Introducción a los circuitos electroneumáticos

CIRCUITOS HIDRÁULICOS Y NEUMÁTICOS Práctica 9: Introducción a los circuitos electroneumáticos. Rubén Anguiano García Jaime Alberto Centeno Alcaraz Ramiro Barragán Sandoval Jorge Salazar Alcaraz Manuel Vivanco Toledo INTITUTO TECNOLÓGICO DE COLIMA Departamento de Ingeniería Mecatrónica Av. Tecnológico No.1. C.P. 28976. Villa de Álvarez, Col. Tel/Fax (01 312) 3129920. 3140933 www.itcolima.edu.

Resumen.  El presente trabajo describe la práctica

La técnica de mandos es parte integrante de nuestra sociedad industrial puesto que sin ella la tecnología no hubiera podido alcanzar los niveles actuales. No hay especialidad tecnológica que pueda prescindir de los mandos. Para que los técnicos de diversas especialidades (neumática, hidráulica, electricidad y electrónica) cooperen entre sí, es indispensable que hablen un idioma común. Ello significa que debe disponerse de definiciones precisas de los conceptos, con criterios  básicos aceptados por todos. [2] Estos fundamentos de la técnica de mando tienen validez general, independientemente de la energía de controlo de trabajo que se utilice, y de la configuración técnica del mando en cuestión.

realizada en la materia de Circuitos Hidráulicos y  Neumáticos, en la cual se conectaron diversas configuraciones de circuitos electroneumáticos; empleando dos tipos de actuadores (cilindro lineal de simple y doble efecto) y diversos elementos para los circuitos de potencia y de mando. Analizando el funcionamiento funcionamiento de cada uno de los elementos empleados en la práctica.

. This paper describes the practice done in the Abstract 

subject of Hydraulic and Pneumatic Circuits, in which various configurations of electropneumatics circuits are connected; using two types of actuators and various elements for power circuits and control. Analyzing the operation the elements used in practice.

1. INTRODUCCIÓN. Hemos aplicado anteriormente el mando a distancia de válvulas por medio de señales neumáticas e hidráulicas, únicamente. Este tipo de señales pueden  producir algunos retardos en los accionamientos si las distancias de las canalizaciones son largas. Las señales eléctricas no tienen este inconveniente, ya que las distancias no les afectan a fectan en este sentido. La electroneumática es la aplicación donde se combinan la automatización de la neumática con electricidad o electrónica. Es una de las técnicas de automatización automatización que en la actualidad viene cobrando vital importancia en la optimización de los procesos a nivel industrial. Su evolución fue a partir de la neumática, disciplina bastante antigua, y al avance de las técnicas de electricidad y la electrónica, permitiendo la fusión de métodos y dando así el inicio de los sistemas electroneumáticos, los cuales resultan más compactos y óptimos. [1] La principal aplicación de los sistemas electroneumáticos se encuentra en aquellos casos en los que el aire comprimido se usa como fuente de energía con la ayuda de cilindros, mientras que los distribuidores son accionados eléctricamente. eléctricamente.

Figura 1 Estructura de un circuito hidráulico.

2. MARCO TEÓRICO. Todo circuito electroneumático se conforma de diversas partes importantes entre las cuales destacan: abastecimiento de energía (fuente de alimentación eléctrica y compresor de aire), señales de entrada, de  procesador y de control o mando (válvulas, relés, interruptores, etcétera), y señales de salida (actuadores). A continuación se presenta una breve investigación de los elementos mencionados anteriormente que se emplearon en la práctica. [1, 3]

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1. ABASTECIMIENTO DE ENERGÍA. Un compresor   es el elemento del circuito encargado de proporcionar aire a presión al circuito neumático. Su función es absorber aire de la atmósfera y comprimirlo para aumentar su presión. Por otra parte, un acumulador   almacena el aire comprimido y permite acondicionar el aire a los valores de temperatura y  presión requeridos por la instalación neumática. El aire comprimido para llegar en condiciones propias de  presión y limpieza a los circuitos neumáticos emplea la , que está formada principal y uni dad de mantenim iento   básicamente por filtros (impide que entren partículas de suciedad al circuito), reguladores de presión (ajustan la  presión del aire que será necesaria para el circuito), lubricadores (engrasa las partes móviles de los elementos del circuito neumático). [1, 2]

Figura 4 Regletas con derivación neumática.

3. ELEMENTOS DE ENTRADA. Un interruptor   es un elemento de conmutación  biestable, es decir, que si lo cambiamos de posición,  permanece en ella. El pulsador , por lo contario, es un conmutador monoestable, que retorna a su posición cuando dejamos de actuar sobre él. El más habitual es el de tipo N.A., que permanece en posición abierta (no de  paso) cuando no es actuado. [2, 3] Los pulsadores e interruptores nos proporcionan las señales manuales breves que necesitan las válvulas distribuidoras. Estos dos elementos permiten cerrar o abrir el circuito eléctrico hacia los elementos del sistema que se necesitan alimentar o interrumpir el flujo. [2]

Figura 2 Sistema de abastecimiento de energía neumática.

Por otra parte, una fuente de alimentación elé ctr ica   es el dispositivo que convierte la corriente alterna en una corriente continua que alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta. [4]

Figura 5 Unidad para entradas de señales eléctricas (interruptores y pulsadores).

Para la detección eléctrica de los extremos de recorrido de un cilindro se suelen emplear sensor es de . Estos interruptores fin al de carr era mecáni cos   permiten consultar determinadas posiciones finales de  partes de máquinas o de otros elementos de trabajo. [3] Los interruptores de final de carrera tienen un sistema alternador, cierran o abren el circuito según sea la configuración del funcionamiento que se debe de cumplir ante el estado de la posición de un actuador. [4]

2. ELEMENTOS DE DISTRIBUCIÓN. Los circuitos neumáticos distribuyen el aire a través de una red de tuberías   que parten del equipo de abastecimiento de aire comprimido y llegan a cada  puesto de trabajo. Estos elementos están diseñados para soportar altas presiones y son limpios y pulidos. [3]

Figura 3 Tubería neumática.

Para la óptima distribución de aire comprimido, se suelen emplear módulos o regletas con deri vación , éstos son dispositivos sólidos los cuales tienen una entrada de aire comprimido y permiten la conexión a diferentes salidas para repartir a diferentes puntos del sistema. [1]

Figura 6 Interruptor de final de carrera.

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4. ELEMENTOS DE PROCESAMIENTO. Los relevadores  o r elé s   son elementos constructivos que hacen contactos y controles con cierto gasto de energía. Los relevadores son empleados para  procesar señales. Se pueden utilizar como interruptores electromagnéticos para rendimiento específico del contacto. El funcionamiento es sencillo, al inducir una tensión en la bobina fluye corriente eléctrica por el devanado, se genera un campo magnético, por el que la armadura es atraída hacia el núcleo de la bobina. La armadura es atraída hacia el núcleo de la bobina. La armadura misma esta unidad mecánicamente a contactos que son abiertos o cerrados. Esta condición de contacto dura tanto como la tensión dura. Al quitar la tensión la armadura es llevada a su posición original con ayuda de un resorte. [1, 4]

Existe una gran variedad de válvulas neumáticas que se clasifican según la función que realizan dentro del circuito. Las utilizadas para esta práctica fueron: Válvula distribuidora: dirigen el flujo neumático por un determinado camino y sentido de circulación. Disponen de una serie de orificios o vías por donde entra o sale el aire a presión. [2]  Electroválvula: Estas válvulas cuentan con uno o dos accionamientos por electroimán y se utilizan cuando la señal proviene de un temporizador eléctrico, un final de carrera eléctrico, presostatos o mandos electrónicos (circuitos con relevadores). A los accionamientos por electroimán se le llaman selenoides  y poseen generalmente bobinas para fijar la posición activada. [4] Existen dos principales válvulas eléctricas: Monoestables; cuentan con un solo selenoide y un retorno de muelle. Y biestables; con dos selenoides. Para que la válvula vaya de una posición a la otra  basta con aplicar un pulso eléctrico a la bobina correspondiente. Estás válvulas mantienen su posición sin importar que una bobina se encuentre energizada, esto cambia hasta que se aplica un pulso en la bobina contaría o se deja de energizar esa bobina. La principal •

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función en estos sistemas es la de “memorizar” una

señal sin que el controlador esté obligado a tener  permanentemente energizada la bobina. [1, 3] Figura 7 Unidad de relevadores.

Entonces, se puede concluir que los contactores  son interruptores accionados eléctricamente por una los cambios de una bobina correspondiente a ese relevador. 5. ELEMENTOS DE MANDO O CONTROL. Una válvu la  es un aparato mecánico con el cual se inicia, detiene o regula la circulación de gases a ciertas  partes del circuito neumático. Están constituidas por un cuerpo fijo donde se sitúan la toma de aire comprimido, el orificio de purga o salida de aire en exceso a la atmosfera, y la salida de aire comprimido a alguna otra  parte del circuito o a los elementos de trabajo. [3, 4] La posición de las válvulas durante su funcionamiento puede realizarse mediante diferentes dispositivos de accionamiento: manuales (pulsador o  botón, palanca y pedal), mecánicos (leva y rodillo), eléctricos (electroimanes) y neumáticos (mandos neumáticos), por mencionar algunos ejemplos. [1]

Figura 9 Electroválvula biestable distribuidora de aire comprimido.

6. ELEMENTOS DE TRABAJO. Los elementos de trabajo o actuadores se sitúan en el final del recorrido del circuito electroneumático, y tienen como finalidad transformar en energía mecánica la presión que les comunica el aire comprimido. En los circuitos neumáticos, los actuadores que se emplean son los lineales y rotativos. [1] Para esta práctica se emplearon los actuadores lineales  . Éstos son actuadores que realizan un movimiento de tipo lineal y su estructura es cilíndrica. El aire a presión entra en el interior del cilindro empujando el émbolo y el vástago unido a él. El recorrido externo del vástago es el que se aprovecha  para efectuar diferentes tipos de trabajo, como sujetar, levantar o empujar piezas Existen dos tipos de

Figura 8 Formas de accionamiento de las válvulas.

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actuadores cilíndricos: de simple efecto y de doble efecto. [2, 3] El cilindro de simple efecto , tiene una sola toma  para la entrada del aire a presión. El aire introducido desplaza el pistón y el vástago en un solo sentido con un movimiento lineal y produce una acción. El retroceso del pistón a la posición inicial se realiza mediante una fuerza externa o mediante un muelle, expulsando el aire de la cámara. [2]

4. OBJETIVOS DE LA PRÁCTICA Objetivo general .

Realizar de forma correcta diferentes conexiones de circuitos electroneumáticos utilizando como elemento principal de trabajo actuadores cilíndricos lineales de simple y doble efecto. Objetivos personales . Identificar los elementos que conforman los circuitos electroneumáticos realizados. Analizar el funcionamiento de cada elemento que conforman cada circuito electroneumático. Conocer la etapa del circuito de potencia y del circuito de mando de estos sistemas. Capacidad de conectar circuitos electroneumáticos de manera intuitiva según el  problema a resolver. Respetar y diferenciar el uso de la jerarquía de conexión de un circuito electroneumático. Interactuar con el material disponible en el Instituto Tecnológico de Colima de este sistema. •

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Figura 10 Cilindro de simple efecto con retorno de muelle neumático.

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Mientras que en los cilindros de doble efecto , el aire a presión entra en el interior del cilindro por dos  puntos de alimentación empujando el émbolo y el vástago unido a él en ambos sentidos, según el punto de alimentación principal. El aire introducido provoca tanto el avance como el retroceso del pistón y genera una acción en ambos sentidos. [1, 4]

5. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA En esta práctica se llevó a cabo una serie de conexiones de diferentes circuitos electroneumáticos  previamente simulados, dado un problema por el Profesor de la asignatura, con el fin de implementar lo aprendido en clases y analizar los elementos de cada circuito. Observación:

Antes de iniciar a explicar la conexión y funcionamiento de cada uno de los diez circuitos electroneumáticos que se mencionarán, es importante señalar que en físico las electroválvulas cuentan con un cable de potencia con tres terminales; una terminal, generalmente azul, que se conecta a la tierra general del circuito de mando eléctrico; y las otras dos terminales, generalmente, contienen una etiqueta cada cable que señala a que selenoide de los dos que contiene la electroválvula corresponde la señal. Ahora bien, por otra parte, los sensores de finales de carrera tienen una entrada de señal y dos salidas, y siendo un interruptor con dos salidas, una es normalmente cerrada y otra normalmente abierta.

Figura 11 Cilindro de doble efecto neumático.

3. MATERIAL Y EQUIPO EMPLEADO. Sistema de producción de aire comprimido del Laboratorio de Mecatrónica del ITC. Tubería necesaria para la conexión. De la empresa FESTO, se utilizó el siguiente material: Unidad de mantenimiento. Fuente de alimentación eléctrica CD a 24 V. Válvulas distribuidoras neumáticas con accionamiento eléctrico (electroválvulas  biestables) y retorno de muelle (electroválvulas monoestables). Cilindros lineales de simple y doble efecto neumáticos. Módulos de relés con contactores N.A. y N.C. Módulos de interruptores N.A. y N.C. Sensores de posicionamiento de finales de carrera. •

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Se procedió a conectar el primer circuito de acuerdo al diagrama de conexión de la  figura 12. Para este circuito se planteó el siguiente problema a

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solucionar: “Se activará y desactivará un cilindro simple efecto sin enclavamiento”.

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Como se observa en la figura, se tiene un interruptor normalmente cerrado de alimentación, utilizado como un paro de emergencia, conectado en serie con un interruptor normalmente abierto que arrancaba el circuito eléctrico de mando, y también en

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serie el selenoide de la electroválvula de control 3/2 (tres vías, dos posiciones).

Presionando el botón de Dejando de presionar el arranque  botón de arranque SIMULACIÓN DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO UNO

CONEXIÓN EN FÍSICO DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO UNO

Figura 12 Circuito electroneumático UNO.

Una vez encendida la fuente de alimentación de 24 V DC, cuando se presionaba el botón de arranque, se cerraba el circuito y la corriente fluía hacia el selenoide, activando este elemento y cambiando de posición de la válvula de control, permitiendo la salida a través de ésta hacia el actuador simple efecto y sacando el vástago de este elemento. Cuando se dejaba de presionar el botón de arranque, se abría el circuito eléctrico, y aunque el selenoide memorizaba la posición en la que se encontraba, el resorte de la electroválvula retornaba a su  posición inicial, cortando el flujo de aire comprimido hacia el cilindro simple efecto, y este al tener un muelle interno, el vástago regresaba adentro de la cámara del actuador.

Figura 13 Funcionamiento del circuito electroneumático UNO.

Observación: En esta práctica no es tan apreciable la función del interruptor del paro de emergencia, puesto que el circuito no tiene enclavamiento y el interruptor de arranque hacia dos funciones, cerrar y abrir el circuito de mando. Es importante mencionar que en las válvulas de 3/2 la terminal 1 siempre va conectada a la alimentación de energía de aire comprimido. Por otra parte, la terminal 3 se empleó cubierta por una especie de tapón que impidió la entrada o salida de aire por esa vía. Mientras que la terminal 2 actúa como salida del flujo de aire comprimido hacia el resto del circuito.

A continuación, se conectó el nuevo circuito electroneumático en base a la  figura 14, en el cual se Figura 14 Circuito electroneumático DOS.

 planteó el siguiente problema a solucionar: “Se activará

y

desactivará

un

cilindro

doble

efecto

sin

Una vez encendida la fuente de alimentación de 24 V DC, cuando se presionaba el botón de arranque o salida, se cerraba el circuito y la corriente fluía por la  primera línea hacia el selenoide que activa y cambia de  posición a la válvula de control, permitiendo la salida a través de ésta hacia la entrada del actuador doble efecto y sacando el vástago de este elemento. Cuando se dejaba

enclavamiento”.

A diferencia del primer circuito, en este se empleó una electroválvula biestable (con dos accionamientos  por electroimán) y se anexó otro interruptor normalmente abierto en paralelo al circuito para activar el otro selenoide y regresar a la válvula a la posición inicial. Además, el actuador doble efecto.

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de presionar el botón de salida, se abría esta línea del circuito eléctrico, y ese selenoide mantenía la posición en la que se había dejado la electroválvula aunque ya no estuviera alimentada con corriente eléctrica. Ahora bien, cuando se presiona el botón de retroceso, se energiza ahora esa línea y activa el segundo selenoide, cambiando a la posición inicial de la válvula de control y  permitiendo el flujo de aire comprimido por otra vía, enviándolo a la segunda entrada del actuador que regresa el vástago hacia adentro de la cámara. Si se deja de presionar este segundo botón, todo el circuito queda desenergizado y se mantiene o memoriza la posición del último selenoide activado.

Seguido se conectó el tercer circuito en base al diagrama de la  figura 16 . Siendo el mismo problema del circuito electroneumático UNO y conexión sólo que ahora anexando un enclavamiento con contactores de un relé. .

Observación: Si se presiona el botón normalmente cerrado de paro de emergencia, este simplemente abre el circuito y deja de alimentar a todo lo demás, pero la  posición de la válvula se mantendrá en la que se halla activado por última vez, sin importar que ya no esté energizada con corriente directa.

Figura 16 Circuito electroneumático TRES.

El funcionamiento de este nuevo circuito es  parecido al circuito hidráulico UNO, la diferencia está en que ahora se anexó a la conexión del circuito de mando un relé con dos contactores normalmente abiertos. Además de un botón de paro que retorno a la  posición inicial del circuito electroneumático. Alimentando con 24 V DC, cuando se presionaba el botón de arranque, se cerraba la primera línea del circuito y la corriente fluía hacia la bobina del relé, activando este elemento y cambiando de estado a todos los actuadores que permanecen a este dispositivo. Entonces, se cierra el contactor normalmente abierto (N.A.) que se conectó en paralelo al botón de arranque, enclavando esta parte del circuito y permitiendo el flujo de corriente siempre por esta línea sin importar que el  botón de arranque no esté presionado, puesto que por este mismo contactor fluye la corriente eléctrica a la  bobina y los contactores mantienen esa nueva posición mientras que la bobina del relé se encuentre alimentada. Entonces, con la conexión de un segundo contactor normalmente abierto que se cerró cuando se activo la  bobina, se cierra el circuito en esta nueva línea en ese mismo instante y alimenta el selenoide de la electroválvula, cambiando de posición y vía,  permitiendo la salida a través de ésta hacia el actuador simple efecto y sacando el vástago de este elemento. Era entonces, que cuando se presionaba el botón de  paro normal, se abría el circuito eléctrico en la línea de la bobina, dejando de alimentarla y regresando a todos los contactores a su estado de inicio, normalmente abiertos en este caso, y aunque el selenoide memorizaba la posición en la que se encontraba, el resorte de la electroválvula retornaba a su posición inicial, cortando el flujo de aire comprimido hacia el cilindro simple efecto, y este al tener un muelle interno, el vástago regresaba adentro de la cámara del actuador.

Presionando el botón de Presionando el botón de salida retroceso SIMULACIÓN DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO DOS

CONEXIÓN FÍSICA DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO DOS

Figura 15 Funcionamiento del circuito electroneumático DOS.

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Observación: Si

se presiona el botón normalmente cerrado de paro de emergencia cuando se encontraba alimentado todo el circuito, este simplemente abre el circuito y deja de alimentar a todo lo demás, y debido a los resortes o muelles de los elementos del circuito de  potencia, el vástago regresa a su posición inicial.

 bobina que se encontraba conectada en paralelo con el selenoide de salida, esta bobina al ser activada, cambiaba de estado a sus contactores correspondientes. Enclavando entonces el botón de arranque y permitiendo el flujo de corriente constante por esta línea. Cuando se dejaba de presionar el botón de salida, se abría esta línea del circuito eléctrico, y ese selenoide mantenía la  posición en la que se había dejado la electroválvula aunque ya no estuviera alimentada con corriente eléctrica. Ahora bien, cuando se presiona el botón de retroceso, se energiza ahora esa línea y activa el segundo selenoide, cambiando a la posición inicial de la válvula de control y permitiendo el flujo de aire comprimido por otra vía, enviándolo a la segunda entrada del actuador que regresa el vástago hacia adentro de la cámara. Este cambio de posición se podía realizar, puesto que se dejaba de energizar la primera línea del selenoide de salida, debido a que en la segunda línea existe otra  bobina que se alimenta al presionar el botón de retroceso, cambiando de estado a sus contactores, y al existir un contacto normalmente cerrado en la primera línea, este cambia de estado y abre el circuito en esa línea, quitando la alimentación a la primera bobina y regresando los contactores, de esta bobina, a sus estados iniciales. Permitiendo solo el flujo de corriente por la segunda línea y selenoide de retroceso. Entonces, si se deja de presionar este segundo botón, se mantiene energizada esa línea por un segundo enclavamiento a ese  botón y se mantiene la posición del último selenoide activado.

Presionando el botón de Presionando el botón de arranque y enclavando  paro SIMULACIÓN DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO TRES

CONEXIÓN FÍSICA DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO TRES

Figura 17 Funcionamiento del circuito electroneumático TRES.

Después, se realizó el cuarto circuito hidráulico de acuerdo al esquema de la  figura 18. Siendo, igual, el circuito electroneumático DOS ahora con enclavamiento al igual que el circuito electroneumático TRES. Ahora se emplearon dos relés con bobina y contactores. E igual, tres botones para activar y desactivar el circuito de mando. Una vez conectados 24 Volts de corriente directa, cuando se presionaba el botón de arranque o salida, se cerraba el circuito y la corriente fluía por la primera línea hacia el selenoide que activa y cambia de posición a la válvula de control, permitiendo la salida a través de ésta hacia la entrada del actuador doble efecto y sacando el vástago de este elemento. Además, se alimentaba una

Figura 18 Circuito electroneumático CUATRO.

Observación:  Si

se presiona el botón normalmente cerrado de paro de emergencia, este simplemente abre el circuito y deja de alimentar a todo lo demás, pero la  posición de la válvula se mantendrá en la que se halla activado por última vez, sin importar que ya no esté energizada con corriente directa.

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otro contactor de esta bobina normalmente abierto, cambiaba de estado y permitiendo el flujo también por otra línea. Puesto que inicialmente se encuentra el vástago adentro, el sensor de final de carrera normalmente abierto correspondiente se encuentra activado o cerrado, entonces, como se conectó este sensor en la segunda línea de alimentación recién cerrada por el contactor de la primera bobina, el flujo de corriente directa comienza a fluir y alimenta al selenoide que permite salir el vástago. Ahora bien, cuando salía el vástago, el sensor correspondiente a ese estado, regresaba a su estado inicial, abriendo esa línea y dejando de alimentar el selenoide correspondiente, pero entonces se activaba el segundo sensor correspondiente a cuando el final de carrera del vástago se encuentra afuera, entonces, al ser este sensor normalmente abierto, se cierra cuando el vástago sale y permite el flujo de corriente hacia el segundo selenoide de la electroválvula, regresando el vástago hacia adentro de la cámara, pero cuando este regresaba, se activaba de nuevo el sensor de final de carrera de retroceso y activaba de nuevo el selenoide de salida del vástago de la electroválvula, este al salir repetía la parte del ciclo que se ha estado mencionado. Este ciclo se interrumpía cuando se presiona el  botón de paro normal, se energiza ahora esa línea y activa la segunda bobina, cambiando de estado a su contactor conectado en la línea de la primera bobina, entonces esta línea se abre y los contactos de la primera  bobina regresan a su posición inicial cortando también la línea que producía el ciclo en los selenoides. Entonces el muelle interno del actuador regresa el vástago hacia adentro de la cámara. Si se deja de presionar este segundo botón, todo el circuito queda desenergizado y se mantiene o memoriza la posición del último selenoide activado.

Presionando el botón de Presionando el botón de salida y enclavando retroceso y enclavando SIMULACIÓN DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO CUATRO

CONEXIÓN FÍSICA DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO CUATRO

Figura 19 Funcionamiento del circuito electroneumático CUATRO.

Una vez realizada esa conexión, se prosiguió conectado el siguiente circuito electroneumático de acuerdo al esquema de la  figura 20 . A esta práctica se le llamo “pistón loco”, puesto que cuando se activará el

circuito, el vástago del actuador simple efecto saldría y regresaría de forma consecutiva sin dejar de hacer el ciclo hasta que se presionará un botón de paro que regresaría al vástago a su posición inicial. Como se observa en la figura, se utilizaron los mismos interruptores, dos bobinas, una electroválvula  biestable (dos accionamientos por electroimán) y sensores o interruptores de finales de carrera del vástago. Una vez conectados 24 Volts de corriente directa, cuando se presionaba y soltaba el botón de arranque, se cerraba el circuito y la corriente fluía por la primera línea hacia una bobina, esta bobina al ser activada, cambiaba de estado a sus contactores correspondientes. Enclavando entonces el botón de arranque y permitiendo el flujo de corriente constante por esta línea, además

Figura 20 Circuito electroneumático CINCO.

Observación:  Si se presiona el botón normalmente cerrado de paro de emergencia, este simplemente abre el

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circuito y deja de alimentar a todo lo demás, pero la  posición de la válvula y del vástago se mantendrá en la que se halla activado por última vez, sin importar que ya no esté energizada con corriente directa.

activada, cambiaba de estado a sus contactores correspondientes. Enclavando entonces el botón de arranque y permitiendo el flujo de corriente constante  por esta línea. Puesto que inicialmente se encuentra el vástago adentro, el sensor de final de carrera normalmente abierto correspondiente se encuentra activado o cerrado, entonces, el flujo de corriente directa comienza a fluir y alimenta al selenoide que cambia de posición a la electroválvula y entonces permite salir el vástago. Ahora  bien, cuando salía el vástago, el sensor previamente activado, regresaba a su estado inicial, abriendo esa línea y dejando de alimentar el selenoide correspondiente, pero entonces se activaba el segundo sensor correspondiente a cuando el final de carrera del vástago se encuentra afuera, entonces, al ser este sensor normalmente abierto, se cierra cuando el vástago sale y  permite el flujo de corriente hacia el segundo selenoide de la electroválvula, cambiando a la posición inicial de esta válvula y regresando el vástago hacia adentro de la cámara, pero cuando este regresaba, se activaba de nuevo el sensor de final de carrera de retroceso y activaba de nuevo el selenoide de salida del vástago de la electroválvula, este al salir repetía la parte del ciclo que se ha estado mencionado y todo el tiempo se cicla esta secuencia.

Presionando el botón de Presionando el botón de arranque y enclavando  paro SIMULACIÓN DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO CINCO Vástago sale

Vástago entra

CONEXIÓN FÍSICA DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO CINCO

Figura 21 Funcionamiento del circuito electroneumático CINCO.

Figura 22 Circuito electroneumático SEIS.

Seguido se conectó un nuevo circuito en base al esquema de la  figura 22. Siendo este un nuevo “pistón loco” pero ahora utilizando un actua dor de doble efecto y con el mismo funcionamiento general del otro circuito. Se conectó la fuente de alimentación a 24 Volts de CD, entonces cuando se presionaba y soltaba el botón de arranque, se cerraba el circuito y la corriente fluía por la  primera línea hacia una bobina, esta bobina al ser

Este ciclo se interrumpía cuando se presiona el  botón de paro normal, entonces sí se presionaba se energiza ahora esa línea y activa una segunda bobina, cambiando de estado a su contactor conectado en la línea que alimenta a la primera bobina, entonces esta línea se abre y los contactos de la primera bobina regresan a su posición inicial cortando también la línea que producía el ciclo en los selenoides. Pero al conectarse un contactor normalmente abierto al

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selenoide que hace que la válvula regrese a su posición inicial o el vástago regrese adentro de la cámara, este contactor se cierra y permite el flujo de corriente únicamente a este selenoide, regresando entonces todo a la posición inicial, y al soltarse el botón de paro normal, queda desenergizado todo el circuito electroneumático. Presionando el botón de Presionando el botón de arranque y enclavando  paro normal SIMULACIÓN DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO SEIS Vástago sale

Figura 24 Circuito electroneumático SIETE.

Este nuevo circuito se diseño en base al problema “Un actuador simple efecto activa un actuador doble

Vástago entra

efecto, mientras el vástago del simple efecto se encuentre afuera, el doble efecto presenta el comportamiento del “pistón loco”. Si se introduce el

vástago del simple efecto, el doble efecto regresa a su  posición inicial”.

CONEXIÓN FÍSICA DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO SEIS

Figura 23 Funcionamiento del circuito electroneumático SEIS.

Después se procedió a conectar el séptimo circuito electroneumático de acuerdo a la  figura 24.

Se conectó la fuente de alimentación a 24 Volts de CD, entonces cuando se presionaba y soltaba el botón de arranque, se cerraba el circuito y la corriente fluía por la  primera línea hacia una bobina, esta bobina al ser activada, cambiaba de estado a sus contactores correspondientes. Enclavando entonces el botón de arranque y permitiendo el flujo de corriente constante  por esta línea y sus paralelas, además de la línea que activa el selenoide que cambia de posición a la electroválvula conectada al actuador simple efecto, cambiando su vía y permitiendo el flujo hacia el actuador sacando el vástago. Al conectarse sensores de finales de carrera en los dos actuadores, entonces, cuando el vástago del simple efecto sale, el sensor correspondiente se cierra y permite el flujo por la línea en la que se encuentra conectada, esta es una paralela a la primera bobina. Y de esta línea, se derivan dos que son las que conmutarán los estados de los sensores de final de carrera del vástago de doble efecto y los dos selenoides de la electroválvula correspondiente, permitiendo entonces el ciclo para que se cumpla la función del  pistón loco , antes ya explicada. Puesto que inicialmente se encuentra el vástago del doble efecto adentro, el sensor de final de carrera normalmente abierto correspondiente se encuentra activado o cerrado, entonces, el flujo de corriente directa comienza a fluir por una de las dos líneas y alimenta al selenoide que cambia de posición a la electroválvula y

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entonces permite salir el vástago. Ahora bien, cuando salía el vástago, el sensor previamente activado, regresaba a su estado inicial, abriendo esa línea y dejando de alimentar el selenoide correspondiente, pero entonces se activaba el segundo sensor correspondiente a cuando el final de carrera del vástago se encuentra afuera, entonces, al ser este sensor normalmente abierto, se cierra cuando el vástago sale y permite el flujo de corriente ahora por la segunda línea y hacia el segundo selenoide de la electroválvula, cambiando a la posición inicial de esta válvula y regresando el vástago hacia adentro de la cámara, pero cuando este regresaba, se activaba de nuevo el sensor de final de carrera de retroceso y activaba de nuevo el selenoide de salida del vástago de la electroválvula, este al salir repetía la parte del ciclo que se ha estado mencionado y todo el tiempo se cicla esta secuencia. Presionando el botón de Presionando el botón de arranque y enclavando  paro SIMULACIÓN DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO SIETE

ocasionando que los contactos de la primera bobina regresan a su posición inicial cortando entonces la línea que producía el ciclo en los selenoides. Pero al conectarse un contactor normalmente abierto al selenoide que hace que la válvula regrese a su posición inicial o el vástago regrese adentro de la cámara e incrementando la seguridad conectado en serie el sensor de final de carrera de retorno del actuador simple efecto, este contactor se cierra y el interruptor del sensor también, entonces se permite el flujo de corriente únicamente a este selenoide, regresando entonces todo a la posición inicial, y al soltarse el botón de paro normal, queda desenergizado todo el circuito electroneumático. Observación:  Si se presiona el botón normalmente cerrado de paro de emergencia, este simplemente abre el circuito y deja de alimentar a todo lo demás, pero la  posición de la válvula y del vástago se mantendrá en la que se halla activado por última vez, sin importar que ya no esté energizada con corriente directa.

En seguida, se continuó con la siguiente conexión en base a la simulación de la  figura 26 . Bajo igual funcionamiento que el circuito electroneumático, ahora sólo intercambiando la función de los cilindros. El cilindro doble efecto activa ahora el simple efecto y este mantiene una conmutación constante mientras que el doble efecto esté activo, cuando se desactiva el doble efecto, el simple efecto regresa a su posición inicial.

CONEXIÓN FÍSICA DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO SIETE

Figura 25 Funcionamiento del circuito electroneumático SIETE.

Este ciclo se interrumpía cuando se presiona el  botón de paro normal, entonces sí se presionaba se energiza ahora esa línea y activa una segunda bobina, cambiando de estado a su contactor conectado en la línea que alimenta a la primera bobina, entonces esta línea se abre y deja de alimentar esa bobina,

Figura 26 Circuito electroneumático OCHO.

Alimentando con una fuente a 24 Volts de CD, entonces se presionaba y soltaba el botón de arranque, cerrando una parte del circuito y la corriente fluía por la

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 primera línea hacia una bobina, esta bobina al ser activada, cambiaba de estado a sus contactores correspondientes. Enclavando entonces el botón de arranque y permitiendo el flujo de corriente constante  por esta línea y sus paralelas, además de la línea que activa el selenoide que cambia de posición a la electroválvula conectada al actuador doble efecto, cambiando su vía y permitiendo el flujo hacia el actuador sacando el vástago. Al conectarse sensores de finales de carrera en los dos actuadores, entonces, cuando el vástago del doble efecto sale, el sensor correspondiente se cierra y permite el flujo por la línea en la que se encuentra conectada, esta es una paralela a la primera bobina. Y de esta línea, se derivan dos que son las que conmutarán los estados de los sensores de final de carrera del vástago de simple efecto, el selenoide de la electroválvula correspondiente y una bobina que desactiva la línea anterior para retornar el vástago del actuador, permitiendo entonces el ciclo  para que se cumpla la función del  pistón loco, antes ya explicada. Puesto que inicialmente se encuentra el vástago del simple efecto adentro, el sensor de final de carrera normalmente abierto correspondiente se encuentra activado o cerrado, entonces, el flujo de corriente directa comienza a fluir por una de las dos líneas y alimenta al selenoide que cambia de posición a la electroválvula y entonces permite salir el vástago. Ahora bien, cuando salía el vástago, el sensor  previamente activado, regresaba a su estado inicial, abriendo esa línea y dejando de alimentar el selenoide correspondiente, pero entonces se activaba el segundo sensor correspondiente a cuando el final de carrera del vástago se encuentra afuera, entonces, al ser este sensor normalmente abierto, se cierra cuando el vástago sale y  permite el flujo de corriente ahora por la segunda línea y hacia la segunda bobina, cuando esta bobina se activa, cambia de estado el contactor conectado a la alimentación del selenoide de la electroválvula, impidiendo que está se alimente y regresando el vástago hacia adentro de la cámara por el muelle interno del actuador, pero cuando este regresaba, se activaba de nuevo el sensor de final de carrera de retroceso y activaba de nuevo el selenoide de salida del vástago de la electroválvula, puesto que el contactor se vuelve a cerrar debido a que el sensor que conecta a la segunda  bobina está abierto y ya no hay flujo hacia este elemento del relé; al salir el vástago repetía la parte del ciclo que se ha estado mencionado y todo el tiempo se cicla esta secuencia. Este ciclo se interrumpía cuando se presiona el  botón de paro normal, entonces sí se presionaba se energiza ahora esa línea y activa una tercera bobina, cambiando de estado a su contactor conectado en la línea que alimenta a la primera bobina, entonces esta línea se abre y deja de alimentar esa bobina, ocasionando que los contactos de la primera bobina

regresan a su posición inicial cortando entonces la línea que producía el ciclo en el actuador simple efecto, y el simple efecto regresa a su posición inicial por la fuerza del muelle interno a este actuador. Además, se conectó un contactor normalmente abierto al selenoide que hace que la válvula del actuador doble efecto regrese a su  posición inicial o el vástago regrese adentro de la cámara, este contactor se cierra y entonces se permite el flujo de corriente únicamente a este selenoide, regresando entonces todo a la posición inicial, y al soltarse el botón de paro normal, queda desenergizado todo el circuito electroneumático. Observación:  Si

se presiona el botón normalmente cerrado de paro de emergencia, este simplemente abre el circuito y deja de alimentar a todo lo demás, pero la  posición de la válvula y del vástago se mantendrá en la que se halla activado por última vez, sin importar que ya no esté energizada con corriente directa. Presionando el botón de Presionando el botón de arranque y enclavando  paro SIMULACIÓN DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO OCHO

CONEXIÓN FÍSICA DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO OCHO

Figura 27 Funcionamiento del circuito electroneumático OCHO.

Por último, se realizó la novena conexión de un nuevo circuito electroneumático en base al diagrama de

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la  figura 28. Este circuito presentó el uso de tres actuadores doble efecto y se debía cumplir una secuencia, utilizando el  Método Intuitivo; sin hacer uso de los Métodos Paso a Paso o de Cascada. De nominando a los cilindros con las letras A, B y C, la secuencia a realizar era la siguiente:

alimenta una sexta bobina y un sensor normalmente abierto de final de carrera se cierra cuando el vástago del actuador C entra. Permitiendo el flujo hacia el otro selenoide del actuador B, y entonces entra el vástago de este actuador. Al activarse la quinta bobina, se alimenta la última séptima línea debido al cambio de estado de un contactor de la sexta bobina, y se alimenta entonces una séptima bobina y un sensor normalmente abierto de final de carrera que se cierra cuando el vástago del actuador B entra. Permitiendo el flujo hacia el otro selenoide del actuado A, y entonces entra el vástago de este actuador.

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El comportamiento de la conexión realizada de este circuito fue el siguiente: Se conectaron 24 V de corriente directa de una fuente de alimentación y se presionó el botón de arranque. Una vez presionado se energiza la primera línea, activando la primera bobina conectada, está  bobina cambia los estados de dos contactores, el primero enclava el arranque permitiendo siempre estar activada esta bobina y el resto del circuito, y un contactor que  permite activar una segunda línea, en esta línea se encuentra una segunda bobina y dos sensores de finales de carrera de los dos estados del actuador A, como el vástago se encuentra adentro cierra un interruptor N.A. del sensor, permitiendo el flujo hacia el selenoide que saca el vástago del actuador A. Al activarse la segunda  bobina, se alimenta una tercera línea y el vástago del actuador A sale. En la tercera línea, se encuentra una tercera bobina y un sensor normalmente abierto de final de carrera que se cierra cuando el vástago del actuador A sale. Permitiendo el flujo hacia un nuevo selenoide del actuador B, y entonces sale el vástago de este actuador. La cuarta línea se alimenta por el cambio de estado de un contactor de la tercera bobina, entonces, se alimenta una cuarta bobina y un sensor normalmente abierto de final de carrera se cierra cuando el vástago del actuador B sale. Permitiendo el flujo hacia un nuevo selenoide del actuador C, y entonces sale el vástago de este actuador.

Observación 2:   Es

importante señalar que en un  principio estas otras tres líneas se mantienen activas al mismo tiempo, por tres enclavamientos realizados por contactores N.A. que se cierran por las bobinas que contiene cada línea alimentada, y se van desalimentando gradualmente según los sensores de finales de carrera se van abriendo y cortando el flujo de corriente en cada línea.

Observación 1:   Es importante señalar que en un  principio estas tres líneas se mantienen activas al mismo tiempo, por tres enclavamientos realizados por contactores N.A. que se cierran por las bobinas que contiene cada línea alimentada, y se van desalimentando gradualmente según los sensores de finales de carrera se van abriendo y cortando el flujo de corriente en cada línea.

Una vez que los tres actuadores se mantenían afuera y los selenoides guidaban estas posiciones; con la cuarta bobina activada se cerró un contactor en una quinta línea, alimentando una quinta bobina y un sensor normalmente abierto de final de carrera que se cerró cuando el vástago C salió. Permitiendo el flujo hacia el otro selenoide del actuador C, y entonces entra de nuevo el vástago de este actuador. Una sexta línea se alimenta por el cambio de estado de un contactor de la quinta bobina entonces, se

Figura 28 Circuito electroneumático NUEVE.

Ahora bien, entre cada línea existe otro sensor de final de carrera con la posición opuesta al paso que va a

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realizar esa línea en los actuadores, y esto permite que el ciclo de la secuencia se repita cada que el cilindro A retorne su vástago adentro de la cámara del actuador.

Para detener la secuencia y que todos los cilindros regresen a su posición inicial al mismo tiempo, se conectó un interruptor normalmente abierto, cuando este se presionaba, activaba una última bobina, que cerraba tres actuadores normalmente abiertos que se conectaron directamente a los tres selenoides correspondientes a cada actuador que cuando se activan permiten el cambio de posición de los electroválvulas a la posición donde el flujo de aire comprimido va hacia las entradas de los actuadores que retornan los vástagos hacia adentro. Cuando se suelta este botón, todo el circuito en general queda desenergizado.

Presionando el botón de Presionando el botón de arranque y enclavando  paro SIMULACIÓN DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO NUEVE

Si se presiona el botón normalmente cerrado de paro de emergencia, este simplemente abre el circuito y deja de alimentar a todo lo demás, pero la posición de la válvula y del vástago se mantendrá en la que se halla activado por última vez, sin importar que ya no esté energizada con corriente directa. Observación

3:  

6. CONCLUSIONES.  Anguiano García, Rubén .

CONEXIÓN FÍSICA DEL CIRCUITO ELECTRONEUMÁTICO NUEVE Presionando el botón de arranque y enclavando

 Barragán Sandoval, Ramiro .

Centeno Alcaraz, Jaime Alberto .

Salazar Alcaraz, Jorge .

Vivanco Toledo, Manuel .

7. REFERENCIAS [1] Guillén Salvador, Antonio.  Introducción a la neumática. España. Ed. Marcombo, 1988. ISBN: 84267-0692-4.

Presionando el botón de paro

[2] Valentín Labarta, José Luis.  Introducción a los circuitos neumáticos . España. Ed. Donostiarra, 2012. ISBN: 84-706-3460-7. [3] Centro de Automatización Industrial.  Manual de estudio: Introducción a la electroneumática . Editor Convenio SENA  –   FESTO Didactic, 1990. ISBN: 38127-0877-9. [4] Lladonosa Giró, Vicente; Gea Puertas, José Manuel. Circuitos básicos de ciclos neumáticos y electroneumáticos. España. Ed. Marcombo, 1998. ISBN:

84-267-1154-5.

Figura 29 Funcionamiento del circuito electroneumático NUEVE.

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BARRAGÁN SANDOVAL RAMIRO ([email protected]) Cursó la Secundaria Campo Verde de Tecomán, Colima. Técnico en Dibujo, egresado del Bachillerato Técnico No. 20 de Tecomán, Colima. Actualmente estudiante de 6° semestre de Ingeniería en Mecatrónica en el Instituto Tecnológico de Colima de Villa de Álvarez, Colima.

8. ANEXOS Sim bol ogía uti lizada en esta pr ácti ca.

Símbolo

Nombre de símbolo en América Contactor normalmente cerrado Contactor normalmente abierto

JAIME ALBERTO CENTENO ALCARAZ ( [email protected]) Egresado del Bachillerato Técnico No. 4 de la Universidad de Colima, del área general, de Villa de Álvarez, Colima. Actualmente estudiante de 6° semestre de Ingeniería Mecatrónica en el Instituto Tecnológico de Colima de Villa de Álvarez, Colima.

Interruptor o botón normalmente abierto Interruptor o botón normalmente cerrado Fuente de alimentación,  positivo. Fuente de alimentación, negativo o tierra. Bobina de control Selenoide

JORGE SALAZAR ALCARAZ ( [email protected]) Cursó la Secundaria Valentín Gómez Farías de El Trapiche, Cuauhtémoc, Colima. Egresado del Bachillerato Técnico No. 2 de la Universidad de Colima, del área general, de Colima, Colima. Actualmente estudiante de 6° semestre de la carrera de Ingeniería Mecatrónica en el Instituto Tecnológico de Colima de Villa de Álvarez, Colima.

Electroválvula biestable Regla de final de carrera Sensor mecánico o interruptor de final de carrera Actuador doble efecto Actuador simple efecto Fuente de alimentación de aire comprimido

9. AUTORES RUBÉN ANGUIANO GARCÍA ([email protected]) Técnico en Electrónica, egresado del CBTis No. 226 de Ciudad Guzmán, Jalisco. Actualmente estudiante de 6° semestre de Ingeniería en Mecatrónica en el Instituto Tecnológico de Colima de Villa de Álvarez, Colima.

MANUEL VIVANCO TOLEDO ([email protected]) Egresado de la Preparatoria No. 5 de la Universidad Autónoma de Nayarit de Tuxpan, Nayarit. Curso los dos primeros semestres de Ingeniería en Mecatrónica en el Instituto Tecnológico de Tepic de Tepic,  Nayarit. Actualmente estudiante de 6° semestre de Ingeniería en Mecatrónica en el Instituto Tecnológico de Colima de Villa de Álvarez, Colima.

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