115
CAPÍTULO CAPÍTULO III: III: Marco Metodol ógi co
III.1. TIPO DE INVESTIGACIÓN El desarrollo de este proyecto se enmarca dentro del tipo de investigación aplicada, por lo tanto, es un trabajo de tipo teórico–práctico, y aunque, el proyecto “Desarrollo
e
Implementación de un Conjunto de Prácticas de Neumática y Electroneumática para ser realizadas en el Simulador del Laboratorio de Automatización” se presenta netamente para ser desarrollado en forma práctica, se requiere de ciertos fundamentos teóricos básicos para su debida implementación.
III.2. TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN En la realización de este proyecto, los procesos empleados para la recolección de la información teórica y técnica fueron las siguientes:
•
Entrevistas: Entrevistas: El proyecto se inicio con una reunión con los Profesores Giovanni Ghelfi (Tutor) y José Gregorio Díaz, quienes delimitaron los puntos a ser desarrollados en el mismo.
•
El proceso de adquisición de información se enfocó a textos de Consultas Bibliográficas: Bibliográficas: El neumática básica y avanzada, electroneumática básica y avanzada, catálogos de equipos neumáticos y electroneumáticos, tesis de grado, Internet, prácticas de laboratorio, manuales de fabricantes, y software de simulación de procesos neumáticos y electroneumáticos.
•
Cursos de perfeccionamiento: Adquisición de conocimientos teóricos – prácticos a través de los cursos del INCE sobre Neumática Básica e Industrial, Oleohidráulica Básica y Avanzada, y Manejo de Circuitos Eléctricos en Electroneumática y Oleohidráulica.
Laborit José y Morales César
116
CAPÍTULO CAPÍTULO III: III: Marco Metodol ógi co
III.3. PROCEDIMIENTO DE LA INVESTIGACIÓN
El proceso metodológico desarrollado para cumplir con los objetivos planteados en el proyecto de grado se llevó a cabo en las siguientes etapas:
•
Recopilación Recopilación de Información: Información: La información recopilada para el desarrollo del proyecto de grado se enfocó en realizar el inventario de los equipos disponibles en el simulador con que cuenta el Laboratorio de Automatización Industrial de la Escuela de Ingeniería Eléctrica, también se consultaron trabajos realizados con anterioridad sobre el tema, manuales, catálogos, bibliografías de neumática y electroneumática, además, software de simulación relacionados a los temas deseados.
•
Desarrollo Desarrollo del Trabajo Especial de Grado: Para cumplir con los requisitos exigidos por el Departamento de Sistemas y Automática y los planteados por el Tutor de la Tesis, fue de vital importancia estudiar y conocer cada uno de los dispositivos neumáticos y electroneumáticos con que cuenta el simulador, así como también, cumplir con las normas para la elaboración y presentación de Trabajos Especiales de Grado de la Escuela de Ingeniería Eléctrica.
III.4. ESTRUCTURA DE LAS PRÁCTICAS
La finalidad primordial de esta serie de prácticas de neumática y electroneumática es la de facilitar al profesorado del Departamento de Sistemas y Automática de la Facultad de Ingeniería, que dicta la materia Automatización Industrial I, una serie de circuitos o prácticas de taller con las cuales poder complementar su labor de una forma más organizada y eficiente, al mismo tiempo que permita un aprendizaje rápido al estudiante. También es importante recalcar que el
Laborit José y Morales César
117
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico personal técnico o auxiliar del laboratorio solamente tengan la responsabilidad de suministrar los equipos necesarios a los estudiantes para el desarrollo de las prácticas.
La idea es que cada alumno tenga su serie de prácticas, para que pueda desarrollarlas en forma autónoma, en el mesón de neumática con que cuenta el laboratorio. También es necesario que el estudiante tenga desde el principio una concepción clara de los objetivos con los que debe cumplir en esta asignatura. Al mismo tiempo, la realización de estas prácticas y de las preguntas formuladas en ellas, le permiten al alumno alcanzar los objetivos establecidos anteriormente, a la vez que todo ello le sirve en su formación práctica-teórica, tan importante en su futuro profesional.
Las distintas prácticas están estructuradas con los siguientes puntos:
•
OBJETIVOS: Se indica lo que se pretende conseguir con cada uno de los circuitos los que, a su vez, están desarrollados de forma que la dificultad se incremente progresivamente para que el alumno pueda ir asimilando los objetivos propuestos.
•
CONOCIMIENTOS PREVIOS AL LABORATORIO: Consiste en una serie de preguntas que el alumno debe preparar con anterioridad, antes de entrar al laboratorio, cuya finalidad es relacionar al estudiante con los elementos que encontrará en la práctica a desarrollar posteriormente.
•
NORMAS DE SEGURIDAD: Indica las acciones de seguridad que se deben tener en cuenta para un desarrollo óptimo de las prácticas.
•
EXPERIENCIA PRÁCTICA: Es el cuerpo fundamental de la práctica, debido a que contiene una serie de experiencias que debe desarrollar el estudiante. Se encuentra constituido por:
Laborit José y Morales César
118
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico •
Número y nombre de la experiencia a desarrollar: Como su nombre lo indica, se refiere al número de la experiencia a desarrollar (numerada en forma ascendente) y su respectivo nombre.
•
Materiales a utilizar: Es una tabla que contiene la cantidad, el código y descripción del equipo que se utilizará en la respectiva experiencia práctica.
•
Esquema: Muestra los circuitos eléctricos y neumáticos que los estudiantes deben montar, así como también los diagramas de espacio-fase o espacio-tiempo de cada ejercicio.
•
Pasos para conectar los equipos: Son los procedimientos que deben seguir los estudiantes para realizar las conexiones eléctricas o neumáticas de los esquemas mostrados. Estos pasos para conectar los equipos solamente se mencionan en las primeras prácticas de cada grupo (neumática básica o electroneumática).
•
Desarrollo Práctico: Está constituido por los pasos que deben realizar los estudiantes, para cumplir con los objetivos planteados al comienzo de la práctica, a la vez que permiten reforzar los conocimientos teórico-prácticos adquiridos por los estudiantes a través de una serie de preguntas.
•
EJERCICIOS: Se proponen ejercicios que complementan los objetivos planteados en cada una de las prácticas y que deben ser desarrollados por los estudiantes luego de culminar las mismas.
III.5. CONTENIDO PROGRAMÁTICO El conjunto de prácticas de neumática y electroneumática que se presentan en este trabajo se dividen en dos grupos: A) Neumática; B) Electroneumática. Los títulos y tópicos que cubren se presentan a continuación:
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119
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico A) Neumática
Práctica #1: Cilindro de simple efecto, válvulas distribuidoras y reguladoras de caudal. •
Elementos generadores, controladores y consumidores de energía
•
Válvulas de función “OR”, “AND” y reguladoras de caudal
•
Diagramas de movimiento
•
Cilindros de simple efecto
Práctica #2: Cilindro de doble efecto, válvulas pilotadas y de alivio rápido. •
Cilindros de doble efecto
•
Válvulas pilotadas
•
Válvulas de regulación
•
Válvulas de escape rápido
•
Válvulas reguladoras de caudal
Práctica #3: Válvulas especiales. •
Válvulas de secuencia
•
Válvulas de temporizado neumático
•
Válvulas reguladoras de presión
B) Electroneumática
Práctica #4: Fundamentos de electroneumática. •
Pulsadores, interruptores, relés y solenoides
•
Válvulas monoestables
•
Diagrama de marcha prioritaria
•
Diagrama de paro prioritario
Laborit José y Morales César
120
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico
Práctica #5: Electroválvulas monoestables y biestables. •
Electroválvulas monoestables
•
Electroválvulas biestables
•
Pulsadores de marcha por impulso momentáneo y ciclos repetitivos
Práctica #6: Temporizadores. •
Temporizador con retardo a la conexión “ON DELAY”
•
Temporizador con retardo a la desconexión “OFF DELAY”
•
Válvulas 5/3 de centro cerrado
Práctica #7: Sensores. •
Sensores magnéticos
•
Sensores inductivos
•
Sensores capacitivos
•
Sensores ópticos
Práctica #8: Posicionadores, presostatos y vacuostatos. •
Posicionador neumático
•
Presostato
•
Vacuostato
Laborit José y Morales César
121
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico
III.6. DESARROLLO DE SISTEMAS NEUMÁTICOS Y ELECTRONEUMÁTICOS Para desarrollar los circuitos neumáticos y electroneumáticos de las prácticas propuestas se requiere cumplir varios pasos y como una consecuencia lógica, es sumamente importante conocer y respetar el conjunto de normas y denominaciones vigentes para esquemas neumáticos y electroneumáticos. Para facilitar la comprensión de los sistemas mostrados en las prácticas, se le presenta al estudiante una serie de puntos que debe tener en cuenta, a la hora de implementar y entender el funcionamiento de los esquemas mostrados:
Neumática !
Diagrama de bloques
!
Diagrama de flujo
!
Esquema de distribución
!
Lista de todas las piezas utilizadas en el sistema
!
Fichas técnicas de los componentes
Electroneumática !
Describir el funcionamiento del sistema
!
Dibujar un diagrama desplazamiento-fase del proceso
!
Dibujar los componentes neumáticos del circuito
!
Dibujar la parte eléctrica del circuito
!
Documentar la información de manejo y mantenimiento
Es importante que para la parte neumática el circuito deba seguir el flujo de señales de control desde abajo hacia arriba, como se muestra en la figura III.1 y se describe en la sección III.6.3.1. Además, los cilindros y válvulas distribuidoras se dibujan horizontalmente, con los émbolos de los cilindros avanzando de izquierda a derecha.
Laborit José y Morales César
122
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico Con respecto a la parte eléctrica, la disposición siempre que sea posible, debe seguir el flujo de señales de control desde arriba hacia abajo. Los circuitos con réles de control o intermedios, pueden ser posteriormente divididos en una sección de control y otra de potencia. Los componentes se dispondrán en estas secciones de izquierda a derecha, de acuerdo con la secuencia de las operaciones. Se debe tener en claro, que estas disposiciones deben considerarse solamente a efectos orientativos, ya que no siempre es posible una clara división de estas funciones.
El em entos de acci onam i ent o Sal i das
El em entosde m ando Se! a le s d e m a n d o
Procesadores se! a le s d e p r o c e sa d o r
Flujo de la energía y de las señales
El em ent os t ransm i sores de se! a le s E nt rada de s e! a le s
A bast eci m i ent o de energí a A l i m ent aci ón de presi ón
Figur a III.1. Diagr am a de f lujo de un sistema neumático tico
Laborit José y Morales César
123
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico
III.6.1. Diseño del diagrama de funcionamiento El diagrama de funcionamiento de un circuito neumático o electroneumático se emplea para representar la secuencia de movimientos que tendrá cualquier mismo (cilindro, motor, etc.), así como también la de los
elemento de trabajo del
elementos de mando que intervienen
en la secuencia (pulsadores, captadores de información, etc.).
En general, cuando se trata de circuitos en los que interviene un solo elemento de trabajo, por ejemplo un cilindro, el diagrama de funcionamiento no es tan necesario, a menos que existan fases en que deba variar el tiempo de avance o retroceso del vástago y deseen reflejarse estas particularidades sobre el diagrama.
En donde sí se hace necesario el diagrama de funcionamiento es en aquellos circuitos en donde ya intervienen dos o más elementos de trabajo. Con él, es posible conocer en cualquier instante del ciclo secuencial el estado de los distintos elementos de trabajo y de mando del circuito, lo que facilita en gran manera su estudio, como por ejemplo la localización de la coincidencia de señales sobre los dos pilotajes de una misma válvula biestable
III.6.1.1. Diagrama de movimientos El diagrama de movimientos de un ciclo neumático o electroneumático puede estar formado por uno, o ambos, de los diagramas expuestos a continuación:
•
El diagrama simplificado
•
El diagrama espacio-fase
•
El diagrama espacio-tiempo
Laborit José y Morales César
124
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico
Sistema simplificado: Este sistema permite la descripción metódica pero elemental de un automatismo, ya que hace referencia a los movimientos de la máquina en cuanto al orden en que se suceden. Por ejemplo:
–
Un cilindro que se mueve en el sentido de salir el vástago, decimos que va a+.
–
Un cilindro que se mueve en el sentido de entrar el vástago, decimos que va a-.
A
a+
a-
S3
S4 S1
S2
v
B
P b+
b-
Figur a III.2. Sistema de pr ensa - - eess t a m p a d o
En el sistema de la figura III.2 se representan los componentes neumáticos necesarios para implementar un sistema de estampado. En ella se puede observar que toda la operación depende principalmente del cilindro “A”, el cual se encarga de desplazar en sentido vertical la plancha de estampado hacia la pieza “v” que se encuentra sujeta mediante una mordaza neumática accionada
Laborit José y Morales César
125
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico por el cilindro “B”. Para entender cabalmente el funcionamiento de este sistema, debe realizarse el ciclo siguiente:
–
Cerrar mordaza, fijando la pieza.
–
Avanza plancha de estampado.
–
Retrocede plancha de estampado.
–
Abrir mordaza.
Con el sistema simplificado se podrá escribir el anterior ciclo diciendo:
B+
A+
A–
B–
Esta descripción del funcionamiento del sistema adolece de no precisar ni permitir comentarios suplementarios para comprender aún más cómo funciona, no se sabe como comienza el ciclo (manual o automático), no se conoce de seguridades existentes en el mecanismo, no se tiene noción de qué ocurre cuando se acaba el ciclo. Sin embargo, sí permite hacerse una idea general del ciclo e identificar los puntos en los cuales pueden existir órdenes contrarias.
Diagrama Espacio–Fase: También se llama diagrama de proceso y en él se representan los movimientos o estados de los elementos de trabajo en función de las fases o pasos del ciclo o programa, por ejemplo: vástago del cilindro saliendo o entrando, sin tener en cuenta el tiempo que tarda en efectuar estas operaciones. Para su representación se tendrán en cuenta los siguientes puntos: a) Cada elemento de trabajo tendrá representado su propio ciclo. b) Los ciclos de los distintos elementos de trabajo serán representados uno a continuación de otro y de arriba hacia abajo. c) Se dibujan dos líneas horizontales y paralelas para cada elemento de trabajo (ver figura III.3). La distancia entre ellas se considera como el
Laborit José y Morales César
“Espacio” entre la posición del
126
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico vástago completamente retraído y extendido, o también, el espacio o camino recorrido por el vástago (carrera). Esta distancia no se representa a escala sino con una magnitud igual para todos los elementos de trabajo, independientemente de su carrera.
Espacio
Figur a III.3. Diagr am a espacio- se: dos líneas par alelas por cada elemento element o espacio -fase: -fa fase:
d) Para cada elemento de trabajo siguiente se dibujan dos nuevas líneas paralelas debajo de las anteriores (ver figura III.4), separadas por una distancia menor a la empleada para los pares de líneas anteriores, pero suficiente para que el diagrama quede claro y legible.
E spaci o
Figur a III.4. Diagr am a espacio- se: dos líneas par alelas por cada elemento element o espacio -fase: -fa fase:
Laborit José y Morales César
127
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico e) Las líneas paralelas anteriores se cortan por líneas perpendiculares a las mismas y equidistantes. Cada línea vertical se considera como una
“Fase” o “Paso” del ciclo (se
considera una fase o paso a la línea del diagrama donde tiene lugar la modificación del estado de un elemento de trabajo o de un componente de mando), numerándose a partir de
1 desde la izquierda (Ver figura III.5). 1
2
3
4
5
Fase
E spaci o
Figur a III.5. Fases
f) En la fase a partir de la cual el ciclo vuelve a repetirse, por ejemplo en la 5 anterior, se coloca 5=1 (ver figura III.6). 1
2
E spaci o
3
4
5=1
Fase
Figur a III.6. Fase rrepet epetida ida
Laborit José y Morales César
128
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico g) En la parte izquierda y entre cada dos líneas paralelas de mayor anchura se indica el código de identificación del elemento de trabajo considerado, por ejemplo
“Cilindro
1A", “Cilindro 2A", etc., o simplemente 1A, 2A, etc...(ver figura III.7), también es conveniente colocar junto a lo anterior la función del elemento de trabajo (por ejemplo, sujeción, estampado, etc.). 1
2
3
4
5
1A Suj eci ón
2A E st am pado
Fase
Espaci o
Figur a III.7. Identi entos Identifficación icación de los elem element os en el diagr am a
h) En la línea superior de las dos que representan a un elemento de trabajo se anota vástago
expandido o bien 1, mientras que en la línea inferior se indica vástago retraído o bien 0 (ver figura III.8). 1
Vástago expandido
2
3
4
5
1A Sujeción
1
1
2
3
4
5
1A Sujeción 0 1
Vástago retraído Vástago extendido
2A E stam pado
2A E stam pado 0
Vástago retraído
Espaci o (a) (a )
Fase
Fase
Espaci o (b) (b) (b )
Figur a III.8. Estado del d el elem ento: (a) liter alm ente; (b) por por código código de 1 código de de 00 yy 1
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129
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico i) El desarrollo del ciclo de cada elemento de trabajo se representa por líneas
gruesas entre
fases, uniendo de forma adecuada los puntos de intersección de las líneas que representan las fases con las dos líneas horizontales paralelas que cortan a las mismas líneas (ver figura III.9).
1
1
2
3
4
5
1A Sujeci ón 0 1
2A E stam pado 0
E spacio
Fase
Figur a III.9. Diagr am a espacio- espacio -fase -f a s e
En el diagrama espacio-fase de la figura III.9 se puede comprobar que de la fase 1 a la fase 2 el cilindro 1A (sujeción) va desde su posición retraída a su posición de extendido la cual alcanza en la fase 2. En ese instante el cilindro 2A (estampado) efectúa la misma operación desde la fase 2 a la fase 3, siguiendo el 1A en la posición de extendido. En la fase 3, el cilindro 2A va desde su posición extendida a la posición retraída la cual que alcanza en la fase 4. En ese instante se inicia la entrada del cilindro 1A, que finaliza en la fase 5, en cuyo instante los dos cilindros vuelven a estar en la situación de la fase 1.
El diagrama espacio-fase es aconsejable emplearlo para representar ciclos secuenciales controlados por el propio proceso, en los que normalmente el tiempo no interviene en su desarrollo o bien tiene una importancia secundaria.
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130
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico
Diagrama Espacio–Tiempo: A diferencia del diagrama de espacio-fase, en el diagrama espacio-tiempo, el eje de las abcisas es ahora la variable tiempo y el periodo de tiempo que dura cada fase puede variar, por lo que las líneas verticales ya no serán equidistantes entre sí al tener que considerar ahora el tiempo que tarda por ejemplo el cilindro en hacer su recorrido de avance o de retroceso. Para la construcción de este diagrama se debe tener claro el tiempo que dura cada fase para cada uno de los elementos y representarlo en una escala de tiempo que debe aparecer en la parte inferior. La figura III.10 muestra el diagrama espacio-tiempo para el ejemplo anterior donde se han asumido los tiempos para cada fase.
1
2
3
4
5
6=1
1
1A Sujeci ón 0 1
2A Estam pado 0
t ( s )
0
10
20
30
Figur a III.10. Diagr am a espacio- tiempo espacio -
En la figura anterior, el cilindro 1A va de la fase 1 a la 2 con una velocidad de avance que puede considerarse normal, tardando 6 segundos en salir su vástago.
A continuación de la fase 2 a la 3 sale el vástago del cilindro 2A con una velocidad de avance que se considera lenta, al tardar 8 segundos. De la fase 3 a la 4 se mantienen extendidos los vástagos de 1A y 2A por 4 segundos. Finalmente de la fase 4 a la 5 se retrae el vástago del cilindro 2A con una velocidad de retroceso que le lleva un tiempo de 6 segundos en retraerse totalmente. Luego entre las fase 5 y 6 se retrae el cilindro 1A en un tiempo de 8 segundos.
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131
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico
III.6.2. Código de identificación para los componentes En los esquemas neumáticos y electroneumáticos debe utilizarse un código de identificación para los componentes empleados, la cual se indicará al lado de sus símbolos respectivos. Esta designación se utiliza en todos los documentos interrelacionados (esquema, disposición física de elementos, relación de material, etc.).
La norma
ISO 1219-2 emplea además un rectángulo pequeño para enmarcar este código
de identificación.
Para la identificación de los distintos elementos que constituyen un esquema neumático o electroneumático se emplean distintos sistemas, entre los que sobresalen:
a) La identificación por cifras con una numeración continua. b) La identificación por cifras con una numeración compuesta. c) La identificación por letras. d) La identificación por cifras y letras según lo indicado en la norma ISO 1219-2. El empleo de uno u otro sistema depende lógicamente de quién diseña el esquema, observándose una tendencia a utilizar normalmente el sistema (b), mientras que el (c) es utilizado en los esquemas cuyo mando es programado en función del desplazamiento, como ocurre con el llamado sistema cascada empleado para la confección de esquemas neumáticos secuenciales.
En la realización de las prácticas se emplea el sistema (d), es decir, la identificación por cifras y letras indicada en la norma ISO
1219-2, ya que es la empleada en la mayoría de las obras
consultadas, además, se debe tener en cuenta que es la prioritaria al tratarse de la indicada en la Norma. Se complementa la utilización de las designaciones neumáticas de la ISO 1219-2 con el empleo de las marcas de identificación en el equipo eléctrico de las máquinas industriales
Laborit José y Morales César
132
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico indicadas en la norma europea
EN 60204 Parte 1 que en parte corresponde con la publicación
CEI 750, y que se indican en el tomo citado anteriormente.
III.6.2.1. Identificación por cifras y letras según lo indicado en la norma ISO 1219-2 A continuación se expone un extracto de los conceptos y la forma de designar a los componentes de un esquema neumático, electroneumático o hidráulico, que se indican en la norma ISO 1219-2.
III.6.2.1.1. Definiciones Componente: Es una unidad (por ejemplo, bomba, motor, distribuidor, filtro) que comprende una o más partes destinadas a intervenir en la funcionalidad de un sistema hidráulico o neumático.
Convertidor de señal: Componente que transforma un tipo de señal (por ejemplo, mecánica, neumática, eléctrica, etc.) en otro tipo.
Elemento de trabajo: componente que transforma la energía fluídica en un movimiento rectilíneo o de rotación (por ejemplo, motor, cilindro, etc.).
III.6.2.1.2. Representación del esquema El esquema del circuito debe ser claro y permitir seguir los movimientos y los mandos de las diferentes secuencias durante el ciclo. El conjunto de equipamiento neumático o hidráulico
Laborit José y Morales César
133
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico con su conexionado será representado conjuntamente con los componentes que influyen sobre el funcionamiento.
En el esquema no es necesario tener en cuenta la disposición real, en el espacio, de los componentes. Toda información incluyendo los esquemas del circuito y los detalles de las conexiones debe conformar una serie de documentos identificados por una referencia común, prefiriéndose el formato A4 o A3 (ISO 5457), si se precisa otro distinto será doblado al formato A4.
Los conductos o conexiones entre las diferentes partes de los componentes serán trazados con los mínimos puntos de intersección o cruce. En función de la complejidad del sistema puede ser necesario proceder a un reparto por grupos según las funciones de mando, procurando que una función completa de mando, con sus elementos de trabajo, se representen en una sola hoja; en estos casos debe identificarse en cada hoja los puntos de conexión que enlazarán con las hojas anteriores o sucesivas.
Los límites de un solo conjunto serán representados por un trazo mixto (
)
Los componentes activados por elementos de trabajo se representan con un trazo y con su código de identificación junto al elemento de trabajo que las activa (por ejemplo, unas válvulas con accionamiento mecánico junto al cilindro que las activa), y si las válvulas son con accionamiento unidireccional (por ejemplo del tipo con rodillo escamoteable) debe añadirse una flecha (
) a la representación en el sentido del accionamiento.
Las válvulas con sus conexiones respectivas podrán situarse posteriormente en el lugar del esquema más idóneo y afectado por su código de identificación. Los símbolos de las transmisiones hidráulicas y neumáticas deben disponerse en principio desde abajo hacia arriba y de izquierda a derecha como sigue:
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134
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico -
Alimentación de energía: Abajo a la izquierda.
-
Elementos de mando: En orden secuencial hacia arriba y de izquierda a derecha.
-
Elementos de trabajo: En lo alto y de izquierda a derecha.
III.6.2.1.3. Representación de dispositivos Para la representación de los dispositivos neumáticos y electroneumáticos se emplearán los símbolos conforme a la norma ISO 1219-1 (ver anexos A). Al existir un símbolo detallado y un símbolo simplificado para determinados aparatos, es necesario utilizar una sola representación del mismo dentro de un mismo circuito.
Los símbolos deben ser representados de la forma siguiente:
En Hidráulica: Salvo indicación contraria, los componentes son representados con la posición anterior a la puesta en marcha.
En Neumática y Electroneumática: Salvo indicación contraria, los componentes son representados con la posición anterior a la puesta en marcha estando la presión y tensión aplicadas.
III.6.2.1.4. Reglas de identificación de los dispositivos en los circuitos neumáticos y electroneumáticos Para los dispositivos representados en el esquema a implementar se utilizará un código de identificación al lado de sus símbolos respectivos. Esta identificación será utilizada en todos los documentos interrelacionados.
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CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico El código de identificación debe incluir a los siguientes elementos indicados en la figura III.11.
I
II
III
IV
Número funcional Número de circuito Código del componente Número del componente
Figur a III.11. III.11 . Código Códig o de identif icación e elem elem entos entos neum n eumá átiti cos cos y electr oneum á átiti cos cos por ica ción dde t icos electr oneum t icos c iiff r a s y l et r a s
Número de grupo funcional (I): Esta parte del código de identificación se compone de cifra(s), empezando por 1. Este número será utilizado en sistemas o instalaciones que dispongan más de un grupo funcional.
Número del circuito (II): Esta parte del código se compone de cifra(s). Es preferible empezar por 0 para todos los componentes dispuestos sobre el grupo generador o las fuentes de alimentación, numerando en forma continua para cada circuito.
Código del componente (III): Cada componente será identificado por una letra conforme a la tabla III.1.
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CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico Tabla III.1. Letr as de identif icación según el código de cifr as y letr as
Bombas y compresores
P
Elementos de trabajo
A
Accionamientos
M
Convertidores de señal
Y (bobina para válvula) S (conmutador) B (captador analógico)
Válvulas
V
Otros aparatos
Z (u otra letra salvo las utilizadas anteriormente)
Número del componente (IV): Esta parte del código de identificación se compone de cifras, empezando por 1 con numeración continua.
Los orificios deben estar identificados en el esquema del circuito por las letras o números indicados sobre los componentes, las envolventes o los bloques de distribución.
III.6.3. Diseño de esquemas neumáticos y electroneumáticos En los apartados anteriores se han expuesto los pasos necesarios para realizar los esquemas neumáticos y electroneumáticos, partiendo de los diagramas de funcionamiento, también, se han indicado los códigos y simbología según la norma. Por esta razón, en este punto se indican las pautas a seguir para la realización de un esquema, distinguiéndose entre la elaboración de un circuito neumático y un circuito electroneumático.
Laborit José y Morales César
137
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico
III.6.3.1. Esquema neumático Los componentes del circuito neumático con sus conexiones se dibujan sobre el formato elegido entre varios niveles que se inician por un nivel inferior que representa el circuito de alimentación de presión y finalizan en un nivel superior donde van los elementos de trabajo. Es decir, que la presión de aire o alimentación de energía del sistema fluye desde el nivel más bajo hasta el más alto a través de los distintos componentes del circuito.
La estructura de niveles más usual suele ser la indicada en la tabla III.2:
Tabl a III.2. Estr uctur a de eles neum áttiicos d e niv niveles neumá cos
Nivel
Componente
Ejemplos
6º
Elementos de trabajo
Cilindros, motores neumáticos
5º
Elementos de regulación de la velocidad
Reguladores unidireccionales
4º
Elementos de potencia
Válvulas con accionamiento neumático
3º
Elementos de tratamiento de señal
Selectores de función “O” e “Y”
2º
Elementos de entrada de señal
Válvulas con accionamiento manual o mecánico
1º
Fuente de alimentación de energía
Grupo de mantenimiento
Se debe tener en cuenta que en un circuito no necesariamente existirán componentes en todos los niveles, sino que ello dependerá de sus características. Obsérvese también que las válvulas con accionamiento mecánico (por ejemplo un final de carrera) se sitúan en el segundo nivel y alejadas de los elementos de trabajo que las accionan y que se encuentran en el sexto nivel. En este caso la posición de la válvula debe indicarse con un trazo vertical y con su código de identificación junto al cilindro o en el lugar donde vaya a ser accionada.
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CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico La característica anterior también se aplica a otros componentes, de forma que no es necesario dibujarlos en su situación física real, sino en la posición más adecuada para conseguir que las líneas que representan las conducciones al componente sean lo más cortas posibles y no se crucen con otras que entorpecerían el trazado y la lectura del esquema.
Para una mejor comprensión de lo expuesto se indicarán seguidamente una serie de circuitos neumáticos con componentes en distintos niveles para que de una forma progresiva se capte con más detalles la estructura anterior.
Ejemplo #1: El vástago de un cilindro de simple efecto (1A) avanza cuando se acciona una válvula con accionamiento manual por pulsador 3/2 vías y retrocede cuando se deja de accionar. En esta aplicación únicamente existen componentes en los niveles 1º, 2º y 6º como se muestra en la figura III.12.
1A
6º 1S
2(A)
2º 1(P)
3(R)
0Z
1º
Figur a III.12 III.12.. Cir cuitoo n neum át ico con com com ponent ponent es es en en tr es niv niv eles eles Circuit eumá ponentes tr es niveles
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139
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico
Ejemplo #2: El
vástago de un cilindro de simple efecto (1A) avanza cuando se accionan
simultáneamente las dos válvulas con accionamiento manual por pulsador 3/2 vías y retrocede cuando se deja de accionar una de ellas. En esta aplicación únicamente existen componentes en los niveles 1º, 2º, 3º y 6º como se muestra en la figura III.13.
1A
6º 1V X
1S1
1(P)
A
3º
Y
1S2
2(A)
3(R)
1(P)
2(A)
2º
3(R)
0Z
1º
Figur a III.13. Cir cuito neum áttico ico con con com es en cuat cuat r o niveles niveles Circuito neumá compponent onentes cuatr
Ejemplo #3: Cuando se acciona la válvula con accionamiento manual por pulsador 3/2 vías (1S2) se conmuta la válvula doble pilotada (1V1) y avanza el cilindro de doble efecto (1A), cuando 1A acciona la válvula 3/2 vías con accionamiento mecánico 1S1, se manda la señal de activación a la válvula secuencial 1V2, y cuando está llega a su presión de ajuste conmuta a la válvula 1V1 y hace retroceder el cilindro. La salida y entrada del cilindro 1A se regula a través de las válvulas 1V3 y 1V4. En esta aplicación existen componentes en todos los niveles como muestra en la figura III.14.
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140
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico
1A
6º A-
A+
1V3
1S1
5º
1V4
M.1 1V1 4(A)
2(B)
1V2
2(A)
14(Z)
4º
12(Y) 5(R) 3(S)
3º
1(P)
1S2
2(A)
1(P)
3(R)
12(Z) 2(A)
1S1 1(P)
1(P)
3(R)
0Z
3(R)
2º 1º
Figur a III.14 . Circuit áti co con comp onent es en todos los niveles Cir cuitoo nneum eumá
III.6.3.2. Esquema electroneumático El circuito electroneumático consta de un circuito neumático elaborado de acuerdo con las características indicadas en el apartado anterior (III.6.3.1), más un circuito eléctrico realizado según las especificaciones expuestas por las normas ANSI o DIN.
En el circuito neumático aparecerán componentes dotados con elementos eléctricos, además de componentes neumáticos puros. Así en este caso la estructura de niveles dentro del circuito electroneumático, y en lo que hace referencia a su circuito neumático, puede ser la que se indica a continuación en la tabla III.3.
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CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico Tabl a III.3. Estr uctur a de niveles electr oneum áti cos
Nivel
Componente
Ejemplos
4º
Elementos de trabajo
Cilindros, motores neumáticos
3º
Elementos de regulación de la velocidad
Reguladores unidireccionales
2º
Elementos de potencia
Válvulas con accionamiento eléctrico
1º
Fuente de alimentación de energía
Grupo de mantenimiento
Se observará respecto a la estructura del circuito neumático del apartado III.6.3.1 que no se indican los niveles 2º y 3º correspondientes a los elementos de entrada de señal y a los elementos de tratamiento de datos. No se trata de que estos elementos citados desaparezcan, sino que en principio serán sustituidos por componentes eléctricos que estarán conectados en el circuito eléctrico.
A continuación se expondrán dos ejemplos básicos de circuitos electroneumáticos:
Ejemplo #1: El
vástago de un cilindro de doble efecto (1A) debe avanzar cuando se pulsa
momentáneamente SB1. Al llegar al final de su recorrido se activa un detector o captador de información 1S que lo hace retraerse. Si durante el desarrollo del ciclo hay un corte de tensión, el vástago del cilindro se regresa al origen, ya que la electroválvula 1V es monoestable, es decir, ésta permanece activa mientras se energice su bobina. En esta aplicación únicamente existen componentes en los niveles 1º, 2º y 4º, como se muestra en la figura III.15.
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CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico 1S
1A
24 V
4º
SB1 13 14
1V 4(A)
2(B)
23
13
K1
K1 14
24
1S
1
4
11
2º
K2 12
1Y 1(P)
3(R)
0Z
1º
1Y
K1 A1
K2 A1
A2
A2
0V
Figur a III.15 . Circuit Cir cuitoo electr oneum áttiico co con com compponent onent es neum áttiicos cos en t r es niveles niveles
Ejemplo #2: El
vástago de un cilindro de doble efecto (1A) debe avanzar cuando se pulsa
momentáneamente SB. Cuando llega al final de su recorrido se activa un detector o captador de información 1S2 que energiza un relé temporizado a la conexión, que cuando se cierra conmuta la válvula 1V1 y hace retraer al cilindro. Para reiniciar el circuito se debe haber retraído el vástago del cilindro, esto implica que 1S1 debe estar activo. Si durante el desarrollo del ciclo hay un corte de tensión, el vástago del cilindro tomara la posición de extendido o retraído según la última orden recibida por la electroválvula 1V1, ya que, es biestable. En esta aplicación existen componentes en todos los niveles, como se muestra en la figura III.16
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143
CAPÍTULO III: Marco Metodol ógico 1S1
1A
1S2 24 V
4º
SB1 13
1S2
1
K1
14
1V2
13
17
KT1
14 18
4
1V3
3º
2
1
1S1
3
1
4
1V1
4(A)
K1
2(B)
A1 A
2º
KT1 A1 1Y1
1Y2
A2
2 0V
1Y1
1Y2 1(P)
3(R)
0Z
1º
Figur a III.16 . Circuit Cir cuitoo electr oneum áttiico co con com compponent onent es neum áttiicos cos en cuat r o niveles niveles
Laborit José y Morales César