Sistemas de potencia fluida.
INDICE Presentación 1. NEUMATICA. NEUMATICA.
5
1.1 Propiedades Prop iedades de la neumátic neumát ica. a. 1.2 1.2 Propiedades de los port adores de energía. energía. 1.3 1.3 Propiedades del aire comprim comp rim ido. 1.4 1.4 Rentabil Rentabilidad idad de los equipos neumáticos 2. COMPONENTES NEUMATICOS.
5 7 8 9 9
2.1 2.1 Cilindro Cilind ro de simple sim ple efecto. 2.2 2.2 Apli caciones cacion es de cilindr cil indr os de simple sim ple efecto. 2.3 2.3 Símbol Símbol os más comu nes. 2.4 2.4 Cilindro Cilind ro de dobl e efecto. 2.5 2.5 Símbol Símbol os más comu nes. 2.6 Cilindros neumáticos, medidas básicas y dimensionami dim ensionami ento 2.7 2.7 Consumo de aire en un cilindr cil indr o de dobl e efecto. 2.8 2.8 Posible Posibl e falla en los cilindr cil indr os por cargas axiales. 2.9 2.9 Simbología Simbol ogía de Actuadores Act uadores 2.9.1 2.9.1 Simple Simp le efecto 2.9.2 2.9.2 Simple Simp le efecto sin si n resor te 2.9.3 2.9.3 Doble Dobl e efecto 2.9. 2.9.4 4 Actuadores Act uadores rotatorio rot atorioss 2.9. 2.9.5 5 Ejemplo de los usos de cilind cil indros ros neumático s 2.9. 2.9.6 6 Símbol Símbol os de cilindr cil indr os de simp le efecto 2.9.7 Fuell es 2.9. 2.9.8 8 Símbol Símbol os de cilindr cil indr os de dobl e efecto. 2.9. 2.9.9 9 Motores rotatorio rot atorio s 2.9. 2.9.10 10 Cilindros Cilind ros sin vástago 2.9. 2.9.11 11 Absorbedor Abso rbedores es de impacto. imp acto. 3. ELEMENTOS DE MANDO NEUMÁTICOS
9 9 9 10 11 11 12 12 13 13 14 14 14 15 16 18 18 20 21 21 22
3.1 Válvulas Válvul as 3.1.1 3.1.1 Válvulas Válvul as direcc di reccion ion ales. 3.1. 3.1.2 2 Representación Representación y funció n de las válvul válvul as direccionales dir eccionales 3.1. 3.1.3 3 Denomi Denomi nación de las conexio nes 3.1. 3.1.4 4 Estructur Estruc tura a de la simbolo sim bolo gía de válvulas válvul as 3.1.5 3.1.5 Funcion Func ion es de una válvul válv ula a 5/3 3.2 3.2 Actuadores Act uadores de válvulas válvul as 3.2.1Manuales 3.2.2 3.2.2 Mecánicos Mecánico s 3.2.3 3.2.3 Eléctr icos ic os 3.3 Marcado de puerto puer toss
22 22 22 23 23 29 31 31 31 32 32
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Sistemas de potencia fluida.
3.4 3.4 Válvul Válvul as solenoi des simbolo sim bolo gía 3.5 Simbol Simb ología ogía general de Válvulas Válvul as 3.5. 3.5.1 1 Válvu Válvulas las con exhosto sin toma. tom a. 3.5. 3.5.2 2 Válvul Válvul as con purg a integral int egral de sumi nistro nis tro 3.5. 3.5.3 3 Válvul Válvul as con purg a externa del sumi nist ro 3.5. 3.5.4 4 Válvul Válvul as actuadas por piloto pil oto 3.5.5 3.5.5 Válvulas Válvul as actuadas actu adas mecánicament mecáni camente e 3.5.6 3.5.6 Valvulas Valvul as actuadas actu adas manualment manu almente e 3.5.7 3.5.7 Válvulas Válvul as actuadas actu adas por pedal. 3.6 3.6 Válvul Válvul as de secuencia “ OR OR”” 3.6.1 3.6.1 Campo de aplicaci apli cación ón 3.6.2 3.6.2 Simbol Simb ología ogía 3.7 3.7 Válvul Válvul as de dos presiones presio nes “ AND” 3.7.1 3.7.1 Simbol Simb ología ogía 3.8 Válvula Válvul a de escape rápido rápi do 3.8.1 3.8.1 Apli Ap licaci caciones ones 3.8.2 3.8.2 Símbolo Símbol o 3.9 3.9 Válvul Válvul a estrangul adora de caudal unid ireccional irecci onal 3.9.1Símbolo 3.9. 3.9.2 2 Ejemplos de aplicaciones aplicacio nes de válvula válvul a estrangul adora. 3.9. 3.9.2. 2.1 1 Salid Salida a a velocidad veloci dad norm al y retorno retor no lento. 3.9.2. 3.9.2.2 2 Salida y retorn reto rno o lento lent o 3.10 3.10 Temporizador Tempor izadores es neumátic neumát icos. os. 3.10.1 3.10.1 De apertura apertu ra retardada retard ada con co n señal de salida sali da pos itiv it iva a 3.10.2 3.10.2 De cierre cier re retardado retard ado con señal de salida sali da negativa negati va 3.11 3.11 Componentes Funcion ales 3.12 3.12 Equipo Equi po para líneas de aire 3.13 3.13 Válvu Válvulas las para alivio de presión presió n 3.14 3.14 Otros comp onentes 4. DIAGRAMAS DIAGRA MAS Y REPRESENTACIÓN DE AUTOMATISMOS AUTOMA TISMOS 4.1 Diagrama espacio-fase espaci o-fase 4.2 4.2 Sistema simpli sim plific ficado ado
35 39 39 39 40 41 43 46 50 51 51 51 51 52 52 52 52 52 53 53 53 54 54 54 55 56 57 59 59 60 60 61
5. CORTE DE SEÑALES POR MEDIO DE CONEXIÓN EN CIRCUITOS 62 5.1 5.1 Prim Prim er caso es el cor te de señales señales mecánico por m edio de fines de carrera de Acci Ac cion onami ami ento ent o p or r odil od illl os r ebatib ebat ibll es 5.2 5.2 Segundo Segundo c aso cort e de señales señales por t écnica de mandos a través de generadores de impu lsos. lsos . 5.3 5.3 Corte de señales por medio de válvulas válvul as direccionales. dir eccionales.
63 65 66
6. CORTE DE SEÑALES POR MEDIO DE SECUENCIADOR NEUMÁTICO
67
6.1 6.1 Diagrama del circui cir cuito to 6.2 6.2 Secuenciador Secuenciador integrado int egrado de cuatro etapas etapas 6.3 Definición y descripción de las conexiones
68 68 68
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3.4 3.4 Válvul Válvul as solenoi des simbolo sim bolo gía 3.5 Simbol Simb ología ogía general de Válvulas Válvul as 3.5. 3.5.1 1 Válvu Válvulas las con exhosto sin toma. tom a. 3.5. 3.5.2 2 Válvul Válvul as con purg a integral int egral de sumi nistro nis tro 3.5. 3.5.3 3 Válvul Válvul as con purg a externa del sumi nist ro 3.5. 3.5.4 4 Válvul Válvul as actuadas por piloto pil oto 3.5.5 3.5.5 Válvulas Válvul as actuadas actu adas mecánicament mecáni camente e 3.5.6 3.5.6 Valvulas Valvul as actuadas actu adas manualment manu almente e 3.5.7 3.5.7 Válvulas Válvul as actuadas actu adas por pedal. 3.6 3.6 Válvul Válvul as de secuencia “ OR OR”” 3.6.1 3.6.1 Campo de aplicaci apli cación ón 3.6.2 3.6.2 Simbol Simb ología ogía 3.7 3.7 Válvul Válvul as de dos presiones presio nes “ AND” 3.7.1 3.7.1 Simbol Simb ología ogía 3.8 Válvula Válvul a de escape rápido rápi do 3.8.1 3.8.1 Apli Ap licaci caciones ones 3.8.2 3.8.2 Símbolo Símbol o 3.9 3.9 Válvul Válvul a estrangul adora de caudal unid ireccional irecci onal 3.9.1Símbolo 3.9. 3.9.2 2 Ejemplos de aplicaciones aplicacio nes de válvula válvul a estrangul adora. 3.9. 3.9.2. 2.1 1 Salid Salida a a velocidad veloci dad norm al y retorno retor no lento. 3.9.2. 3.9.2.2 2 Salida y retorn reto rno o lento lent o 3.10 3.10 Temporizador Tempor izadores es neumátic neumát icos. os. 3.10.1 3.10.1 De apertura apertu ra retardada retard ada con co n señal de salida sali da pos itiv it iva a 3.10.2 3.10.2 De cierre cier re retardado retard ado con señal de salida sali da negativa negati va 3.11 3.11 Componentes Funcion ales 3.12 3.12 Equipo Equi po para líneas de aire 3.13 3.13 Válvu Válvulas las para alivio de presión presió n 3.14 3.14 Otros comp onentes 4. DIAGRAMAS DIAGRA MAS Y REPRESENTACIÓN DE AUTOMATISMOS AUTOMA TISMOS 4.1 Diagrama espacio-fase espaci o-fase 4.2 4.2 Sistema simpli sim plific ficado ado
35 39 39 39 40 41 43 46 50 51 51 51 51 52 52 52 52 52 53 53 53 54 54 54 55 56 57 59 59 60 60 61
5. CORTE DE SEÑALES POR MEDIO DE CONEXIÓN EN CIRCUITOS 62 5.1 5.1 Prim Prim er caso es el cor te de señales señales mecánico por m edio de fines de carrera de Acci Ac cion onami ami ento ent o p or r odil od illl os r ebatib ebat ibll es 5.2 5.2 Segundo Segundo c aso cort e de señales señales por t écnica de mandos a través de generadores de impu lsos. lsos . 5.3 5.3 Corte de señales por medio de válvulas válvul as direccionales. dir eccionales.
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6. CORTE DE SEÑALES POR MEDIO DE SECUENCIADOR NEUMÁTICO
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6.1 6.1 Diagrama del circui cir cuito to 6.2 6.2 Secuenciador Secuenciador integrado int egrado de cuatro etapas etapas 6.3 Definición y descripción de las conexiones
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6.4 6.4 Componentes del sist ema 6.5 Función Func ión 6.6 6.6 Ejemplos de secuenciador neumático
69 69 70
7. Métod o GRAFCET
72
8. ELECTRO NEUMATICA
74
8.1 Generación de tensi ón 8.2 8.2 Genera Generación ción d e tensi tensiones ones por i nducción nduc ción . 8.3 8.3 Las tres formas for mas básicas del flujo flu jo de corr iente 8.4 Resistenci Resist encia a eléctr ica ic a 8.4. 8.4.1 1 Redes Redes eléctricas eléctric as con resist encias
74 74 74 75 75
9. COMPONENTES PARA SISTEMAS ELECTRO NEUMATICOS
76
9.1 9.1 El interrupt int errupt or de cont acto 9.2 9.2 Contactos electromagnéti cos 9.3 9.3 Representación Representación y esquematizació esquematización n 9.4 Relees Relees electrom electr omagnéti agnéticos cos 9.5 El relé tempor temp orizador izador.. 9.5. 9.5.1 1 Relee Relee tempor izador d e cierre cierr e retardado 79 9.5.2 9.5.2 Relee tempor temp orizador izador de apertura apertu ra retardada retard ada 9.6 Sensores Sensor es 9.6.1 9.6.1 Detector es mecánicos mecáni cos 9.6. 9.6.2 2 Detector Detectores es indu ctivos cti vos 9.6.3 9.6.3 Detector es capaciti capaci tivos vos 9.6. 9.6.3. 3.1 1 Sensor Sensor es de prox imidad imi dad capacitiv os 9.6.4 9.6.4 Detector es ópt icos ic os 9.6. 9.6.4. 4.1 1 Sensor Sensor es de prox imidad imi dad ópticos ópt icos 10. COMPONENTES ELECTRONEUMATICOS ELECTRONEUMA TICOS 10.1 10.1 Válvula Válvul a electromag electr omagnéti nética ca 10.1.1 10.1.1 Funci ón 10.1.2 10.1.2 Válvula Válvul a electrom electr omagnéti agnéticas cas 5/2 vías 10.1.3 10.1.3 Válvulas Válvul as electrom electr omagnéti agnéticas cas 5/3 10.1 10.1.4 .4 Ejemplos prácticos prácti cos 10.1.4 10.1.4.1 .1 prim pr imer er ejemplo ejempl o practi pr actico co 10.1.4 10.1.4.2 .2 segundo segun do ejemplo ejempl o practi prac tico co 10.2 10.2 Símbol Símbol os eléctrico s y electróni cos. 10.3 10.3 Símbol Símbol os eléctricos eléctrico s
76 77 77 78 79 80 80 81 82 83 83 83 83 85 85 85 87 88 89 90 91 92 93
11. 11. Ejemplos de aplicaciones aplicacio nes indu stri ales de sistemas sis temas neumático s 95 11.1 11.1 Alimentación Ali mentación de una prensa 11.2 11.2 Alimentación Ali mentación de piezas piezas a un autómata giratorio gir atorio 11.3 11.3 Alimentación de piezas piezas a una maqui na laminador a de roscas ros cas
96 97 98
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11.4 Alineación de placas apiladas 11.6 Almacenamiento por periodos cortos de tiempo 11.7 Maquina que se usa para biselar extremos de tubos. 11.8 Prensa neumática 11.9 Sistemas para cont rol ar diámetros 11.10 Comprobación neumática de rupt ura de broc as
99 100 101 102 103 104
12. TALLERES 12.1 Taller uno 12.2 Taller dos 12.3 Taller tres 12.4 Taller cuatro 12.5 Taller cinco 12.6 Taller seis 12.7 Taller siete 12.8 Taller ocho 12.9 Taller nueve 12.10 Taller diez 12.11 Taller once 12.12 Taller doce 12.13 Taller trece
105 109 115 119 119 121 122 122 123 124 125 125 126
12. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
128
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1. NEUMATICA Se podría afirmar que a nivel industrial el aire comprimido junto con la corriente eléctrica son las fuentes de energía más importantes. Pero la neumática industrial, tal como la conocemos hoy, solo empezó a desarrollarse después de 1950. La aceptación generalizada que disfrutan las maquinas neumáticas se explica por varias razones. •
• •
•
•
• •
Posibilidad de generar aire comprimido en cualquier lugar y en cantidades ilimitadas Gran eficiencia energética, fluidez y transporte sencillo de la energía Posibilidad de almacenar el aire comprimido en depósitos que, además, pueden transportarse con facilidad El aire comprimido es incombustible y no es inflamable; no existe peligro de explosión Por su naturaleza, los componentes neumáticos están protegidos contra sobrecargas. Mantenimiento y cuidados simples, diseño sencillo de proyectos Posibilidad de utilizar varios niveles de presión en función del margen admitido
En estos días la neumática juega un lugar muy importante en la automatización industrial, ya que siempre se están encontrando nuevas aplicaciones en cada uno de los posibles campos de la industria y para lograr el objetivo de la automatización es mucho mas simple que por otro medio en la mayoría de los casos. También se puede observar que en los sistemas neumáticos los elementos de salida de potencia o movimiento son por lo general lineales o circulares, lo que no sucede con los motores eléctricos que la salida es circular y deben diseñarse y acoplarse mecanismos que conviertan el movimiento circular en lineal. “ Se puede definir la neumática en forma muy g eneral y sim ple como el trabajo realizado por medio del aire comprimido.”
1.1 Propiedades de la neumática. • • •
• •
• •
El proceso es limpio. Protección contra explosiones implícitas. Insensibles a agentes externos como temperatura, suciedad, oscilaciones mecánicas, humedad y campos magnéticos. Conexión sin necesidad de cañerías. Fácil transformación de energía, en movimientos rotativos, así como en movimientos lineales. Mantenimiento sencillo de los diferentes componentes. Gran confiabilidad, seguridad de trabajo y vida útil en movimientos y componentes de mando. Cristian David Chamorro Rodriguez 5
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• •
• •
Seguridad en la función aun bajo condiciones de trabajo extremas. Por la compresibilidad del aire se puede decir que es difícil el control de velocidades estables. energía costosa. Perdidas de aire disminuyen el rendimiento.
El aire comprimido tiene aplicación en un área muy amplia en los campos aplicados de la industria, se pueden ver en los siguientes ejemplos. Industria. Oficios manuales. • • Ferrocarriles. • Aviación. • Automotores. • Minería. • Navegación. • Medicina. Maquinaria de la construcción. • •
Generación de movimientos rectos. Herramientas de sujeción. • Unidades de avance. • Levantar o bajar. Abrir y cerrar. • • Bascular. • Prensas neumáticas. Accionamiento de puertas. • Mesas giratorias. • • Alimentación de piezas. • Estaciones de transporte. Robots industriales. • Piezas de soldadura. • • Frenos. •
Generación de movimientos rotantes. • • • • •
Atornilladores Afiladoras. Roscadoras Perforadoras Trituradoras.
Aplicaciones de energ ía de mando. Controlar. • Asegurar • Bloquear •
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• • • •
Contar Retardar Almacenar Sensar
Deformación y sujeción de marcos.
Diferentes form as de sujetar
Sujeción mediante válvula anti-retorno
1.2 Propiedades de los port adores de energía.
Transmisión Distancias adm. Velocidad de respuesta
HIDRAULICA
ELECTRICA
Limitada y muy lenta aprox. 100m
Muy rápida y a gran distancia ilimitada
Aprox. 2 a 6 m/s
Aprox. 30000km/s
NEUMATICA Limitada y lenta aprox. 1000m 10 a 50 m/s
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Almacenamiento Costo energético
Posible con limitaciones Alto
Difícil
Sencillo
Bajo
Muy alto
1.3 Propiedades del aire comprimido. la solución de algunos problemas de automatización no puede disponerse de otro medio que sea más simple y más económico que la neumática. •
•
•
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•
•
•
•
•
Abundante. Está disponible para su compresión prácticamente en todo el mundo, en cantidades ilimitadas. El aire comprimido puede ser fácilmente transportado por tuberías, incluso a grandes distancias. No es necesario disponer tuberías de retorno. No es preciso que un compresor permanezca continuamente en servicio. El aire comprimido puede almacenarse en depósitos y tomarse de éstos. Además, se puede transportar en recipientes. El aire comprimido es insensible a las variaciones de temperatura, garantiza un trabajo seguro incluso a temperaturas extremas. No existe ningún riesgo de explosión ni incendio; por lo tanto, no es necesario disponer instalaciones antiincendios, que son caras. Limpio. El aire comprimido es limpio y, en caso de faltas de estanqueidad en elementos, no produce ningún ensuciamiento Esto es muy importante por ejemplo, en las industrias alimenticias, de la madera, textiles, etc.… Constitución de los elementos. La concepción de los elementos de trabajo es simple, por tanto, precio económico. Es un medio de trabajo muy rápido y, por eso, permite obtener velocidades de trabajo muy elevadas. La velocidad de trabajo de cilindros neumáticos pueden regularse sin escalones. A prueba de sobrecargas. Las herramientas y elementos de trabajo neumáticos pueden arrancar y parar totalmente sin riesgo alguno de sobrecargas.
Para delimitar el campo de utilización de la neumática es preciso conocer también las propiedades adversas. •
•
•
•
•
El aire comprimido debe ser preparado, antes de su utilización. Es preciso eliminar impurezas y humedad, al objeto de evitar un desgaste prematuro de los componentes. Con aire comprimido no es posible obtener para los émbolos velocidades uniformes y constantes. El aire comprimido es económico sólo hasta cierta fuerza. Condicionado por la presión de servicio normalmente usual de 700 kPa también en función de la carrera y la velocidad, es de 20.000 a 30.000N. El escape de aire produce ruido. No obstante, este problema ya se ha resuelto en gran parte, gracias al desarrollo de materiales insonorizantes. El aire comprimido es una fuente de energía relativamente cara; este elevado costo se compensa en su mayor parte por los elementos de precio económico y el buen rendimiento. Cristian David Chamorro Rodriguez 8
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1.4 Rentabilid ad de los equip os neumático s Como consecuencia de la automatización y racionalización, la fuerza de trabajo manual ha sido reemplazada por otras formas de energía; una de éstas es muchas veces el aire comprimido Ejemplo. Traslado de paquetes, accionamiento de palancas, transporte de piezas etc. El aire comprimido es una fuente cara de energía, pero, sin duda, ofrece indudables ventajas. La producción y acumulación del aire comprimido, así como su distribución a las máquinas y dispositivos suponen gastos elevados. Pudiera pensarse que el uso de aparatos neumáticos está relacionado con costos especialmente elevados. Esto no es exacto, pues en el cálculo de la rentabilidad es necesario tener en cuenta, no sólo el costo de energía, sino también los costos que se producen en total. En un análisis detallado, resulta que el costo energético es despreciable junto a los salarios, costos de adquisición y costos de mantenimiento.
2. Componentes neumátic os 2.1 Cili ndro de simpl e efecto.
Es un dispositivo que genera un movimiento lineal, y ese desplazamiento esta restringido por la longitud del vástago. El funcionamiento cilindro de simple efecto se puede ver de la siguiente forma, la presión de aire únicamente va en un solo sentido, la otra posición la logra por medio de un resorte. Por esta forma de trabajo se puede decir que el cilindro de simple efecto tiene las siguientes características, consumo de aire en un solo sentido, posicionamiento especifico aun sin energía, fuerza de avance reducida por el resorte, fuerza de retroceso baja, el resorte es un elemento que se desgasta. Para el calculo de la fuerza de avance en los cilindros de simple efecto alguno fabricantes sugieren que por efecto de la fuerza de oposición que pone el Cristian David Chamorro Rodriguez 9
Sistemas de potencia fluida.
resorte para el desplazamiento del embolo se debe restar el 10% esto quiere decir que la fuerza calculada únicamente es efectiva el 90%.
2.2 Aplicaciones de ci lindros de simple efecto. En todos los sistemas mecánicos que se necesitan fuerzas en un solo sentido, y donde el retroceso sea libre de carga. También se pueden ver este tipo de cilindros en sistemas que por seguridad mantengan la posición que genera el resorte en el momento de ausencia de energía.
2.3 Símbolos más com unes Cilindro de simple efecto entrada por muelle. Cilindro de simple efecto salida por muelle.
2.4 Cili ndro de doble efecto.
En este elemento neumático la entrada de presión se la realiza por los dos lados del cilindro, para lograr así el movimiento en ambos sentidos. Siempre y cuando la presión en las entradas del cilindro no sean simultaneas. La fuerza de retroceso del cilindro de doble efecto es menor que la de salida por razón del vástago del cilindro, este vástago quita superficie en el cilindro lo que genera menor área y por tal razón menor fuerza. El cilindro no puede recibir cargas laterales sobre el vástago, el montaje se realiza de forma muy simple, realiza trabajos en ambos sentidos teniendo en cuenta la diferencia de fuerza de entrada y salida.
2.5 Símbol os m ás comunes. Cilindro de doble efecto Cristian David Chamorro Rodriguez 10
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Cilindro de doble efecto con amortiguamiento Cilindro de doble efecto de doble vástago Cilindro de doble efecto de doble vástago con amortiguamiento. Cilindro de doble efecto sin vástago con amortiguamiento.
2.6 Cilindros neumáticos, medidas básicas y dimensionamiento. Los cilindros neumáticos son de diferentes tamaños y tipos por esta razón es importante conocer las principales dimensiones que se deben tener en cuenta. Diámetro del embolo. Diámetro del vástago. • • Carrera. •
Fuerza de avance, esta fuerza se la calcula multiplicando la presión de entrada en el cilindro por el área del embolo. 2
F a
=
P * Ae
=
P*
d e * π
4
Fuerza de retroceso, esta dada por la ecuación. F r
=
P * Ar
=
P*
( d e
2
−
2
d v ) * π
4
Fa: fuerza de avance. Fr: fuerza de retroceso. Ae: área del embolo. Ar: área del vástago. P: presión.
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2.7 Consumo de aire en un ci lindro d e doble efecto. Vb: flujo volumétrico, referido a la presión efectiva. Las ecuaciones para esta variable son: V b ,avance
=
V b ,retroceso
( Ae * h + V T ) * n =
( Ar * h + V T ) * n
Donde h es la carrera del cilindro, n es el número de carreras/tiempo y V T es volumen adicional.
2.8 Posib le falla en los cilindros por c argas axiales. Los vástagos de los cilindros por lo general son cargados axialmente estos elementos son lo bastante delgados respecto a su longitud, para que bajo la acción de una carga gradual creciente se flexionen o sufran pandeo ante una carga mucho menor que la necesaria para romperlo por aplastamiento. Los elementos que trabajan como columnas se los debe analizar bajo la teoría de Euler, con la cual se calcula la fuerza critica de trabajo en la columna, pero se debe definir las condiciones de sujeción de los extremos para poder determinar la longitud equivalente de la columna. F critica
=
EI π Leq
2
2
Condiciones de sujeción Ambos extremos empotrados Un extremo empotrado y otro articulado Ambos extremos articulados Un extremo empotrado y otro libre
Longitud equivalente 1/2L 0.7L L 2L
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2.9 Simbo logi a de Actu adores •
Los símbolos de los cilindros pueden ser de cualquier largo
“l
“l” •
El émbolo y el vástago pueden ser mostrados en posición extendida retraída o cualquier otra.
2.9.1 Simple efecto •
Simple efecto retorno por resorte, N. retraído
•
Simple efecto retorno por resorte, N. extendido
•
Simple efecto con magnético, retorno por resorte N. retra.
•
*
Simple efecto con magnético, retorno por resorte N. exten. *
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Sistemas de potencia fluida.
2.9.2 Simpl e efecto sin r esorte •
Simple efecto normalmente retraído, retorno por fuerza externa
•
Simple efecto normalmente extendido, retorno por fuerza externa
•
Simple efecto con mag., normalmente retraído, retorno por fuerza externa
•
Simple efecto con mag., normalmente extendido, retorno por fuerza externa
2.9.3 Doble efecto •
Doble efecto con amortiguación ajustable
•
Doble efecto con vástagos
•
Doble efecto con magnetico
•
Doble efecto sin vástagos
2.9.4 Actuadores rotatorios •
Semi rotario de acción doble
•
Motor rotatorio de una sola dirección
•
Motor rotatorio bidireccional
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2.9.5 ejemplo de los usos de cilindros neumáticos A lo largo de las vías férreas de Rusia no solamente se ven circular trenes; También se puede ver de vez en cuando un vehículo que parece un automóvil común y corriente. La empresa Remputmash, que integra 11 empresas pertenecientes al Ministerio del Ferrocarril de la Federación Rusa, utiliza estos vehículos para detectar posibles fallos en los raíles. Estos «vehículos laboratorio», como se llaman, están equipados con dos cilindros normalizados grandes en la parte posterior y otros dos en la parte delantera. Con ellos es posible elevar ligeramente el vehículo que se encuentra sobre los raíles, de modo que pueda avanzar sobre sus propias ruedas. Unas pequeñas ruedas de metal sirven de guía a lo largo de las vías. Dos cilindros normalizados adicionales, de menor diámetro y carrera más corta, se ocupan de los sensores de ultrasonido, con los que se controla el estado de los raíles mientras avanza el vehículo. Una vez concluida su operación, el vehículo abandona la vía férrea y sigue su marcha como cualquier otro automóvil. En esa situación, el bastidor, con sus ruedas metálicas y los sensores, se mantiene en una posición elevada mediante los cilindros grandes del sistema. Los sistemas de control neumáticos están instalados en el habitáculo del automóvil. Actualmente ya existen cinco de estos vehículos y es probable que se pidan más en el futuro. Se necesitarán, en total, 900 vehículos de este tipo para controlar todas las vías y los raíles tendidos en depósitos y estaciones de ferrocarril.
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2.9.6 Símbolos de cili ndros de simple efecto. •
Resorte por dentro (In)
•
Resorte por fuera (Out)
•
Con magnetico, resorte in
•
Con magnetico, resorte out
•
•
Con magnético, resorte in, vástago no-rotante
Con magnético, resorte out, vástago no- rotante
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Sistemas de potencia fluida.
•
Resorte por dentro (in), amortiguación ajustable
•
Resorte por fuera (out), amortiguación ajustable
•
Con magnético, resorte por dentro, amortiguación ajustable
•
Con magnético, resorte por fuera, amortiguación ajustable
•
Resorte por dentro, amortiguación ajustable, vástago no rotante
•
Resorte por fuera, amortiguación ajustable, vástago no rotante
•
Con magnético, resorte por dentro, amortiguación ajustable, v. no rotante.
•
Con magnético, resorte por fuera, amortiguación ajustable, v. no rotante.
Cristian David Chamorro Rodriguez 17
Sistemas de potencia fluida.
2.9.7 Fuelles Fuelle de espiral sencilla
•
•
Fuelle de espiral doble
•
Fuelle de espiral triple
2.9.8 Símbol os de cilindros de doble efecto. No-magnetico
•
No-magnetico amortiguación
•
•
Con magnetico, hidráulico
•
Con magnetico, amortiguación ajustable
ajustable No-magnético amort. ajus. vástago con fuelles
•
•
Con magnético, amortiguación ajustable, vástago con fuelles
Con magnetico
•
Cristian David Chamorro Rodriguez 18
Sistemas de potencia fluida.
•
Vástago no rotante
•
•
Con freno activo
•
•
Con freno pasivo
Magnetico, vástago no rotante Magnetico, con freno activo Magnetico, con freno pasivo
•
Magnetico, con vástago guiado
•
•
No-magnetico con vástago pasante
•
No-magnético amort. ajustable, vástago pasante
•
Magnetico con vástago pasante
•
Magnetico, amort. Ajustable, vástago pasante
Cristian David Chamorro Rodriguez 19
Sistemas de potencia fluida.
•
•
Tres posiciones, amort. Ajustable (igual carrera)
Tres posiciones amort. Ajustable, magnético (igual carrera)
•
Cuatro posiciones amort. Ajustable (desigual carrera)
•
Cuatro posiciones amort. Ajustable, magnético (desigual carrera)
•
Con salida electrónica análoga de la posición del émbolo
•
Unidad de deslizamiento
•
Actuador semi rotatorio
2.9.9 Motor es rotator ios •
Motor rotatorio bidireccional y no reversible
Cristian David Chamorro Rodriguez 20
Sistemas de potencia fluida.
2.9.10 Cilindros sin vástago Magnetico, amortiguado
Amortiguado
•
Amortiguado con freno pasivo
•
•
Magnetico, amortiguado con freno pasivo
•
Amortiguado con freno activo
•
Magnetico, amortiguado con freno
•
Amortiguado, de doble carrera
•
Doble carrera, con puertos a través del carro
Magnetico, amortiguado de doble carrera
•
Doble carrera, magnético, con puertos a través del carro
•
Doble carrera, con puertos a través del
•
Doble carrera, magnético, con puertos a través del carro
•
•
2.9.11 Absorbedores de im pacto. Amortiguado, de doble carrera
•
Magnetico, amortiguado de doble carrera
•
Cristian David Chamorro Rodriguez 21
Sistemas de potencia fluida.
3. Elementos de mando neumáticos 3.1 Válvulas Las válvulas comandan e influyen sobre el flujo del medio presurizado. Ellas guían al medio dosificado y en el momento correcto direccionan hacia los componentes que realizaran un trabajo, dependiendo de su función específica se clasifican las diferentes válvulas. • • • •
Direccionales. Bloqueo Caudal Presión
Las válvulas direccionales controlan el inicio, parada y dirección del medio presurizado. Las válvulas de bloqueo cortan o bloquean el flujo en un sentido y lo liberan en sentido contrario. Las válvulas de caudal actúan sobre el caudal del medio que esta fluyendo. Las válvulas de presión influyen sobre la presión del medio presurizado o bien controlan con esta presión.
3.1.1 Válvulas direccionales. 3.1.2 Representación y fu nció n de las válvulas di reccionales Las válvulas unidireccionales se van a representar por dos números en este caso en general los vamos a llamar “a” y “b”. Válvula direccional a/b, esto quiere decir que la letra a representa el numero de vías de una válvula por consiguiente tiene que ser un numero entero y la letra b toma el valor de un numero entero y que representa el numero de posiciones que puede tomar la válvula. Los mínimos requisitos que debe tener una válvula unidireccional son, •
• •
Tres conexiones, conexión al cilindro, a la entrada de presión y el escape. Dos posiciones, retroceso y avance. Denominación, válvula 3/2 vías
Las posiciones se simbolizan con recuadros, la cantidad de posiciones se la obtiene de contar el número de recuadros, y las conexiones a la válvula quedan marcadas por las líneas de conexión.
Cristian David Chamorro Rodriguez 22
Sistemas de potencia fluida.
3.1.3 Denomi nación de las conexiones Conexión de trabajo Conexión de presión Escape para retorno a tanque Descargas Conexión de pilotaje
A, B, C P R, S, T L X, Y, Z
3.1.4 Estructu ra de la simbología de válvulas •
La función de una válvula está dada por un par de numerales separados por una barra inclinada, por ejemplo 3/2.
•
El primer numeral indica el número de puertos principales, ya sean entradas, salidas o exhostos. No se incluyen puertos de señal ni alimentaciones pilotos externas.
•
El segundo numeral indica el número de estados que la válvula puede lograr.
•
Una válvula 3/2 por lo tanto tiene tres puertos (normalmente son entrada, salida y escape o exhosto) y dos estados (el estado normal y el estado actuado).
•
Las figuras siguientes son dos gráficos de la misma válvula.
Actuada
•
Normal
Un símbolo de una válvula muestra las figuras para cada estado de la válvula, unidas por sus extremos. Actuada
•
Normal
Los puertos de conexión son mostrados, únicamente, en la figura que representa el estado normal
Cristian David Chamorro Rodriguez 23
Sistemas de potencia fluida.
Normal
El actuador es mostrado adjunto al estado actuado de la válvula.
•
El estado actuado producido por un pulsador
•
El actuador de un estado en particular es dibujado adjunto a ese estado
Estado actuado Producido por un pulsador
Estado normal producido por un resorte
Cristian David Chamorro Rodriguez 24
Sistemas de potencia fluida.
•
El símbolo de una válvula puede ser visualizado como un movimiento de alineación entre un estado y otro, con los puertos de conexión
•
•
El símbolo de una válvula 5/2 es construido de un modo similar. La figura muestra los pasos del flujo en cada uno de los estados de la válvula, una caja para cada estado. Los 5 puertos son normalmente una entrada, dos salidas y dos exhostos o descargas.
El símbolo completo está hecho por la unión de las dos cajas más los operadores adjuntos al lado que actúan. Estado actuado
Estado normal
Cristian David Chamorro Rodriguez 25
Sistemas de potencia fluida.
•
Espacio recomendado para las conexiones 1 /4 l
1/4 l
1/4 l
1l
1/4 l
1/2 l 1/4 l
1/2 l
1/2 l
1/2 l 1/4 l
•
De esta forma se cuenta con una gran variedad de símbolos Normalmente cerradas
Normalmente abiertas
Cristian David Chamorro Rodriguez 26
Sistemas de potencia fluida.
•
•
Las cajas pueden estar unidas por cualquiera de sus lados, siempre y cuando se mantengan unidas a sus operadores. De esta forma, se pueden producir variedad de símbolos.
Conexión invertida
Funciones de las válvulas Símbolo básico antes de agregar los actuadores
Ejemplos, actuada por pulsador manual, con retorno por resorte Posición normal
Funcion 2/2
Funcion 3/2
Símbolo báscio sin actuadores
Ejemplo, actuada por pulsador manual con retorno por resorte Posición actuada
Funcion 2/2
Funcion 3/2
Cristian David Chamorro Rodriguez 27
Sistemas de potencia fluida.
Símbolo básico sin actuadores
Ejemplo, actuada por pulsador manual con retorno por resorte
Posición normal
Funcion 4/2
Funcion 5/2
Símbolo básico sin actuadores
Ejemplo, actuada por pulsador manual con retorno por resorte
Posición normal
Funcion 4/2
Funcion 5/2
Símbolo básico sin actuadores
Ejemplo, actuada por pulsador manual con retorno por resorte
Posición actuada
Funcion 4/2
Funcion 5/2
Cristian David Chamorro Rodriguez 28
Sistemas de potencia fluida.
3.1.5 Funciones de una válvula 5/3 •
•
Las válvulas de tres posiciones tienen una posición central normal, en la cual es puesta por resortes o de modo manual por medios como pulsadores o palancas. El patrón de flujo en el centro varía con el tipo. Se considerarán tres tipos 1 con todos los puertos sellados. 2 salidas abiertas y suministros sellados. 3 suministro conectado a salidas, exhostos sellados.
•
Los tres tipos de válvulas se muestran en la posición normal
•
Tipo 1. Todos los puertos sellados
•
Tipo 2. Salidas conectadas a
•
Tipo 3. Suministros conectados a salidas
•
Todos los tipos válvulas son mostradas actuadas en la primer posición
•
Tipo 1. Todos los puertos sellados
•
Tipo 2. Salidas conectadas a exhostos
•
Tipo 3. Suministros conectados a salidas
Cristian David Chamorro Rodriguez 29
Sistemas de potencia fluida.
•
Todos los tipos de válvulas son mostradas en la posición normal
•
Tipo 1. Todos los puertos sellados
•
Tipo 2. Salidas conectadas a exhostos
•
Tipo 3. Suministros conectados a salidas
•
Todos los tipos de válvulas son mostradas actuadas en la segunda posición
•
Tipo 1. Todos los puertos sellados
•
Tipo 2. Salidas conectadas a exhostos
•
Tipo 3. Suministros conectados a salidas
Cristian David Chamorro Rodriguez 30
Sistemas de potencia fluida.
3.2 Actuador es de valvulas 3.2.1Manuales
Manual general
Palanca
Botón de empuje “Push button”
Pedal
Botón de halar “Pull button”
Pedal con tapa
Botón de Emp/Halar “Push/pull button”
Perilla rotatoria
3.2.2 Mecánicos Embolo
Presión
Retorno normalmente con resorte
Presión piloto
Rodillo
Diferencial de presión
Uni-direcciona o rodillo orientado
Freno en 3 posiciones
Cristian David Chamorro Rodriguez 31
Sistemas de potencia fluida.
3.2.3 Electricos Solenoide directa
Solenoide piloto con sustitución manual y suministro externo al piloto
Solenoide piloto
Cuando no se muestra el suministro al piloto se asume que está integrado
Solenoide piloto con sustitución manual y suministro integrado al piloto
3.3 Marcado de puertos de las válvulas si n actuar. 2
12
12
10
3
1
2
4
14
10
1
4 12
1
2
2
14
12
3
1 5
3
Cristian David Chamorro Rodriguez 32
Sistemas de potencia fluida.
Marcación de puertos con l as válvulas actuadas.
2
12
1
10
3
1
2
1
1
4
14
4 12
1
2
2
14
3
12 1
5
3
Nota de actuali dad de cont rol de válvul as Estar al tanto puede resultar decisivo. Por ejemplo, conociendo el estado de las máquinas. Si se dispone de informaciones sobre todos los parámetros decisivos, es posible prevenir una posible paralización de las máquinas y llevar a cabo los trabajos de mantenimiento necesarios, controlar óptimamente los procesos de fabricación y eliminar más rápidamente las causas de los fallos. Quien en todo momento quiera disponer de las informaciones más actualizadas sin estar presente en la fábrica, siempre estará bien conectado con el CPXFEC, el controlador de panel frontal para terminales es el nexo directo entre la tecnología de la automatización y la tecnología de la información, permitiendo controlar, configurar y diagnosticar las máquinas desde la oficina. La interfase Ethernet integrada no solamente consigue establecer una red que conecta todos los componentes de automatización entre sí, sino que también permite que los usuarios de las instalaciones tengan acceso a todos los servicios TI. Así pueden controlar las máquinas desde cualquier lugar y en cualquier momento y, si es necesario, modificar las configuraciones y los parámetros online. Además, también es posible integrar aplicaciones y funciones adicionales, bajándolas cómodamente de Internet. En el servidor web se visualizan la información y el estado de las máquinas. Los datos se transmiten a través de TCP/IP, y con e-mails y mensajes SMS siempre se obtienen informaciones actualizadas sobre superación de valores límite u otras causas de fallos. De este modo, los diagnósticos son más rápidos, se reducen los tiempos de paralización de las máquinas y se reducen los costos ocasionados por interrupciones del proceso de fabricación. Pero, eso no es todo: la robusta Cristian David Chamorro Rodriguez 33
Sistemas de potencia fluida.
y pequeña unidad de control brilla por su versátil arquitectura, adaptable óptimamente a las más diversas aplicaciones. Trátese de un puesto de trabajo manual o de un sistema altamente automatizado en la industria automovilística, el lema que se impone es: «lejos del armario de maniobra, cerca de la máquina». El CPXFEC ofrece numerosas posibilidades de control local, pudiéndose prescindir de un PLC adicional. El módulo incluye la tecnología del FEC en el Terminal CPX. La ventaja que tiene un montaje directamente en la máquina, es evidente: el trabajo y los costos de instalación son menores y el cableado es mucho más sencillo.
Conexión a elegir Dependiendo de la aplicación, es posible obtener cuatro conceptos de automatización combinando Funcionamiento aislado como PLC modular o Terminal de válvulas • programable para el montaje directo en la máquina Procesamiento previo rápido en bus de campo en la modalidad de • controlador remoto Procesamiento previo rápido en Ethernet en la modalidad de controlador • remoto • Accionamiento direc to en Ethernet en la modalidad de I/O remoto en el entorno de automatización Schneider Electric (Modbus TPC) Independientemente de la variante que se utilice, la pequeña y robusta unidad de control puede combinarse con otros módulos CPX y nodos de bus de campo. Todos los tipos de terminales de válvulas compatibles con CPX (es decir, Midi, CPA y MPA) también se pueden conectar. En total, los usuarios del CPX-FEC disponen de un sistema de control completo de avanzada tecnología que brilla por la sencillez de su instalación, economía y alto rendimiento. En resumen: se trata de un especialista en materia de comunicación y control.
Cristian David Chamorro Rodriguez 34
Sistemas de potencia fluida.
3.4 Válvulas solenoides simbolo gía
•
•
Actuada directamente por solenoide, retorno por resorte, 2/2 NC
12
2 10
12
2 10
2 10
12
2 10
12
Actuada directamente por solenoide, retorno por resorte, 3/2 NC
3
1
2 10
12 •
•
Actuada directamente por solenoide, retorno por resorte, 3/2 NO
3
Actuada por solenoide piloto, retorno por resorte, 3/2 NC
2 1
1
•
Actuada por solenoide piloto, retorno por resorte 3/2 NO
2 1 3
Actuada por solenoide piloto, retorno por solenoide piloto
3
3
1
1
2 1
1 3
1
2 1
1
1
2 1
1
2 10
1
1
1
12
1
3
•
3
3
1
2 1
1 3
1
Cristian David Chamorro Rodriguez 35
Sistemas de potencia fluida. 4 •
2
1
Actuada por solenoide piloto, retorno por resorte, 5/2
1 5
1 3 4
•
Actuada por solenoide piloto, retorno por resorte, 5/2 4
•
•
2
1
Actuada por solenoide piloto, retorno por solenoide piloto, 5/2
1 5
1 3
4
2 1
5
1 3
2
1
1 5
1 3
1
Actuada por solenoide piloto, retorno por solenoide piloto, con sustitución manual, 5/2
Conexión reversa 4 •
2
1
Actuada por solenoide piloto, retorno por resorte, 5/2
1 5
1 3 4
•
Actuada por solenoide piloto, r etorno por resorte, con sustitución manual, 5/2 4
•
•
5
1 3
4
2
1 5
Actuada y retornada por solenoides pilotos, con sustitución manual, 5/2
1
2
1
Actuada y retornada por solenoides pilotos, 5/2
2
1
1 3
1
1 5
1 3
Cristian David Chamorro Rodriguez 36
Sistemas de potencia fluida.
•
•
1
Actuada por solenoides pilotos, retorno al centro por resorte, todos lo puertos sellados al centro, c. reversa
5
Actuada por solenoide piloto prioritaria, retorno por diferencial de aire, 3/2
1 3
2 1
1 3
•
•
•
•
•
•
•
2
1
1 5
1 3
2 1
1 3
1 4
Actuada por solenoide piloto prioritaria, retorno por diferencial de aire, 5/2 Actuada por solenoide piloto prioritaria, retorno por resorte neumático, 3/2
1 4
Actuada por solenoide piloto prioritaria, retorno por diferencial de aire, 5/2
Actuada por solenoide piloto prioritaria, retorno por diferencial de aire, 3/2
1
4 2
2
1
1 5
1 3
4
2
5 1
3
2 1
1 3
1
Actuada por solenoide piloto prioritaria, retorno por resorte neumático, 5/2
1
Actuada por solenoide piloto, retorno por resorte, sustitución manual, 5/2, con reguladores de flujo integrados
Actuada por solenoides piloto, sustitución manual, 5/2 con reguladores de flujo integrados
4
1
2 12
1 5
4 14 5
1 3
2 12 1 3
Cristian David Chamorro Rodriguez 37
Sistemas de potencia fluida.
•
•
•
•
•
Actuada por solenoides piloto, resortes para retorno a centro, puertos sellados al centro, 5/3, con reguladores de flujo integrados
14
Actuada por solenoides piloto, resortes para retorno a centro, puerto de suministro sellado, 5/3 con reguladores de flujo integrados
14
Actuada por solenoides piloto, resortes para retorno a centro, suministro conectado a salidas, 5 /3 con reguladores de f lujo integrados
14
12
4
2
5
1 3
4
2
5
1 3
4
2
5
1 3
12
12
4
2
5
1 3
Con flujo proporcional a la señal eléctrica
2
Con presión proporcional a la señal eléctrica 3
1
Cristian David Chamorro Rodriguez 38
Sistemas de potencia fluida.
3.5 Sim bolo gía general de Válvulas 3.5.1 Válvulas con exhosto sin t oma Actuada por émbolo manual, retorno por resorte, 3/2
•
2 10
12 3
3
Actuado por botón, retorno por resorte, 3/2
•
2 10
12
Actuada por rodillo, retorno por resorte, 3/2
•
Actuada por perilla, frenada mecánicamente, 3/2
Actuada por perilla rotativa, freno Mecánico, 3/2
1 2 10
12
Actuada por llave fren. Mecánic., 3/2
1 2 10
12 3
•
1 2 10
12 3
•
1 2 1
1 3
•
1
3
1
3.5.2 Válvulas con purga integral de suministro •
Actuado por émbolo y retorno por purga de aire, 3/2
2 1
1 3
•
Actuada por rodillo y retorno por purga de aire, 3/2
2 1
1 3
•
Actuada por rodillo orientado y retorno por purga de aire, 3/2
1
2 1
1 3
•
Actuada por baja presión, retorno por purga de aire, 3/2
2 1
1 3
•
Actuada por antena retorno por purga de aire, 3/2
1
1
1
2 1
1 3
1
Cristian David Chamorro Rodriguez 39
Sistemas de potencia fluida.
3.5.3 Válvulas con purg a externa del suministro •
•
Actuada por émbolo, retorno por purga de aire, 3/2
2 10
12
Actuada por rodillo, retorno por purga de aire, 3/2
12
3
2
1
10 3
•
1
Actuada unidirecc., retorno por purga de aire, 3/2
2 10
12 3
•
Actuada por baja presión, retorno por purga de aire, 3/2
12
2
1
10 3
•
Actuada por antena, retorno por purga de aire, 3/2
2 10
1 12 3
1
Cristian David Chamorro Rodriguez 40
Sistemas de potencia fluida.
3.5.4 Válvulas actuadas por piloto NC •
Actuada por piloto, retorno por resorte, 2/2
NO 2 10
12
12
2 10
1 •
Actuada por piloto, retorno por resorte, 3/2
2 10
12 3
•
Actuada y retornada por pilotos, 3/2
2
12
•
•
•
•
•
•
Actuadas por presión o vació, retorno por resorte, de diafragma
1 3
Actuada por piloto de baja presión, retorno
12
Actuada por piloto de baja presión, retorno or iloto, 3/2
12
Actuada y retornada por pilotos, 3/2
3
Actuada por purga remota, retorno por resorte, NC, 3/2
12
Actuada por purga remota, retorno por resorte, NO, 3/2
12
Actuada por purga remota, retorno por resorte, 5/2
12
2 3
1
2 1 1 2 1
12 3
1 2 10
1
1
3
2 10
1
2 10 3
1
2 10
12 3
1 2 10
1
12
1
1
1
3
1
10
2 1
1
2 10
1
12
3
2 1
12
10
1
2 1 3
3
1
2 10 3
2 10
1
2 10
1
12
1
3 •
3
2 10 3
Actuada por pilotos diferenciales, 3/2
2 10
12
1
12
•
1
1 4
2
14
12 5
1 3
Cristian David Chamorro Rodriguez 41
Sistemas de potencia fluida.
•
•
•
Actuada por piloto, retorno por resorte, 4/2
1
2
4
1
3
1
4
Actuada por piloto, retorno por resorte, 5/2
2
1
4
Actuada por pilotos, 5/2
1 5
1 3
4
2
2
1
1 5
1 3
Actuada por pilotos diferenciales, 5/2
•
1
1 5
4
1 •
1 3
2 1
Actuada por vació o presión, retorno por resorte, 5/2 de diafragma
5
1 3 4
2
1
Actuada por piloto de baja presión, retorno por resorte, 5/2
1
•
5 4 1
Actuada por piloto de baja presión, retorno por piloto, 5/2
•
•
•
•
•
2 1
5
1 3 4
2
1
Actuada y retor nada por pilotos de baja presión, 5/2
1 5
Actuada por pilotos, retorno al centro por resorte, todos los puertos sellados
Actuada por pilotos, retorno al centro por resorte, puerto de suministro sellado
Actuada por pilotos, retorno al centro por resorte, salidas conectadas a suministros
1 3
1 3
4
2
5
1 3
4
2
5
1 3
4
2
5
1 3
Cristian David Chamorro Rodriguez 42
Sistemas de potencia fluida.
3.5.5 Válvulas actuadas mecánicamente NC Actuada por émbolo manual, retorno por resorte, 2/2
•
NO 2 1
1
2 1
1
1
3
Actuada por émbolo manual, reposición por presión de aire, 3/2
•
•
2 1
1
Actuada por émbolo manual, retorno por resorte, 3/2
•
1
1
3
2 1
1 3
Actuada por émbolo manual, retorno por resorte, 4/2
Actuada por émbolo manual, retorno por resorte, 5/2
Actuada por émbolo manual, reposición por presión de aire, 5/2
•
1
2 1
1
1
3
1
2
4
1
3
4 •
2 1
1
1
1
2
1
1 5
1 3
4
2
1
1 5
1 3
Cristian David Chamorro Rodriguez 43
Sistemas de potencia fluida.
NC Actuadas por rodillo, retorno por resorte, 2/2
•
NO 2 1
1
2 1
1
1
3
3
Actuada por rodillo, retorno por resorte, 4/2
•
1
3
•
Actuada por rodillo, retorno por resorte, 5/2
Actuada por rodillo, reposición por presión de aire, 5/2
1
2 1
1
1
3
1
2
4
1
3
4 •
2 1
1
2 1
1
Actuadas por rodillo, reposición por presión de aire, 3/2
•
2 1
1
Actuadas por rodillo retorno por resorte, 3/2
•
1
1
1
2
1
1 5
1 3
4
2
1
1 5
1 3
Cristian David Chamorro Rodriguez 44
Sistemas de potencia fluida.
NC •
•
•
•
•
•
Actuadas por rodillo orientado, retorno por resorte, 2/2
1
Actuadas por rodillo orientado, retorno por resorte, 3/2
1
NO 2 1
2 1
1
1
2 1 3
3
Actuada por rodillo orientado, retorno por resorte, 4/2
Actuada por rodillo orientado, retorno por resorte, 5/2
Actuada por rodillo orientado, retorno por resorte, 5/2
2 1
1
1
3
2 1
1
Actuadas por rodillo orientado, reposición por presión de aire, 3/2
1
1
2 1
1
1
3
14
14
2
4
1
3
1
12
4
2
5
1 3
4
2
14
12
12 5
1 3
Cristian David Chamorro Rodriguez 45
Sistemas de potencia fluida.
3.5.6 Valvulas actuadas manualmente NC •
•
•
•
Actuadas por pulsador, retorno por resorte, 2/2
NO 2 1
1
1
2 1
1
Actuadas por pulsador, retorno por resorte, 3/2
3
3
Actuada por pulsador, retorno por resorte, 4/2
•
Actuada por pulsador, retorno por resorte, 5/2
Actuada por pulsador, reposición por aire, 5/2
2 1
1
1
3
2 1
1
Actuadas por pulsador, reposición por presión de aire, 3/2
1
1
2 1
1
1
3
1
2
4
1
3
4 •
2 1
1
1
1
2
1
1 5
1 3
4
2
1
1 5
1 3
Cristian David Chamorro Rodriguez 46
Sistemas de potencia fluida.
NC •
•
•
•
NO 2 1
Actuadas por palanca, retorno por resorte, 2/2
1
1
Actuadas por palanca, retorno por resorte, 3/2
2 1
1
1
2 1
2 1
1
1 3
1
3
2 1
Actuadas por palanca, reposición por presión de aire, 3/2
1
1 3
Actuada por palanca, retor no por resorte, 4/2
2 1
1
1
3
2
4
1
3
4 •
•
1
Actuada por palanca, retorno por resorte, 5/2
Actuada por palanca, reposición por presión de aire, 5/2
1
1
2 1
1 5
1 3
4
2 12
14 5
1 3
Cristian David Chamorro Rodriguez 47
Sistemas de potencia fluida. 2 •
•
•
Actuada y retornada por palanca, con estrangulamiento variable, 4/2
12 14 1
3
2
4 12
Actuada y retornada por palanca, con estrangulamiento variable y freno, 4/2
14
Actuada y retornada por perilla rotativa, con estrangulamiento variable, 4/2
1
3
2
4
14
12 1
14 •
Actuada por palanca, retorno al centro por resortes, todos los puerto sellados en el centro
5
12
1 3
4 2
12
Actuada por palanca, retorno al centro por resortes, al centro suministro sellado 5
14 •
3 4 2
14 •
4
Actuada por palanca, retorno al centro por resortes, al centro suministro conectado a las salidas
1 3
4 2
5
12
1 3
Cristian David Chamorro Rodriguez 48
Sistemas de potencia fluida. 1 •
Actuada por palanca, con freno, al centro todos los puertos sellado s
4 2 1 5
1 •
Actuada por palanca, con freno, al centro puerto de suministro sellado
4 2 1 5
1 •
Actuada por palanca, con freno, al centro suministro conectado a las salidas
1 3
1 3
4 2 1 5
1 3
Cristian David Chamorro Rodriguez 49
Sistemas de potencia fluida.
3.5.7 Válvulas actuadas por pedal. NC •
•
•
•
2
12
Actuadas por pedal, retorno por resorte, 3/2
3
10 1
2 10
12
1
3
1
Actuada por Pedal, retorno por resorte, 4/2
2
4
1
3
4
1
Actuada por pedal, retorno por resorte, 5/2
4
1
Actuada por pedal con tapa, con freno, 5/2
•
Actuada por pedal con tapa, retorno al centro por resortes, al centro todos los puertos sellados
Actuada por pedal con tapa, retorno al centro por resortes, al centro suministro sellado
1
2
1 3
2 1
5
•
1
1 5
•
10 1
3
10 3
2
12
2
12
Actuada por pedal con tapa, con freno, 3/2
NO
1
4 2
5
1
1
1 3
4 2
5
1 3
1
1 3
Cristian David Chamorro Rodriguez 50
Sistemas de potencia fluida.
3.6 Válvulas de secuencia “ OR” Una válvula OR tiene dos entradas y una salida de presión, esta válvula entrega una señal cuando en alguna de s us entradas existe una presión. Al mismo tiempo se bloquea la entrada opuesta. Se usan comúnmente como cuerpos de cierre esferas pequeñas, conos y sellos planos. Su nombre viene porque permite flujo de las entradas por 1 ó 2 hacia la salida.
3.6.1 Campo de aplicació n -
Para conexión de componentes en paralelo. Comando alternado por procesos diferentes.
Se debe tener en cuenta cuando se realice lo s montajes que la presión de trabajo sea alcanzada con rapidez, pues de lo contrario pueden aparecer flujos de retorno que pueden llevar a errores de operación.
3.6.2 Simbología Válvula de secuencia OR
símbolo DIN ISO 1219
Válvula de secuencia OR
Símbolo DIN 40700
3.7 Válvulas de dos presiones “ AND” La válvula de dos presiones AND también tiene dos entradas y una salida de presión, la señal de salida únicamente se entrega cuando las dos señales de la entrada están activas. Un pistón con sello en cada lado se encarga de este proceso, mientras que el aire que llega de la última señal es la que pasa hacia la salida. Esta válvula se denomina AND por que únicamente si hay presión por la entrada 1 Y la entrada 2 puede haber una señal de salida. Las aplicaciones se las puede ver a nivel industrial cuando por seguridad se debe mantener las dos manos del operario ocupadas haciendo que el accionamiento se haga por medio de dos pulsadores simultáneos. También cuando se necesiten enlaces y bloqueos funcionales.
Cristian David Chamorro Rodriguez 51
Sistemas de potencia fluida.
3.7.1 Simbología Válvula de dos presiones AND
DIN ISO 1219
Válvula de dos presiones AND
DIN 40700
3.8 Válvula de escape rápido Por medio de las válvulas de escape rápido las tuberías y recipientes pueden evacuar el aire rápida y directamente a través de una sección grande. Debido a la diferencia de presión que se establece entre la presión de salida y la de entrada se conmuta en el escape el sello y queda libre la salida con el escape rápido. La línea de trazos no existe en la práctica. El sello especial permite el flujo de aire en una sola dirección cumpliendo así con esta función.
3.8.1 Aplicaciones Aumento de la velocidad en cilindros de doble efecto, escape auxiliar en tuberías muy largas, también es usado como evacuador en conjunto con un volumen adicional.
3.8.2 Símbolo
Válvula de escape rápido
3.9 Válvula estrangul adora de caudal uni direccional La válvula estranguladora de caudal unidireccional es una combinación entre una estranguladora, generalmente regulable y una válvula antirretorno. Se utiliza en el punto donde debe modificarse el caudal en un solo sentido. Se puede decir que las características de estas válvulas son, Presición de regulación. • • Sensibilidad de su curva característica. Caudal de flujo libre en sentido de regulación con regulación totalmente abierta. Caudal de flujo libre sobre la antirretorno. Según el tipo de estrangulador que se use se puede definir la precisión en la linealidad de la curva característica.
Cristian David Chamorro Rodriguez 52
Sistemas de potencia fluida.
Los campos de aplicación son los siguientes, Reducción en la velocidad en sistemas neumáticos (motores y cilindros), regulación en temporizadores neumáticos. Cabe anotar la influencia de estas válvulas en el caudal desplazado.
3.9.1 Símbolo Válvula estranguladora de caudal unidireccional.
3.9.2 Ejemplo s de aplic aciones de válvul a estr anguladora. 3.9.2.1 Salida a velocidad no rmal y retorno l ento.
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Sistemas de potencia fluida.
3.9.2.2 Salida y r etorno lento
3.10 Temporizadores neumáticos. Las temporizaciones neumáticas pueden realizarse al crear un retardo en el envío o en la interrupción de una señal de mando. Pueden ser realizadas de las siguientes formas: •
Retardo en la generación de presión de pilotaje por estrangulación y de un volumen adicional (elemento RC).
•
Descompresión por estrangulación (sist. de diafragma).
•
Elementos mecánicos con elementos de señal neumática.
Según el conexionado se diferencian en:
3.10.1 De apertura retardada con señal de salida positiva En este tipo la señal de salida A tiene el valor O mientras no existe la señal de control, y al establecerse la misma el valor 1 comienza el retardo. Luego de transcurrido el retardo la salida A toma el valor 1. Al caer la señal de mando, también cae la señal A = 0.
Diagrama de la señal con respecto al tiempo
Cristian David Chamorro Rodriguez 54
Sistemas de potencia fluida.
Este temporizador neumático consta de una válvula estranguladora, un acumulador (pulmón) y una válvula direccional 3/2 NC con piloto y retorno de resorte. El funcionamiento consiste en que la señal de mando pasa por la válvula estrangulador y de acuerdo a la graduación de la apertura de esta válvula el acumulador va a demorar mas o menos en llenarse al momento que este pulmón se llene el envía la señal de mando al piloto de la válvula direccional 3/2 y esta cambia de posición.
Símbolo Neumático
3.10.2 De cierre r etardado con señal de salida negativa En este tipo, en posición de reposo existe flujo constante. Luego de transcurrido el tiempo de retardo cae la señ al de salida y al quitar la señal de mando, la señal de salida se restablece.
Diagrama de la señal con respecto al tiempo
El funcionamiento de esta válvula es parecido sino que la válvula direccional 3/2 es normalmente abierta a diferencia del anterior caso, lo que sucede es que cuando el acumulador es llenado la válvula cambia de posición y el flujo de aire es cortado. Símbolo Neumático
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Sistemas de potencia fluida.
3.11 Compo nentes Funci onales Válvula unidireccional simplificada
•
•
Regulador de flujo unidireccional
•
Regulador de flujo Bidireccional simplificado
•
Válvula ‘AND’ de dos puertos, simplificada
•
Válvula ‘OR’ de lanzadera simplificada
•
Nota: Las salidas pueden descargar hacia atrás, el aire no es atrapado
Válvula con descarga rapida silenciada
Silenciador
•
•
Preso interruptor preajustado
•
Preso interruptor ajustable
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Sistemas de potencia fluida.
3.12 Equi po para líneas de aire.
•
FRL con válvula de descarga e indicador de presión
•
Unidad controladora de lubriccación
•
Filtro y lubircador
•
Filtros de aire
•
Filtro regulador
•
Filtro regulador con indicador
•
Filtro con drenaje manual
•
Filtro con drenaje automático
•
Filtro con drenaje automático con indicador de caída de presión
Cristian David Chamorro Rodriguez 57
Sistemas de potencia fluida.
•
Con alivio preajustado
•
Con alivio preajustado e indicador de presión
•
Con alivio ajustable
•
Con alivio ajustable e indicador de presión
•
Operado por piloto
•
Con piloto regulador con retroalimentación independiente
•
Regulador operado por piloto controlado por piloto regulador
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Sistemas de potencia fluida.
3.13 Válvulas para alivi o de presión.
•
Preajustada, sin medios de conexión para la descarga
•
Preajustada, con conexión para la descarga
•
Ajustable, sin medios de conexión para la descarga
•
Ajustable, con conexión para la descarga
Operada por piloto
3.14 Otros componentes Silenciador
•
•
Filtro con silenciador
•
Separador de agua con drenaje automático
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Sistemas de potencia fluida.
4. DIAGRAMAS Y REPRESENTACIÓN DE AUTOMATISMOS. Son varios los sistemas empleados para la representación gráfica comprensible de los automatismos, dependiendo de la formación de cada persona ya se han acostumbrado al uso de cada representación en este texto vamos a hablar de las mas comunes. Estos sistemas deben permitir pocas posibilidades de interpretación libre que conduzcan a equivocaciones o a falsas interpretaciones. El lenguaje corriente de la calle se adapta mal a la descripción de automatismos, ya que no todo el mundo interpreta las palabras de la misma manera. Algunas tienen sentido diferente según la procedencia de las diferentes técnicas. Estos sistemas de representación de los procesos automáticos son similares a los empleados en otras técnicas. Como resumen de los sistemas de representación empleados podemos señalar los siguientes:
4.1 Diagrama espacio-fase Se trata de la representación gráfica del ciclo mediante un sistema de ejes cartesianos debidamente acotado para las necesidades del técnico en automatismos. En esta representación, el funcionamiento de cada elemento de automatismos queda representado por una banda horizontal. El borde inferior corresponde a la posición que en el ejemplo anterior hemos llamado (-) (vástago de cilindro retraído) y el borde superior corresponde a la posición que hemos llamado (+). En ordenadas se representan las posiciones del cilindro y en abscisas las diferentes fases en que se descompone el ciclo.
Cristian David Chamorro Rodriguez 60
Sistemas de potencia fluida.
4.2 Sistema simplificado Este sistema permite la descripción metódica elemental de un automatismo ya que hace referencia a los movimientos de la máquina teniendo en cuenta el 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 (-).
Ejemplo práctico, Una máquina de taladrar, cuyo avance es mandado por un cilindro neumático que llamamos A-, perfora con una broca una pieza que se sujeta por medio de una mordaza neumática accionada con otro cilindro que llamamos B-, deberá hacer el ciclo siguiente. 1. Cerrar mordaza, fijando la pieza. 2. Avanzar máquina de taladrar. 3. Retroceder máquina de taladrar. 4. Abrir mordaza. Con el sistema simplificado podemos escribir el siguiente ciclo. 1 2 3 4
B+ A+ AB-
Este sistema no dice mucho y precisa de comentarios supletorios para comprender cómo funciona: No sabemos cómo empieza el ciclo manual o automático, no conocemos qué seguridades existen sobre la existencia o no de pieza en la mordaza, no sabemos qué ocurre cuando se acaba el ciclo, etc.
Cristian David Chamorro Rodriguez 61
Sistemas de potencia fluida.
5. CORTE DE SEÑALES POR MEDIO DE CONEXIÓN EN CIRCUITOS La corte de señales es de mucha importancia su estudio por que no siempre los circuitos van a ser secuencias en orden, lo cual el desarrollo de estos se vuelve muy sencilla, hay casos en que las señales son en paralelo esto quiere decir que una no depende de la otra o que en el momento del avance si depende de una señal inicial pero al momento del retroceso ya no depende de esa misma señal. Lo que se nombra en el anterior párrafo lo podemos ver con facilidad en este ejemplo de la aserradora semiautomática la cual cuando se presiona el pulsador el cilindro a sale(A+) un fin de carrera ubicado al final de A manda la señal a B para que salga (B+) cuando B a alcanzado esta posición debe regresar el mismo cilindro B. aquí se puede notar con facilidad que ya no es una secuencia normal común y corriente por que si lo fuera en el momento que B sale a debería regresar, por esta razón se dice que las señales están en paralelo, y se deben buscar estrategias de control neumáticas para poder solucionar y cumplir con estos requerimientos.
Diferentes tipo s de cort es de señales. Para realizar el estudio de los diferentes tipos de cortes de señales lo vamos a realizar con el mismo ejemplo. El ejemplo es por medio de una aserradora semiautomática. 1 2 3 4
Apretar Avance de sierra Retroceso de sierra Liberar
A+ B+ BA-
Cristian David Chamorro Rodriguez 62
Sistemas de potencia fluida.
5.1 Primer caso es el corte de señales mecánico por medio de fines de carrera de accionamiento por rodill os r ebatibles.
Como se puede observar en este primer caso se va a realizar el corte de señales por medio de rodillo rebatible. Lo cuales como se muestra en la simulación en el momento anterior a presionar el pulsador el cilindro B no lo esta presionando lo que hace que no exista señal de presión a la salida de este fin de carrera a pesar de el encontrarse al inicio de carrera del cilindro B y lo mismo sucede con el fin de carrera que es ubicado al final de carrera de A el solo es accionado por A cuando el sale pero cuando esta regresando ya no es activado. (Línea roja indica presencia de presión).
Cristian David Chamorro Rodriguez 63
Sistemas de potencia fluida.
Secuencia de la simulación. En el momento que se acciona el pulsador el cilindro A sale y acciona el segundo fin de carrera.
Luego sale el cilindro B presionando el segundo fin de carrera.
Luego regresa B a la posición inicial.
Cristian David Chamorro Rodriguez 64
Sistemas de potencia fluida.
5.2 Segund o caso corte de señales por técnic a de mandos a través de generadores de impulsos.
En este segundo caso podemos observar que ya no es necesario el uso de fines de carrera rebatibles ya que las señales que estos fines de carrera envían, van conectadas a unos pilotos de válvulas direccionales los cuales son las encargadas de generar los impulsos y que el circuito logre la secuencia deseada.
Cristian David Chamorro Rodriguez 65
Sistemas de potencia fluida.
5.3 Cort e de señales por m edio de válvulas direcci onales.
En este tercer caso el corte de las señales se realiza por medio de válvulas direccionales con doble piloto que son las encargadas de controlar la señal de presión a la salida y por consiguiente de cortarla cuando sea necesario, de acuerdo al requerimiento que se haga, este es un método muy usado ya que el control es mucho mas sencillo en el manejo de señales.
Cristian David Chamorro Rodriguez 66
Sistemas de potencia fluida.
6. CORTE DE SEÑALES POR MEDIO DE SECUENCIADOR NEU MÁTICO. Varios métodos sistemáticos de circuitos se basan en el principio del corte de señales por medio de válvulas de conmutación (memorias). Se usan mayormente: •
Cascada (de uso en la técnica convencional).
•
Secuenciador (de uso en sistemas de mando neumático)
Generalmente existen 2 límites para el diseño de un mando secuencial: • •
Mínima complejidad Máxima complejidad
Mínima complejidad: Sólo se cortan aquellas señales, en las que se presenta un cruce, que pueda afectar el buen funcionamiento del sistema de mando.
Descripciones S: S
1
S2: S3: S4: r: r 1: r 2 r 3: r 4 PE: PA:
Mando de posición Señal de salida 1 Señal de salida 2 Señal de salida 3 Señal de salida 4 Retorno (feedback) acusa recibo de los mandos de posición Retorno 1 Retorno 2 Retorno 3 Retorno 4 t (posición inicial) Comienzo de programa (Start)
Cristian David Chamorro Rodriguez 67
Sistemas de potencia fluida.
Máxima complejidad. Cada señal, tenga o no un cruce es cortada luego de haber cumplido con la misión de continuar la secuencia. De esta forma no debe estudiarse donde puede haber un cruce de señales, y se garantiza que sólo la señal en uso momentáneo tiene influencia sobre el funcionamiento del sistema de mando (protección total).
6.1 Diagrama del circuito. Para realizar el mando de un sistema sin perturbaciones puede incorporarse a este un equipo secuenciador que va operando paso a paso cada secuencia, al mismo tiempo va cortando cada orden ejecutada. Este circuito requiere de las siguientes características: O Cada señal de salida debe tener asignada una señal de entrada, para dar continuidad al enlace. Las señales de salida deben estar conectadas de forma tal que actúen en forma independiente frente a las restantes señales de entrada. El circuito puede funcionar únicamente en serie en el sentido indicado. • Debe estar garantizado que siempre exista una sola señal de salida. • Las señales de salida deben estar memorizadas, para poder cortarlas • según se requiera. Los secuenciadores y sistemas de cascada son elementos de circuito que cumplen con estos requisitos y por lo tanto pueden ser usados en todo tipo de diseño de circuitos secuenciales. •
6.2 Secuenciado r integrado de cuat ro etapas.
6.3 Definici ón y descripción de las conexiones 4: 6: 7: 2: 5; 3: 1:
Seteo de la primera etapa Conexión del elemento Y de la última etapa, último retorno Entrada de reset común para todas las etapas (señal de preset) Alimentación común de energía Salida del circuito de reset (señal activa) Salidas de las etapas Entradas de retorno para cada una de las correspondientes salidas.
Cristian David Chamorro Rodriguez 68
Sistemas de potencia fluida.
6.4 Componentes del sistema • • • • •
Módulo básico con función de retención (memoria permanente) Módulo básico sin función de retención (memoria de posición inicial) Módulo de registro Componente de entrada Componente de salida.
6.5 Función •
•
•
• •
•
•
Secuencia: avance paso a paso de un programa, sólo una etapa está activa Condición de continuidad: con la etapa actuada y su correspondiente retorno Condición de reset: La etapa que entra en funcionamiento borra a todas las etapas anteriores. La entrada de reset común para todas las etapas es la conexión 7 Fin de programa: luego de ejecutarse la última orden y de existir el aviso de retorno, la señal es entregada a la conexión 6 Posición inicial: todas las etapas borradas (a través de la conexión 7 con el fin de programa, conexión 6) Arranque: seteo de la primera etapa por medio de la conexión 4 (sólo es posible cuando el sistema está reseteado).
Cristian David Chamorro Rodriguez 69
Sistemas de potencia fluida.
6.6 Ejemplos de secuenciador neumáti co Ejercic io de aplicación. Circuito para aserradora semiautomática con secuenciadores integrados. Diagrama de secuencia. 1 2 3 4
A+ B+ BA-
Soluci ón.
1
2
3
4
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Sistemas de potencia fluida.
Ejemplo. Taladro vertical. A B B A C C
+ + + -
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Sistemas de potencia fluida.
7. Método GRAFCET Hemos visto ya algunos métodos para la descripción de sistemas de automatismo que, en todos los casos, pretende permitir el «estudio de un automatismo de forma rigurosa y fácil de aplicar en l a industria». La Asociación Francesa para la Cibernética, Economía y Técnica (AFCET), emprendió hace tiempo una importante reflexión sobre la unificación en la representación-descripción de un automatismo. El sistema propuesto para la descripción de automatismos recibe el nombre de GRAFCET (Grafico de Control Etapa-Transición). Este sistema de representación es un diagrama funcional, es decir, una representación gráfica, concisa y de fácil lectura, que permite describir las funciones realizadas por los automatismos. El nombre de GRAFCET se eligió recordando su origen y exponiendo el sistema básico del cambio de fase. La descripción del sistema GRAFCET obliga a dividir los sistemas de automatismos en dos partes: • •
Parte de mando Parte operativa.
La parte de mando es llamada también autómata o sistema lógico. La parte operativa es denominada también de potencia. Hay dos niveles de descripción del automatismo que la persona encargada de desarrollar el proyecto debe investigar en el proceso para lograr una descripción clara y precisa y sin ambigüedades ni omisiones del cometido del trabajo a realizar. En el primer nivel no se tiene en cuenta el tipo de accionamiento ni los tipos de captadores de posición. No importa si el sistema es neumático, eléctrico, hidráulico, etc. Lo que es muy importante es conocer las circunstancias en que se debe producir un accionamiento. Es fundamental que las seguridades de funcionamiento se encuentren acotadas. En el segundo nivel aparecen las especificaciones tecnológicas que están en el conjunto del automatismo: si se trata de un mando neumático, eléctrico, etc. En este nivel ya entran los datos sobre los finales de carrera, presiones, temperaturas. Se añadirán las especificaciones ambientales del automatismo: temperatura, humedad, polvo, tensiones de alimentación. Puede decirse que el GRAFCET es un sistema de descripción de automatismos utilizable en diferentes niveles. El funcionamiento del automatismo puede representarse por un conjunto de: • • •
Etapas (fases) a las cuales se asocian unas acciones. Transiciones que se asocian a los receptores. Uniones orientadas que conectan las etapas a las transiciones.
Cristian David Chamorro Rodriguez 72
Sistemas de potencia fluida.
A partir del ejemplo, ya conocido, ejecutaremos la ap licación del sistema GRAFCET de representación del automatismo. Parte operativa: • Mordaza con mando de apertura-cierre neumático. Máquina de taladrar tacos de madera mediarte una broca accionada por un • motor eléctrico. El desplazamiento de la broca se hace por medio de un cilindro neumático. • El ciclo detallado de trabajo es el siguiente. •
• • • • •
•
En el inicio la máquina de taladrar se encuentra en su posición más elevada. La mordaza se encuentra abierta. El operario sitúa la pieza de madera entre las mordazas. Se cierra la mordaza. Desciende la máquina de taladrar suavemente. Cuando la broca ha completado su recorrido, la máquina de taladrar se eleva rápidamente. La mordaza se abre cuando la máquina de taladrar llega a su posición más elevada.
Estas acciones se consiguen cuando el mando lógico proporciona las órdenes oportunas en el momento deseado. Los movimientos deseados se determinan según los datos facilitados por la parte operativa.
A continuación se puede observar los diagramas en grafcet del ejemplo del taladro explicando sus etapas y las funciones.
Cristian David Chamorro Rodriguez 73
Sistemas de potencia fluida.
8. ELECTRO NEUMATICA FUNDAMENTOS DE ELECTRONICA 8.1 Generación de tensión La generación de tensión eléctrica se basa en el mismo principio que el de la separación o el desplazamiento de cargas. Formas de generación de tensiones. Separación electrolítica (baterías). • Inducción. • Calor. • Luz. •
8.2 Generación d e tensio nes por inducción . Un imán permanente es introducido en una bobina. En este procedimiento las líneas de campo del imán cruzan las espiras de la bobina y desplazan así en un sentido a los electrones libres que se encuentran en el conductor. Mientras el imán se mueva en este sentido se generará un flujo de electrones en un sentido de la bobina. Si ahora cambia el sentido de movimiento del imán de empuje a arrastre, las líneas de campo cruzarán a las espiras en sentido contrario. Si este procedimiento se repite en forma continuada tenemos el típico caso de una corriente alternada.
8.3 Las tres for mas básicas del flujo d e corriente •
•
•
La corriente alterna: los electrones fluyen en sentidos cambiantes de uno a otro polo, que en el mismo intervalo de tiempo cambia de signo (+/-). La corriente continúa : los electrones fluyen en un solo sentido desde el polo negativo al positivo (movimiento real de los electrones). Cuando aun no se conocía este comportamiento se fijo el “sentido técnico de la corriente” de positivo a negativo. La corriente mixta: en este caso se trata de una superposición de corriente continua y alterna. Cristian David Chamorro Rodriguez 74
Sistemas de potencia fluida.
8.4 Resistencia eléctri ca En los conductores eléctricos una resistencia elevada no es deseada, la resistencia como componente electrónico tiene una gran importancia. Una limitación en la intensidad de corriente, o bien, una división de la tensión sin ella seria muy difícil. El flujo de corriente en una red depende de la tensión y de la resistencia del material conductor. Intensidad de corriente I en A (ampere). Tensión U en V (volt) Resistencia R en Ω (ohm). Una interrelación de estas tres magnitudes eléctricas se expresa a través de la ley de Ohm. R =
U I
8.4.1 Redes eléctricas con resistencias Según la ley en una conexión eléctrica en serie la resistencia equivalente del circuito es: R1
R2
R3
Re = R1+R2+R3+…..+Rn
Tensión total del circuito. Ue = U1+U2+U3+….+Un Corriente total del circuito. Ie= I1=I2=I3=….=In
Según la ley en una conexión en paralelo.
Cristian David Chamorro Rodriguez 75
Sistemas de potencia fluida.
R1
R2
R3
La resistencia equivalente Re es: 1 Re
=
1 R1
+
1 R2
+
1 R3
+
.... +
1 Rn
La tensión total en el circuito es: Ue= U1=U2=U3=….=Un La corriente total en el circuito es: Ie=I1+I2+I3+….In
9. COMPONENTES PARA SISTEMAS ELECTRO NEUMATICOS Si se quiere comandar un componente electro neumático como una válvula magnética debe llevarse una señal eléctrica a la válvula. Para realizar este proceso precisamos de un interruptor que da paso a señal hacia la bobina de la válvula magnética.
9.1 El interruptor de contacto El accionamiento mecánico de un interruptor consiste en unir dos contactos entre sí, que permiten cerrar el circuito eléctrico. Se deben tener en cuenta tres tipos de contacto. •
Contacto de cierre (normalmente abierto), NO. C o n t ac t o n o r m a lm e n t e a b i e r t o
?
•
Contacto de apertura (Normalmente cerrado), NC.
Cristian David Chamorro Rodriguez 76
Sistemas de potencia fluida. C o n t a c t o No r m a lm e n t e C e r r a d o ?
•
Contacto múltiple (NO- NC). i n t e r r u p t o r m u l t ip l e
9.2 Contactos electromagnéticos Los interruptores simples o múltiples no siempre son actuados manualmente. Dentro de los aparatos de conexión eléctrica se encuentran los contactores para tensiones elevadas y grandes corrientes, como también los relés para el campo de tensiones pequeñas. Los contactos de un contactor son atraídos por el movimiento del núcleo de un electroimán donde permanecen mientras dura la conexión. Los contactos vuelven a su posición original cuando el solenoide queda desenergizado.
9.3 Representación y esquematización Para la representación de la bobina del contactor se dibuja en el lugar respectivo del esquema eléctrico, los contactos se muestran sobre el esquema eléctrico en su posición (circuito eléctrico). La bobina se la denomina con la letra K y el subíndice indica el número de la bobina y sus respectivos contactores.
sw1
k1
k1
k1
k1
L1
L2
L3
Esta es la posición de los contactores antes de energizar la bobina k1 en el momento que se pulsa el suiche sw1 los contactores toma esta posición que se muestra a continuación.
Cristian David Chamorro Rodriguez 77
Sistemas de potencia fluida.
Aquí se puede observar que los contactores se cerraron y las luces indicadoras L1, L2 y L3 se energizaron. Estos contactos mantienen esta posición hasta que la bobina deje de ser alimentada y esto sucede cuando se deja de pulsar sw1.
9.4 Relés electromagnético s Un relé electromagnético es un interruptor de accionamiento electromagnético que encuentra aplicación fundamentalmente en el campo de las tensiones o corrientes bajas. Los relés son muy usados en técnicas de transmisión por señales en circuitos. En su construcción y funcionamiento son muy parecidos a los contactores ya descriptos. Mediante la conexión de una corriente de excitación puede cerrarse o abrirse un circuito eléctrico. Luego del corte de la corriente de excitación todos los contactos vuelven a su situación de reposo. Un relé consta en su forma más simple de un solenoide con núcleo de hierro, resortes y un inducido de hierro dulce. El inducido es giratorio. Al fluir una corriente por el solenoide del relé se atrae el inducido. Al ocurrir esto se accionan los contactos. En reposo el inducido se retira con ayuda de un resorte del núcleo de la bobina. Los relés pueden equiparse con varios pares de contactos. Todos los contactos están reunidos en un "grupo de contactos elásticos". Según su construcción los relés se diferencian en relés de contactos planos y de contactos redondos. En esquemas los contactos de relés se dibujan siempre en su posición de reposo. Los distintos grupos de contactos tienen simbología nor malizada. Cristian David Chamorro Rodriguez 78
Sistemas de potencia fluida.
9.5 El relé temporizador. Con un relé temporizador puede retardarse la conexión o desconexión de la bobina del mismo. El retardo de tiempo, que puede ser calibrado fijo o variable a ajustar, se consigue con componentes electrónicos incorporados en el relé. Según su construcción, un relé temporizador puede tener una conexión adicional con la cual comanda el retardo.
9.5.1 Relé temporizador de cierr e retardado Luego de conectar la corriente de excitación transcurre un tiempo t hasta que se activa la bobina del relé y se cierran o abren los r espectivos contactos.
Cristian David Chamorro Rodriguez 79
Sistemas de potencia fluida. t e m p o r i z a d o r a la co n e x i o n
9.5.2 Relé temporizador de apertura retardada Luego de desconectar la corriente de excitación transcurre un tiempo ∆t hasta que se desactiva la bobina del relé y retarde por ej. Un contacto Normal abierto a abrirse.
t e m p o r i z ad o r a l a d e s c o n e x i o n
9.6 Sensores Bajo este término agrupamos en la industria a todos aquellos elementos que en alguna forma brindan señales, o sea que describen el estado momentáneo de algún componente o elemento. Este aviso de situación puede usarse y adaptarse a todas las magnitudes físicas medibles conocidas. Para nuestros comandos y regulaciones usuales necesitamos la señal en forma de una corriente o de una tensión con el fin de poder tr abajarla y transformarla. Por esta razón la mayoría de los sensores son la mismo tiempo transformadores, los cuales por ejemplo transforman una temperatura en una señal eléctrica aprovechable.
Cristian David Chamorro Rodriguez 80
Sistemas de potencia fluida.
Los cuatro grupos que se van a mencionar de sensores son: • • • •
Detectores mecánicos Detectores inductivos Detectores capacitivos Detectores ópticos.
9.6.1 Detectores mecánicos Un elemento de detección mecánico envía con ayuda de un fin de carrera mecánico una señal en le momento en que un cuerpo extraño se encuentra en una posición determinada. El aviso puede ser enviado en distintas magnitudes físicas, pero la más usual y que prevalece es la señal eléctrica. Senso r de posicion mecanico s
0.00 Bar Senso r de presion s
•
Fin de carrera mecánico Cuando la leva de contacto pasa por el punto donde se encuentra el fin de carrera mecánico, este se acciona y entrega una señal al comando o a la regulación. Un problema que se puede observar en este tipo de componentes es el desgaste de los contactos en un accionamiento por efecto de chispa entre ambos. Dado que estos elementos son muy económicos y confiables, encuentran aplicación frecuente en la industria.
Cristian David Chamorro Rodriguez 81
Sistemas de potencia fluida.
Símbolos para interruptores mecánicos d e t e c t o r m e c a n ic o?n o r m a lm e n t e a b ie r t o
d e t e c t o r m e c a n ic o n o r m a lm e n t e c e r r a d o ?
Estos interruptores también son conocidos como fines de carrera eléctricos.
9.6.2 Detectores inductivos Los detectores inductivos de proximidad son elementos que tienen grandes ventajas. • • •
No necesitan esfuerzo mecánico. Trabajan también con altas frecuencias de ciclado. Tienen una larga vida útil.
Se componen básicamente de un oscilador con una etapa posterior de relajación y un amplificador de señales. Un oscilador no es otra cosa que un circuito que consta de una bobina y un condensador en oscilación, que se excita con su propia frecuencia. Una etapa de relajación es un elemento electrónico que a una tensión umbral S1 cambia drásticamente la tensión de salida U a y al quedar debajo de un valor umbral S2, conmuta nuevamente. La diferencia entre los valores S1 y S2 se denomina histéresis. El funcionamiento consiste en que si se entrega una tensión a un elemento inductivo, el oscilador incorporado genera con ayuda de una bobina oscilante un campo magnético de alta frecuencia, que se encuentra en reposo. Ahora introducimos en dicho campo una pieza de metal que tiene por función hacer reaccionar al campo, este metal induce por inducción una corriente parasita, que a su vez quita energía del oscilador, este paso actúa amortiguando la amplitud de las oscilaciones libres y la posterior etapa de la relajación emite una señal. Estos detectores se construyen para corriente alterna y continua. Los detectores inductivos de proximidad solo reaccionan frente a metales. Propiedades de este tipo de detectores. • •
Conmutación rápida. Insensibles frente a influencias externas. Cristian David Chamorro Rodriguez 82
Sistemas de potencia fluida.
• •
• •
Sensibles a influencias de metales. Se debe mantener la distancia mínima para instalar dos detectores consecutivos. Gran histéresis. Costo elevado en comparación a interruptores mecánicos.
9.6.3 Detector es capaciti vos 9.6.3.1 Sensor es de proximi dad capacitiv os El uso de sensores de proximidad capacitivos es mucho mas complicado que el de los inductivos. Por la base de su concepción técnica depende en mayor medida de las influencias de los medios que lo rodean. Tal es así que la humedad sobre la superficie de contacto puede conducir a un error de detección.
Sen sor de prox imidad
s El sensor de proximidad capacitivo también tiene algunas v entajas. • • •
Altas resistencia a oscilaciones y al choque. Reacciona frente a todos los metales. Reacciona también frente a materiales que tengan una corriente dieléctrica mayor a 1.
El funcionamiento del sensor de proximidad capacitivo contiene, al igual que el inductivo, un oscilador que también sale de un circuito oscilante. Este oscilador no oscila constantemente. Si acercamos un objeto metálico o no metálico a la superficie de sensado, el oscilador comienza a oscilar. La sensibilidad con que esto sucede es regulable.
9.6.4 Detector es ópticos 9.6.4.1 Sensores de proximi dad ópti cos Un sensor óptico trabaja con el principio de reflexión en el recinto donde actúa el medio. Una ventaja es que gran parte de todos los materiales, sean eléctricos o no, conductores o no, reflejan la luz o no la dejan pasar. Se puede nombrar las diferencias entre tres principios, • •
Barreras de luz con emisor y receptor individuales. Barreras reflectivas con emisor y r eceptor en un cuerpo y, por separado, un reflector.
Cristian David Chamorro Rodriguez 83
Sistemas de potencia fluida.
•
Palpador reflectivo con emisor y receptor en un cuerpo, pero donde el objetivo a identificar sirve de reflector para distancias cortas y partes reflectivas.
Emisor. El emisor se compone de un diodo luminoso de luz irradiante. Receptor. El receptor consta de un fototransistor, el cual registra la luz que llega. Naturalmente emisor y receptor necesitan etapas de amplificación para obtener señales claras. Según las necesidades constructivas pueden usarse cualquiera de las tres versiones.
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Sistemas de potencia fluida.
10. COMPONENTES ELECTRONEUMATICOS Se debe diferenciar entre el elemento de mando y el de energía. Es fácil darse cuenta que con la tecnología que se posee hoy en día, estas señales de mando no cubren las necesidades, es imprescindible poder usar también como señales de mando las magnitudes eléctricas como tensión y corriente. Esto significa que debe transformarse una señal eléctrica en una neumática. Esto se logra por medio de la transformación electroneumatica (transductor E/P) Hemos aprendido que con la ayuda de una bobina podemos crear un campo magnético. Si en dicho campo se encuentra sumergido el núcleo, luego de creado el campo, el mismo será inducido hacia el interior de la bobina. De esta forma se transforma energía eléctrica en mecánica, esto sucede exactamente en una válvula electromagnética.
10.1 Válvul a electromagnética 10.1.1 Funci ón En estado de reposo el núcleo magnético de la válvula (4) es apretado contra el asiento (6) con ayuda del resorte (5). De esta forma la conexión P (7) queda cerrada. Recordemos las denominaciones de las entradas y salidas. P = entrada de aire A = salida de trabajo R = purgado. En esta posición (P = cerrada) la salida de trabajo A (8) está conectada al purgado R (1). Si ahora hacemos actuar una tensión sobre el solenoide (2), la corriente que fluye dentro de éste generará un campo magnético que inducirá al núcleo (4) hacia el solenoide. El asiento inferior (6) queda libre y el superior (3) cerrado. De esta forma R queda cerrado y A se conecta con P. La válvula se encuentra ahora en posición de trabajo. Podríamos alimentar de aire a un cilindro a través de la conexión P-A Por su construcción, este tipo de válvulas se denominan. - válvulas de asiento -. El tipo de función se describe como. Cristian David Chamorro Rodriguez 85
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- válvula de asiento normal cerrada. En la figura se ha representad representado o cómo cómo conmuta la la válvula válvula y como como es accionada accionada,, en este caso, con una simple bobina.
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Purgado (R) Solenoide (bobina) Asiento superior Núcleo magnético Resorte Asiento inferior Entrada de airé comprimido (P) Salida de trabajo (A) Conexión eléctrica
Las válvulas como las electroválvulas tienen unas denominaciones de las entradas y salidas. • • •
P = entrada de aire. A = salida de trabajo. R = purgado.
Cuando P se encuentra en la posición cerrada la salid a de trabajo A esta conectada al purgado R, si en algún momento se hace actuar una tensión sobre el solenoide, la corriente fluye dentro de este y gener ará un campo
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magnético que inducirá al núcleo hacia el solenoide. De esta forma R queda cerrado y A se conecta con P. La válvula se encuentra ahora en posición de trabajo. Podríamos alimentar de aire a un cilindro a través de la conexión P-A. La válvula que se acaba de explicar es una electro válvula 3/2 normal cerrada. Electr o válvula 3/2 NC NC
10.1.2 Válvula electromagnéticas 5/2 vías Para poder manejar un cilindro de doble efecto necesitamos válvulas 5/2 vías. También en estas válvulas se trabaja con una corredera. El comando piloto, los accionamientos y los retornos de la corredera son idénticos a los principios vistos para válvulas 3/2 vías. Se puede hablar de válvulas 5/2 de doble piloto o de simple piloto. Las válvulas de doble piloto trabajan con señales independientes para lograr la posición, si en algún caso le llega a los pilotos de las válvulas señales simultaneas la válvula toma la ultima posición que ella tenia hasta que se realice las correcciones de la conexión. Mientras que la válvula con un solo piloto únicamente necesita de una señal eléctrica para cambiar de posición mientras esa señal no exista la válvula vuelve a su posición inicial por efecto del muelle.
El e c t r o v a l v u l a 5 /2 /2 u n s o l o p i l o t o
V a l v u l a 5/ 5/ 2 d o b l e p i l o t o
?
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10.1.3 Válvulas electromagnéticas 5/3 Al igual que las válvulas de accionamiento mecánico, las electrovalvulas también tienen variantes en tres posiciones. El principio constructivo es el mismo que el de las válvulas ya vistas (pilotos, accionamientos y retorno). Este tipo de válvula toma una posición definida central por medio de resortes adicionales cuando ninguno de ambos pilotos esta actuando con tensión, o bien cuando ambos se actúan al mismo tiempo. t iempo. v a l v u l a 5 /3 /3 d o b l e c o n t r o l e l e c t r i c o
?
Ejemplo. Un cilindro de doble efecto debe salir mediante el accionamiento del pulsador S1 y permanecer en esa posición hasta que el pulsador S2 se accione.
Solución. Tenga en cuenta que si S1 se acciona por corto tiempo se aconseja emplear una electrovalvula 5/2 con retorno de resorte. Plano Neumático
Y1
Plano Plano eléctrico S0
S2
S1
k1
k1
k1
Y1
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10.1 10.1.4 .4 Ejemplo Ejemploss pr ácticos áctico s 10.1.4. 0.1.4.1 1 Ejemplo Ejemp lo El circuito que se muestra en la figura debe cumplir con el siguiente diagrama de proceso, el cual debe repetirse hasta el momento que sea pulsada la parada (STOP). 1 2 3 4
A+ B+ AB-
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10.1.4.2 Ejemplo. Este circuito realiza la secuencia como se muestra a continuación, teniendo en cuenta que el s0 es para que el circuito se active una sola vez o realice un solo ciclo, el s2 es para que el quede activo y realice un indeterminado de ciclos hasta que se pulse s1 que es la parada (Stop). 1 2 3 4 5 6
A+ B+ BAC+ C-
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10.2 Símbolos eléctricos y electrónicos. Sensores Las cargas no son parte del sensor •
•
brown
Interruptor de cañuela (de vidrio) 2 cables Interruptor de cañuela conmutador
blue
0V
blac blu
0 0
brown •
•
Interru tor de cañuela 2 cables con LED
•
Sensor de proximidad magnético, electrónico (estado sólido) tipo pnp
•
blac
blac
blu
•
0
brown blue
pn
black
0
1 3
Sensor de proximidad magnético, electrónico con conector en el cable, tipo pnp
n
Sensor de proximidad magnético, electrónico tipo npn Sensor de proximidad magnético, electrónico tipo npn, con conector en el cable
+
brown
brown blue
4 black
np
black
+ blue brown
3 n
0
blue brown
1 •
0 blue brown
Interruptor de cañuela, 3 cables, con LED indicador (dispositivo npn)
•
•
brown blue
Interruptor de cañuela , 3 cables, con LED indicador (dispositivo pnp)
4 black
Sensor de proximidad magnético, con
extensión de pulso
black
+
brown blue Load
0V
1 brown +V •
•
Interruptor de cañuela (de vidrio), 2 cables, con LED indicador, con conect. En el cable Interruptor de cañuela, 2 cables, con conector en el cable
4 black
0V
1
+ brown
blue
0V
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10.3 Símbol os electri cos •
Corriente directa ( DC )
Corriente
•
•
Línea a tierra
•
Línea a chasis
•
AC o DC
•
Celda
•
Polaridades positiva y negativa
•
Normal abierto
o
Batería
Normal cerrado
Normal abierto
Contacto de relevo
•
Contaco de interru tor manual
Contacto de pulsador
•
Contacto de interruptor de
•
•
12
Nor m al cer rado
rodillo •
Contacto de halador
•
Interruptor de vuelta
Retardado para operar •
•
Retardado para reponer
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Sistemas de potencia fluida.
•
Bobina de relevo
•
Bobina de relevo retardada para cerr ar los contactos
•
Bobina de relevo retardada para reponer los contactos
•
Bobina válvula solenoide
Campana
•
Inter ruptor
•
•
Interruptor activado por presión
Zumbador
•
P
Microfono
• •
Suministro y retorno
24V 0V •
Parlante
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11. Ejemplos de aplicaciones industriales de sistemas neumáticos. Se puede hablar de algún tipo de niveles que se pueden ir pasando para poder determinar con mayor facilidad el componente de automatización c orrecto. Pensar qué funciones son necesarias y cómo dependen una de la otra. Definir que el sistema tiene que ejecutar una serie de funciones, tales como, desplazar, girar, sujetar, presionar, prensar y posicionar. En consecuencia, es necesario definir los componentes que son necesarios para realizar dichas funciones. Determinar la forma de controlar los actuadores incluidos en un sistema. Para ello puede recurrirse a válvulas distribuidoras, reguladoras de caudal, de b lo q ueo y reguladoras de presión que pueden controlarse o accionarse de modo manual, mecánico, eléctrico o neumático. Finalmente deberán compaginarse las secuencias de los movimientos con el sistema de control. Símbolos para operaciones de manipulación según VDI 2860
1. Manipular, 2. Almacenamiento ordenado, 3.almacenamiento sin orden definido, 4. Almacenamiento parcialmente ordenado (apilar), 5. Bifurcar 6. Unir, 7. Fijar, 8. Soltar, 9. Sujetar sin aplicar fuerza, 10. Girar, 11. Bascular, 12. Asignar (n cantidad de piezas), 13. Posicionar, 14. Desplazar, 15. Ordenar, 16. Entregar, 17. Guiar (manteniendo la orientación de la pieza), 18. Verificar, 19. Método de fabricación, 20. Modificar la forma, 21. Procesar, 22. Juntar (montar), 23. Dar forma (formas originales), 24 Controlar (Símbolo básico)
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11.1 Alimentación de una prensa. La alimentación de piezas pequeñas y planas es una operación muy frecuente por ejemplo, alimentación de piezas a una prensa para estamparlas, perforarlas, deformarlas, cortarlas, etc. Para colocar las piezas con precisión, se utiliza en este caso en reemplazo de varias ventosas. De esta manera, la pieza se mantiene en posición completamente horizontal, lo que es importante si no tiene una estructura fija. Dos brazos giratorios se encargan de recoger y colocar las piezas. Estos brazos están conectados cada uno a una unidad lineal giratoria. Los cargadores se encargan de la elevación y del descenso de las piezas mediante un husillo. Diversos sensores controlan si los cargadores contienen piezas y, en caso negativo, se encargan de activar las operaciones necesarias para llenarlos. Las partes de carga y descarga son idénticas. Si las dos operaciones están a cargo de una sola unidad de manipulación, las operaciones son más lentas porque no es posible ejecutarlas simultáneamente.
1. Unidad lineal y giratoria. 2. Prensa. 3. detector de nivel. 4. Parte inferior de la prensa. 5. Estructura de la prensa. 6. Brazo giratorio. 7. Placa de aspiración. 8. Piezas planas. 9. Placa elevadora. 10. Bastidor del cargador. 11. Estructura del cargador. 12. Husillo elevador.
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11.2 Alimentación de piezas a un autómata giratori o. Se puede observar una solución para la alimentación de piezas redondas a un autómata giratorio y la posterior retirada de dichas piezas. Un elemento en forma de V se encarga de recoger u na pieza del cargador y de elevarla hasta quedar centrada a la altura del mandril. A continuación, un empujador la desplaza para introducirla en él. Una vez concluida la operación de mecanizado, la pieza cae en una bandeja que mediante un movimiento basculante la entrega a un plano inclinado. Todo el sistema de alimentación y recogida de piezas está montado sobre una placa que, por su parte, puede montarse sobre una superficie adecuada de una máquina herramienta. Durante la operación de mecanizado de las piezas, todos los componentes encargados de alimentar y recogerlas se retiran a una posición de espera, condición importante para mantener la seguridad en la maquina.
1. Cargador de piezas cilíndricas. 2. Piezas. 3. Cilindro neumático. 4. Sistema de cuatro articulaciones. 5. inclinación a la salida. 6. Pieza acabada. 7. Cilindro neumático para la alimentación. 8. Mandril. 10. Alimentador. 11. Elemento de recogida de piezas. 12. Articulaciones. 13. Palanca.
Cristian David Chamorro Rodriguez 96
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11.3 Alimentación de piezas a una maquina laminadora de roscas. El laminado de roscas es un proceso que no produce virutas, por lo que es recomendable automatizar el proceso de alimentación de piezas. En el dibujo se muestra una posible solución. Las piezas llegan ordenadas al cargador de la máquina. La geometría del segmento de alimentación permite el uso de un sólo actuador. El movimiento descendente escalonado permite la alineación debida de las piezas, por lo que llegan en la posición correcta a la zona de trabajo. Las piezas van saliendo por el propio proceso de roscado y al concluir dicho proceso caen en un depósito. El sistema de alimentación puede modificarse de tal manera que puede utilizarse para piezas de geometría desigual o con cabeza.
1. Elementos de bloqueo de altura regulable. 2. Plano inclinado. 3. Pieza. 4. Soporte del material. 5. Cilindro neumático. 6. Parte fija de alimentación de piezas. 7. Herramienta laminadora de roscas. 8. Parte móvil del segmento de alimentación de piezas.
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11.4 Cargador para alimentació n de ejes. En numerosas máquinas de montaje o mecanizado es necesario alimentar ejes, tubos y similares. Esta operación suele ser automática. Un cargador de barras apiladas del que salen las piezas una a una. El tamaño del cargador puede adaptarse a la longitud de las piezas. En la salida del cargador hay una palanca basculante (vibratoria) para evitar atascos (ocasionados por la fricción y el peso de las piezas). Este sistema podría ser utilizado, por ejemplo, para alimentar piezas a una máquina lijadora. En el dibujo “b” se muestra una alternativa frente al cargador de piezas apiladas con salida mediante palanca basculante. En este caso se trata de un cargador con salida mediante un segmento que recoge las piezas una a una.
1. cargador de piezas apiladas. 2. Herramienta. 3. Cilindro Neumático. 4. Vástago con placa de compresión. 5. Carril de deslizamiento. 6. Palanca basculante.
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11.5 Alineación de placas apil adas. Antes de las operaciones de embalaje o almacenamiento, es necesario que las piezas estén alineadas correctamente. En muchos casos es suficiente recurrir a un sistema que se encarga de ello mientras que las piezas están en movimiento, utilizando, por ejemplo, rodillos ubicados encima de la cinta de transporte. La alineación está a cargo de empujadores accionados neumáticamente. Las piezas son detenidas brevemente, por lo que adicionalmente es posible conseguir que la distancia entre las piezas apiladas siempre sea la misma. La solución mediante una cinta lateral permite una alineación en dos ejes (longitudinal y transversal), siempre y cuando las condiciones sean favorables y las piezas sean lisas. La operación de alineación se activa mediante una señal emitida por un detector que confirma la presencia de las piezas.
1. Guía lateral. 2. Placas apiladas. 3. Placa para alinear. 4. Brazo. 5. Cilindro neumático. 6. Cinta lateral en movimiento.
Cristian David Chamorro Rodriguez 99
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11.6 Almacenamiento por periodos cortos de tiempo. Para mantener el flujo de las piezas entre varias estaciones de trabajo o máquinas puede recurrirse a sistemas de almacenamiento intermedio de las piezas. Para aumentar la capacidad de esos depósitos, éstos pueden estar provistos de varios cargadores paralelos. Mediante detectores, es posible comprobar si están llenos. La toma de las piezas del cargador correspondiente está a cargo de actuadores neumáticos por ejemplo, cilindro de posiciones múltiples o plato divisor. El cargador en zigzag (“a”) permite rellenar piezas sin que se atasquen. La solución de la gráfica “b” tiene, por ejemplo, 4 cargadores para piezas cilíndricas en el extremo exterior del tambor.
1. Canal en zig – zag. 2. Pieza. 3. Empujador separador. 4. Canal de entrada. 5. Acoplamiento. 6. Cilindro de posiciones múltiples. 7. Cargador tipo tambor . 8. Bloqueo. 9. Separador. 10. Plato divisor.
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11.7 Maquina que se usa para bis elar extremos de tubos . Con frecuencia es necesario cortar tubos de diversas longitudes y biselar sus extremos. Las dos partes de esta máquina especial pueden efectuar estas operaciones después de realizar el ajuste correspondiente en función de la longitud necesaria. Las operaciones de tomar y colocar pueden solucionarse de modo relativamente sencillo mediante actuadores neumáticos. En el ejemplo, los tubos son alimentados por un plano oblicuo dotado de rodillos. El sistema de entrega de las piezas biseladas es similar. Las piezas se sujetan durante la operación de biselado, lo que significa que la herramienta ejecuta los movimientos necesarios. El movimiento de avance del carro puede ser más homogéneo conectando un freno hidráulico en paralelo con respecto al movimiento de trabajo.
1. Cilindro de sujeción. 2. Estructura de la maquina. 3. Pieza a biselar. 4. Plano oblicuo. 5. Separador. 6. Unidad lineal. 7. Plano oblicuo. 8. Cilindro neumático. 9. Brazo. 10. Actuador giratorio. 11. Palanca de expulsión. 12. Cuchillas. 13. Motor eléctrico. 14. Husillo. 15. Tope. 16. Freno Hidráulico.
Cristian David Chamorro Rodriguez 101
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11.8 Prensa neumáti ca. En líneas de montaje es frecuente la operación de prensado, para lo que se utilizan prensas de montaje en las que las piezas se colocan a mano o automáticamente. Para muchas aplicaciones es suficiente recurrir a prensas neumáticas, especialmente si disponen de cilindros de posiciones múltiples y si la presión de funcionamiento es superior a 6 bares. En la gráfica consta una prensa de este tipo. El yugo puede regularse en altura cambiando la posición de los pasadores. La presión de funcionamiento está a cargo de una unidad de multiplicación de la presión. Si la colocación de las piezas es manual, deberá instalarse un mando bimanual por razones de seguridad.
1. Cilindro neumático. 2. Pasador. 3. Placa de presión. 4. Topes para colocar la pieza. 5. Tablero de mando bimanual. 6. Esquema de multiplicador. 7. Columna. 8. yugo regulable. 9. Esquema de mando bimanual. 10. Válvula selectora. 11. Taladro para el pasador de fijación.
Cristian David Chamorro Rodriguez 102
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11.9 Sistemas para contr olar di ámetros. En diversas operaciones de montaje es necesario unir piezas que cumplen el mismo grado de tolerancia. En consecuencia, antes de la operación de montaje es necesario efectuar una medición y clasificar las piezas según grupos de grados de tolerancia. En el dibujo se aprecia un sistema de medición de diámetros de piezas en función del eje de rotación. El empujador separa las piezas y las introduce en el sistema de medición. Estos sistemas pueden ser de diversa índole, con medición por contacto o sin contacto. Al retroceder el empujador se abre la compuerta inferior de tal modo que la pieza desciende en dirección de los tubos que acogen las piezas según clasificación. Dependiendo del resultado de la medición, se abre la aleta del tubo correspondiente para permitir el paso de la pieza. El cilindro neumático tiene una guía integrada, de modo que el empujador no necesita una guía adicional. También es posible utilizar, a modo de alternativa, otros cilindros neumáticos con vástago antigiro.
1. Instrumento de medición. 2. Soporte del instrumento de medición. 3. Base. 4. Tubo de alimentación. 5. Pieza. 6. Empujador. 7. Actuador giratorio. 8. Aleta de clasificación. 9. Tubo para piezas clasificadas. 10. Cilindro neumático. 11. Actuador giratorio.
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11.10 Compr obación neumática de rupt ura de broc as. En sistemas de fabricación automática es indispensable controlar el buen estado de las herramientas. Con ese fin ya se han concebido las soluciones más ingeniosas. En la gráfica “a” se muestra una solución para el control sin contacto mediante una barrera de aire. Si la broca está rota, el chorro puede pasar libremente y puede medirse. El taladro de la tobera es de 1mm y la distancia calibrada es de aproximadamente 4 mm. En la gráfica “b” se muestra una solución de control mediante contacto mecánico. Si la palanca no se encuentra con la resistencia de la broca, se abre el paso en la tobera y la diferencia de la presión indica que la broca está rota. La ventaja de este sistema consiste en que el punto de contacto puede regularse con una precisión de décimas de milímetro. Sin embargo, antes de realizar la medición, es recomendable limpiar la broca con un chorro de aire o de líquido refrigerante. Para constatar que la palanca no se encuentra con la resistencia de la broca también pueden utilizarse sensores inductivos montados en el módulo giratorio.
1. Señal eléctrica. 2. Vacuostato. 3. Canal de vacío. 4. Tobera venturi. 5. tobera. 6. Broca. 7. Porta brocas. 8. Medición del vacío. 9. Unidad giratoria. 10. Válvula reguladora de presión. 11. Palanca de contacto. Las figuras de los ejemplos de aplicaciones industriales fueron tomadas del libro 99 ejemplos prácticos de aplicaciones neumáticas. Festo. Cristian David Chamorro Rodriguez 104
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12. TALLERES 12.1 TALLER TALL ER UNO Objetivo general Identificar y conocer la simbología y funcionamiento de los cilindros de simple y doble efecto, además de las válvulas direccionales que se han visto en las clases teóricas.
Objetivos Objetivos específicos específicos •
•
•
Brindar al estudiante estudiante las herramientas necesarias para que pueda identificar los elementos básicos en los montajes de circuitos neumáticos. Conocer por por parte del estudiante el funcionamiento funcionamiento de los cilindros neumáticos como también de las válvulas direccionales. Realizar circuitos circuitos sencillos sencillos utilizando estos componentes componentes neumáticos con sus respectivas simulaciones en el software que se este manejando.
Procedimiento. La práctica se va a dividir en dos actividades, la primera actividad consiste en realizar un listado de cilindros y válvulas direccionales que se encuentran en cada banco neumático. El listado se debe realizar en una tabla, la tabla debe tener la siguiente información, la cantidad de elementos, el símbolo y la descripción.
Ejemplo. Nº elementos elementos
Símbol Símbol o
Descr Descripci ipci ón
2
Cilindro de simple efecto con entrada por muelle.
1
Válvula 3/2 NC con piloto.
Después de realizar la identificación de los elementos que se tienen en cada uno de los bancos s e procede a realizar la práctica de montaje y de la simulación de los siguientes circuitos.
Los circuitos que se van a realizar a continuación tienen como objetivo que el estudiante conozca el funcionamiento de las válvulas y de los cilindros. Cristian David Chamorro Rodriguez 105
Sistemas de potencia fluida.
Ejercicio Realizar el montaje en el banco neumático neumático del circuito que se explica a continuación y que con ayuda de la simulación podemos identificar las líneas de presión en diferentes tiempos. Cuando se presione S0 el cilindro A debe alcanzar la posición A+ y si se deja de oprimir este pulsador el cilindro debe mantener esa posición, hasta que se presione el pulsador S1, en este momento el cilindro A debe alcanzar la posición A-.
Solución Para poder identificar las líneas que tiene presión vamos a utilizar unos elementos medidores de presión. Lista de elementos • • • •
Un cilindro de doble efecto. Dos válvulas 3/2 NC NC con pulsador en forma de hongo. Una válvula 5/2 con doble piloto. Dos medidores de presión.
0.00 Bar 0.00 Bar
Pulsador S1
Pulsa dor S0
Con la simulación en el Automation Studio podemos darnos cuenta que la presión cuando t = 0 es en el lado derecho del cilindro lo que hace que el cilindro este en la posición A-. Cristian David Chamorro Rodriguez 106
Sistemas de potencia fluida.
Ahora si podemos ver que sucede sucede cuando se oprime el pulsador pulsador S0
La siguiente figura me indica cuando se acciona el pulsador S1.
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Realizar el diseño del circuito, planos, montaje y simulación del siguiente problema.
Se debe diseñar un circuito que cumpla con las siguientes condiciones, cuando se pulse S0 el cilindro A alcance la posición A+ y en ese momento el cilindro B alcance la posición B- y si se deja de pulsar S0 los cilindros deben mantener esa posición, hasta que se pulse S1 en este momento el cilindro A alcanza la posición A- y el cilindro B la posición B+. (Para realizar este circuito se debe manejar válvulas fin de carrera 3/2).
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12.2 TALLER DOS Objetivo general Dar a conocer a los estudiantes la simbología y el funcionamiento de un grupo de válvulas especiales que son de un gran uso para solucionar diferentes problemas de circuitos neumáticos que se pueden presentar a nivel industrial.
Objetivos específicos • • •
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Identificar la diferente simbología de las válvulas especiales. Conocer el funcionamiento mecánico de este tipo de válvulas. Generar diferentes opciones para el uso y solución en problemas cotidianos que se puedan presentar. Conocer diferentes ejemplos de aplicación de este tipo de válvulas.
Ejemplo de aplicación Se debe diseñar un circuito en el cual cuando se accione cualquiera de los dos pulsadores el cilindro actúa cambiando su posición inicial.
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En esta figura se puede observar la monitorización del cilindro de simple efecto, se observa el comportamiento de las principales variables cuando se presiona cualquiera de los dos pulsadores.
Ejemplo de aplicación Se debe realizar el diseño para una maquina de accionamiento neumático la cual únicamente accionara un cilindro de doble efecto cuando se pulse S0 y S1, para que el cilindro regrese a la posición inicial se debe pulsar S2.
S0
S2
S1
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Ejemplo practico El vástago de un cilindro de doble efecto debe avanzar por medio del accionamiento de un pulsador y luego de alcanzar su posición final retroceder pro medio de un fin de carrera. La velocidad de retroceso debe aumentarse con un escape rápido (válvula de escape rápido).
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Ejercicio practico La velocidad de avance y retroceso de un cilindro de doble efecto debe regularse por una estrangulación en la alimentación, el sistema arranca con el pulsador S0, retrocede por el pulsador S1 y el control en ambas cámaras de los cilindros es por manómetros.
En la siguiente figura podemos observar la simulación del circuito la animación del la válvula de estrangulación ajustable.
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Con este tipo de válvulas se puede realizar la regulación de velocidad. VANCE
RETROCESO
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Sistemas de potencia fluida. VANCE Y RETROCESO
TRABAJO PROPUESTO Realizar el diseño, simulación, planos y montaje de un sistema neumático que cumpla con las siguientes condiciones. Un cilindro de doble efecto A debe alcanzar la posición A+ cuando se accione los dos pulsadores S0, S1, el cilindro debe salir en forma lenta, cuando haya alcanzado la posición final este cilindro accionara una válvula final de carrera la que enviara una señal para que un segundo cilindro B alcance la posición B+ y este cilindro va a accionar otro fin de carrera que va hacer que los dos cilindros A y B regresen a la posición inicial. El cilindro A debe regresa en forma lenta, cuando los dos cilindros regresen a la posición inicial deben hacerlo en secuencia primero regresa A y luego B.
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12.3 TALLER TRES Ejemplos prácticos del uso de los temporizadores. 1. El émbolo de un cilindro de doble efecto debe avanzar luego de accionarse un pulsador, y luego de llegar al final de su carrera permanecer allí un tiempo regulable y finalmente retroceder por sí solo.
Plano solución del problema planteado.
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Posici ón de las válvulas y del actuador cuando se acciona el pulsador .
Envió de señal del temporizador cuando transcurre un tiempo.
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E jem plo 2. Un cilindro de doble efecto se comanda a través de un pulsador. El avance debe ocurrir luego de accionar el pulsador, el retroceso luego de haber alcanzado su carrera final, por medio de un fin de carrera. El circuito debe realizarse de for ma tal que por más que se mantenga actuado el pulsador, el cilindro vuelva a su posición inicial, y solo se pueda ejecutar un nuevo ciclo luego de soltar y volver a accionar el pulsador de marcha.
Plano solución del probl ema planteado.
Posici ón de las válvulas y del actuador cuando se acciona el pulsador .
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Realizar el diseño del circuito, planos, montaje y simulación del siguiente problema.
Un dispositivo se encarga de clavar pernos en un alojamiento, bajo presión a través de un cilindro. La pieza es sujetada por el cilindro A, mientras que el cilindro B lleva los pernos colocados allí manualmente hacia el dispositivo. En este lugar, son clavados bajo presión en el alojamiento. Una vez terminada la secuencia el proceso se reinicia después de un tiempo (aplicación del temporizador neumático). Todas las posiciones extremas de los cilindros son sensadas por fines de carrera.
1 2 3 4 5 6
A+ B+ C+ CBA-
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12.4 TALLLER CUATRO Problema a solucionar. Programa con ó rdenes paralelas. Dispositivo de estampado. Realizar el diseño del circuito, planos, montaje y simulación del siguiente problema. Al final de una línea de producción se realiza el estampado de las piezas y posteriormente son enviadas hacia un canasto recolector. El cilindro A empuja la pieza que llega por la banda hacia la estación de estampado, en la cual es sellada por el cilindro B, a continuación el cilindro C empuja la pieza hacia el canasto recolector. El inicio ocurre por el arribo de la pieza, señalizada mediante el indicador e. Todas las posiciones finales de los cilindros son detectadas por fines de carrera. Este problema se debe solucionar utilizando un secuenciador neumático de cuatro etapas.
12.5 TALLER CINCO Practica de Neumática Problema I. Maquina perforadora Realizar el diseño del circuito, planos, montaje y simulación del siguiente problema. Sobre una máquina perforadora automática se perforan piezas. La alimentación se produce por medio de un magazín de caída y un cilindro de empuje A que al mismo tiempo mantiene fija a la pieza en la posición de perforado. El equipo de perforación avan za y retrocede por medio del cilindro B. Cristian David Chamorro Rodriguez 119
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El cilindro C expulsa la pieza luego del proceso de perforación y liberación de la misma. El movimiento del husillo se logra mediante el motor neumático D.
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A+ B+, D+ BA-, DC+ C-
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12.6 TALLER 6 Problema
Dispositivo d e sujeción y tr aslación Realizar el diseño del circuito, planos, montaje y simulación del siguiente problema. Las piezas que se acercan sobre una cinta transportadora se depositan dentro de un recipiente por medio de un dispositivo de traslación. El impulso de arranque lo brinda la pieza que llega por la cinta transportadora. El cilindro A sujeta a la pieza, cilindro B la levanta (primer movimiento desde su posición inicial indicado aquí con +), y el cilindro C realiza la traslación lateral (observar también aquí la posición inicial). Luego de depositar la pieza, el dispositivo vuelve a su posición inicial.
1 2 3 4 5 6 7 8
A+ B+ C+ BAB+ CB-
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12.7 TALLER SIETE Practicas de laboratori o para electro n eumática. Ejercicio 1. Descripción del problema: Debe realizarse una etapa de prensado a través de un cilindro de doble efecto. El proceso de prensado se inicia con S1. El retorno del cilindro puede realizarse en forma indistinta desde dos terminales diferentes, s2 ó s3. Dibuje el diagrama de procesos. Dibuje el plano neumático y eléctrico. Realice la simulación. Realice el montaje en el banco.
12.8 TALLLER OCHO Descripción del problema: Un cilindro de doble efecto conduce una sierra para madera. Con el cilindro A se sujeta la madera y con el cilindro B se c orta. En su posición final el cilindro A emite una señal a través de un fin de carrera. Dibuje el diagrama de procesos. Dibuje el plano neumático y eléctrico. Realice la simulación. Realice el montaje en el banco.
Atención:
Para realizar el proceso de corte el cilindro B debe salir en forma
lenta.
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12.9 TALLER NUEVE Descripción del problema: Un cilindro de doble efecto sale cuando se acciona el pulsador S1, S2 ó S3. Su posición final se indica con el fin de carrera S4. El cilindro debe permanecer 15 segundos en su posición final con ayuda de un temporizador y luego retornar automáticamente. Dibuje el diagrama de procesos. Dibuje el plano neumático y eléctrico. Realice la simulación. Realice el montaje en el banco.
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12.10 TALLER DIEZ Descripción del problema: Tres cilindros de doble efecto deben salir en forma consecutiva cuando el anterior haya alcanzado su posición final. Una lámpara testigo indica la posición final de los tres cilindros. Luego de 20 segundos todos los cilindros vuelven simultáneamente a su posición inicial. Dibuje el diagrama de procesos. Dibuje el plano neumático y eléctrico. Realice la simulación. Realice el montaje en el banco.
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12.11 TALLER ONCE Dos cilindros de efecto doble (A y B), se hacen salir simultáneamente al pulsar S1, cuando el fin de carrera S3 indica posición final el cilindro A debe volver inmediatamente y el cilindro B al cabo de 30 segundos (el fin de carrera S3 se encuentra en cilindro B). Dibuje el diagrama de procesos. Dibuje el plano neumático y eléctrico. Realice la simulación. Realice el montaje en el banco.
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12.12 TALLER DOCE Tres cilindros de doble efecto (A, B y C): Cuando el cilindro A haya alcanzado su posición final (accionado por el pulsador S1) sale el cilindro B. Una vez alcanzada la posición final deben transcurrir 20 segundos hasta que salga el cilindro C. Cuando el cilindro C también haya alcanzado su posición final todos los cilindros regresan simultáneamente a su posición inicial. Dibuje el diagrama de procesos. Dibuje el plano neumático y eléctr ico. Realice la simulación. Realice el montaje en el banco.
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12.13 TAL LER TRECE Descripci ón del problema: Una estampadora se monta de la siguiente forma: El cilindro A sujeta la pieza a maquinar, el cilindro B (visto de punta en el esquema) la estampa y, a continuación, el cilindro C expulsa la pieza terminada. Construir el circuito con electro válvulas de retorno por resorte. Dibuje el diagrama de procesos. Dibuje el plano neumático y eléctrico. Realice la simulación. Realice el montaje en el banco. 1 2 3 4 5 6
A+ B+ BAC+ C-
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