONEXION
I tl tz
t
Los contactos mecanicos rebotan varias veces a gran velocidad hasta que permiten eI paso total de Ia corriente, circunstancia que puede provocar una detecci6n falsa de sefiales. Su tiempo de conmutaci6n es de milisegundos, 10 que significa que son 1000 veces mas Ientos.
I
CONEXION
DESCONEXION '-----'--------""'---- t
Dado que los detectores de proximidad sin contactos realizan los estados de abierto/cerrado mediante elementos semiconductores, no se producen interferencias ni por vibraciones fuertes (por ejemplo en cintas de transporte) ni tampoco por aceleraciones grandes, a diferencia de 10 que sucede con los detectores mecanicos (en los que puede separarse eI muelle de contacto). La causa mas frecuente de los fallos de los sistemas mecanicos, es decir, eI ensuciamiento de los contactos y eI agarrotamiento de las piezas m6viles, es inexistente en los detectores sin contactos.
Conmutaci6n segura bajo con diciones adversas
Velocidad de conmutacion
Los sensores sin contactos suelen emitir entre 30 hasta 100 veces mas impulsos por unidad de tiempo que los detectores mecanicos. La cantidad de 5000 conmutaciones por segundo no son ya ninguna excepcion (10 que corresponde a ca si 20 millones de conmutaciones por h~ra).
Conmutaci6n exenta de desgastes
Las piezas mecanicas m6viles se desgastan. Incluso los contact os de plata 0 de oro se desgastan. Si los procesos son rapidos, los interruptores de final de carrera mecanicos tienen una vida Util corta, debiendoselos sustituir con frecuencia, 10 que implica interrupciones de la produccion con sus consecuentes costos. La vida Util de los iniciadores sin contactos es determinada unicamente de la vida Uti! de sus elementos constructivos, la que suele ser extremadamente larga.
4.1.8 Detectores de proximidad 6pticoS
EI iniciador opto-electronico reacciona sin contacto directo frente a todo tipo de materiales, como por ejemplo vidrio, madera, plasticos. laminas, ceramica, papel, Ifquidos y metales. EI detector de proximidad optico emite una luz cuya reflexion varia en funcion del material. De este modo es factible seleccionar materiales que producen reflexiones diferentes. Este tipo de detect ores funciona sin problemas a traves de cristales 0 Uquidos y, al igual que todos los detectores de proximidad, es insensible a las vibraciones, estanco al agua y no se desgasta. Otras posibles aplicaciones son la deteccion de piezas de dimensiones muy pequenas, medicion de niveles de lIenado, deteccion en zonas expuestas al peligro de explosion, etc.. Los m6dulos semiconductores son "opto-electronicos" si emiten senales luminosas (mediante diodos luminosos, por ejemplo), si reciben senales luminosas (por ejemplo fotodiodos 0 fototransistores) 0 si transforman seiiales luminosas en seiiales electricas (por ejemplo fotocelulas 0 fotoelementos).
OJ!
Pueden distinguirse los siguientes tipos de detectores de proximidad 6pticos: a) Barreras de luz con emisor y receptor separados (BL emisor/receptor).
b) Barreras de reflexion. compuestas de emisor y receptor incorporados en una sola caja, y de un reflector.
ljJ
~-
-.. i
..
Objeto
.£"
~
Emisor-receptor
Receptor
c) Detectores de luz de reflexion; at igual que las anteriores, estan compuestas de emisor y receptor incorporados en una sola caja, aunque funcionan con distancias mas cortas que las barreras con reflector, ya que utilizan como "reflector" al objeto que detectan.
Emisor-receptor
Funcionamiento de los detectores de luz de reflexion
EI sensor esta constituido por un diodo luminoso (1), un fototransistor, un elemento de sincronizacion (3) y por un amplificador (4). EI diodo luminoso emite centelleos de luz infrarroja. Si se produce una reflexion, la luz es captada por el fototransistor incorporado. EI elemento de sincronizacion procesa la selial recibida y actua sobre la salida a traves de un amplificador. El amplificador del receptor es selectivo (para luz infrarroja), de modo que las ondas de luz diferentes no tienen influencia alguna. Conectando un cable conductor de luz apropiado al detector de proximidad opto-electronico es facti ble, por ejemplo, controlar el paso de materiales en lugares inaccesibles 0 en zonas de temperaturas altas (max. + 200°C). Se sobreentiende que tambien hay otras versiones, por ejemplo con fotodiodos en vez de fototransistores.
2
4
3
Rele
':1
-- t
1
','
Cuerpo
[>
. .~
0
4.2 Elementos de procesamiento de senales eh~ctricas Antes, los reles(x) eran utilizados principal mente como amplificadores en la tecnica de la telecomunicaci6n. En la actualidad, los reles son utilizados en maquinas y equipos como elementos de control y regulaci6n. Un rele A debe cumplir con determinados requisitos practicos:
4.2.1 Reles
• Sin necesidad de mantenimiento • Elevadas frecuencias de conmutaci6n • Conmutaci6n de corrientes y tensiones muy pequenas y, tambien, relativa
mente altas
• Velocidad de trabajo alta, es decir, tiempos mfnimos de conmutaci6n
Los reles son elementos constructivos que conmutan y controlan con poca l-Que es un rele?
energra. Los reles son utilizados principal mente para el procesamiento de
senales. Un rele puede ser descrito como un conmutador de rendimiento
definido y accionado electromagneticamente.
Construcci6n
Bobina Inducido -+-----ifj
Fig. 1
x) Relais (del frances)
= antepuesto
Muelle de reposicion Sobina
Aislamiento
Nucleo
Contacto
Fig. 2
Funcionamiento (en relacion con la fig. 1)
Conectando tension a la bobina, fluye una corriente que crea un campo magnetico que desplaza aI inducido hacia el nucleo de la bobina. EI inducido, por su parte, esta provisto de contactos mecanicos que pueden abrir 0 cerrar. EI estado descrito se mantiene mientras este aplicada la tension. AI interrumpirla,_eLinducido vuelve a su posicion normal por accion de un muelle. Para simpliticar la lectura de los esquemas electricos, se utilizan sfmbolos para los reles.
113 123 133 143
K1c::t--\--+--\ --~
),4 124 134 144 Los reles son denominados K1, K2, K3 ... Las conexiones electricas (en la bobina) se lIaman Al y A2. EI rele tiene cuatro contactos normal mente abiertos, tal como 10 demuestra claramente el sfmbolo. Asimismo, tam bien se utilizan los numeros 13 23 33 43 14243444 La primera citra se refiere a la numeracion de los contactos. La segunda cifra (en el ejemplo siempre 3/4) nos indica que se trata de contactos normal mente abiertos.
t t
1
K11
:::r-- 1--.C-' - -- i,1 '2
22
32
42
Este sfmbolo muestra un rele con cuatro contactos normal mente cerrados. Tambien en este caso se recurre a una numeracion correlativa y las cifras 1/2 nos indica que se trata de contactos normal mente cerrados.
13
t' t 1
23
Kl~--\---\-- 1 1 1,4
)24
32
42
Si se necesitan contactos diferentes, se utilizan reles que tienen una combinacion de contactos normal mente abiertos y normal mente cerrados.
La identificacion por cifras es muy Uti! en la practica ya que facilita considerablemente la conexion de los reles. En la era de la electronica, los reles siguen teniendo gran importancia en el mercado por diversas razones. • Facil adaptacion a diversas tensiones de trabajo • Insensibilidad termica frente al medio ambiente. Los reles funcionan fiable
mente a temperaturas entre 353 K (80°C) hasta 233 K (-40°C).
• Resistencia relativamente elevada entre los contactos de trabajo desconec tados. • Posibilidad de activar varios circuitos independientes entre sL • Presencia de una separacion galvanica entre el circuito del mando y el cir cuito principaL Todas estas propiedades positivas de los reles se cumplen efectivamente en la practica, por 10 que puede afirmarse que seguimn ocupando un lugar importante en la electrotecnica. No obstante, eI rele tambien tiene desventajas.
Ventajas
Desventajas
• • • • •
Desgaste de los contactos p~r arco voltaico u oxidacion. Necesidad de mas espacio que los transistores. Ruidos al conmutar. Velocidad de conmutacion limitada de 3 ms hasta 17 ms. Interferencias por suciedad (polvo) en los contactos.
Para elegir un rele se recurre a fichas tecnicas que incluyen todos los valores de importancia, tales como corriente, tension, potencia, conmutaciones, etc.
Tiempo de respuesta Tiempo de desconexion Conmutaciones max
aprox. 8-22 ms segun excitacion aprox. 2-20 ms aprox. 15 por segundo
Tensiones de trabajo
3,6,12,24,36,48,60,110,220,240 V'" 3,4,6,8,12,16,24,36,48,60,90,135,200 V
Tension de comprobacion
2000 V'" et.
Potencia de trabajo
1,0 -1,5 W
Carga max. de la bobina
3 W/3,4 VA
Vida Util mecanica
100 millones de conmutaciones
Contactos
2 0 3 contactos alternantes
Cap. max. de conmutacion
200 V'" /6A de carga ohmica
/2,0 - 2,2 W'"
En la practica se utilizan tanto reles de corriente contfnua como de corriente alterna, p~r 10 que intentaremos establecer cualeS son las caracterfsticas de cada uno.
4.2.2 Bobinas de corriente continua EI nDcleo de una bobina de corriente continua siempre es de hierro dulce y masivo, con 10 que su estructura es sencilla y robusta. las perdidas termicas dUrante eI funcionamiento son determinadas exclusivamente por la resistencia 6hmica de la bobina y por la intensidad L Ademas,la estructura masiva del nDcleo de hierro ofrece una conductibilidad 6ptima para el campo magnetico. En consecuencia, la holgura restante no incide sobre el calentamiento.
Construcci6n
AI conectar la bobina, aumenta lentamente la corriente L AI crearse eI campo magnetico, la bobina genera una contratensi6n por inducci6n que actDa en contra de la tensi6n aplicada. Esta circunstancia explica la atracci6n suave Qenta) del irnan.
Conexion de bobinas de cor riente continua
(Corriente) I
v
Figura: Ascenso de la corriente al conectar una bobina C.c.
t (tiempo)
Dado que al desconectar aparatos inductivos desaparece el campo magnetico, puede surgir una tensi6n autoinductiva muy superior a la tensi6n de la bobina. Ello significa que la tension creada por la desconexi6n puede significar un dano del aislamiento de la bobina 0 provocar una carga considerable en los contactos por eI efecto de arcos voltaicos. Para contrarrestar estos efectos, puede incorporarse un "extintor de chispas". Paralelamente ala inducci6n L se acopla, por ejemplo, una resistencia R que se encarga de descargar la energfa acumulada en el campo magnetico a causa de la desconexi6n. Cabe anotar, sin embargo, que cualquier medida que tienda a extinguir chispas implica un mayor tiempo de desconexion.
Desconexi6n de bobinas de corriente continua
Conexiones diversas de paraehispas Figura: Extineion de ehispas
s
con resisteneia
R
u. Paralelamente al interruptor S se aeopla una resisteneia. Esta version puede
utilizarse perfectamente. siempre y euando el valor de la resisteneia no sea
demasiado pequeno.
Una resistencia dernasiado pequena inutilizaria al interruptor S.
1___ Unidad RC Figura: Extineion de ehispas con resisteneia y eondensador
sE
Paralelamente a la bobina L se aeopla una resisteneia R y un eondensador C. Esta eonfiguraeion tiene la gran ventaja que si el rele tiene varios eontactos, no as neeesario ineorporar en cada uno de ellos un paraehispas. No obstante, tiene la desventaja de retardar la deseonexion.
+ 0
Figura:
Extinci6n de chispas
S
con diodo.
UI
EI diodo esta acoplado paralelamente a la bobina L Sin embargo, at realizar esta conexi6n debera ponerse cuidado en que la poIaridad del diodo este fijada en direcci6n del bloqueo cuando eI contacto este cerrado.
.•
• • • • • •
Trabajo y conmutaci6n suaves Facil conexi6n Baja potencia de conexi6n Baja fuerza de retenci6n Vida Util mas larga que la versi6n de corriente alterna Silenciosa
Ventajas
• • • •
Sobretensi6n at desconectar Necesidad de extinguir chispas Esfuerzo considerable para los contactos Necesidad de incluir un rectificador si solo se dispone de corriente alterna Tiempos de conmutaci6n rnayores
Oesventajas
4.2.3 Bobinas de corriente aHerna Construcci6n
EI inducido y la culata magnetica estan compuestos de chapas laminadas (capas de varias chapas delgadas). Aparte de las perdidas que se producen en el bobinado de cobre, tam bien se producen perdidas en el hierro. Estas perdidas son calificadas de perdidas por corrientes parasitarias y por histerisis. Con eI fin de que dichas perdidas se mantengan en niveles minimos, se recurre a un nucleo de chapas laminadas superpuestas, pero, a pesar de ello, las bobinas de c.a. se calientan considerablemente.
Conexi6n de bobinas
de corriente altema
AI conectar una bob ina de c.a. surge una fuerte corriente I en funci6n de la resistencia aparente Z (perdidas), de la resistencia R y de la inducci6n L. La fuerza de tracci6n es relativamente grande en concordancia con el alto valor de la corriente I. De este modo se obtienen tiempos de conexi6n relativamente breves. La holgura entre et inducido y el nucleo tienen una influencia considerable sobre la magnitud de la corriente remanente I. Durante el fun cionamiento no deberfa haber holgura.
Figura:
Corriente al conectar una
bobina de c.a.
(Corriente) 1
t t (tiempo)
Desconexi6n de bobinas de c.a.
EI arco voMico que se produce al desconectar es menos peligroso que aqueJ que se produce en una bobina de c.c., ya que se apaga en el paso cero de la corriente. Los picos de tensi6n que surgen aun asf, pueden mantenerse en niveles mfnimos mediante una combinaci6n de resistencia y condensador.
• • • •
Tiempos de conmutacion breves Gran fuerza de traccion Por 10 general no es necesaria una extincion de chispas No hay necesidad de un rectificador de c.c.
Ventajas
• Considerables esfuerzos mecanicos • Mayor calentamiento si la holgura se mantiene a pesar de una elevada ab sorcion de corriente
• Menos durabilidad (conmutaciones) • Cantidad limitada de conmutaciones en funcion de la carrera • Zumbido • Sensible a sobrecargas y a inhibiciones mecanicas
Desventajas
Dado que la corriente altern a cambia de direccion 100 veces por segundo si la frecuencia es de 50 Hz. se origina una corriente parasitaria en el nucleo de hierro que puede alcanzar valores bastante elevados.
Bobina de corriente contInua conectada a corriente altema
1. La fuerza de traccion del rele se pierde porque la tension oscila entre los va lores maximos y el valor cero. 2. La induccion provoca una corriente parasitaria Oa inversion de la polaridad del campo magnetico genera corriente).por 10 que se produce un fuerte calentamiento. Este calor puede causar danos al devanado.
En este caso. la resistencia R es el resultado de la resistencia del devanado mas la resistencia inductiva L AI conectar a corriente continua no se producirfa una resistencia inductiva. por 10 que esta deberfa ser sustituida. Tal sustitucion podrla realizarse mediante el acoplamiento de una resistencia previa R 0 mediante una disminucion de la tension. No obstante. dichas soluciones senan demasiado complicadas en la realidad practica; en consecuencia es recomendable escoger el rele con et tipo de corriente adecuada recurriendo a las fichas tecnicas respectivas.
Bobina de corriente alterna conectada a corriente continua
4.2.4 Reh!s polarizados
Este tipo de reles es utilizado en aquellos casos en los que se dispone de poca potencia para la excitacion del rele. La potencia de respuesta de los reles polarizados es de aproximadamente 0,1 hasta 0,5 mW.
Construccion y funcionamiento
Simbolo
lman permanente LengOeta del rele
r---~----~---'
r=.% ~ A~mo
Pieza de
electromecanico con dos posiciones
hierro dulce
.Pleza de hierro dulce
EI muelle permite ajustar el inducido en tres posiciones de reposo diferentes.
1. Posicion de reposo unilateral
Cuando no esta accionado eI rele, eI inducido siempre mantiene cerrado el mismo contacto. La fuerza del campo rnagnetico aumenta cuando pasa corriente y el inducido conmuta al otro contacto. Cuando deja de excitarse el reh§, el inducido vuelve a su posicion inicial.
2. Posicion de reposo bilateral
En estado de desconexion esta cerrado uno de los dos contactos. AI producirse la excitacion del rele, el inducido conmuta al otro contacto. AI ooncluir el estado de excitacion, el inducido permanece en el contacto que ha activado.
3. Posicion de reposo interme dia
Si el rele no se encuentra en estado de excitacion, eI inducido se posiciona exactamente entre los dos contactos. AI conectarse el rele, el inducido actua sobre uno de los dos contactos en funcion de la direccion de la corriente. AI termino del estado de excitacion, el inducido vuelve a su posicion de reposo intermedia.
Los reles de impulsos de corriente son contactores electromagneticos que mantienen su estado de conmutaci6n incluso cuando se les retira la energla (impulso de mando). Dicha permanencia del estado de conmutaci6n se obtiene mediante un bloqueo mecanico. Este tipo de reles se utiliza especialmente en las instalaciones electricas (por ejemplo, encendido de la luz de pasillos mediante pulsador). Basicamente, estos reles estan compuestos de un iman, un inducido y contactos de conmutaci6n que pueden ser contactos normal mente cerrados 0 abiertos.
K
I
iJ--v-\-1,4 1,3
4.2.5 Reles de impulsos de corriente
t'
22
Se trata de un reh~ especial con mucho magnetismo residual, por 10 que su inducido mantiene su posici6n incluso despues de retirarse el impulso del mando. Los reles de adherencia pueden tambien mantener su estado de conmutaci6n si se interrumpe la red electrica. Se trata, pues, de un rele con autorretenci6n magnetica. Un impulso positiv~ excita el rele y 10 mantiene en ese estado por un tiempo indeterminado; un impulso negativo desconecta el rele.
1'3
4.2.6 Reles con magnetismo residual (reles de adherencia)
123
K¢,-\---\
114 124 Ficha tecnica Duraci6n del impulso
Min. 30 ms para magnetizaci6n Min. 25 ms para desconexi6n Max. 2 minutos a 50%
Temperatura max. admisible en el nucleo
Max. +80°C
1n7
4.2.7 Reles temporizadores
Este tipo de reles tiene la funcion de desconectar a conectar contactos en un circuito acoplados detras de los interruptores normal mente cerrados a abiertos. Estos reles efectuan dicha conexion a desconexi6n despues de un tiempo determinado y ajustable.
Rele temporizador can retardo de conexi6n
Elementos temporizadores (electricos I electr6nicos)
Rele temporizador can retardo de conexi6n
+ S1
--~----------
t
I I.
I.
L.
Funcionamiento
15
Accionando $1 fluye una corriente par una resistencia regulable R1 hacia el condensador C1. EI diodo 01, acoplado en paralelo, no permite el paso de corriente en esa direccion. Par la resistencia de descarga R2 tambien fluye una corriente, que en esta fase aun no tiene importancia. EI rele conmuta cuando el condensador alcanza la tension de respuesta del rela K1. AI soltar Sl se interrumpe el circuito electrico y el condensador se descarga rapidamente a traves del diodo 01 y la resistencia R2. En consecuencia, el rele pasa inmediatamente a su posicion normal. La resistencia R1 permite regular la corriente de carga del condensador y, en consecuencia. el tiempo que transcurre hasta que se alcanza la tension de respuesta de K1. Si se ajusta una resistencia elevada fluye una corriente pequena, can 10 que el tiempo de retardo es largo. Si, par 10 contrario. es pequena la resistencia R1. entonces fluye mucha comente siendo correspondientemente breve el tiempo de retardo.
La resistencia de descarga evita un cortocircuito al accionarse $1.
108
EI diagrama de funcionamiento que muestra los estados de las senales indica claramente que despues de accionarse el pulsador 51 primero tiene que transcurrir el tiempo t que se haya ajustado para que sea excitado el rele.
Diagrama de tiempo
Diagrama de funcionamiento
fe
1 •
$1
ENTRADA o~--~------------~---14---4-----~----~----
5AUDA'G O~--~--~~--~--~
tv
tv = tiempo de retardo ajustado te = tiempo de la senal de entrada
Rele temporizador con retardo a la desconexion
ReJe temporizador con retardo a la desconexion
Kl
+
--T--------
S1
_ _ _ _ . ____16
I
I. I
L.
'R1 C1
K1
.____. __ . _ _ .____ . _ _ . +-___--J f5
Funcionamiento
Accionando S1 fluye la corriente a traves del diodo 01 hacia el condensador
C1 yel rele K1. EI rele conmuta inmediatamente.
La corriente que fluye a traves de la resistencia R2 carece de importancia.
AI soltar el pulsador S1 se interrumpe el circuito. Entonces puede descargarse
el condensador C1 por la resistencia regulable R1 y la resistencia R2 ya que el
diodo 01 bloquea.
La resistencia R1 permite regular la corriente de descarga y, en consecuencia,
el tiempo que transcurre hasta que desconecta el rele.
Siendo grande la resistencia fluye una corriente de descarga pequena, con 10
que es largo el tiempo de retardo hasta que desconecta el rele. Si, por 10
contrario, es pequena la resistencia R1 fluye mucha corriente de descarga, con
10 que el tiempo de retardo es correspondientemente breve.
La resistencia de descarga R2 evita un cortocircuito al accionarse Sl. Diagrama de funcionamiento
EI diagrama de funcionamiento muestra claramente que al soltar el pulsador Sl primero tiene que transcurrir el tiempo de retardo t que se haya ajustado, y solo entonces desconecta e/ rele K1.
Diagrama de tiempo .
II
'
1;---;---- ______
~------------
ENTRADA
04---~------------~-----------
-8AUDA' .
O~--~------------+_----~-----Iv
tv
= tiempo de retardo ajustado
te = tiempo de la senal de entrada
tQue es un contactor electromagnetico? Se trata de contactores de accionamiento electromagm3tico capaces de activar potencias grandes con pequeflas potencias de mando. Los contactos son desplazados por el inducido de un electroiman. EI contactor es accionado cuando el devanado lIeva corriente. La fuerza de tracci6n se produce par el campo magnetico creado por el paso de la corriente. Los con tactos accionados por el inducido cierran 0 abren y permiten el paso de la corriente. Los contactores electromagneticos tienen numerosas aplicaciones. Son utilizados para poner en marcha motores, estufas acumuladoras nocturnas. calefacciones. equipos de aire acondicionado. gruas. etc..
4.3
Contactores electromagneticos
Tipos de contactores electromagneticos
Nucleo en U
8ectroiman blindado
~
Inducido . Inducido 0011mcws Oontactor de electroiman blindado
-0)10
Oontactos' Oontactor de . iman de nucleo
Nucleo en U
Balancfn.
Oontactor de inducido basculante
8 sfmbolo de los contactores electromagnet:icos es identico aI de los retes. cambiando tan solo la denominaci6n de los contactos.
Ventajas
• Activaci6n de grandes potencias con baja potencia de mando • Separaci6n galvanica entre eI circuito de comente de mando y eI circuito de comente principal • Practicamente no requieren de mantenimiento • Independientes de la temperatura
Oesvenmjas
• • • •
Oesgaste de los conmctos Elevado nivel de ruidos aI conmutar Grandes dimensiones Velocidad de conmutaci6n limitada a 10 ms hasm 50 ms
Para utilizar correctamente los conmctores electromagneticos, es necesario escogerlos debidamente en funci6n de la potencia, categoria de su aplicaci6n, velocidad de conmutaci6n etc..
11.,
Para usar mandos con aire a presion y corriente electrica es necesario recurrir a sistemas de conversion. EI usa de convertidores permite aprovechar las ventajas que ofrecen ambos medios.
4.4
Sistemas de conversi6n electromagneticos
Los convertidores que analizamos aqui son electrovalvulas que se encargan de convertir las senales electricas en senales neumaticas. Estas electrovalvulas estan compuestas de una valvula neumatica y de una unidad de conmutacion electrica (cabezal electromagnetico). Este caprtulo ofrece informaciones y explicaciones sobre los convertidores mas importantes.
En posIcion normal, esta valvula esta cerrada. Se trata de una valvula de asiento accionada unilateralmente. EI aire comprimido esta conectado en 1 (P). La corriente de aire hacia la salida 2 (A) esta bloqueada por el inducido. Si la bobina recibe una senal electrica se desplaza el inducido por efecto del campo magnetico. EI aire comprimido puede entonces pasar de la entrada 1 (pY hacia la salida 2 (A). La valvula vuelve a su posicion normal por efecto del muelle recuperador si se interrumpe la senal electrica. A traves de la salida 2 (A) no puede producirse la desaireacion del conducto neumatico ya que no se dispone de taladro de purga de aire. EI sistema auxiliar de accionamiento manual permite que la corriente de aire comprimido pase de 1 (P) hacia 2 (A). EI inducido es desplazado hacia arriba mediante un tornillo. Esta valvula de 2/2 vias es utilizada como unidad de bloqueo.
Posicion normal
Cabeza electromagnetica
(P)1-i> ~.........~-r
Accionamiento manual auxiliar
Posicion conmutada
4.4.1 Electrovalvula de 2/2 vias de accionamiento manual
4.4.2 Electrovalvula de 3/2 vias de accionamiento manual
Se trata de una vatvula de asiento accionada unilateral mente y con reposici6n par muelle. La valvula esta cerrada en pasici6n nonnal. Una seiiaJ electrica en la bobina crea un campa magnetico que desplaza al inducido hacia arriba, separandolo de su asiento. EI aire comprimido fluye de la entrada 1 (P) hacia la salida 2 (A); el inducido bloquea eI taladro de escape 3 (R). Si desaparece eI campo magm§tico, eI muelle vuelve a presionar al inducido sobre su asiento. De este modo se bloquea eI paso de 1 (P) hacia 2 (A) Y eI aire del conducto neumatico pasa de la conexi6n 2 (A) hacia 3 (R). EI sistema auxiliar de accionamiento manual tam bien permite en este caso efectuar una conmutaci6n manual de la vatvula de 3/2 vfas. Aplicaciones: mandos con cilindros de simple efecto, control de otras valvulas, conexi6n y desconexi6n de aire a presi6n en los mandos.
Posici6n normal
Posici6n conmutada (AI
,.
(R)
3
11A
~ (PI (AI
(R)
3
Se trata tam bien de una valvula de asiento con dos posibles posiciones de conmutaci6n, estando abierta en posici6n normal. EI aire comprimido pasa de 1 (P) hacia 2 (A). La valvula conmuta por efecto de una serial electrica en la bobina. EI conducto 2 (A) es desaireado por la conexi6n 3 (R) mientras que eI inducido bloquea la conexi6n 1 (P). Estas wlvulas son utilizadas si es necesario que un cilindro de simple efecto tenga su posici6n normal en el final de carrera delantero 0 si tiene que emitirse una selial en a1guna posici6n sin que antes se haya producido una seiial electrica.
Posicion normal
Posici6n conmutada 2 (AI
F7jT\lh~ IIPJ
l1PJlRJ3
~ .~
-::..~ .";'
Inl /""7"'1._-'
21AJ
11 "
4.4.3 Electrovalwla de 3/2 vias abierta en posici6n
normal
4.4.4 Electrov41wla de 3/2 vias celTada en posici6n normal (servopilotaje, accionamiento manual)
Para evitar que las bobinas de las valvulas sean demasiado grandes pueden utilizarse valvulas con servopilotaje neumatico. EI funcionamiento de la unidad respectiva es similar al de las electrovalvulas de 3/2 vias descritas antes. La diferencia estriba en el accionamiento directo del em bolo. Una senal electrica tiene como consecuencia que el inducido abra el paso. EI embolo de la valvula conmuta por efecto del aire que pasa de la conexi6n 1 (P) a traves del canal de aire hacia eI inducido y prosigue hacia el embolo de la valvula. EI estado de conmutaci6n de 1 (P) hacia 2 (A) se mantiene mientras este aplicada la senal electrica en la entrada. EI accionamiento manual auxiliar permite el paso del aire hacia el em bolo de la valvula. Tratandose de valvulas servopilotadas es absolutamente necesario acatar las presiones minimas y maximas.
Posicion normal
2
(AI
Posicion conmutada
!7mITI~~ 1(P)(RI3
Inducido ----4IHHH:!+
I""'=~."'-
eanai
lIP)-£>
de aire
lIPl-£>
Accionamiento manual auxiliar
La v81vula de 4/2 vias esta compuesta por 2 v81vulas de 3/2 vl'as y tiene la funci6n de controlar un cilindro de doble efecto 0 de encargarse del control de otras vatvulas. Una sena! electrica tiene como consecuencia que eI inducido abra eI paso. 8 aire comprimido que pasa por eI canal de aire de prepilotaje actUs sobre los dos embolos de la vatvula permitiendo Ia conmutaci6n respectiva. En estado de conmutaci6n esra abierto eI paso entre las conexiones 1 (P) Y 4 (A); la conexi6n 2 (8) expulsa aire en direcci6n de la conexi6n 3 (R). Cuando se interrumpe la senal electrica, ambos embolos de la valvula vuelven a su posici6n normal, con 10 queda abierto eI paso de 1 (P) hacia 2 (8) mientras que la conexi6n 4 (A) expulsa aire par la conexi6n 3 (R). EI accionamiento manual permite conmutar la v8lvula.
Posici6n normal
PosiciOn conmutada 4 2
~ 1(PIIRI3
Acdonamiento manual auxiliar Embolo de la valvula
4.4.5 Electrovalwla de 4/2 vias (servopilotaje, accionamiento manual)
4.4.6 Electrovalwla de 5/2 vias (servopilotaje, accionamiento manual)
Esta valvula asume las mismas funciones que la electrovalvula de 4/2 vas. 8implemente se trata de otro sistema constructivo. La electrovatvula de 4/3 vias es una valvula de asiento, mientras que la electrovalvula de 5/2 vias es una valwla de corredera Una sefial elearica provoca la conmutaci6n del inducido. EI aire atraviesa eI canal de aire en direcci6n del embolo de la vatvula, conmutandolo. En eI centro de Ia valvula esta abierto eI paso de 1 (P) hacia 4 (A) 0 hacia 2 (8) por efecto de una junta (asiento). La purga de aire se produce
de 4 (A) hacia 5 (R) 0 de 2 (8) hacia 3 (8).
Interrumpiendo la sefiaI electrica, la valvula vuelve a su posici6n normal por
acci6n del muelle de reposici6n. quedando abierto eI paso de 1 (P) hacia 2 (8).
Posici6n normal
Posici6n conmutada 4 2 (A)e)
~ 1(P)
Bobina
Accionamiento manual auxillar
41AI 2(81
11A
Es necesario disponer de dos senales para efectuar la conmutacion, al igual que en la neumatica. Una senal de entrada en Y1 (electrica) tiene como consecuencia que el embolo de la valvula se desplace hacia la derecha en la parte neumatica. La conexion 1 (P) expulsa aire por 2 (6) Y la conexion 4 (A) 10 hace por 3 (A). La conmutacion se produce por una breve senal (impulso) yel embolo de la valvula mantiene esa posicion hasta que la entrada Y2 (electrica) recibe una breve serial (impulso). Si la entrada Y2 recibe una serial, el embolo de la valvula se desplaza hacia la izquierda. De este modo se permite el paso de aire de 1 (P) hacia 4 (A) Y la purga de aire de 2 (6) hacia 3 (A). Esta electrovalvula se encarga de convertir seriales electricas en senales neumaticas y, ademas, es capaz de memorizar dichas seriales. Es importante tener presente que predomina la primera sef1al que lIegue. Aplicaciones: Control de cilindros de doble efeeto. Memoria de seriales electricas en la parte neumatica. En los capitulos que se refieren a los circuitos basicos y al desarrollo de esquemas de distribucion se recurre a este tipo de equipos.
4 2 IAIIBI
rill! !I XFWJ 1(PIlRI3
31RI
41AI
4.4.7 Electrov8lvula de 4/2 vias (impulso eh~ctrico bilateral)
4.4.8 Electrov8lvula de 5/2 vias (impulso electrico bilateral)
Esta unidad asume las mismas funciones que la anterior. La diferencia estriba en que se trata de una valvula de asiento longitudinal y no de una de corredera longitudinal. La conexi6n 2 (8) es aireada por separado por la conexi6n 3 (5). Esta electrovalvula tambien es una valvula con servopilotaje y accionamiento manual auxiliar.
lSI lSI (PIIA) (RI 3 2 1 4
5
....
lSI IBI (PI IAI IRI 3
2
1 4
5
Esta combinacion de valvulas estci compuesta de cuatro valvulas de 2/2 vias. En posicion normal estcin cerradas todas las conexiones. Los conductos no tienen purga de aire. La activacion es electrica. En su posICIon normal estas valvulas mantienen las posiciones correspondientes de cilindros de doble efecto. Sus aplicaciones son el posicionamiento y la parada de emergencia.
4 2
(AlIBI
'f
llPI (
i·
Posicion normal: Todas las salidas estan bloqueadas. Los muelles rnantienen este estado.
4.4.9 Electrovalvula de 5/4 vias
La valvula conmuta cuando la bobina Y1 recibe una serial electrica. EI paso esta abierto entre las conexiones 1 (P) Y 4 (A); eI aire evacua de la conexion 2 (6) hacia la conexion 3 (8). EI cilindro se des plaza en una direccion. La interrupcion de la senal en Y1 activa de inmediato la funcion de bloqueo, con 10 que la presion queda aplicada en eI cilindro.
'f
11P)
La vatvula ocupa otro estado de conmutaci6n cuando la bobina Y2 recibe una seiial. De este modo queda abierto eI paso de las conexiones 1 (P) hacia 2 (8) Y de 4 (A) hacia 5 (R). EI cUindro se desplaza en Ia direcci6n opuesta. La interrupci6n de la seiial en Y2 activa de inmediato la funci6n de bloqueo. EI cilindro rnantiene la posici6n correspondiente (estando bajo presi6n). 4 2 (AIIBI-
.
[t~ml~lllill£~
51RIISl3 liP)
~
liP)
Si las bobinas Y1 e Y2 reciben una sefial, se produce Ia cuarta posici6n de conmutaci6n. En esta posici6n todos los embolos dejan libre eI paso, con 10 que todos los conductos evaCUan aire. EI cilindro acoplado detras de la valvula asume una posici6n arbitraria sin presi6n. Por interrupci6n de ambas sefiales todas las vatvulas vuelven a su posici6n normal quedando bloqueados los conductos por acci6n de los muelles.
4.5 Convertidor de seftales neumatico-electrico PE
Una serial neurnatica en la entrada X desplaza un pequeno embolo que activa un microinterruptor. Este emisor de seriales electncas actua a1temativamente como interrupter normal mente cerrado 0 abierto 0 como conmutador. PJ interrumpir la sei'ial de entrada en X eI embolo vuelve a su posicion normal por accion de un muelle. con 10 que queda libre eI emisor de senales electricas. EI margen de presiones abarca desde 0,8 bar hasta 10 bar.
x
~ 2 4
Microinterruptor (conmutador)
La siguiente grafica muestra una construcci6n diferente.
•
x
EI margen de presiones abarca desde 1,5 bar hasta 8 bar.
1?.4
Con la unidad que se muestra en esta pagina pueden convertirse senales neumaticas en senales electricas en un sistema de baja presion. Un actuador de mando neumatico actua sobre un microinterruptor que funciona alterna tivamente como interruptor normal mente abierto 0 cerrado. EI actuador de mando neumatico funciona de la siguiente manera: EI aire comprimido (de baja presion de 0.1 hasta 0.25 bar) entra por la conexi6n 1 (P). EI aire sale al exterior a traves de la salida de evacuacion 3 (r). Si la entrada X recibe una senal neumatica una lamina es desplazada hacia arriba, con 10 que se bloquea el paso de 1 (P) hacia 3 (R). Ello significa que eI aire a presion proveniente de 1 (P) actua sobre la membrana, la que a su vez actua sobre el interruptor. Este mantiene su posicion mientras que Ia senal de entrada continue en X. EI margen de respuesta de la selial en X es de 0,5 mbar hasta 250 mbar. EI consumo de aire constante en estado normal es de 0,7 hasta 2 I/min.
3 Evacuaci6n de aire Lamina
1(P)
Membrana Microinterruptor
1(~=UlEj 2J 4I ~
4.6 Convertidor de seliales neumatico-eh~ctrico PE para sistemas de baja presion"
4.7 Convertidor de senales neumatico-electrico (presostato)
Este interruptor regulable neumaticamente (por presi6n) tiene la funci6n de convertir senales neumaticas en seiiales electricas. Si la entrada X recibe una senal, la membrana actua sobre un empujador. No obstante, ello solo ocurre si la presi6n en la entrada X es mayor a la fuerza que se haya ajustado en eI muelle. Dicho ajuste se efectlla mediante un tornillo. Si la presi6n es mayor que la fuerza del muelle, una palanca actlla sobre un microinterruptor conmutador. La senal electrica de salida se mantiene mientras que la senal de entrada en X tenga la presi6n necesaria.
1<---01 / ! fvtv 2
4
Tornillo de ajuste ~!?nY'
Muelle Empujador Membrana
x
EI margen de presiones abarca desde 1 hasta 10 bar. Todos los convertidores de seiiales funcionan con las tensiones usuales de corriente continua 0 altema. La bobina 0 el microinterruptor tienen que incorporarse segun la aplicaci6n con creta del convertidor.
Capitulo 5
Normas de seguridad
La Federaci6n de Electrotecnicos A1emanes (VDE) ha establecido diversas normas de seguridad. Estas normas se clasifican de la siguiente manera: Prescripciones Reglas Recomendaciones
Prescripciones
Se trata de normas de caracter obligato rio. En elias se establecen los requisitos que deben cumplirse para no poner en peligro ni a las personas ni a los equipos tecnicos.
Reglas
Estas son normas que deberlan acatarse para garantizar la fiabilidad de los equipos tecnicos.
Recomendaciones
Se trata de propuestas cuyo acatamiento es optativo. Las recomendaciones no se refieren a aspectos de seguridad.
Las normas VDE (prescripciones de caracter obligatorio) mas importantes son las siguientes
VDE 0100 VDE 0113 VDE 40050
Otras normas
Medidas de seguridad para evitar contactos con tensiones demasiado elevadas. Normas referidas al equipamiento eh~ctrico de maquinas con tensiones nominales de hasta 1000 V. Tipos de protecci6n de elementos operativos.
Publicaciones lEe NormasVDI Pliegos de condiciones
Normas de seguridad de las mutuas profesionales
(normas internacionales)
(idemticas a las normas VDE, aunque mas detalladas)
(normas sobre elementos operativos de Jas empresas
con prescripciones determinadas reJacionadas al equipamiento electrico)
(medidas de prevenci6n de accidentes)
Las personas que se dedican a la tecnica de mandos y, en especial, a la as! lIamada tecnologia mOOa, deberian estar familiarizados con los requisitos minimos de seguridad en el sector de la electricidad.
Las partes de un equipo que se encuentran bajo tensi6n electrica suelen estar protegidas mediante aislamiento para evitar contactos involuntarios. Si eI aislamiento esta. danado es posible que se produzcan contactos peligrosos con los cuerpos metalicos de los equipos respectivos. Tensiones superiores a 65 V son peligrosas para eI ser humano (para animales a partir de 24 V). La norma VDE establece que los equipos con mas de 65 V a tierra deberBn estar provistos de las medidas de seguridad que se expIican a continuaci6n.
5.1 VDE 0100 Medidas de pro tecci6n para evitar con tactos con alta tensi6n
Un aislamiento protector recubre toeJas las piezas electricas que estan aI a1cance del ser humano. Los elementos en cuesti6n pueden estar recubiertos de un cuerpo de plastico resistente a golpes 0 bien pueden estar concebiclos de tal manera que las partes electricas esten encapsuladas y aisladas de su entomo metalico mediante elementos de aislamiento incorporados.
5.1.1 Aislamiento protector
Interruptor Aislamiento entre motor y engranaje.
Empunadura
Interruptor \.....~- encapsulado con material aislante Motor encapsulado Il:=::::::!..!!!'!~~~ con material alslante ... L!:::::===::::::!.I
.. ",.,.
151 ~
5.1.2 Bajo voltaje de protecci6n
Se trata de una reducci6n de Ia tensi6n hasta valores de = 42 V (tratandose de juguetes. dieha tensi6n es de =24 V). EI bajo voltaje de protecci6n se obtiene mediante transformadores 0 elementos ~nicos. Muchos mandos el8ctricos 0 electr6nicos funcionan con tensiones de = 24V. No obstante. no cumplen con los requisitos exigidos de un bajo voltaje de protecci6n ya que muchas veces las piezas respectivas de las rnllquinas en cuesti6n estan conectadas a Ia red de 24 V- del mando. Esta conexi6n suele ser necesaria para que en casas de averfas no se produzcan conmutaciones equivocadas de las rnllquinas. En muchas ocasiones hay tambien piezas de las rnllquinas que estan conectadas aI conductor de protecci6n de la red de 220/380 V-. En esos casos estan separadas gaiv8nicamente Ia corriente de alta intensidad y eI circuito de baja tensi6n. 3/MP_ 50Hz
380/220V
Ll---------------------------.------------------- L2~~---------------_+------~-------
._- i 1' I
N
~~ Transformador para baja tensi6n
/.
Rectificador para-I baja tensi6n ...
L. N
5.1.3 Separaci6n de protecci6n
P
Incorporaci6n de un transformador entre Ia red y Ia unidad consumidora (rrtaxima tensi6n de Ia red = 380 V) En Ia salida del transfonnador no hay tensi6n a tierra. No obstante, esta separaci6n de protecci6n solo surte efeelo si en Ia salida no hay conexi6n a tierra. PJ transformador solo debera conectarse una unidad consumidora de max. 16 A de corriente nominal.
,'---:
:: III®\ Or-0 L_~_~
_ . _____ . ______ .--J
Transformador
1M
Para efectuar la conexi6n a neutro es necesarto que la red cuente con un punto de conexi6n en estrella puesta a tierra y con un conductor de protecci6n conectado a dicho punto. Si se produce un contacto entre eI cuerpo y eI aparato 0 equipo electrico se provoca un conocircuito, con 10 que son activadas las unidades protectoras contra sobretensi6n.
5.1.4 Conexi6n a neutro
3/Mp ....... SOHZ J801220V
____....__ ~""--~==~--------------+--------------Ll ______________ ___________ L2
~
~==~
+-~
,
~--""--~==~--~----------+-+-~---------L3
,T
I
I
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.1. =
I I
I
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I
I
I
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RS
t-'~ 'l' . I
t
J
L._,j
J RB
La protecci6n por puesta a tierra transforma un contacto con eI cuerpo en un cortocircuito. La corriente de defecto conducida par la conexi6n a tierra activa las unidades protectoras contra sobretensi6n.
3)(3801220 V
r-~""---F==~--~---------------------------Ll
~--""--~==~--~~-------------------------L2 ~--""--~==~--~~-+--------~~-----------L3
. _ _ .--+-
'-'j'
--4T..-·-- N
F'-" '-'!T'l I . I ~ . I I' !
I
I
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r-+---+-O
I
/ Rs
---...;::::::-..:::;:::.::r::R
-----==--=---=--=----:-------=-====-=---
0::::"'_ _ _ _ _ _- - - - -
Rs
S
131
5.1.5 Puesta a tierra
5.1.6 Sistema de conduc tores de protecci6n
En este tipo de protecci6n, todas las partes de un equipo que pueden entrar en contacto con eI cuerpo humano estan conectadas entre sf mediante conductos de protecci6n y, ademas, estfln conectadas a tierra. Este sistema de protecci6n es admisible solo en determinados tipos de equipos.
5.1.7 Circuito de protecci6n por desconexi6n de tensi6n de defecto
En caso de producirse un contacto con eI cuerpo humano. eI circuito de protecci6n por desconexi6n de corriente de defecto provoca una desconexi6n inmediata (0,1 segundos) de todos los poIos de la unidad de trabajo. La tensi6n de defecto lIega a un interruptor de seguridad que estA acoplado entre la unidad consumidora y la conexi6n auxiliar a tierra.
L1------·----------------------------------~-------- L2-----------------------------------------~._-------
L3--------------------------------------+-+-.------ N ---- ---- ___ a _ _ . _ _ . _ _ o-+--+ 0
Jd
O_--'-'-'
Interruptor de seguridad I ~ •
_ _
________ _
--------...U>
I
pulsiidorde~t1:== '~--'--L-
I .
LInea 8Uxillar a tierra
K
---+------_.
I
~!
·I I. ·I I. ·I
~.
-rI
} --- ---o-+-+--+--+- Unea de seguridad'
- Conexi6n auxDiar a tierra
En caso de producirse un contacto con eI cuerpo humano, eI circuito de protecci6npor desconexi6n de comente de defecto provoca una desconexi6n inmediata (0,2 segundos) de todos los poIos de la unidad de trabajo. Esta protecci6n por desconexi6n de corriente de defecto es una medida de seguridad relativarnente fiable y puede incluirse en muchos tipos de mandos.
-,
Interruptor de seguridad
I I I
. I
Pulsador de control -
L.____ .
,U I
r~-'~ -rr'i
. ..,-
. I
. I
I .
AS
'-4.I I.
Ii' . '.
. I
i
'.
L._,::...J
I -L -
5.1.8 Circuito de protecci6n por desconexi6n de comente de defecto
5.2 VDE 0113 Y DIN 57 113
Normas para eI equipamiento el8ctrico de maquinas de mecanizado y procesamiento con tenslones de a1imentaci6n de hasta 1000 V. Estas normas son muy expUcitas y se refieren aJ equipamiento electrico de maquinas aisladas fijas y m6viles y de maquinas incluidas en cadenas de fabricaci6n y sistemas de transporte. A continuaci6n nos limitaremos a comentar las normas importantes para eI montaje de mandos.
mas
5.3 Paro de emergencia e interruptor principal
En caso de peligro tiene que poder pararse la maquina inmediatamente e interrumpirse Ia conexl6n de todo eI equipo y la red electrica. AI respecto debera considerarse 10 siguiente: 1. Si fuese necesario comar con una iluminaci6n, esta no debera desconectar se con eI paro de ernergencia. 2. Las herramientas sujetadas magneticamente no deben desprenderse de la maquina aI accionarse eI paro de emergencia. 3. Los sistemas auxlliares y de frenada (par ejemplo para inmovilizar la maquina) no deben perder su funci6n con eI paro de emergencia. 4. Si fuese necesario, eI para de emergencia debera activar movimientos de retorno. No obstante, dichos movimientos solo deberan producirse si no implican un peligro para personas. 5. Si eI accionamiento del para de emergencia es manual y directo, debera efectuarse mediante un bot6n pulsador. Si eI accionamiento es indirecto, estil permitido utUizar cuerdas 0 pedales de emergencia. 6. 8 elemento que activa eI para de emergencia debera ser de color rojo vivo. La superficie debajo de dicho elemento debera ser de color amanllo para que se produzca un contraste entre los coIores. 7. Toda maquina tiene que estar equipada con un interruptor de emergencia principal que permita desconectar todo eI equipo durante los trabajos de lim pieza, mantenimiento y reparaci6n 0 durante perfodos de inactividad proIongados. EI interruptor en cuesti6n debe ser manual y debera estar caracterizado con 1 y 0 para Ia conexl6n y desconexi6n respectivamente. Ademas deberB mantener su posici6n en cada caso. Asimismo, Ia posici6n de desconexl6n tiene que poderse bloquear de tal manera que no sea posible poner en marcha eI equipo ni manuaimente ni a distancia. En caso de haber varias tomas, los interruptores principales deberan bloquearse mUtuamente para evitar cualquier peligro.
Ejemplos de unidades de control: Detectores de final de carrera, converticlor, electrovatvulas.
5.4 Iimitadores de carrera,
sensores con
Ejemplos de unidades de mando: Pulsadores de entrada, pulsadores mamlales. Ejemplos de indicadores: Testigos, unidades indicadoras accionadas efectrornagneticamente. Caracteristicas comunes: Todas estas unidades son de tacil acceso y estan ubicadas en lugares secas y Iimpios protegidos contra humedad, palvo, aceite, medics refrigerantes y danos terrnicos y mecanicos. Estas caracterfsticas de seguridad ya tienen que tornarse en cuenta durante la fase de diseiio de maquinas y equipos ya que, posteriorrnente, ofrecen mayor seguridad en casa de una ruptura de un cable 0 de un cortocircuito en eI mando. Los interruptores de final de carrera y los limitadores de carrera no deberan danarse en casa de ser rebasados a causa de un faJlo. Precisamente es este un aspecto que con frecuencia no es tornado en cuenta par eI fabricante de maquinaria (especialmente en aquellos casas en los que no se realiza una homologaci6n del tipa de maquina). Los interruptores de final de carrera tienen que estar protegidos contra contactos involuntarios. En consecuencia, siempre se los ubicara de tal manera que no perrnitan una acumulaci6n de suciedad y virutas que podrfan interferir en las secuencias del mando.
Criterios adicionales para rnaquinas en cadenas de fabricaci6n
Los elementos de mando de los finales de carrera deberfan ser preferentemente de ruptura brusca. Los finales de carrera han de cornponerse o de un interruptor conmutador (norrnalmente abierto 0 norma/mente cerrado) o bien de un interruptor individual norrnalmente cerrado y un interruptor individual norrnalmente abierto. Si fuesen necesarios otros interruptores adicionales, es factible recurrir a contactores electrornagneticos auxiliares 0 a
reles. Los interruptores multiples tienden a faJlar despues de mucho usa, dependiendo del esfuerzo electrico 0 mecanico aI que hayan sido sornetidos. Este es un factor que eI fabricante deberfa tamar en cuenta aI elegir entre los diversos mandos que Ie son ofrecidos en eI mercado. Un mando con interruptores multiples suele ser menes costoso, aunque tambien es menos flable que un mando con reles. Ademas, un sistema con interruptores mUltiples ofrece mas problemas durante los trabajos de mantenimiento porque su configuracion no es tan clara como la de los reles.
Unidades de control, unidades de mando e indicadores
Colores para indicar condiciones operativas
Color
Estado operativo
Elemplos de aplicacion
Rojo
Estados anormales
Indica que la maquina ha sido detenida por accion de algun elemento de seguridad (p. ej. por una sobrecarga, por haberse rebasado un contacto del interruptor de carrera 0 por otra causa). Indicacion para desconectar la maquina (p. ej. en casos de la maquina (p. el. en casos de sobrecargas).
Amarillo
Atencion 0 cuidado
Un para metro (co mente, temperatura) se acerca al limite admisible 0
senal para el cicio automatico Verde
Blanco (incoloro)
Azul
La maquina esta lista
La maquina esta !ista Todos los equipos auxiliares !istos para funcionar. Las (diversas) unidades se encuentran en posicion normal y la presion hidraulica o la tension de un transformador han alcanzado los valores necesarios etc.. Ha concluido el cicio de trabajo y la maquina esta lista para iniciar un cicio nuevo.
Tension electrica puesta en los circuitos. Normalmente en funcionamiento
Interruptor principal en posicion de activacion. Seleccion de la velocidad 0 de la direccion del giro. Funcionamiento de todos los motores 0 de las unidades auxiliares. La maquina esta en funcionamiento.
Cualquier funcion a la que no se refiera uno de los colores.
Color
Orden
Estado operativo previsto
Rojo
Paro, desactivaci6n
Interrupci6n de la marcha de uno 0 varies motores. Interrupci6n del funcionamiento de unidades de una maquina. Desactivaci6n de sistemas de sujeci6n electrornagmiticos. Interrupci6n del cicio de trabajo (si eI operario activa eI pulsador durante un cicio, Ia maquina para despues de terrninar eI cicio). Desactivaci6n en casas de peligro (p. ej. desactivaci6n encasode calentamlento peligroso).
Para de emergencia
Verde
Arranque, activaci6n, pulsar
Tensi6n puesta en los circuitos de mando (estado de listo para funcionar). Arranque de uno 0 varios motores para las funciones auxiliares. Arranque de unidades de Ia maquina. Activaci6n de Ia unidad de ajuste electromagntitica Pulsaci6n manual (accionamiento simple aI ajustar).
Amarillo
ActiVaci6n de un movimiento de retorno no previsto en eI cicio operative normal 0 activaci6n de un movimiento para anular un estado peligroso.
Retorno de unidades de Ia maquina aI punto de partida del cicio si este aun no habra concIuido. Pulsando la tecla amarilla pueclen desactivarse funciones antes activadas
Blanco 0 negro
Cualquier funci6n a Ia que no se reflera uno de los coIores anteriores.
Control de funciones aUXIliares que no estan relacionadas directarnente con eI cicio de trabajo. OesbIoqueo de reles (parte posterior).
0
negro
CoIores de pulsadores
CoIores recomendados para testigos luminosos
Ejemplosde aplicaci6n y observaciones
CoIory aplicaci6n
Significado del luminoso
Funci6ndel pulsador
Rojo Indicador
Vease observaci6n
Paro (no se trata del parode emergencia)
Amarillo
Atenci6no cuidado
Activaci6n de una operaci6n para evitar estados peligrosos
Un parametro (corriente, temperatura) se acerca aI valor maximo permisibJe. EI accionamiento del pulsador amarillo puede anular funciones.
Verde Indicador
Aprobaci6n de Ia activaci6n del procesode arranque.
Arranque de la maquina 0 del equipo.
- Funcionamiento normal - Arranque de unoovarios motores para accionamiento auxiliar manual - Arranque de unidades rnecanicas - Excitaci6n de sistemas de ajuste electro magneticos
Azul Indicador
CuaJquier significado aJ que no se refiera uno de los coIores anteriores 0 eI color blanco
Cualquier funci6n ala que nose refiera uno de los coIores anteriores o eI color blanco
Control de funciones auxiliares
Blanco (claro) Confirmaci6n
Confirmaci6n constante que indica un circuito electrico recibe corriente 0 que se ha activado 0 preseleccionado una funci6n 0 movimiento.
Cerrar un circuito o activaci6n 0 preseJecci6n
Cualquier preseJecci6n u operacion de arranque
Indicador
.o ....
En los grupos, elementos 0 sistemas eh~ctricos sabre las maquinas y las instalaciones, los sistemas de control se consideran circuitos electricos secundarios. Las conexiones de tierra, esto es las conexiones de masa, nunca han de producir un arranque involuntario de la maquina ni impedir la interrupcion de la operacion de esta. Esto puede realizarse, por ejemplo, conectando unilateral mente a tierra el circuito electrico secundario 0 eI sistema de control. Una conexion a tierra par el lade de tension del mando produce la excitacion del elemento de proteccion contra sobrecarga previo y elimina la tension en el circuito electrico secundario. Si ademas se tiene en cuenta la regia segun la cual el sistema de mando ha de ponerse en funcionamiento siempre alimentimdole la tension precisa. nos damos cuenta de que la conexion a tierra de Ia maquina impide necesariamente la puesta en funcionamiento involuntaria de la misma. Se conoce que las medidas de proteccion, la conexion a neutro y el circuito de proteccion, en los sistemas de mando de maquinas casi siempre son la solucion mas facil de realizar. Si por cualquier circunstancia se exigiera que el circuito electrico secunda rio 0 el circuito electrico de mando no tuviesen que estar conectados a tierra unilateralmente, el circuito secundario sin conexion a tierra ha de estar dotado de un sistema de control del aislamiento con arreglo a la norma VDE 100/5.73. Para el equipamiento electrico, cuyos circuitos electricos de mando incorporaran mas de 5 bobinas electromagneticas (contactores, reles, valvulas, etc.) es recomendable utilizar un transformador especial de mando para la alimentacion. Este transformador de mando especial se conecta detras del interruptor principal, preferiblemente entre dos conducciones externas de la red de corriente trifasica. Esta solucion mejora tambien los niveles de seguridad aI producirse un fallo de fase. Los circuitos electricos de mando que operaran sin el transformador de mando se incorporan entre la conduccion externa y la conduccion intermedia. Aquellas operaciones que no debieran realizarse simultaneamente (por ejemplo, circuito contactor inversor) tienen que estar bloqueadas una respecto ala otra. EI cicio operativo indMdual no debera iniciarse si no se cumplen antes todas las exigencias de seguridad del personal de operacion y de la maquina. Cuando se trate de sistemas de mando para cuya operacioo se precise de las dos manos, ello no debera realizarse solamente con un enlace en Y. En este caso, el circuito ha de estar dotado de elementos temporizadores que aseguren que ambos (0, en su caso, mas de dos elementos) pulsadores han de apretarse al mismo tiempo. Esta solucion "bimanual" de seguridad ha de ser 10 suficientemente "inteligente para impedir que el sistema funcione bloqueando (con una cinta adhesiva. p. ej.) uno de los dos Pulsadores. Las maquinas con un cicio controlado automaticamente deben estar dotadas de un sistema de control manual 0 de un sistema de accionamiento simple a pulsacion para fines de comprobacion, ajuste 0 puesta a punto. En operacion controlada automaticamente, los transmisores de instrucciones para el control manual tienen que estar desactivados. De la misma forma, en operacion manual ha de quedar excluida la posibiJidad de un arranque automa tico. Las normas DIN 57113NDE 0113 especifican otros aspectos referentes a los sistemas electricos en maquinas. U
5.5 Circuitos electricos secundarios y disposi tivos de bloqueo
5.6 DIN 40050, ProtecciOn de sistemas mecanicos electricos
Esta norma expJica c6rno proteger aI personaJ contra accidentes por contacto con elementos de tensi6n electrica 0 elementos mecanicos incorporados en cajas. Ademas, esta norma se refiere tambien a c6mo proteger a los equipos mecanicos contra la infiltraci6n de cuerpos extraiios s61idos y de agua.
5.7 Especificaci6n del tipo de protecci6n
La especificaci6n del tipo de protecci6n se compone siempre en primer lugar de las dos may(Jsculas IP (para International Protection) y de dos dfgitos para eI grade de protecci6n. Por 10 que se refiere a los dos dfgitos, eI primero de ellos indica eI grado de protecci6n contra infiltraci6n de cuerpos extraiios y contra contactos ffsicos; eI segundo dfgito especifica eI grado de protecci6n contra la infiltracion de agua. La tabla I indica eI nivel de protecci6n especiflcado con eI primer digito, y la tabla II especifica eI nivel de protecci6n referente aI segundo dfgito. Ejemplo: I P 2 1 Este ejemplo significa que eI equipo esta protegido contra contactos tactiles en los elementos de tensi6n 0 los elementos mecanicos interiores, asf como contra la penetraci6n de cuerpos extraiios con mas de 12 mm de diametro y contra la precipitaci6n vertical de gotas de agua.
Grados de protecci6n contra contactos ffsicos e infiltraci6n de cuerpos extraiios
Tabla I Grado de protecci6n
Primer dfgito
Denominaci6n
Explicacion
0
Sin protecci6n
No ofrece protecci6n especial a las personas en caso de contactos involuntarios de piezas que estan bajo corriente 0 que se mueven. Las unidades de trabajo no estan protegidas contra infiltraci6n de cuerpos extranos.
1
Protecci6n contra cuerpos extraiios grandes
Protecci6n en caso de contactos involuntarios (con la mano, por ejemplo) de piezas m6viles bajo tensi6n. No ofrece proteccion en casas de contactos voluntarios. Protecci6n contra infiltraci6n de cuerpos extraiios s6lidos con dillmetros superiores a 50 mm.
2
Protecci6n contra cuerpos extraiios medianamente grandes
Protecci6n en caso de contacto de los dedos con piezas m6viles que estan bajo tensi6n. Protecci6n contra infiltraci6n de cuerpos extraiios s61idos con dillmetros superiores a 12 mm.
Primer dfgito
Grado de protecci6n Denominaci6n
ExpIicaci6n
3
Protecci6n contra cuerpos extralios pequelios
Protecci6n en caso de contacto con piezas m6V11es bajo tensi6n con herramientas, a1ambres u objetos simnares de dilimetros superiores a 2,5 mm. Protecci6n contra infiltraci6n de cuerpos extralios stJIidos con dilimetros superiores a 2,5 mm.
4
Protecci6n contra cuerpos extralios granulados
Protecci6n en caso de contacto con piezas m6vHes bajo tensi6n con herramientas, a1ambres u objetos simRares de dilirnetros superiores a 2,5 mm. Protecci6n contra infiltracl6n de cuerpos extralios stJIidos con dilimetros superiores a 1 mm.
S
Protecci6n contra dep6sitos de palvo
Protecci6n total en caso de contacto con piezas m6vi1es bajo tensi6n. Protecci6n contra dep6sito daliino de palvo. Esta protecci6n no evila totalmente Ia infiltraci6n de poIvo, aunque sf evita que entren tales cantidades de palvo que inhiban las funciones operativas.
6
Protecci6n contra infiltraci6n de palvo
Protecci6n total en caso de contacto con piezas m6viles bajo tensi6n. Protecci6n contra infiltraci6n de palvo.
Protecci6n contra agua
Tabla II
Segundo dfgito Denominaci6n
0 1
Grado de protecci6n
Sin protecci6n
No ofrece ninguna protecci6n en especial
Protecci6n contra
Gotas de agua que caen perpen dicularmente no deben causar daflos.
goteo perpendicular 2
ExpIicaci6n
Protecci6n contra goteooblfcuo
Gotas de agua que caen en angulo de hasta 15° en relaci6n con eI eje perpendicular no deben causar daftos.
3
Protecci6n contra rocfo de agua
Agua que cae en un lingulo de hasta 60" en relaci6n con eI eje perpendicular no debe causar danos.
4
Protecci6n contra salpicadura de agua
Agua que salpica de todas direcciones no debe causar danos.
5
Protecci6n contra chorro de agua
Un chorro de agua proveniente de una tobera y dirigido desde cualquier lingulo contra eI elemento operativo no debe causar danos.
6
Protecci6n aI sumergir
Si Ia unidad operativa es sumergida en agua a una presi6n determinada y durante un determinado tiempo. no debe permitirse la infiltraci6n de agua en cantidades daninas1.
7
Proteccl6n aI zambullir
SIIa unidad operativa es sumergida en agua a una presi6n determinada y durante un tiempo no determinado. no debe permitirse Ia infiltraci6n de agua en cantidades daninas1.
1 En determinados tipos de maquinas no debe producirse infiltraci6n alguna de agua Las Instrucciones respectivas est8n incluidas en las especificaciones respectivas de Ia maquina.
.......
Capitulo 6
Bases de la neumatica
6.1
Propiedades del aire comprimido
Puede que sea sorprendente que la neumatica se haya difundido tan rapidamente y en tan poco tiempo. Este fen6meno se debe, entre otras cosas, a que en ciertos problemas de automatizacion es mas sencillo y mas econ6mico utilizar el aire que ningun otro fluido. La neumatica tiene las siguientes ventajas: Cantidad:
EI aire comprimible esta disponible en cualquier parte y en cantidades practicamente inagotables.
Transporte:
EI aire comprimido puede transportarse por tuberias a distancias largas. No es necesario prever el retorno del aire.
Acumulacion:
Un compresor no tiene que funcionar constantemente. EI aire comprimido puede almacenarse en un acumulador, desde donde puede recurrirse a el. Ademas, tam bien es posible transportar el aire comprimido en botellas.
Temperatura:
EI aire comprimido es indiferente a las oscilaciones de la temperatura. De esta manera es factible trabajar de modo seguro incluso con temperaturas extremas.
Explosiones:
EI aire comprimido no ofrece peligro de explosion 0 de incendio. En consecuencia, no es necesario adoptar costosas medidas de seguridad contra explosiones.
Limpieza:
EI aire comprimido es limpio, por 10 que no se produce contaminacion alguna por fugas de aire en las tUberfas 0 en las unidades de trabajo. Precisamente esta caracterlstica es indispensable en la industria alimenticia, maderera, textil y en fabricas de curtidos.
Montaje:
Los elementos de trabajo son faciles de montar, por 10 que los sistemas neumaticos no son costosos.
Velocidad:
EI aire comprimido es un medio de trabajo sumamente veloz, por 10 que es factible alcanzar altas velocidades de trabajo (Ia velocidad operativa de cilindros neumaticos es de 1 hasta 2 m/s).
Regulaci6n:
La potencia y la velocidad de los elementos neumaticos pueden ser reguJados sin escalonamiento.
Seguridad a sobrecargas:
Las herramientas neumaticas y los elementos de trabajo pUeden someterse a esfuerzos hasta quedar inmovilizados, por 10 que son seguros frente a sobrecargas.
1AA
Para delimitar con precIsion los posibles campos de aplicaci6n de la neumatica, es preciso conocer tam bien sus desventajas: Acondicionamiento:
EI aire que se usara en un sistema neumatico requiere de acondicionamiento previo puesto que no debe contener suciedad 0 humedad (ya que de 10 contrario se ocasionarra un desgaste de los elementos neumaticos ).
Compresi6n:
EI aire, dado que es comprimible, no permite obtener velocidades homogeneas y constantes de los cilindros.
Fuerza:
Los sistemas neumaticos solo son econ6micos hasta determinadas potencias. Dado el limite usual de la presi6n de trabajo (700 kPa = 7. bar), el limite econ6mico se ubica entre 200000 y 300000 N (2000 hasta 3000 kp) segun la distancia y la velocidad.
Evacuaci6n de aire:
La evacuaci6n de aire produce ruidoso Sin embargo, dicho problema ha podido ser solucionado en buena parte mediante el uso de silenciadores.
Costos:
EI aire comprimido es un medio energetico relativamente costoso. No obstante, buena parte de los elevados costos energeticos son compensados por la economra de los elementos y por el rendimiente (numero de ciclos).
La superficie del globo terrestre esta cubierta por una capa de aire. Se trata de una mezcla de gases indispensable para la vida cuya composici6n es la siguiente: Nitr6geno aprox. 78 %; oxrgeno aprox. 21 % EI aire contiene ademas pequeJias proporciones de di6xido de carbono, arg6n, hidr6geno, ne6n, helio, cript6n y xen6n. Para comprender mas facilmente las reglas y las caracterrsticas de la neumatica, primero se explicaran las magnitudes ffsicas involucradas y su clasificaci6n en el sistema de valores cuantificables. La mayorra de los parses del mundo estan intentando ponerse de acuerdo sobre un sistema de valores unico con el fin de procurar una mayor claridad y una situaci6n mas definida en esta especialidad. Concretamente, se trata del SI, es decir, del Sistema Intemacional de Unidades. Las tablas que se presentan a continuaci6n tienen la finalidad de establecer una relaci6n entre el "sistema de valores" utilizado en nuestro pars hasta la actualidad yel nuevo Sistema Internacional de Unidades.
6.2
Bases fisicas
Unidades
Unidades y nombres Dimension Sistema de unidades tecnico
Magnitud
I
Longitud
Sistema de unidades SI metro (m)
metro (m)
kp • s2
Masa
m
Tiempo
t
segundo (s)
segundo (s)
Temperatura
T
grados centfgrados eC)
Kelvin (K)
Intensidad de corriente electrica
I
amperio (A)
amperio (A)
Intensidad luminosa
Iv
candela (cd)
Cantidad de materia
n
Mol (mol)
m
Unidades derivadas
kilogramo (kg)
Unidades derivadas y nombres Magnitud
Dimension Sistema de unidades tecnico
Sistema de unidades SI
Fuerza
IF
kilopondio (kp)
Newton (N) 1 kg . m 1N = s2
Superficie
a
metros cuadrados (m2)
metros cuadrados (m2)
Volumen
V
metros cubicos (m3)
metros cubicos (m'
Caudal
V (0) p
Presion
(m ts)
3
(m3ts)
atmOsfera (at)
pascal (Pa) 1N 1 Pa = -::z m
(kptcm2)
Bar (bar) 1 Bar = 105 Pa = 2 100 kPa (10 kPa) Entre el sistema intemacional de unidades y el sistema de unidades tecnicas continua habiendo relaciones. Concretamente a traves de la ley de Newton Fuerza = masa . aceleracion
F ::::: m . a, siendo a la aceleracion de cafda
9
"AC'
2
9,81 rn/s .
Para estas magnitudes existen val ores de conversi6n entre los dos sistemas de unidades: 1
Masa
1 kg = 9.81
Fuerza
1 kp = 9.81 N Tratandose de calculos aproximados. puede aplicarse la siguiente equivalencia: 1 kp = 10 N
Temperatura
Temperatura termodinamica: Punto cero
Presi6n
Ademas de las unidades de presi6n incluidas en las tab/as anteriores (atm en el sistema de unidades tecnicas y bar y Pa en el sistema internacional de unidades) siguen utilizandose frecuentemente otras unidades para la presi6n. Para completar la informaci6n. incluimos a continuaci6n una lista completa:
1°C = 1 K (Kelvin) O°C = 273 K (Kelvin)
1. Atm6sfera (at) (presi6n absoluta en el sistema de unidades tecnico) 1 at = 1 kp/cm2 = 0,981 bar (98.1 kp) 2. Pascal, Pa Bar, bar (presi6n absoluta en el sistema internacional de unidades)
1 Pa =
4m
1 bar =
105 N -=z= m
= 10.5 bar
105 Pa = 1.02 at
3. Atm6sfera ffsica. atm (presi6n absoluta en el sistema de unidades flsico) 1 atm = 1.033 at 1.013 bar (101,3 kPa) 4. mm de columna de agua, mm CA 10000 mm CA = 1 at = 0,981 bar (98,1 kPa) 5. mm de columna de mercurio, mm Hg (equivalente ala unidad de presi6n Torr) 1 mm Hg = 1 Torr 1 at = 736 Torr, 100 kPa (1 bar) = 750 Torr
Dado que en la tierra todo esta sometido ala presi6n atmosferica, no es posible percatarse de dicha presi6n. En consecuencia, la presi6n atmosferica pamb respectiva es considerada como valor de referencia y cualquier desviaci6n es considerada una sobrepresi6n pe.
1A7
6.3 Acondicionamiento del aire 6.3.1 Impurezas
En la practica existen diversos casos en los que es importante que eI aire
cumpla con determinados requisitos. En muchos casos, las impurezas
causadas por part(culas de suciedad u 6xido, por restos de aceites de engrase
y por humedad, provocan problemas en los sistemas neumaticos e incluso la
destrucci6n de los elementos neumaticos. En el separador incorporado detras
del refrigerador posterior se elimina el condensado. La separaci6n fina, el filtra
do y demas formas de acondicionamiento del aire se realizan en las
inmediaciones del e/emento de trabajo. La humedad es un factor que merece
especial importancia. EI agua (Ia humedad) entra en la red neumatica con el
aire aspirado por el compresor. La cantidad de humedad es determinada
principal mente por la humedad relativa del medio la que, por su parte, depende
de la temperatura del medio ambiente y de las condiciones climaticas.
3
La humedad absoluta es la cantidad de agua contenida en 1 m de aire.
La cantidad de saturaci6n es aquella cantidad de agua que puede absorber
1 m3 a la temperatura respectiva. En ese caso, la humedad relativa es de 100%
(temperatura de punto de condensaci6n).
EI diagrama muestra la saturaci6n del agua en funci6n de la temperatura.
humedad absoluta . 100 %
humedad relativa = cantidad de saturaci6n
Ejemplo:
Siendo el punto de condensaci6n igual a 293 K (20°C), el contenido de agua de
1 m3 de ake es de 17,3 gram os.
Soluci6n del problema en la neumatica:
Filtrado del aire aspirado en el compresor. Uso de compresores sin aceites.
Secado del aire comprimido.
Metodos:
• Secado del aire aspirado • Secado por frio
14R
Curva del punto de condensaci6n
soo ~
1;'''
100
"
5... 30
t .-
20
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Contenido deagua talt
,
5 :2
!m
1
I
3
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1/
II
-
n'" ... Q,3 0,2
0.1
I
~
-40
-20
0
20
40
60
80
100°C
233
253
273
293
313
333
353
373 K
Temperatura
....
Siendo eI punto de condensaci6n igual a 313 K (20°C). eI contenido de agua de 1 m3 de aire es de 50 gramos.
_An
Ejemplo
6.3.2 Filtro de aire comprimido con valwla reguladora de presion
EI filtro de aire comprimido tiene la funci6n de eliminar cualquier impureza y agua condensada. Para que el aire comprimido pueda ingresar en la copa del flltro (1) tiene que pasar a traves de las ranuras de la chapa guia (2). D e este modo se produce una rotaci6n del aire comprimido. Los Ifquidos y las particulas de impurezas de mayor tamaiio son expulsadas por efecto de la fuerza centrifuga y se acumulan en la parte inferior de la copa del flltro. A continuaci6n, el aire comprimido es filtrado en el filtro de material sinterizado (4) (amplitud media de los poros = 40 ,urn), en eI que se eliminan mas partfculas de impurezas. Es recomendable cambiar 0 Iimpiar eI filtro de vez en cuando, dependiendo del grade de suciedad del aire comprimido que se use. EI aire limpio fluye hacia eI aceite a traves de la v81vula reguladora de presion y, desde ahf, hacia la unidad detrabajo. EI condensado acumulado en la parte inferior de la copa (1) tiene que ser evacuado por medio de la valvula de purga (3) cuando alcance eI nivel maximo. Si las candidades de condensado fuesen considerables, es recomendable utilizar un sistema automatico de purga de agua.
Funcionamiento de la purga automatica de agua
EI agua condensada es evacuado a traves del filtro. De vez en cuando debera vaciarse el dep6sito, puesto que de 10 contrario es factible que el agua sea arrastrada por el aire comprimido y lIegue hasta las unidades de trabajo. En la siguiente pagina se muestra un dispositido de purga automatico. EI condensado proveniente del filtro IIega a la camara del flotador (3) a traves del tubo de conexi6n (1). AI aumentar la cantidad del condensado sube el flotador (2). Cuando este IIega a determinada altura actua sobre una palanca que abre una tobera (10). EI taladro (9) permite eI paso del aire comprimido a la otra camara, 10 que tiene como consecuencia que la membrana (6) ejerza una presi6n sobre la vcilvula de purga (4). La valvula de purga (4) se abre, con 10 que el condensado puede evacuar a traves del taladro (7). AI bajar eI nivel de condensado, la membrana (2) vuelve a cerrarse la tobera (10). EI aire restante evacUa al exterior a traves de Ia tObera (5). EI vastago (8) permite purgar manualmente.
1J::n
Fittro con valwla reguladora
Purga automatica de agua
3---i"i-
r£Y~ml---l0 \111F-H--- 9
2---t"ll1--
4-- 5
6---==
fi-,.-----7
~
2
4
--8
f
,
~
I
"
~
I
,
,
I
f
f
~
~
-
-·f
- ,I -- I
1f>1
6.3.3 Unidad combinada de mantenimiento
Esta unidad de mantenimiento es una combinaci6n de los siguientes elementos: • Filtro de aire comprimido • Regulador de aire comprimido • Lubricador de aire comprimido
Unidad de mantenimiento
--
15?
"'"
Aspectos a considerar: 3
1. EI tarnano de la unidad depende del paso total de aire expresado en m Jh. Si el paso de aire es demasiado pequeno disminuye considerablemente la presion en las unidades de trabajo. En consecuencia deberfan considerarse los valores indicados por el fabricante. 2. La presion de trabajo no debera ser superior al valor indicado en la unidad de mantenimiento. La temperatura del medio ambiente no debera exceder los 50°C (valores miodmos para piezas de materiales plasticos).
,------1
Esquema de conexionado (unidad de mantenimiento)
I
Trabajos de mantenimiento necesarios: a. Filtro de aire comprimido: Controlar regularmente del nivel de agua conden sada, ya que no deber'a rebasarse eI nivel maximo indicado en la ventanilla. De 10 contrario es posible que el agua condensada acumulada pase al conducto de aire comprimido. Para evacuar el agua condensada, abrir el tornillo de purga. En caso de suciedad, limpiar el cartucho del filtro. b. Valvula reguladora de aire comprimido: No precisa de mantenimiento siem pre y cuando esM acoplada detras del filtro. c. Lubricador de aire comprimido: Revisar el nivel de aceite en el indicador y, en caso necesario, rellenar la cantidad precisa. No utilizar tricloroetileno para Iimpiar eI filtro de material p1astico 0 eI recipiente dellubricador. Solo utilizar lubricantes de aceites minerales.
Revision de la unidad
Capitulo 7
Elementos neumaticos
7.1 Elementos neumaticos de funcionamiento lineal (cilindros)
Cilindros de simple efecto
En muchos casos es sumamente complicado generar un movimiento lineal con elementos mecanicos accionados por motores electricos.
. Los cilindros de simple efecto son accionados unilateral mente par medio de aire comprimido. Esfos cilindros solo pueden efectuar trabajos en un sentido. En consecuencia, solamente se necesita aire para un sentido del movimiento. EI movimiento del cilindro en sentido contrario se efectiJa con un muelle 0 mediante alguna fuerza externa. La fuerza del muelle incorporado tiene que ser capaz de poner aI cilindro en su posicion normal con la suficiente velocidad. La carrera de los cilindros de simple efecto con muelle incorporado esti limitada tan solo por la longitud de la camisa del cilindro. En consecuencia, existen cilindros de simple efecto de hasta aproximadamente 100 mm. Estas unidades de trabajo son utilizadas especialmente para sujetar. expulsar, prensar, elevar, a1imentar etc..
n'l#¥lr !
1f::e:
Las juntas son de materiales flexibles (perbun{m) embebidas en un embolo de plastico 0 de metal. Durante los movimientos. las juntas se deslizan sobre la superficie interior de la camisa del cilindro. En la version que muestra el segundo esquema, la carrera de trabajo esta a cargo del muelle mientras que el retroceso se efectua con aire comprimido. Aplicacion: frenos de carnion Ventaja: efecto de frenada incluso en casos de interrupcion de la alimentacion de energfa
Cilindros de embolo
1\111\/11 IlrAAA~ V VV v
I
Tramndose de cilindros de doble efecto, los movimientos en ambos sentidos se producen por efecto del aire comprimido. Tanto el movimiento de avance como el de retroceso tienen una fuerza determinada. Los cilindros de doble efecto se aplican especial mente en aquellos casos en los que es necesario que la fuerza de trabajo actue en ambos sentidos. En principio la carrera de estos cilindros es ilimitada, aunque debera tomarse en cuenta el posible pandeo o flexion del vastago durante el movimiento de avance. En estos cilindros tambi{m se utilizan juntas de labios y membranas.
Cilindros de doble efecto
7.1.1 Calculo de los parame tros de los cilindros
Las fuerzas de los cilindros dependen de la presi6n del aire, de la superficie de aplicaci6n de la carga sobre eI embolo y del coeflCiente de fricci6n de los elementos de estanqueidad (y, ademas, de la fuerza de los muelles en eI caso de los cilindros de simple efecto).
Cilindros de simple efecto Fn = (A . p) - (FR
+
FF)
Cilindros de doble efecto
Avance:
Fnv = (A. p) - FA
Retroceso:
FnR
= [ (A - AST) . p] - FR
A una presi6n entre 4 hasta 8 bar Ia fricci6n asciende a aproxirnadamente 3 hasta 20% de la fuerza par unidad de superficie. EI consumo de aire es determinado par eI volumen del cilindro y par la presi6n del aire.
P1 . V = P2· VZ La yelocjdad del em bolo es determinada par la secci6n mas pequefia de los conductos de a1imentaci6n, par la presi6n del aire, par eI diametro del cilindro y par Ia carga que experimenta eI vastago par efecto de Ia pieza que se esta manipulando.
Cilindros de simple efecto
7.1.2 Ejemplos de calculos
= 63 mm FR = 10% FF = 5%
Magnitudes conocidas: D
Incognita: Fn, consumo de aire
P = 6 bar H = 100 mm Conversion:
1 mm 1 bar
Fn = A . P - (FR
+
D2Jt
= =
10-3 m
105 Pa
FF)
D2;n:
Fn
= -;r- . p - (~
Fn
=
. p . 0,1
~-3)2 . ;n:
0,85 . (63 •
+
D2;n: ~
.p
. 0,05)
• 6 . 105
Fn = 1589 N
Consumo de aire Boyle-Marlatt: P1 . V = P2 . Vz P1 presion normal 1 bar
V
cantidad necesaria de aire presion absoluta = sobrepresion + presion nonnal 7 bar cilindro en estado de final de carrera
P2 Vz
P1 • V
V =
V
=
=
P2 • Vz
P2' Vz P1
7 [bar] . 0,1 [m] .
(0,063 [m}2 . 4
1 [bar] V
= 0,002182 m 3
= 2 . 10-3 m3
Jt
Velo~idad
del em bolo
En el diagrama puede leerse la velocidad. Ademas deberan considerarse los siguientes criterios: Carga exterior:
1000 N
Valvula accionadora:
R 1/8
R 1/4
Velocidad segun diagrama:
45 mm/s
180 mm/s
Magnitudes conocidas: D d H p FR
Fnv = A . P . - FR
= 0,9
FnR
= (a - AsT)
.7t'
•P
. 6 . 105 = 1683 N
2
= 1106 N
D2.7t' = 0.9 -4-
. p - FR = (A - AST) . p - 0,1 Ap
FnR = 0,9 A . p-AST' P
FnR
Incognita: Fnv. FnR. consumo de aire
10%
. P - 0,1 Ap
(63 . 10.3)2 . 4
Fnv
.
=A
= 63 mm = 35 mm = 100 mm = 6 bar
.7t' = 0,9-D4'
D2.7t' p-~.
P
Consumo de aire P1 . V1 = P2 • VZv P1 . V2
VZv VZR
= P2
,VZR
P1 V1
presion normal 1 bar cantidad necesaria de aire para el avance
V2 P2
cantidad necesaria de aire para el retroceso presion absoluta = sobrepresion + presion normal: 7 bar
volumen del cilindro para el avance volumen del cilindro para el retroceso
Pl . Vl = P2 . VZv
P2 . VZv
P1
(0,063 [mn 2;n;
7 [bar] . 0,1 [m] . 1 [bar]
= 0,002182 m3
4
Vl = 2,182 . 10-3 m 3 P1 . V2
= P2 • VZR
( 02;n; V2 = P2' VZR P1
d 2;n;)
P2' H ·('4--4-) P1
«0,063 [mJ)2';n; V2 = 7 [bar] . 0,1 [m] . ( 4 1 [bar] V2 = 0,001509
= 1,509 .
(0,035 [m])2 . ;n;)
4
)
10-3 m3
Velocidad del embolo En el diagrarna puede leerse la velocidad del embolo de cilindros de doble efecto. Ademas deberan considerarse los siguientes criterios: Carga exterior:
1000 N
Valvula accionadora:
R 1/8
Velocidad segun diagrama: 50 mm/s
R 1/4 200 mm/s
7.2
Valvulas
7.2.1 Generalidades
Los mandos neumaticos estan compuestos por elementos selializadores, elementos de control y unidades de trabajo. Los elementos sefializadores y de control inciden sobre eI cicio de las unidades de trabajo. Dichos elementos son denominados v8Ivulas. Las vilIvulas son unidades para controlar 0 regular eI arranque, eI paro, Ia direcci6n. la presi6n y eI paso del medio proveniente de una bomba 0 de un acumulador. EI concepto de valvula es generico y, en concordancia con eI uso del concepto a nivel internacional, se aplica a cualquier tipo constructivo, ya sean valvulas de corredera, de bola, de plato, grifos etc.. Tal es la deflnici6n establecida por la norma DIN I ISO 1219 en concordancia con una recomendaci6n del CETOP (Comite Europeo de Transmisiones Oleo-hidraulicas y Neumaticas). Segun dicha norma, las valvulas son clasificadas en 5 grupos: 1. Valvulas de vias 2. VatvuJas de cierre
3. VatvuJas limitadoras y reguladoras de presi6n 4. Valvulas reguladoras de caudal 5. Uaves de paso
7.2.2Valvulas de vias
Las valvulas de vias inciden en la direcci6n del flujo de aire, especialmente en las funciones de arranque, parada y paso.
Representaci6n de las vaJvulas
En los esquemas se utilizan slmbolos que representan las vilIvulas. Estos srmbolos no ofrecen inforrnaci6n alguna sobre su construcci6n, sino que mas bien soIamente muestran la funci6n que asume la valvula respectiva. Las posiciones de conmutaci6n de las valvulas son representadas por un cuadrado: La cantidad de los cuadrados yuxtapuestos indica la cantidad de posiciones de una valvula. En eI interior de los cuadrados se indica la funci6n y eI efecto de la valvula Las conexiones son indicadas mediante /lneas y las flechas muestran la direcci6n del flujo. Los bloqueos se marcan con !lneas transversales dentro de los cuadrados. Las conexiones entre conduaos estan indicadas con puntos. Las conexiones (de alimentaci6n y retorno) se incluyen en los cuadrados que muestran la posici6n normal 0 inicial. Las otras posiciones se obtienen desplazando los cuadrados hasta que coincidan los conductos con las conexiones. Las posiciones de conmutaci6n pueden estar indicadas con las letras minusculas a, b, c .., y con O. Si la valvula tiene tres posiciones, la intermedia es la normal.
1A?
Tratimdose de valvuias con muelle de retorno, la posici6n normal es aquella en
la que las partes m6viles de la valvula asumen una posici6n determinada si la
valvula no esm conectada.
La posici6n inicial es aquella que asumen las partes rn6viles de la vaJvula
cuando esta esta acoplada a un sistema en eI que esta conectada la presi6n
de la red 0 la tensi6n electrica. EI programa de maniobras empieza en la
posici6n inicial.
Conductos de escape de aire sin conexi6n a tuberfa (aire de retorno no
recuperable).
Tricingulo situado junto aI sfmbolo.
Conductos de escape de aire con conexi6n a tuberfa (aire de retorno
recuperable).
Triangulo no situado directamente junto aI sfmbolo.
Las conexiones estan marcadas con letras may(lsculas para facilitar la correcta
identificacion de las conexiones en vatvulas.
Concretamente. sa aplican las siguientes may(lsculas respectivamente:
Conductos de trabajo Conexi6n a energfa Escape de aire Conductos de control
2.4 1
(A, B, C) (P)
3,5.1
(R, S, T)
(10). 12. 14
(Z. y. X)
Valvulas de v/'as: resumen Denominaci6n
Posici6n normal
Valvula de 2/2 vias
cerrada
Sfmbolo
~ 1
Valvula de 2/2 vias
abierta
VaJvula de 3/2 vias
cerrada
~
~ 2
Valvula de 3/2 vfas
abierta
I;; It T.~ 1
Valvula de 3/3 vras
posici6n interrnedia bloqueada
3
If I(~ f17\ I 1R~
Denominacion
Posicion normal
Valvula de 4/2 vias
1 conducto entrada de aire 2 conductos de salida de aire
UJOO
posicion intermedia bloqueada
IH~~lXI
Valvula de 4/3 vias
En posicion intermedia Valvula de 4/3 vias
salida de aire en A y B; posicion de ajuste
Valvula de 5/2 vias
Simbolo
1
3
~ 1
3
IDM
5 1 3 I I I
Valvula de 6/3 vias
It XI~lttll II~
La denominacion de una valvula depende de la cantidad de las conexiones controladas y de la cantidad de posiciones.
EI primer digito de la especificacion indica la cantidad de vias, es decir, la
cantidad de conexiones controladas. EI segundo dfgito indica las posiciones de
la valvula.
Ejemplo:
Valvula de 3/2 vias: 3 conexiones controladas, 2 posiciones (2 cuadrados)
Valvula de 4/3 vias: 4 conexiones controladas, 3 posiciones (3 cuadrados)
Segun la ap/icaci6n es factible equipar a las vaJvulas con los mas diversos tipos de accionamiento. Los sfmbolos que se refieren a los accionamientos se dibujan lateral y horizontalmente junto a los cuadrados.
7.2.3 Accionamiento de las valwlas
1. Accionamiento por fuerza ffsica Sfmbolo basico
t:C
Pulsador
tC
Palanca
Fe
Pedal
I=C
Pulsador
Muelle
Rodillo
Rodillo con retorno en vaclo
c::C ' NYC
e=C c?C
2. Accionamiento mecanico
3. Accionamiento electrico Electroiman con 1 arrollamiento activo
~
Con 2 arrollamientos activos en eI mismo sentido
uzC
Con 2 arrollamientos activos en sentidos opuestos
4. Accionamiento por presi6n -accionamiento directo
~
Aumento de fa presi6n
~
Disminuci6n de la presi6n
-
Presi6n diferencial
-LJJ
-Accionamiento indirecto Presi6n sobre la valvula principal a traves de la valvula auxiliar de servopilotaje
Depresion sobre la valvula principal a traves de la valvula auxiliar de servopilotaje
5. Accionamiento combinado Electroiman y vllIvula auxiliar de servopilotaje
Electroiman 0 valvula auxiliar de servopilotaje
~
--trC
Ejemplo 1: Valvula de 3/2 vfas. accionamiento par bot6n, reposici6n por muelle.
Ejemplo 2: ValvUla de 4/2 vfas, accionamiento por presi6n directa, reposici6n par muelle.
Diferenciaci6n segun la duraci6n del perlodo de activaci6n: 1. Accionamiento constante Accionamiento ininterrumpido de la valvula, ya sea manual, mecanico, neumatico 0 electrico, ininterrumpido hasta la reposici6n. La reposici6n puede ser manual 0 por efecto de un muelle. 2. Accionamiento momentaneo (impulso) Conmutaci6n de la valvula por un impulso. La conmutaci6n se produce solo al recibir la valvula un impulso proveniente de un elemento emisor de senales.
EI principio constructivo de la valvula incide directamente en la duraci6n de su vida Util, en su potencia, sus posibles accionamientos y conexiones y en su tamano. Clasificaci6n segun eI tipo constructivo: Valvulas de asiento
Valvulas de asiento esfenco Valvulas de asiento de plato
Valvulas de compuerta
Valvuas de corredera Valvulas de corredera longitudinal Valvulas de corredera plana longitudinal (Valvula de plato giratorio)
1&::.7
Caracterlsticas constructivas de las valvulas de vias
7.2.4 Simboloa neumaticos aegun DIN/ISO 1219 Y simbolos especiales no normalizados
Compresor
Transformaci6n de energCa Bomba a vado
Motor neumatico de accionamiento constante con un solo sentido de flujo
Motor neumatico de accionamiento constante con dos sentidos de flujo
0= ()
0= V
Motor neumatico con regulaci6n del volumen de expulsi6n y una direcci6n de flujo
~
Motor neumatico con regulaci6n del volumen de expulsi6n y 2 direcciones de flujo
~
Motor neumatico con Iimitaci6n del campo de giro
1M
t>=
Cilindro de simple efecto y recuperaci6n por fuerza extema
III
Cilindro de simple efecto y recuperaci6n por muelle
Ohnn/ ItV'];}\~~ YV V 'V I
Cilindro de doble efecto y un vastago
III
I
:
: II
I
:
I
I
Cilindro de doble efecto y doble vastago pasante
I
Cilindro diferencia/ de un vastago
:~
III I
,-
:
Cilindro de doble efecta con amortiguador regulable en los dos lados
~~
Cilindro telesc6pico de simple efecto; recuperaci6n por fuerza extema
I
l
:
I
Cilindro telesc6pico de doble efecto
I
:l
:
I
Multiplicador de presion de una clase de fluido
WI
I
I
I
t~
I~ I
Multiplicador de presion para aire y ICquido
~I t~
Convertidor de presion p.ej. neumatica-hidraulica
[J[J
.. ~n
7.2.5 Control y regulaci6n de energra
Valwla de 2/2 vias Posici6n normal cenada
VaIvulas de vfas
~ 1
Valwla de 2/2 vias Posici6n normal abierta
Valwla de 3/2 vfas Posici6n normal cenada
~ ~ 2
Valwla de 3/2 vias Posici6n normal abierta
I~!l ~~ 1
3
2
Valvula de 3/3 vias Posici6n intennedia cerrada
Valwla de 4/2 vCas
Valwla de 4/3 vias Posici6n intennedia cerrada
II II,~ tl~ I
mOO 1
3
4
2
1111: :'13 XI 1
4 Valvula de 4/3 vias Posici6n intennedia de descarga
IIIISI XI 1
V8Iwia de 5/2 vfas
2 3
W 51 3
17n
Valvula de 5/3 vfas Posici6n intermedia cerrada
Valvula de vias con posiciones intennedias y dos posiciones finales
Valvula de vias, sfmbolo simplificado, por ejemplo con 4 conexiones
Illi:;:II£1 5
1
3
I I I b
a
~ ,
3
Valvulas de cierre Valvula de antirretomo sin muelle
-()-
Valvula de antirretorno con muelle
-<:;Nr
Valvula de antirretorno pilotada
Valvula selectora
Valvula de descarga rapida de aire
Valvula de simultaneidad (sin nonnalizar)
~~
~ -4§' 2
1
1211(1
J
3
:IP~
171
Valvulas reguladoras de presion
[~
Valvula limitadora de presion regulable
rp.~
Valvula de secuencia. regulable
I / L.../
2
I--------=I--'~ Valvula de secuencia con escape de aire (funcion de 3 vfas). regulable (sin normalizar)
12i :;
C~-'
It TI ~
L.______ c-+-.-..--i 1
Valvula reguladora de presi6n sin orificio para escape de aire. regulable
~
Valvula reguladora de presion con orificio para escape de aire. regulable
L~
Valvulas reguladoras de caudal Valvula de estrangulamiento no regulable
Valvula de diafragma
Valvula de estrangulamiento regulable; accionamiento arbitrario
Valvula de estrangulamiento regulable; accionamiento manual
Valvula de estrangulamiento regulable. accionamiento mecanico con muelle de recuperacion
171)
i
~73
3 1
V
"
~
~ ~ ~ ~
Uaves de paso lJave de paso, sfmbolo simplificado
Valvula de estrangulamiento yantirretomo, regulable
I~I
VBlvula de diafragrna yantirretomo, regulable
I~I
Valvulas reguladoras de caudal con valvula de antirretomo en paralelo
7.2.6Transmisi6n de energfa
Fuente de energfa
0
Conducto de trabajo
Conducto de rnando
----
Conducto de escape
-------
Conducto flexible
~
4
Conducto electrico
Uni6n fija de conductos
+
-L
17~
Cruce de conductos
Purga de aire
++ -.::I:
Escape sin conexi6n a tubo
~
Escape con conexi6n a tubo
y
Toma de presi6n tapada
-4
Torna de presi6n con conducto
~f~
Acoplamiento rapido acoplado; sin vatvulas de cierre mecanico
-+It-+-
Acoplamiento rapido acoplado; con vaJwlas de cierre mecanico
--<1.>-KO-
Acoplamiento rapido desacoplado; cond ucto abierto
Acoplamiento rapido desacoplado; conducto cerrado por valvula de cierre
Uni6n giratoria de un solo paso
174
~
---<)-I
-e
Uni6n giratoria de dos pasos
=e=
Silenciador
-tIl d>
Acumulador neumatico
--c=r-
Filtro
Purga de accionamiento manual
Purga autornatica
-<1>-
-y-y-
Filtro con purga automatica
-y
Secador
--¢-
Lubricador
Unidad de mantenimiento (filtro, valvula reguladora de presi6n, lubricador y manometro); sfmbolo simplificado
Refrigerador
-<>iB-
+
Accionamiento de elementos mecanicos
Eje con giro en dos direcciones
=+=
Retenci6n con fiador y muesca
~
Enclavamiento (sfmbolo de mando del desenclavamiento)
Q
Basculador
tr'i
~
I
Mecanismo de articulaci6n sencillo
fF
Mecanismo de articulaci6n con palanca transversal
=fF
Mecanismo de articulaci6n con punto fijo
TIpos de accionamiento Accionamiento ffsico
~
Eje con giro en una direcci6n
~
Sfmbolo basico
~
Pulsador
cr=C
Palanca
FC
17t::.
Accionamiento mscanico Empujador 0 palpador
c::C
Muelle
v¥C
Rod ill 0
Rodillo escamoteable con efecto en una sola direcci6n
Antena (sin normalizar)
~
&=C ~ Accionamiento electrico
Sistema electromagnetico con un arrollamiento activo
rzC
Sistema electromagnetico con 2 arrollamientos que actUan en sentidos opuestos
Q:
Motor electrico de giro continuo
Motor posicionador electrico
®fL ~ 1'77
-Accionamiento par presiOn Accionamiento directo par aumento de la presi6n
Accionamiento directo par disminuci6n de la presion
Accionamiento par secciones diferentes
--r>-C ~
-C~
Centrado par presi6n
~~
Centrado par muelle
~~
Accionamiento indirecto par aumento de la presi6n (servopilotaje)
-C
Accionamiento indirecto par disminuci6n de la presion
-C
Accionamiento par aumento de la presi6n mediante amplfficador (sin normalizar)
-C
Accionamiento indirecto par aumento de la presi6n y mediante amplfficador (sin normalizar)
-eC
Accionamiento par aumento de la presiOn; efecto alternativo (sin nonnalizar)
+-]
1"7Q
Accionamiento combinado Electroiman y valvula auxiliar de servopilotaje
Electroiman 0 valvula auxiliar de servopilotaje
Electroiman 0 accionamiento manual con muelle de recuperacion
rITC
E ~ Sfmbolo general
+ Indicar explicacion en nota al pie de pagina
17Q
7.2.7 Elementos complementarios
Man6metro
Man6metro diferencial
Amplificador
Amplificador (por ejemplo de 0,5 mbar a 100 mbar)
4~f0
Amplificador de caudal
Valvula de 3/2 vras con amplificador (por ejemplo de 0,1 bar a 6 bar)
Convertidores de seliales (sin normalizar)
Eh~ctrico-Neurnatico
Neurnatico-Electrico
1M
4~f-
~f:tl,~fM
I"fl
t?m
Contador de sustraccion
~1{2~ 1
Contador diferencial
~
~
~
~
14
Contador de adicion
Termometro
Caudalfmetro (caudal)
10
cp V
Contador totalizador (volumen)
-©-
Contacto electrico por presion
_l~ 2
4
181
Contadores
Sensor de presi6n
Sensor de temperatura
Sensor de caudal
Indicador
7.2.8Interruptores de contacto I Simbolos especiales Elementos de conmutaci6n (Sin norma)
~
~ -V-0
Detector reflex
~
Tobera en general; en especial: tobera para barrera deaire
1-
Tobera receptora de barrera de aire
Detector por obturaci6n de fuga
Barrera de aire en horquilla
1R'
11
~
B (lSE
lfl:
"
• '"
,• • '
,•• :-,• •,.~
<;.,
:-,':-, ~:;..
z
..
x
....,.":.:::;'
....:..
""",~~
Capitulo 8 Simbolos electricos
183
8.1 Sfmbolos de interrup tores segun DIN 40900 (marzo de 1988)
Elementos de interrupci6n I conmutaci6n Activador; interruptor normal mente abierto
Desactivador; interruptor normalmente cerrado
Interruptores I conmutadores especiafes
~ ) (
Conmutador; conexi6n alternativa
\1
Activador; interruptor normal mente abierto con tres posiciones
I I
Interruptor normalmente abierto (sin recuperaci6n automatica)
Interruptor normalmente cerrado (sin recuperaci6n automatica)
t
~
t
Interruptor normalmente abierto 1 cierra antes que 2
Interruptor normalmente cerrado 1 abre antes que 2
Conmutador sin interrupci6n conmutador secuencial
Conmutador sin interrupcion conmutador secuencial sfmbolo de altemativa
Interruptor gemelo normalmente cerrado
Interruptor gemelo normalmente abierto
Contacto pasajero contacto en ambas direcciones
Contacto pasajero contacto solo en direcci6n de la flecha
I
I
J-------~
,(------J
)
,
~
7 f ~
~ ~
-~---
Interruptores con retardo de contacto 0 de interrupci6n de contacto
Interruptor normal mente cerrado; abre con retardo
Interruptor normal mente abierto; cierra con retardo
Interruptor normal mente cerrado; cierra con retardo
Interruptor normal mente abierto; abre con retardo
Interruptores con accionamiento
~
+
t
~
~
i
+~ I
Pulsador con interruptor norma/mente abierto; accionamiento manual; sfmbolo general
I-l I
Pulsador con interruptor norma/mente abierto; accionamiento manual presionando
Interruptor normal mente cerrado; accionamiento manual tirando
E~
r
v -{
I
Interruptor normal mente abierto; accionamiento manual girando
186
I
1:-)
Accionamiento par balancfn
1=-- -
Otros accionamientos, p.ej. pedal
r--
Accionamiento manual, p.ej. lIave tubular
C)--
Sensor, sfmbolo general; accionamiento manual, p.ej. leva
0----v--
Muesca de retenci6n
Bloqueo en una direcci6n
Bloqueo en dos direcciones
___1'.::::::-:-_
--~~-
Accionamiento motriz, sfmbolo general
0--
Accionamiento motriz por cilindro
[8--'I
Accionamiento par elevaci6n manual
0-- 1Q7
Accionamientos electromeca nicos y electromagneticos
Aooionamiento. sfmbolo general. p.ej. rele. contactor electrornagnetico
¢
Accionamiento de caracterfsticas especiales; sfmbolo general
~
Cerrojo de cambio con desendavamiento electromecanico
-$-
Accionamiento electromecanico. p.ej. con indicaci6n de un arrollamiento activo
¢l
Accionamiento electromecanico con indicaci6n de un arrollamiento activo; sfmbolo altemativo
Cz:J
Aooionamiento electromecanico con dos arrollamientos de efecto sincronizado
~
Accionamiento electromecanico con dos arrollamientos de efecto sincronizado; sfmbolo alternativo Accionamiento electromecanico con dos arrollamientos de efecto sincronizado; sfmbolo alternativo
188
c¢J
qn
A¢ A¢
Accionamiento electromecanico con dos arrollamientos de efecto opuesto
~
Accionamiento electromecanico con dos arrollamientos de efecto opuesto; sfmbolo a1ternativo
~
Accionamiento electromecanico con indicaci6n de la resistencia de c.c., p. ej. 500 ohmios
c$c
Accionamiento electromecancio con indicaci6n de un parametro electrica, p. ej. intensidad maxima de corriente.
¢
Rele termico
cp
;.
i
189
Accionamientos electromeca nicos para reles y contactores electromagneticos
Accionamiento electromecanico con retardo a la conexi6n
¢
Accionamiento electromecanico con retardo a la desconexi6n
¢
Accionamiento electromecanico con retardo a la conexi6n y desconexi6n
~
Rele de apoyo
¢
Rele de adherencia par rnagnetismo residual
¢
Relede c.a.
¢
Accionamiento electromecanico con dos posiciones actives
$
Accionamiento electromecanico con dos posiciones activas; srmbolo alternativo
¢-v-
Accionamiento electromecanico excitado
190
~¢
Interruptor normal mente abierto con recuperaci6n autornatica, en estado de excitaci6n
Contactor electromagnetico 0 rele con cuatro contactos normal mente abiertos y uno normal mente cerrado
Contactor electrornagnetico
I
Rei€! de impulsos de corriente
cp---,,--~
Rele biestable
Rei€! intermitente
~--\
Rele con accionamiento retardado rele temporizador
Rei€! con desconexi6n retardada rele temporizador
191
Rele temporizador; el contacto normal mente cerrado abre y cierra sin retardo; los contactos normalmente abiertos cierran con retardo
Rele temporizador; un contacto normal mente cerrado abre y cierra sin retardo, un contacto normal mente cerrado abre con retardo, el contacto normal mente abierto cierra con retardo
Valvula de accionamiento electromagnetico Electrovalvula abierta
Acoplamiento de accionamiento electromagnetico, acoplado
Iman de elevaci6n
Iman giratorio
192
8.2 Transformadores segrln
A1temativas(xj Sobina de inductancia
DIN 40714
~
~
~
Transformador con 2 devanados separados
Transformador con 3 devanados separados
Transformador econ6mico
r---, ~
~
H
Sobina de inductancia de regulaci6n continua
~
Transformador de regulaci6n escaIonada
~
1) Los simbolos que se refieran al mismo elemento pueden usarse alternativamente
10'1
8.3 Testigos, indicadores y alarmas segun DIN 40708
Sfmbolo general, en especial bombilla
Testigos luminosos Idem, intermitente
Idem con control de intensidad
Indicadores con reposici6n automatica
)
II
Idem con lampara de ne6n
Indicador de aguja. ventanilla
$
Contador
Bocina Sfmbolo general
Idem con indicaci6n del tipo de corriente
Sirena
$
I
51mbolo gene,,"
inA
8.4 Tipos de tensi6n y de corriente, tipos de con mutaci6n DIN 40710 Tensi6n, corriente Corriente contfnua Sfmbolo general Idem, simbolo altemativo
Sfmbolo general
rv
Con indicaci6n de la frecuencia
rv
Corriente continua 0 alterna Corriente mixta
-
f'...J ~
Impulsos de corriente
...n....
Impulso triangular
-"-
Impulso inductivo
Jy
Conexi6n en serie
I
Conexi6n en paralelo
Conexi6n en puente
Corriente altema
Impulsos eh~ctrico
Tipos generales de conexi6n
I
II
¢ Sistema de corriente trifasica
Conexi6n en triangulo
Conexi6n en estrella
y 195
8.5 Uneas y conexiones DIN 40711 Uneas (incluyendo cables y segmentos)
Unea en general Relacion de la longitud de la Irnea 3:1
Idem; este sfmbolo se utiliza si es necesario hacer una diferenciacion
----
Unea m6vil (a pulso)
Unea con indentificaci6n de la aplicaci6n Unea para conexi6n a tierra. a neutro y conexi6n de protecci6n
Conexiones de lineas
-t
Conexi6n conductora de Uneas
Conexi6n fija
Conexion retirable (p. ej. borne)
196
+
+
-L
..J
Instrumento de medici6n, sfmbolo general sin indicaci6n de la magnitud medida
~
Instrumento de medici6n, sfmbolo general sin indicaci6n de la magnitud medida, desviaci6n hacia amboslados
CD
Medidor de intensidad de corriente con indicaci6n en amperios
Medidor de tension de corriente con indicaci6n en milivoltios
Medidor de tensi6n para tensi6n de corriente contfnua yalterna
Medidor multiple con unidades para tensi6n, intensidad y resistencia
Generador de corriente contfnua. sfmbolo general
Generador de corriente trifasica, sfmbolo general
Motor de corriente contfnua. sfmbolo general
Motor de corriente trifasica, sfmbolo general
8.6
Instrumentas de medici6n DIN 40716
8.7
Maquinas DIN 40715
0 8 CD 8 ® @
® @
197
8.8
Letras de identificaci6n del tipo de elemento operacional DIN 40719 Parte 2 (junio de 1978)
Identifi- Tipo de elemento I Ejemplos caci6n
A
Grupos de elementos, grupos parciales Amplificadores* con v8Jvulas 0 transistores, amplificadores electromagneticos*, laser, maser, combinaci6n de aparatos, grupos de elementos y grupos parciales de elementos que conforman una unidad constructiva y que no pueden ser clasificados especfficamente en una de las demas letras de identificacion, tales como tarjetas, bastidores, elementos incorporados, placas enchufables, m6dulos, unidades de mando locales etc..
B
Convertidores de magnitudes no electricas a magnitudes eJectricas 0 viceversa Sensores termoelectricos, termo-cel ulas, celulas fotoelectricas, dinamometros, convertidores de cristal, micr6fonos, grabadoras, altavoces, emisor de campo giratorio, sincros, convertidores de medici6n, elementos termicos, term6metro de resistencia, fotorresistencias, cajas de medici6n de presi6n, cajas de medici6n de dilataci6n, bandas extensometricas, transmisores piezoelectricos, transmisores de revoluciones, transmisores de velocidad, emisores de impulsos, a1ternadores tacometricos, convertidores digitales de trayectos y angulos. iniciadores de proximidad, sondas Hall, transmisores de presi6n, cantidad, densidad, nivel, temperatura
C
Condensadores
D
Elementos binarios, sistemas de retardo Unidad de memoria, elementos combinados, conductos de retardo, elementos biestables, elementos monoestables, memorias de nudeos, registros generales, aparatos con memoria en cintas magneticas, memorias en discos, equipos con tecnica de control, mando y calculo binario y digital, circuitos integrados con funciones binarias y digitales, retardadores, bloqueadores de seliales, elementos temporizadores, funciones de almacenamiento y memoria como p.ej. memorias de tamber y de cintas rnagneticas, registros de desplazamento, enlaces l6gicos como p.ej. enlace Y u 0, sistemas digitaJes, contadores de impulsos, reguladores y calculadores digitaJes.
*) Observaci6n: A nivel nacional se utiliza la letra N para estos elementos. Dicha letra no esta ocupada par la nomenclatura IEC.
198
E
Diversos Sistemas de iluminaci6n, sistemas de calefacci6n, sistemas que no aparecen en otro lugar de esta nomenclatura. Filtros electricos, vallas electricas, sistemas de ventilacion, recipientes de compensaci6n.
F
Sistemas de protecci6n Fusibles (fusibles fin~s, fusibles roscados) sistemas de descarga de sobretensi6n, conductores de sobretension, interruptores de proteccion en telecomunicaci6n, reles de protecci6n, cortacircuitos bimetalicos. Activadores magneticos, presostatos, interruptores par fuerza centrifuga, sistemas electronicos de control de seflales, de confirmacion de seiiales, de control de Irneas, de funcionamiento, interruptores protectores de Irneas de instalacion.
G
Generadores, fuentes de alimentaci6n de corriente Generadores giratorios, convertidores de frecuencia giratorios, acumuladores electricos, osciladores, osciladores de cuarzo, generadores y convertidores estaticos, sistemas de carga, equipos de alimentacion, cadenci6metros.
H
Sistemas de aviso Sistemas de aviso 6ptico y acustico, seiiales luminosas, sistemas para aviso de tiempo y de peligro, sistemas de aviso de secuencias, sistemas de registro de maniobras, reles de trampilla.
J
Sin ocupar
K
Reles, contactores electromagneticos Contactores electromagneticos de potencia, contactores secundarios, reles temporizadores, reles intermitentes y reles Reed.
L
Inductancias Bobinas de estrangulamiento, bloqueadores de ondas.
M
Motores
199
N
Amplificadores, reguladores Equipos de la tecnica anal6gica de control y regulacion, reguladores electronicos y electromecanicos, amplificadores operacionales, amplificadores adaptadores de impedancias, convertidor de impedancias, reguladores y calculadoras anal6gicos, circuitos integrados con funciones anal6gicas, transductores.
P
Equipos de medici6n y de control Sistemas de medici6n con indicacion, impresi6n y contaje, emisores de impulsos, relojes, sistemas de medici6n con indicaci6n y registro binario y digital (indicadores, registradores, contadores), contadores mecamcos, . indicadores binarios de estado, oscilografos, visualizadores de datos, simuladores, adaptadores de control, tomas de medici6n, control y alimentacion
Q
Elementos de conmutaci6n para corriente de alta intensidad Disyuntores, cortacircuitos, interruptores en circuito de corriente principal, interruptores en sistemas de proteccion, interruptores en rapidos, seccionadores bajo carga, conmutadores estrella-tnangulo, cambiadores de polos, rodillos de contacto, separadores, conmutadores de celula, separadores de seguridad, seccionadores de carga, interruptores de instalaciones, interruptores de seguridad para motores.
R
Resistencias Resistencias regulables, potenci6metros, re6statos de regulaci6n, resistencias de circuitos secundarios, conductores termicos, resistencias fljas, re6statos de arranque, resistencias de frenado, conductores con coeficiente de temperatura negativo, resistencias de medici6n, resistencias en derivaciones.
S
Interruptores, conmutadores, selectores Interruptores de mando, pulsadores, interruptores de final de carrera, selectores. contactos par conmutacion numerica, acoplador de pasos, unidades de emisi6n de 6rdenes, m6dulos incorporados, teclas. pulsadores giratorios, pulsadores luminosos, interruptores de confirrnacion de mando, conmutadores de puntos de medicion, rodillos de mando, copiadoras, selectores decadicos, codificadores, teclas de funciones, discos selectores, selectores giratorios.
T
Transformadores Transforrnadores de tensi6n, tranforrnadores de transforrnadores de la red, de separaci6n y de mando.
200
corriente,
U
Moduladores, convertidores de magnitudes electricas en otras magnitudes electricas Discriminadores, demoduladores, convertidores de frecuencia, codificadores, inversores, decodificadores telegraflcos, moduladores de frecuencia, demoduladores de frecuencia, convertidores de intensidad-tensi6n, convertidores de frecuencia-tensi6n, convertidores anal6gico-digitales, convertidores digital-anal6gicos, separadores de niveles de senates, convertidores de comente contrnua - tensi6n contfnua, convertidores de paralelo-serie, convertidores serie-paralelo, convertidores de codificaci6n, optocopladores, equipos de mando a distancia
V
ValVUlas, semiconductores Vatvulas de electrones, valvulas de descarga de gases. diodos, transistores, tiristores, vatvulas indicadoras, vatvulas amplificadoras, tiratrones, convertidores de mercurio, diodos Zener, diodos tipo Esaki, diodos capacitivos, triacs.
W
Vias de transmisi6n, gui'aondas, antenas Hilos de conexi6n, cables, regletas coIectoras, gufaondas, acoplamientos ajustados de gufaondas, dipolos, antenas parab61icas, conductores de IlIZ, conductores coaxiales, telefonfa y radiofonfa por ondas portadoras en Ifneas de alta tensi6n, Ifneas de telecomunicaci6n.
X
Bornes, enchufes Enchufes separadores, enchufes de control. regletas de barnes. regletas de soIdadura, enchufes coaxiaIes, terminales, terminales de medici6n, enchufes multiples, distribuidores de enchufes, distribuidores, enchufes de cables, enchufes de programaci6n, distribuidores de regletas cruzadas, jacks.
Y
Unidades mecanicas accionadas electricamente Frenos, embragues, vaJvulas neumaticas, motores regulables, elevadores, ventilaciones de frenos, electroimanes de bloqueo, bloqueos mecanicos, potenci6metros, imanes permanentes, teletipos, maquinas de escribir electricas, impresoras, tra2adores.
Z
Terminales, bobinas hfbridas, fibros Correctores, limitadores, compensadores, terminates en horquilla Reguladores dinamicos, flltros de cristal. filtros RIC y UC, sistemas antiparasitarios y antichispas, filtros adivos, flltros de alta frecuencia, flltros de baja frecuencia, flItros de banda, desviaciones de frecuencias, sistemas de amortiguaci6n.
?n1
8.9 Tipos de esquemas de distribuci6n
Los esquemas electricos representan instalaciones y equipos electricos en concordancia con los s(mbolos establecidos en las normas lEe 0 DIN. Para eI experto, eI esquema de distribuci6n es eI documento de trabajo mas importante para eI montaje de mandos electricos y, ademas, para su mantenimiento y reparaci6n. Los esquemas varian algo de pars en pars, aunque se estan desplegando esfuerzos por obtener esquemas homogeneos a nivel internacional. Con eI fin de representar las funciones de los equipos y eI flujo de la comente
de sistemas completos se utilizan diversos tipos de esquemas.
En este capftulo se explicaran los mas importantes.
8.9.1 Esquema de conexiones efectivas
EI esquema de conexiones efectivas incluye todos los detalles (equipos, I(neas). Sin embargo, este tipo de esquema no refleja la distribuci6n espacial de cada una de las unidades. Estos esquernas se utilizan, por ejemplo, en eI sector de la electricidad del autom6vil, en eI de los aparatos electrodomesticos y para cableados simples de equipos individuales instalados en fabricas. Si eI equipo tiene un sistema de conexionado complicado, eI esquema de conexiones efectivas se welve demasiado complicado y diffcilmente permite reconocer las secuencias funcionales.
380 V 50Hz Ll----~------~-----------
L2----+-~----~--~------ L3----+--+-----+--~~-----
F2
,-- I
--/
,---i---,
_...I
~__
---
.....
L...::t~=t-...,..
u
v
w
,
----------,I I I
--,
I I
L
I,
-r----I I
L--+U. -.. . , .•. . _.. -.' .L
S2
Giro hacia la izquierda
202
-L 51
.l... 53
Paro Giro hacia la derecha
En los esquemas de circuitos electricos no se muestran los contextos tecnicos entre cada una de las unidades, a diferencia del esquema de conexiones efectivas. En estos esquemas tampoco se toma en cuenta la distribuci6n espacial de cada una de las unidades, con 10 que par 10 general es posible que las Ifneas sean rectas y se produzcan pacos cruces. De este modo eI esquema es tacil de leer y ofrece informaciones claras sabre eI funcionamiento del mando respectivo. Ademas, eI trabajo de diseiio es mas sencillo y tambien es mas taciJ encontrar errores. Los esquemas de circuitos electricos ubican las diversas unidades (contactos normalmente abiertos a cerrados. reJas) en los circuitos necesarios para el funcionamiento del mando. Dichas unidades pueden estar repartidas en todo eI esquema. Para mayor claridad, todas las unidades estan provistas de un numero a de una letra. Ademas. eI esquema es dividido en un circuito de mando y un circuito de patencia.
Circuito de mando
Circuito de patencia
Ll-~-------------
Ll--_----------- 380\1
50Hz
F2
23 24
K:C:J -
Klc:::J
Kt
u
v
w
Para identificar a los emisores de seiiales se utiliza la letra S a los numeros correlativos 1, 2, 3 ... . (en eI ejemplo de la pllg. 193: S1-DESCONEXION, S2-GIRO DER., S3-GIRO IZQ.).
203
8.9.2 Esquema de circuitos electricos
Los reles 0 contactores electromagneticos son identificados con una K y con los numeros 1, 2, 3 ... (ejemplo K1 y K2), siendo accionados varios interruptores normal mente abiertos 0 cerrados por dichos reles. Tambien se utilizan numeros para diferenciar los contactos. EI contacto normal mente cerrado es identificado con Y eI normalmente abierto con
11 21 31 122232 132333 142434
Es decir 1. 2 para el contacto normal
mente cerrado y 3, 4 para el contacto
normal mente abierto.
EI primer dfgito es una numeracion
correlativa.
La identificacion de las unidades siempre se coloca en el lade izquierdo del sfmbolo respectiv~. La lectura del esquema no ofrece problemas ya que el circuito de potencia esta separado del circuito de mando y, ademas, porque cada una de las unidades y de las funciones estan debidamente identificadas. Por esta razon es recomendable que los esquemas electroneumaticos sean concebidos como esquemas de circuitos.
8.9.3 Esquemas generales
Estos esquemas exigen ciertos conocimientos tecnicos mfnimos puesto que incluyen simbolos abreviados que son muy diferentes a los sfmbolos utilizados en los esquemas de circuitos. Los esquemas generales solo incluyen el circuito principal 0 de potencia.
U.l S1
Sl K1, K2
Fl, F2 M
204
Interruptor principal Reles Fusibles Motor
K2c:J-
En este esquema se muestran los concluctos dentro de un elemento 0 las conexiones entre grupos de elementos de un sistema.
8.9.4 Esquema de conexionado
Este esquema es utilizado como plano de conexiones extemas. Los conductos se juntan y se vue/ven a ramificar delante del elemento exterior. En este esquema, los elementos estan ubicados en concordancia con su ubicaci6n real.
8.9.5 Esquema de conexi6n entre elementos
uvw'" 1 2 3
1 2 3
?nR
9
Capitulo 9 Conexiones basicas ( electroneumatica)
,.
207
9.1
Control de un cilindro de simple eleelo
EI embolo de un cilindro de simple efecto debera avanzar cuando se accione un pulsador. AI soltarlo, el cilindro debera retroceder a su posicion normal.
A
3
r K1 14
Al Kl.......,~
Y1
1! soluci6n: Cerrando eI interruptor S1 se cierra eI circuito. En la bobina Y1 se produce un campo magnetico. EI inducido abre eI paso aI aire comprimido. EI aire fluye de (1) hacia (2), con 10 que eI cilindro avanza hasta eI final de carrera. Soitando eI pulsador S1 se interrumpe eI circuito, con 10 que desaparece eI campo rnagnetico en la bobina Y1. La vSlvula de 3/2 vfas conmuta a su posici6n inicial y eI cilindro retrocede a su posici6n normal.
208
2i! soluci6n: En esta segunda soluci6n, el rele K1 es accionado por el interruptor Sl. EI contacto normalmente abierto del rele K1 activa la bobina Y1 (activaci6n indirecta). Por 10 demas, las funciones son identicas a las de la primera soluci6n. Se debera optar por la segunda soIuci6n si la senal de Sl no es suficiente para activar la bobina Y1 0 si se continua trabajando con otra tension (220 V). Ademas tambien debera conmutarse a traves del rele si fuese necesario incluir enlaces y bJoqueos. Tratandose de mandos con varios reles K1, K2, K3, etc., la lactura del esquema sera mas sencilla si se indica en que circuito se encuentran los contactos respectivos. En los mandos que se ofrecen a continuacion se presentan siempre ambas posibilidades.
209
9.2
Control de un cilindro de doble etecto
AI igual que en eI mando descrito anteriormente, tam bien en este caso debara avanzar un cUindro al accionar eI pulsador y, al volver a soltarlo. dicho cilindro debara retroceder a su posici6n normal.
A
A
-""'-L
+--'---r SlE-
Kt 14
At
Yl A2
Soluci6n: EI control del cilindro de doble efecto sa efectUa mediante una valvula de 4/2 vias 0 con una de 5/2 vias. Accionando eI pulsador S1 se excita la bobina Y1 y eI sistema de servopilotaje neumatico actUa sobre la v8Jvula de vias. EI cilindro avanza hasta eI final de carrera. AI soItar eI pulsador S1, el muelle de recuperaci6n de la v8Jvula de vias cumple con su funci6n, con 10 que eI cilindro retrocede a su posici6n normal.
210
EI cilindro esta en su posici6n normal. EI avance hacia eI final de carrera debera p
A
A
A1
Y1
K1
Soluci6n:
Con los pulsadores S1 0 S2 se excita la bobina Y1. La vlllwia de vfas (3/2 6
5/2 vfas) conmuta, con 10 que el cilindro avanza hasta eI final de carrera.
Soitando los pulsadores se interrumpe Ia sefial en Y1, con 10 que conmuta
nuevamente la valvula y eI cilindro welve a su posici6n normal.
211
9.3 Circuitos paralelos (cilindro de simple o doble efecto)
9.4 Circuitos en serie (cilindro de simple o doble efecto)
EI cilindro esta. en su posici6n normal. EI cilinclro debera avanzar si se accionan dos pulsadores.
A
A
V1
Yl
5 1 3
+T
+
SE-i
s1 E-
S2E-
S2E
1
Kl
L 14
1 A1
V1
Soluci6n:
Activando los pulsadores Sl y S2, se cierra eI circuito, con 10 que se produce
la ex:citaci6n de la bobina Y1 y la conmutaci6n de la valvula. EI cilinclro avanza
hasta eI final de carrera. Soitando eI pulsador Sl 0 S2, Y1 ya no recibe seilal.
De este modo, eI cilinclro puede volver a su posici6n normal, dado que en ese
estado la valvula vuelve a conmutar.
212
- - -
AI accionarse el pulsador S1, eI cDindro debera avanzar hasta eI final de carrera. EI cilindro debera rnantener esa posici6n hasta que se active eI retroceso con eI pulsador S2.
A
A
13
513
·-r--j SIt
V1
SoJuci6n: Pulsando S1 se excita la bobina Y1 y la valvula (de 3/2 6 5/2 vfas) conmuta. EI cilindro avanza y mantiene su posici6n de final de carrera hasta que la bobina Y2 reciba una setiaJ de S2. Cuando se produce dicha setiaJ, se excita Is bobins Y2 y eI cilindro vuelve a su posici6n normal par efecto de la v8lwla de 3/2 6
5/2 vfas.
213
9.5
Control indirecto bilateral
9.6 Control del retroceso automatico de un cilindro
EI cilindro debera avanzar hasta eI final de carrera cuando se acciona un pulsador. Una vez a1canzada la posici6n de final de carrera, eI cilindro debera retroceder automaticamente.
S2
A
I
I
S2(r
VI
r S20-
K1
L 14
K2 14
Kl
SoluCi6n: Pulsando S1 se excita Ia bobina Y1, con 10 que el cilindro avanza hasta eI final de carrera. Una vez a1canzada esa posici6n, eI cilindro actUs sabre el final de carrera S2. Este interruptor excita Ia bobina Y2. con 10 que el cilindro puede retroceder a su posici6n normal, siempre y cuando se haya soltado el pulsador
S1.
214
AI activarse un interruptor, eI cilindro deberS avanzar y retroceder hasta que deje de activarse dicho interruptor. Entonces, eI cilindro deberS retroceder a su posicion nonnal.
52
51
A
4
2 Y2
Y1 51 3
..
I
S2Q-
I
1
I
1<1
In 14
K2
1.3 14
VI
Soluci6n: En ambos extremos del cilindro hay un final de carrera de accionamiento mecanico (51 y 52). Estos interruptores emiten respectivamente una sena! para eI avance y otra para eI retroceso. No obstante. 51 emite su sefiaJ soIamente si esta activado 83. En ese estado, eI cilindro avanza y retrocede. AI desconectar eI interruptor 83, la bobina Y1 ya no recibe sena!. con 10 que eI cilindro se detiene en su posici6n nonnal.
215
9.7 Movimentos oscilantes de un cilindro de dob'e efecto
9.8
Circuito de autorretenci6n
En los mandos electroneumaticos son necesarios los circuitos de
autorretenci6n si tienen que memorizarse las senales electricas. Si dicha
memoria se realiza mediante un circuito de autorretencion en la parte electrica,
es factible utilizar vatvulas neumaticas con reposici6n por muelle. Tratandose
de mandos mas complejos (cadenas secuenciales), es posible prever la
funci6n de memoria en la parte neumatica, en la parte electrica 0 en am bas,
dependiendo de la apiicaci6n concreta.
En la tecnica de manclo se habla de dos tipos de circuitos de autorretenci6n:
de ACTIVACION prioritaria 0 de DESACTIVACION prioritaria.
1
MARCHA E-
L 14
PARO
Kl
ACTlVACION prioritaria
A2
DESACTlVACION
prioritaria
Funcionamiento del circuito de autorretenci6n: Con eI pulsador MARCHA se excita eI rele K1, con 10 que cierran los contactos. Para que eI rele mantenga su estado de excitacion aI soltar el pulsador MARCHA, se conecta en paralelo aI pulsador MARCHA un contacto normalmente abierto del rele K1. Esta conexi6n en paralelo evita que eI rele K1 desconecte si cesa Ia sei1aI del pulsador MARCHA. Para desactivar eI circuito de autorretenci6n es necesario incluir un pulsador de PARO. Este pulsador, en eI circuito "ACTIVACION prioritaria", esta conectado en serie con eI contacto normalmente abierto del rele K1. Un contacto normalmente abierto del rele K1 mantiene eI estado de autorretenci6n, en conexi6n en paralelo en eI circuito "DESACTIVACION priOritaria", aI igual como vieramos ya en eI circuito anterior. No obstante, en este caso eI interruptor de PARO se encuentra conectado en serie con eI interruptor de MARCHA. La incorporaci6n del interruptor de PARO decide sobre Ia predominancia respectiva. Si eI interruptor de PARO esta conectado en serie con eI contacto auxiliar norrnalmente abierto, siempre predominara la sefial MARCHA. Si eI interruptor de PARO esta conectado en serie con el interruptor de MARCHA, entonces predominara eI circuito de DESACTIVACION.
216
EI embolo de un cilindro de simple 0 doble efecto debera avanzar y mantener su posici6n en eI final de carrera hasta que una. segunda seiial provoque su retroceso a posici6n normal.
A
A
Y1
3
51t (MAACHA) ___--~
K1
14
24
Y1 ..............
Soluci6n: Con eI pulsador 81 (MARCHA) se excita eI rela K1. Un contacto normal mente abierto del rela K1 esta conectado en para/elo con dicho pulsador 81. Ese contacto mantiene la alimentaci6n del rela K1. EI contacto norrnalmente abierto K1 23/24 excita la bobina. Y1. EI cilindro avanza hasta eI final de carrera. Con eI pulsador 82 (PARO) se interrumpe eI circuito hacia eI rela K1. Todas las funciones del rela K1 welven a su posici6n normal. De este modo tambian se interrumpe eI circuito de la bobina Y1. En este estado actua eI muelle de recuperaci6n de la valvula de vfas, can 10 que el cilindro welve a su posici6n normal.
9.9 Control de un cilindro de simple 0 doble efecto con autorretenci6n
9.10 Control del retroceso automcitico con detector de final de carrera
EI cilindro debera avanzar hasta el final de carrera al activarse un interruptor de MARCHA. AJ alcanzar dicha posicion, debera retroceder automaticamente a su posicion normal. Para ello debera haber cesado fa activacion del pulsador de MARCHA.
52
A
I
r Kl
24
VI
Soluci6n: EI cilindro avanza hasta eI final de carrera por activacion del pulsador $1 (MARCHA). $i el cilindro ha IIegado al final de la carrera y si eI pulsador $1 ya no esta activado, el cilindro retrocede por efeeto del final de carrera $2. EI estado de autorretencion es cancelado cuando actlia el final de carrera. EI rela K1 conmuta a su estado normal, el contacto normal mente abierto de K1 abre eI circuito hacia la bobina Y1. La bobina de la valvula de 5/2 vIas conmuta, con 10 que eI cilindro puede retroceder.
Los mandos que prevean una secuencia detenninada en eI tiempo. tienen que estar provistos de un rele temporizador. Existen mandos detenninados unicamente por eI tiempo, mientras que otros son controlados combinadamente tanto por eI tiempo como par eI recorrido. Los reles temporizadores, que en la actualidad suelen ser reles electr6nicos, tienen dos estados temporizadores bcisicos. Concretamente, puede tratarse de reles con respuesta retardada 0 con desconexi6n retard ada.
Rete temporizador con respuesta retardada Diagrama de tiempo te
1~--~----------~---
:Sl ENTRADA
O~--~----------~--~ 1;---T---~~---'---
SAUDA O~--+-----~--~~--
tv
tv
=
Tiempo de retardo ajustado
te
=
Tiempo de la sefia/ de entrada
219
9.11 Mandos con temporizaci6n
---9.12 Control de un cilindro de doble efeelo con temporizaci6n (respuesta retardada)
EI cilindro debera avanzar si se acciona eI pulsador 81 Qmpulso corto). EI cilindro debera mantener su posici6n de final de carrera durante 10 segundos y entonces retroceder automaticamente. La consulta sobre la posici6n del cilindro se efectUs mediante un interruptor de final de carrera.
A
S2
Yl
Y2 513
+
r . S1E MARCHA
S2~
i
K1
L L K2
14
18
At
A2
8oluci6n: Activando manualmente eI pulsador 81 (MARCHA) se excita eI rele K1. EI contacto normalmente abierto 13,14 del rele K1 esta conectado con la bobina electromagnetica Y1. La electrovaIvula conmuta aI cerrarse dicho contacto. EI cilindro avanza hasta eI final de carrera, donde actua sobre eI final de carrera 82. Este interruptor actUs por su parte sobre eI rele temporizador R2 (respuesta retardada). EI contacto normal mente abierto 17,18 del rele temporizador excita la bobina electromagnetica Y2 de la valvula de vras despues de transcurridos 10 segundos. La valvula conmuta, por 10 que eI cilindro retrocede a su posici6n normal.
220
Control temporizado con autorretenci6n (respuesta retardada) A
52
I
4
2
513
En este mando con autorretenci6n las funciones son las mismas que en el mando explicado anteriorrnente. Sin embargo, en este caso, la funci6n de memoria se encuentra en la parte electrica (autorretenci6n).
Rei' temporizador con desconexi6n retardada
Diagrama de tiempo te
ENTRADA o~~L---------~-----------
·SAUDA 04-~L----------+------~--Iv
tv
=
Tiempo de retardo ajustado Tiempo de Ia seiiaI de entrada
EI cilindro debera avanzar si se acciona un pulsador (impulso carta). EI cilindro debera mantener su posici6n de final de carrera durante 10 segundos y entonces retroceder automaticamente. La consulta sabre la posici6n del cilindro se efectua mediante un interruptor de final de carrera.
52
A
4
Yl
Y2
51 3
+
S1t
520-
K1
13 14
ACTIVACION
35
K27 36
A1 K2
to
Yl
A2
Soluci6n: EI pulsador S1 excita el reJa K1; el contacto normal mente abierto 13,14 del rela K1 actua sabre el electroiman de Y1. Este impulso hace conmutar la valvula de 5/2 vias. can 10 que el cilindro 1.0 avanza hasta el final de carrera. EI electroiman de Y2 no recibe corriente ya que el contacto normal mente cerrado del relE~ temporizador K2 abre al recibir tension el rela. Solo cuando se acciona el final de carrera S2 desaparece la senal de entrada y despuas del tiempo ajustado de 10 segundos abre el contacto 35,36 del rela temporizador K2 conectando can la bobina Y2. De este modo conmuta la valvula de 5/2 vias y el cilindro de doble efecto retrocede a su posici6n normal.
223
9.13 Control de un cilindro de doble efecto con temporizaci6n (desconexi6n retard ada)
Control en funci6n del tiempo con autorretenci6n (desconexi6n retardada) A S2 I
513 +---.----.---~~------.---
to
K1
24
Yl
Soluci6n: La electrovSlvula asume su posici6n normal por efecto del muelle. En consecuencia, es necesario contar con un sistema de autorretenci6n, 10 que se realiza mediante eI contacto normalmente abierto 13,14 del rele K1. EI contacto normalmente abierto 17,18 del rele K2 desconecta la autorretenci6n despues del tiempo ajustado (10 segundos). De este modo eI cilindro 1.0 puede retroceder a su posici6n normal.
224
Capitulo 10
Confecci6n de un esquema de distribuci6n
Un esquema de distribucion puede confeccionarse de dos maneras: 1. Metodo intuitivo 2. Metodo sistematico En ambos easos se sobreentiende que tiene que existir un problema de mando que se quiera solucionar mediante un esquema. Cuando se opta por el primero de los dos metodos. se recurre exclusivamente a la intuicion y experiencia. Si eI mando es mas complejo, se requiere de cierta experiencia y de mucho tiempo. Cuando se apliea eI segundo metodo que se rige par reglas definidas, tiene que procederse de forma sistematizada, 10 que presupone el conocimiento de las reglas en cuestion. En todo easo, cualquiera de los dos metodos deberia desemboear en un mando de funcionamiento seguro. En consecuencia es recomendable preferir el segundo metodo cuando se intente proyectar un mando electroneumatico, ya que aeatandose las reglas del easo ofrece una garantia del buen funcionamiento y, ademas, una mayor claridad de los esquemas respectivos.
En eI capftulo 8 fueron presentados y explicados sistematicamente los mandos basicos. EI sistema que se aplic6 en ellos deberia acatarse tambien cuando se disenen mandos mas complicados. Para explicar la confecci6n sistematica de un esquema recurriremos aI ejemplo de un rnando con dos cilindros.
10.1 Confecci6n de un esquema de distribuci6n seg..n una sistematica
Los paquetes son transportados par una cadena de rodillos. AI Ilegar a la maquina, son elevados par eI cDindro A. EI cilindro B se encarga de desplazarlos hacia una segunda cadena de rodillos. EI cilindro B solo debera retroceder cuando eI cilindro A haya retrocedido a su posici6n normal.
10.1.1Ejemplo: Elevador de paquetes
Plano de situaci6n
Este mando debera solucionarse tanto can memoria memoria neumatica. 10.1.2 1! Soluci6n (memoria neumatica)
elE~ctrica
como can
Primer paso Dibujar los cilindros A y B can valvulas de 4/2 6 5/2 vias; accionamiento electrico bilateral. Identificar la situaci6n de los iniciadores electricos (B1, B2).
1""1"'....-------.. ·S1I
S2 t
8 ------
·B1
B2
I
Segundo paso
Dibujar eI circuito de mando y el circuito principal.
----..-t
+---'-r
~t
K1
14
KS 14
K1
Y1
En eI circuito de mando eI rela K1 es excitado par acci6n del pulsador de MARCHA 85 y del iniciador B1 (1<5). En el circuito principal un contacto del rere K1 cierra eI circuito. EI electroiman de Y1 es excitado, conmuta y eI cilindro A avanza.
Tercer paso
Dibujar la segunda linea del circuito de mando
y del circuito principal.
52
A 81 ,..,.....- - - - I
Y2
Y1
8
I
i i SSEj 520-
5 , 3
K1
L L K2
14
Marcha
13
K5
14
A1
K1
A1
Y1
K2 A2
B2
I
Y4
Y3
513 +
81
,..,.....- - -.....
A2
Cuando eI cilindro A lIega aI final de carrera, actUa sobre un final de carrera. Este, par su parte, actua sabre eI rele K2. Un contacto normalmente abierto de K2 excita la bobina Y3, con 10 que conmuta la valvula y avanza eI cUindro B.
14
Cuarto paso
Dibujar la tercera linea en el circuito de mando y en el circuito principal.
S1
B ·81 rrT---.....-... I
,..,..T-.........._"'" I
B2
+---4.-----~----~--------~~------~------~~--
13
.SSEj 520
K1 14
Marcha
13 K2
13
K3 14
14
13
K5 . 14
A1
K1
A1
A2
A1
K3
K2 A2
Yl A2
EI cilindro 8 desplaza los paquetes en direcd6n a la segunda cadena de rodillos. Cuando el cilindro 8 lIega al final de carrera. actua sobre el iniciador 82. Esto provoca la excitaci6n del rela K3 y un contacto normalmente abierto de este rela excita la bob ina Y2. De este modo el cilindro A puede retroceder.
Quinto paso
Dibujar la cuarta linea del circuito de mando y del circuito principal.
B
S2
A
---"'1 81I
rrr-......
I
13
S1~0-
SSE] S20
13 K2
K1 14
14
13
KS
14
Al K1
A2
K4
K3 A2
Al
A1
A1
K2
A2
13
Y1 A2
AI retroceder eI cilindro A, actua sobre el final de carrera 81.
Un contacto normal mente abierto del rele K4 excita el electroiman Y4. En
consecuencia. retrocede el cilindro 8 yactua nuevamente sobre eI iniciador 81.
Cuando lIega un paquete nuevo, queda cerrado el circuito de mando mediante
85 y 81 (KS). con 10 que empieza una secuencia nueva.
231
13
K4
K3
Marcha
B2
14
14
A rT".....- - - _
+--~~----
55E~
K5
51 I
52
B
I
r"I""T"""'-';;"'---'
B1
B2
I
__---'--------~~--,----------'------~~------e-------~--13
13
13
Kl
520
K3
K2 14
14
13
K4
14
14
t3 14
A1 K1
Al K2
A2
A1
K3 A2
Al
Al
KA A2
232
K5
A2
Y1
A2
~Y3
~Y4
10.1.3 2! Soluci6n (memoria electrica) Primer paso Dibujar los cilindros A y B con v8Ivulas de 4/2 6 5/2 vias; accionamiento electrico unilateral. Definici6n de la ubicaci6n de los interruptores electricos de final de carrera.
A
81
1""'1'"..------1
Yl
,
S2
8
I""'I'""'-'--;~-"'"
81 I
82
Segundo paso Dibujar eI circuito de mando y eI circuito principal para eI primer reJe y para la bobina electromagnetica Y1.
,
8
S2
81
_""--"';;;--"'1
82 I
.---.--~~---.----------~--
23
13
ssE\
K1
Kl
24
14
Marcha 113 K4 14
At
A1
K1
K4
Yl
A2
EI iniciador B1 (K4), eI cual es activado por eI cilindro B, y el pulsador de activaci6n 85 cierran eI circuito de comente con eI rele K1. Esta linea es conectada en paralelo con otra Ifnea que lIeva hacia eI contacto normal mente abierto del reJe K1. De esta manera eI rele K1 quada autorretenido. Un contacto normal mente abierto del rele K1, que esta conectado con la bobina Y1 en eI circuito principal, provoca la conmutaci6n de la valvula de 5/2 vfas. EI cilindro A
avanza.
Tercer paso
Dibujar el rela K2 y la bobina electromagnatica Y2.
,
51
52
....---;;...--1
8
81
-"-""';;""--1
Y1
513
+
13
1
K1
SSE Marcha
14
52
0
13
K2
81
14
23
23 K2
K1
24
11
K4
14
A2
EI final de carrera es activado por el cilindro A y actua sobre eI reh~ K2. Un contacto normal mente abierto del rela K2 que esta conectado en paralelo con el final de carrera 82, activa la funci6n de autorretenci6n. En eI circuito principal otro contacto normal mente abierto del rela K2 esta conectado a la bobina Y2. EI cilindro B avanza.
24
82
Cuarto paso Dibujar eI iniciador 82 para desconectar eI rele K1.
A 81 ,..,............;;...-... I
-
8
81
B2
...........;;....-...... 1
'1'1
513
13 52
SSE
1
K1 14
0
13
23
K2
K1
14
23
K2
24
24
Marcha
13
K4
A1
K1
A1
K4
A2
A2
Yl
A2
EI cilindro B avanza y eI sensor B2 excita eI rele K3. EI contacto conectado en sene del rele K3 abre. De este modo se cancela la funci6n de autorretenci6n. EI rele K1 ya no recibe tensi6n y en la bobina Y1 cesa la senaJ. En consecuencia puede retroceder eI cilindro A.
Quinto paso Dibujar eI final de carrera 81 para desconectar eI
A
$5
13
t
1
Marcha
13
14
S2
0
K2.
B B1I _ .....-;...---.
52
S1
---.;..;....-... I
K1
reh~
I
K2)13 B2 S
K1
K4
A1 A2
A1 K4
K3
K1
23
A2
Y1
A2
EI final de carrera 81 (norrnalmente cerrado) es dibujado delante del rele K2. Cuando eI cilindro A actUa sobre 81, eI final de carrera 81 (norrnalmente cerradp) interrumpe eI circuito hacia eI rele K2. De este modo queda cancelada la funci6n de autorretenci6n; eI contacto normal mente abierto del rele K2, incluido en eI circuito principal, interrumpe la corriente hacia la bobina electrornagnetica Y2. En consecuencia, la v8Jvula de 5/2 vfas conmuta y eI cilindro B retrocede a su posici6n normal. Con el pulsador de activaci6n 85 se activa eI rele K1, con 10 que puede empezar una nueva secuencia.
23 K2
24
\'4
82
24
Capitulo 11
Anexo
11.1 Indice bibliografico
11.2 Normas
1.
Bases de los mandos neurnaticos Festo Didactic, Esslingen Hasebrink / Kobler
2.
Introducci6n a la neumatica Festo Didactic, Esslingen Meixner / Kobler
3.
Ubro de tablas de la electrotecnica Editorial Medios Didacticos Europeos
4.
Electrotecnica Editorial Medios Didacticos Europeos
ISO 1219
Sistemas, equipos y sfmbolos de la tecnica de fluidos
DIN 19226
Tecnicas de regulaci6n y control Conceptos y denominaciones
DIN 19237
Tecnica de mandos, conceptos (proyecto de norma)
DIN 40 719
Parte 6: Reglas y graficas para diagramas de funciones
DIN 40 708
Indicadores
DIN 40 710
Tensi6n y tipos de corriente; tipos de conmutaci6n
DIN 40 713
Sfmbolos de conexionados
DIN 40 714
Transformaciones
DIN 40 716
Instrumentos de medici6n
DIN 40 719
Parte 2: Letras de identificaci6n para los tipos de elementos de trabajo
DIN 40 050
Tipos de protecci6n para elementos de trabajo electricos
VDE 100
Medidas de seguridad contra contactos involuntarios con alta tensi6n
DIN 57 113/ VDE 0113
Equipamiento de rnaquinas procesadoras con tensiones de la red de hasta 1000 V
