electroneumatica

Transcripción

electroneumatica

NÚMERO
GUIA
DE TECNOLOGÍAS
DE LA
AUTOMATIZACION
ABRIL
2011
John Jairo Piñeros Calderón
Ing. Mecatrónico
Esp. Automatización Industrial
EL EC TRON EUMAT ICA
Contenido
1.
INTRODUCCIÓN ........................................................... 1
2.
FÍSICA DEL AIRE ........................................................... 1
La diferencia más relevante viene marcada por el tipo de
fluido; la Neumática utiliza aire comprimido (muy
compresible) y la Hidráulica generalmente emplea aceites
(prácticamente incompresibles). Por esta razón, los
circuitos neumáticos son abiertos (escapes al ambiente),
mientras que los hidráulicos son cerrados (escapes a un
tanque). Además hay otras diferencias:
NEUMÁTICA:
Cargas por debajo de
los 3000 Kg
Desplazamientos
rápidos.
Motores de alta
velocidad con más
de 500.000 rpm.
Control de calidad,
etiquetado,
embalaje,
herramientas
portátiles…
3. LOS CUATRO ELEMENTOS DE UN SISTEMA
NEUMÁTICO ......................................................................... 2
4.
ELEMENTOS DE UNA CADENA DE MANDO ................. 4
5.
EL RELEVO ................................................................... 4
6.
SENSOR ELECTROMAGNETICO .................................... 4
7.
CONEXION ELECTRICA ................................................. 5
8.
CONEXIÓN ELECTRONEUMATICA ................................ 5
9.
FLUIDSIM-P.................................................................. 8
10.
SEIS CIRCUITOS NEUMÁTICOS DE INTERÉS: ............ 9
11.
MÉTODOS SECUENCIALES ..................................... 12
12.
MÉTODO PASO A PASO MAXIMO ......................... 12
13.
MÉTODO PASO A PASO MAXIMO SIMPLIFICADO . 13
14.
EJEMPLOS APLICADOS .......................................... 14
15.
SELECCIÓN DE COMPONETES NEUMATICOS ........ 16
16.
HIDRAULICA BASICA: FÍSICA DE LOS LÍQUIDOS ..... 16
17.
FLUIDSIM-H ........................................................... 17
2.
muy semejantes; ambas aplican
los conocimientos
científicos sobre fluidos en el diseño de circuitos presentes
en todos los ámbitos industriales, sobre todo en los
procesos de automatización y control. En todo sistema
neumático o hidráulico, se distinguen cuatro elementos:
1º Elementos generadores de energía: Compresor en
Neumática y Bomba en Hidráulica.
2º Elementos de tratamiento de los fluidos: Filtros y
reguladores de presión.
3º Elementos de mando y control: Tuberías y válvulas
4º Elementos actuadores: Cilindros y motores
TECHTime
Ing. John Jairo Piñeros C.
Cargas elevadas tanto
en actuadotes lineales
como en motores de
par elevado.
Control exacto de la
velocidad y parada.
Industrias
metalúrgicas,
máquinas
herramientas, prensas,
maquinaria de obras
públicas, industria
naval y aeronáutica,
sistemas de
transporte,…
FÍSICA DEL AIRE

COMPOSICIÓN VOLUMÉTRICA: 78% N2 + 20% O2 + 1,3%
gases nobles + 0,7% otros

PRESIÓN:

UNIDADES: at = Kp/cm = bar = 760 mm Hg = 10 Pa
2
(N/m ) (SI)

ECUACIÓN DE LOS GASES IDEALES: P.V = n.R.T
1. INTRODUCCIÓN
SEMEJANZAS Y DIFERNCIAS ENTRE NEUMÁTICA E
HIDRÁULICA La Neumática e Hidráulica son tecnologías
HIDRÁULICA:
P
F
S
2
5
P (at); V (l); n (moles); R = 0,082 at.l/mol.K; T(K)

RELACIÓN DE COMPRESIÓN:

CAUDAL: Q = V/t = S.v Q(m /s)
Rc
Psalida
Pentrada
3
Villavicencio (Meta) - Colombia
Tel. 057 – 311 452 4808 - [email protected]
Práctica 1: Utilizando Excel y/o Derive
Un compresor de émbolo de una etapa tiene una carrera
de 5 cm; el diámetro del émbolo es de 10 cm y el volumen
de la cámara de compresión cuando el pistón está en el
3
punto muerto superior es de 70 cm . Calcula la relación
de compresión considerando que la T es constante. Sol:
5,6
Filtro
regulador de presión
lubricador
unidad de mantenimiento
3
Un compresor opera con un Q máximo de 100 m /h. Si la
salida del aire se efectúa por un tubo redondo de 1 cm de
diámetro nominal, calcula la velocidad de salida del aire.
Sol: 1273 Km/h
3. LOS CUATRO ELEMENTOS DE UN
SISTEMA NEUMÁTICO
1º Elementos generadores de energía: Comprimen el aire
aumentando su presión por encima de 1 at (la
atmosférica a nivel del mar) y reduciendo su volumen,
por lo que se les llama compresores.
Pueden emplear motores eléctricos o de combustión
interna; además llevan un depósito (para acumular el aire),
manómetro (mide la presión relativa) y termómetro (mide
la temperatura del aire comprimido en el depósito). Se
caracterizan por su caudal (Q) y su relación de compresión
(Rc), que deben ser adecuadas al consumo de aire que
requiere el circuito.
Clasificación de los
compresores:
depósito
compresor
manómetro
termómetro
De émbolo: Rc de 6 a 15, Q
altos. Baratos y ruidosos.
Funcionamiento parecido al
motor de cuatro tiempos. De
una y dos etapas.
Rotativos: Q muy constantes
pero menores que los
anteriores. Caros y silencios.
Comprimen el aire mediante
el giro del motor. De paletas
y de tornillo
2º Elementos de tratamiento de aire: El aire comprimido
debe estar exento de humedad, partículas de polvo y
conviene que tenga un cierto contenido de aceite
lubricante para de este modo proteger a las válvulas y
actuadores por los que circula.
Además la presión de trabajo debe estar regulada -es
frecuente en procesos industriales emplear unas 6
atmósferas-. La unidad de mantenimiento de aire consta,
por tanto de filtro (elimina partículas sólidas y agua por
centrifugado), regulador de presión (mantiene constante la
presión de trabajo: 6 at) y lubricador (aporta aceite
pulverizado por efecto Venturi).
TECHTime
3º. Elementos de mando y control: Conducen de forma
adecuada el aire. Son las tuberías y válvulas.
Las tuberías suelen ser de acero en grandes instalaciones,
aunque también de plástico flexible en determinados
tramos. El cálculo del diámetro de las tuberías se realiza
mediante tablas y gráficos, teniendo en cuenta
fundamentalmente el caudal, las pérdidas de presión; estas
últimas no deben sobrepasar las 0,1 at desde el depósito al
consumidor. Es frecuente que la red principal sea un
circuito cerrado con el fin de garantizar alimentaciones
uniformes.
Respecto de las válvulas, conviene entender la simbología
de las de control de caudal; se las nombra con dos
números; por ejemplo válvula 3/2 quiere decir que tiene 3
orificios o vías y 2 posiciones. Se dibujan tantos cuadros
como posiciones tiene y en cada uno de ellos se representa
mediante flechas el estado o forma de comunicarse dichos
orificios. Veamos algunos de los ejemplos más utilizados:
válvula 2/2
válvula 3/2
Normalmente cerrada y
retorno por muelle.
Frecuentemente se acciona por
pulsador, pedal o palanca
como llave de paso.
Normalmente cerrada y
retorno por muelle.
Frecuentemente se acciona
por pulsador, pedal o palanca
como llave de arranque.
válvula 5/2
Frecuentemente gobierna el
movimiento de los cilindros de
simple efecto, pilotada por aire
en ambos lados.
otras válvulas
Físicamente están formadas por un “cuerpo” donde se
ubican los conductos internos y orificios de salida y un
“elemento móvil” que puede ser de asiento o corredera
que nos va a dar las distintas posiciones de la válvula. Todas
llevan algún tipo de accionamiento:




Manual: general, pulsador seta, palanca y pedal
(todos con o sin enclavamiento)
Mecánico: palpador, muelle, rodillo y rodillo
abatible unidireccional.
Neumático: por presión de aire.
Eléctrico: por un electroimán.
El código de las vías responde a la siguiente tabla:
Conductos
Presión
Trabajo
Escapes
Pilotajes
ISO
P
A, B, C,…
R, S, T,…
Z, X, Y,…
CETOP
1
2, 4, 6,…
3, 5, 7,…
12, 14, 16,…
Cilindro de doble
efecto
motor con doble
sentido de giro
2
Salida vástago: Fs = P.Ss - Fr Ss = D /4
Entrada vástago: Fe = P.Se - Fr
2
2
Se = (D -d )/4
Volumen desplazado por ciclo y P de trabajo:
2 2
V = (2D -d )L/4
se suele expresar en según norma ISO R554
(20 ºC, 1 at., 65% humedad relativa del aire),
por lo que se aplica V´=PVT´/TP´
PARTES ACTUADOR O CILINDRO NEUMATICO
3 ejemplos
Xcvx
Válvula 3/2
normalmente
cerrada,
accionada por
rodillo abatible y
retorno por
muelle
Válvula 5/2
doblemente
pilotada por aire.
El pilotaje 12
cambia la salida de
utilización a 2
Válvula 5/2 en
reposo, accionada
eléctricamente y
retorno por muelle
4º Elementos actuadores: Transforman la energía de
presión del aire en energía mecánica. Pueden ser
cilindros, de movimiento alternativo, o motores, de
movimiento rotativo.
PARTES VALVULA 5/2
Cilindro de
simple efecto
motor con un
sentido de giro
Salida vástago: Fs = P.S - Fm - Fr Fm = K.x
Entrada vástago: Fe = K.x - Fr
TECHTime
SIMBOLO Y CONTACTOS
4. ELEMENTOS DE UNA CADENA DE
MANDO
5. EL RELEVO
En la práctica, la construcción de un relé puede ser muy
diferente. Su funcionamiento, sin embargo, es básicamente
igual:
Al aplicar tensión a la bobina del relé a través de los
contactos A1 y A2 fluye corriente eléctrica a través de
los devanados. Se forma un campo magnético que
atrae el inducido contra el núcleo de la bobina.
La conexión de mando 1 queda conectada con la
conexión de mando 4.
Al retirar la tensión un resorte devuelve el inducido a
su posición básica.
La conexión de mando 1 queda conectada con la
conexión de mando 2.
Un relé puede tener varios contactos de maniobra, que
pueden activarse simultáneamente.
En lo referente a su forma ejecución, por ejemplo:
Relés polarizados
Relés de impulsión
Relés temporizados
Termorrelés
TECHTime
6. SENSOR ELECTROMAGNETICO
Interruptor magnético de proximidad (Relés Reed) se
activan por un campo magnético. Para aplicaciones
industriales se utilizan, generalmente, interruptores Reed
con indicación LED.
En la ilustración se representa un interruptor Reed de tres
conductores. Cuenta con tres conexiones:
Una conexión para alimentación de corriente
positiva,
una conexión para alimentación de corriente
negativa, y
una salida de señales o de maniobra.
El interruptor Reed se monta directamente en el cuerpo del
cilindro. El interruptor es accionado por un anillo magnético
en el émbolo del cilindro. Cuando el anillo magnético pasa
al lado del interruptor Reed, debido al efecto del campo
magnético del anillo se cierran los contactos de maniobra y
el interruptor suministra una señal de salida. Letra
distintiva en los esquemas de conexiones: S (S1, S2, ...)
7. CONEXION ELECTRICA
SIGNOS GRÁFICOS DE CONTACTOS Y MANIOBRA PARA
BOBINAS MAGNÉTICAS Y RELÉS
En electroneumática, la bobina magnética es el elemento
que hace que la válvula conmute. Letra distintiva en
esquemas de conexiones eléctricas: Y (Y1, Y2, ...)
FUNCIONES LOGICAS
AND (Y): SERIE
OR (O): PARALELO
Un relé activa 1, 2 ó más contactos. El relé también puede
ser un elemento activado en función del tiempo o de la
temperatura. Letra distintiva en esquemas de conexiones
eléctricas: K (K1, K2,...).
DISPOSITIVOS ELÉCTRICOS DE SALIDA
Suministran señales acústicas:
p.ej. bocinas, sirenas
letra distintiva en esquemas de conexiones: H (H1,
H2,...)
Suministran señales ópticas:
p.ej. lámparas, LED
letra distintiva en esquemas de conexiones: H (H1,
H2,...)
Suministran trabajo:
p.ej. en electromotores
letra distintiva en esquemas de conexiones: M (M1,
M2,...)
TECHTime
8. CONEXIÓN ELECTRONEUMATICA
MANDO DIRECTO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO: Al
accionar S1 la bobina 1Y1 queda bajo corriente y la válvula
1.1 conecta. De la conexión 1 pasa aire a presión a la
conexión 2 y el vástago avanza. Al dejar de accionar S1 la
bobina 1Y1 queda sin corriente. La válvula 1.1 conmuta a la
posición básica El aire del cilindro escapa a través de la
conexión 3 de la válvula 1.1 y el vástago retrocede.
MANDO INDIRECTO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO:
La utilización del mando indirecto depende de:
la fuerza que se requiera para accionar los elementos
de ajuste, la complejidad de la maniobra, la potencia
de conmutación de los contactos y de si el sistema es
gobernado a distancia o no
CIRCUITO
ELECTRONEUMÁTICO
DE
RETENCIÓN
(MEMORIA) CON ELECTROVÁLVULA DE IMPULSOS
Las electroválvulas de impulsos se denominan también
válvulas biestables o válvulas de memoria:
La electroválvula representada es activada por dos bobinas
magnéticas.
CIRCUITO ELÉCTRICO DE AUTORRETENCION
Un relé puede mantenerse en estado activo cuando, a
través de un contacto de trabajo del relé se activa un
circuito de corriente paralelo al pulsador de MARCHA a la
bobina del relé.
En un circuito eléctrico de retención (memoria) es
necesario montar un pulsador de PARO. La posición de
montaje del pulsador de PARO es determinante para el
funcionamiento del circuito eléctrico de retención
(memoria).
La electroválvula conserva la posición de maniobra
establecida por una de las bobinas, incluso cuando ya no
llega a la bobina la señal para conectar la válvula.
La posición de maniobra sólo se modifica cuando se recibe
una señal proveniente de otra bobina, o cuando se ha
efectuado una corrección manualmente.
Para poder modificar la posición de maniobra es
indispensable que sólo haya una señal en una de las
bobinas.
Se denomina circuito eléctrico de retención (memoria) con
Paro prioritario un circuito eléctrico de retención
(memoria) en el cual un pulsador (S1, contacto de trabajo) y
un contacto del propio relé (contacto de trabajo) están
conectados en paralelo y luego en serie con un pulsador
(S2, contacto de reposo)
.
En este circuito eléctrico de retención (memoria) con Paro
prioritario, el pulsador S2 domina sobre la acción del
pulsador S1.
Al presionar simultáneamente los pulsadores S1 y S2, la
bobina de relé K1 queda sin corriente.
MANDO EN FUNCIÓN DEL RECORRIDO
Para averiguar la posición de los actuadores neumáticos en
circuitos sencillos se emplean con frecuencia interruptores
de fin de carrera con accionamiento por palancas de rodillo.
TECHTime
Si es necesario representar los movimientos de diversos
actuadores, estos se dispondrán en orden consecutivo, uno
tras otro, para cada uno de los pasos.
Esta disposición proporciona una clara visión de la relación
existente entre los movimientos de los diferentes actuadores
en cada paso.
ESQUEMA DE CONEXIONADO ELECTRONEUMÁTICO
La parte neumática y la parte eléctrica de un esquema de
conexiones electroneumático se elaboran por aparte; su
contenido, sin embargo, está estrechamente relacionado.
En la parte neumática, el flujo de señales se representa de abajo
hacia arriba.
En la parte eléctrica el flujo de señales se representa de arriba
hacia abajo.
En el esquema de eléctrico de conexiones los circuitos de
corriente se numeran consecutivamente de izquierda a derecha.
Los elementos comunes del esquema de conexiones constituyen
las interfaces entre el circuito neumático y el circuito eléctrico. En
este caso son las bobinas 1Y1 y 2Y1, así como los pulsadores
desconectadores de fin de carrera 1B1, 1B2, 2S1 y 2S2.
Práctica 2: Utilizando papel, bolígrafo y calculadora
Representa la válvula 2/2 normalmente cerrada
accionada por palanca con enclavamiento. ¿En
que situaciones se utilizará?
Representa dos válvulas 3/2 normalmente
cerradas; la primera accionada por pedal y retorno
por muelle y la segunda por rodillo y también
retorno por muelle. ¿En que situaciones
utilizaremos cada una de ellas?
Representa dos válvulas del tipo 4/2 y 5/2
respectivamente; ambas con doble pilotaje
neumático. ¿Qué diferencias observas entre
ambas? ¿Podrían haber tenido otro tipo de
pilotaje? ¿En que situaciones se utilizarían
normalmente?
Un cilindro de simple efecto de retorno por muelle
se encuentra realizando trabajo por compresión
conectado a una red de aire de 1Mpa de presión.
Si el diámetro del émbolo es de 10 cm; su carrera,
3 cm y la fuerza de rozamiento se puede
considerar un 10% de la teórica, ¿cuál será la
fuerza ejercida por el vástago en el comienzo del
ciclo de trabajo? ¿Cuál será la fuerza al final al final
de la carrera, si la constante del muelle es de 100
N/cm? Sol: Finicio = 7069 N; Ffinal = 6769 N
DIAGRAMA DESPLAZAMIENTO-PASO (FASE)
En el diagrama desplazamiento-paso se representan gráficamente
los ciclos de movimiento de los actuadores de un sistema de
mando:
Los movimientos de los cilindros dentro de un paso se
representan por medio de líneas oblicuas hacia arriba
(movimiento de avance) o hacia abajo (movimiento de
retroceso).
Las líneas horizontales señalan que el cilindro permanece en
la posición final delantera o trasera.
TECHTime
Un cilindro de doble efecto, de 10 cm de carrera,
cuyo émbolo y vástago tienen 8 cm y 2 cm de
diámetro, respectivamente, se conecta a una red
2
de aire a presión de 10 Kp/cm . Considerando nulo
el rozamiento, Calcula las fuerzas ejercidas por el
vástago en la carrera de avance y en la de
retroceso. Si el cilindro realiza 10 ciclos/min,
calcula el caudal de aire en condiciones normales.
Sol: Fs = 5027 N; Fe = 4700 N; Q = 107 l/min
9. FLUIDSIM-P
Este potente programa de diseño y simulación, de la firma FESTO,
nos permitirá comprender los circuitos neumáticos más
elementales. Si bien la versión del profesor es mucho más
completa, utilizaremos aquí la versión estudiante 3.5, que bastará
de sobra en el cumplimiento de objetivos.
NOTA: Conviene saber que al instalar FLUIDSIM-P
(neumática) y FLUIDSIM-H (Hidráulica) se crean sendas
subcarpetas en la carpeta Didactic (que a su vez cuelga de
Archivos de Programa, si fue allí donde se eligió la
instalación), llamadas FluidSIM-P.Stud y FluidSIM-H.Stud.
Dentro de cada una de ellas existen otras subcarpetas, de
las que cabe destacar dos:
ct:
contiene
circuitos
neumáticos
y
electroneumáticos
agrupados en otras dos
subcarpetas
lib: contiene la librería de componentes; se puede
personalizar y es la que carga el programa por
defecto.
Ver en la siguiente figura el aspecto de las carpetas:
Una vez instalado el programa, se ejecuta y la pantalla que
obtenemos es la de la figura de la derecha: Barras de título, de
menús y de herramientas, como en cualquier programa bajo
Windows. A la izquierda la biblioteca de elementos neumáticos
que podremos utilizar.
Pulsamos en el botón nuevo y nos aparece una segunda pantalla
en blanco donde podemos comenzar nuestro primer diseño. ¡Es
fácil!, no hay más que arrastrar los elementos de la biblioteca que
deseamos a la pantalla en blanco.
Pinchando en cada elemento, un menú contextual nos permite
girarlos, cambiar sus propiedades,… También podemos introducir
textos. Cablear no puede ser más sencillo.
Por último, la simulación: igual que ver un video: play, avance,
retroceso, paso a paso. La regla es: Si funciona en el simulador,
funciona en la realidad.
TECHTime
Práctica 3: Comenzando a utilizar FLUIDSIM-P
Son muchos los elementos de la biblioteca de
FLUIDSIM-P, aún en la versión estudiante.
Conviene que personalicemos nuestra biblioteca
con aquellos que vamos a utilizar más
frecuentemente en este curso. Puede ser una cosa
así:
Estudia cada una de ellas accediendo a
“Descripción del componente” y “Foto del
componente” en el menú contextual que te sale al
pulsar el botón derecho del ratón.
Realiza con FUIDSIM-P el sencillo circuito que hay
en este apartado (penúltima imagen del
apartado4) y simúlalo.
Actuadores: cilindros
de simple y doble
efecto y regla d
distancia para éste
último.
Mando y control:
Válvula unidireccional
reguladora de caudal.
Válvulas lógicas de
simultaneidad (Y) y
selectora de caudal (O)
Válvula de escape
rápido. Temporizadores
a la desconexión y a la
conexión.
Regulador de presión.
Finales de carrera
(válvulas 3/2) con
rodillo y rodillo
abatible.
Válvula 5/2 doblemente
pilotada por aire (muy
utilizada para comandar
cilindros de doble
efecto). Otra de acción
manual.
Tres válvulas 3/2 con
distintos
accionamientos
manuales (utilizadas
para comienzo de
secuencias)
Generadores de
energía y tratamiento:
Fuente de presión y
unidades de
mantenimiento
10. SEIS CIRCUITOS NEUMÁTICOS DE
INTERÉS:
Con estos 6 ejemplos prácticos, en orden creciente de
dificultad, se pretende cubrir la base de la mayoría de los
circuitos neumáticos utilizados en la industria.
Diseñándolos primero en papel, después simulándoles y
por último implementándolos en la realidad, se cubren los
contenidos de las asignaturas de Tecnología Industrial I y II
que cursamos en el Bachillerato Tecnológico.
1. Estampadora neumática (descarga)
Máquina que aprovecha la deformación plástica del
material para crear mediante un golpe de estampa una
determinada forma; por ejemplo la acuñación de
monedas. Utilizamos un cilindro de simple efecto que
portará la matriz o estampa, cuya velocidad de golpe se
garantiza con un regulador unidireccional. Es accionada
por un operario mediante un pulsador de seta, de
forma que sólo estará operativo cuando una mampara
de metacrilato se cierre pisando un final de carrera e
impidiendo que el brazo del operario acceda por
accidente a la herramienta.
2. Control de la puerta de un autobús
El control de apertura y cierre de la puerta de un autobús
es llevada a cabo por el chofer que acciona una palanca,
pero sólo podrá operar si el autobús está parado (es decir,
con el freno de mano echado).
TECHTime
tren (el tiempo necesario para que este pase) y después se
va a ocultar lentamente.
Además, por normativa de seguridad, todos los autobuses
deben tener un pulsador exterior de apertura en caso de
emergencia. El control exterior e interior van conectados
por una válvula selectora de caudal (O). Por último se
puede regular la velocidad de apertura y cierre.
4. Percutor neumático
3. Atracción de un parque temático
Estás en Port Aventura y te has montado en el tren del
Oeste; al pasar cierto lugar las ruedas de la máquina pisan
un pedal que provoca la salida rápida de un muñeco con
forma de pistolero que después se esconde lentamente.
Herramienta que puede servir para apisonar tierra. Irá
montada en un cilindro de doble efecto que mediante dos
finales de carrera (en las dos posiciones extremas del
vástago) hace que se genere una secuencia permanente de
entrada y salida.
Ahora mejoramos la atracción con un temporizador, de
forma que el pistolero va a permanecer un rato frente al
TECHTime
5. Secuencia posible
6. Secuencia imposible
Con dos cilindros de doble efecto A y B pretendemos hacer
la secuencia A+B+A-B-. Puede ser una operación de
etiquetado de botellas: las botellas avanzan por una cinta
transportadora de forma que el cilindro A las sujeta
mientras que el B se aproxima para etiquetarla; concluida la
operación se retira la sujeción para que las botellas sigan
avanzando y sube la herramienta de etiquetar.
Ahora queremos otra secuencia distinta A+A-B+B-. Podría
ser que el cilindro A empuja botellas abiertas hasta una
cinta transportadora; una vez en la cinta, las botellas
avanzan por ella de forma que otro cilindro B las va
cerrando con tapones de corcho. Razonando de la misma
forma que en el caso anterior llegamos a un circuito que no
funciona, ya que se dan dos señales simultaneas sobre la
5/2 que comanda el cilindro B.
A+
B+
a1b0
A+
a1b1
a0b0
a0b0
a0b0
a0b1
B-
Aa1b0
A-
a0b1
B-
B+
La realización del hojigrama nos indica que la secuencia es
posible, ya que no se repiten ningún par de valores
correspondientes a las posiciones de las válvulas 3/2 finales
de carrera:
La realización del hojigrama nos indica que la secuencia es
imposible, ya que se un par de valores correspondientes a
las posiciones de las válvulas 3/2 finales de carrera:
(a1 b0) ≠ (a1 b1) ≠ (a0 b1) ≠ (a0 b0)
(a0 b0) = (a0 b0)
El problema de las señales permanentes admite varias
soluciones que pasan por eliminar la señal o bien anular sus
efectos; así, métodos como aplicar otra señal dominante,
emplear un reductor de presión, soluciones mecánicas con
finales de carrera de leva rodillo unidireccional o
temporizadores.
Veamos una solución mecánica:
Sin embargo hay dos soluciones definitivas:
TECHTime
Plano Neumatico
11. MÉTODOS SECUENCIALES
S1
Son métodos de programación que permiten la realización
de secuencias de movimiento sin bloqueo de las
electroválvulas.


S2
S3
A
METODO PASO A PASO MAXIMO
METODO PASO A PASO MAXIMO SIMPLIFICADO O
METODO POR ANULACION DE CADENA
S4
B
4
2
5
3
Y1
Y2
12. MÉTODO PASO A PASO MAXIMO
4
2
5
3
Y3
Y4
1
Tiene importancia pedagógica y puede llevarse a cabo con
FLUIDSIM. Consiste en crear tantos pasos
de presión como letras que se obtengan
en la secuencia. Después se eligen tantas
1
memorias
(Relevos)
como
pasos
+24V
seleccionados. Cada actuador activa el
final de carrera y genera un cambio de
grupo. Por último se procede al cableado
ON
KA0
tal y como se ve en el esquema realizado
con FLUIDSIM:
1
Plano Control
2
3
4
KA0
KA1
5
6
KA1
7
KA2
8
KA2
KA3
9
10
KA3
11
KA4
KA4
ON
14
CONDICIONES FUNCIONAMIENTO:
Solo se utilizan válvulas biestables.
la condicion final será mi condición
inicial
El número de pasos es igual al número
de memorias (relevos).
La memoria alista el siguiente paso y
desactiva el anterior.
El último paso tiene un pulsador de
inicio.
OFF
KA0
S3
S2
S1
KA2
KA3
KA4
KA1
KA2
S4
KA1
KA3
KA4
0V
2
3
COMPONENTES
9
4
5
12
3
6
7
13
5
Ecuación de Movimiento con pasos y condiciones
Plano neumático (actuadores y válvulas)
Plano electroneumático de control
Plano electroneumático de potencia
8
9
14
7
3
10
15
Plano Potencia
+24V
12
13
14
15
Ejemplo:
En el siguiente ejemplo se aplica el método paso a paso
máximo a la ecuación de movimiento señalada.
KA1
KA2
KA3
Y1
Y2
Y3
KA4
Ecuación de movimiento
Pasos
Ecuación
I
II
III
IV
A+ / A- / B+ / B-
Y4
0V
Condiciones
S2
S1
S4
S3
Pasos = Relevos = 4 (no tener en cuenta KA0 es solo el inicial)
TECHTime
Plano Neumatico
Práctica 4: Diseñando circuitos con FLUIDSIM-P e
implementando método paso a paso máximo.
S1
S3
A
Completa estas 3 prácticas con aplicaciones que
utilicen elementos vistos hasta aquí:
o A+ B+ A- Bo A+ B+ C+ A- B- Co
S2
S4
B
4
2
5
3
4
2
A- C+ B+ C- A+ BY1
Y2
5
1
3
1
13. MÉTODO PASO A PASO MAXIMO
SIMPLIFICADO
COMPONENTES
Plano Control
Ecuación de Movimiento con pasos y
condiciones
Plano neumático (actuadores y
válvulas)
Plano electroneumático de control
Plano electroneumático de potencia
+24V
1
2
3
4
KA0
ON
5
6
KA1
7
8
KA2
9
KA3
KA0
14
CONDICIONES FUNCIONAMIENTO:
S1
Solo se utilizan válvulas monoestables.
la condición final será mi condición
inicial
El número de pasos es igual al número
de memorias (relevos).
El último paso no tiene auto-retención.
La memoria me alista el siguiente paso
y la última desactiva el primero.
OFF
KA4
KA0
KA1
S2
S4
S3
KA1
KA2
KA3
KA2
KA3
KA4
0V
Ejemplo:
En el siguiente ejemplo se aplica el método
paso a paso máximo simplificado a la
ecuación de movimiento señalada.
2
3
4
5
10
6
7
11
11
8
9
3
10
Ecuación de movimiento
+24V
Pasos
Ecuación
I
II
III
IV
A+ / B+ / B- / A-
Condiciones
S2
S4
S3
S1
10
KA1
11
KA2
Plano Potencia
KA4
Y1
KA3
Y2
0V
TECHTime
Práctica 5: Diseñando circuitos con FLUIDSIM-P e
implementando método paso a paso máximo
SIMPLIFICADO.
Completa estas 3 prácticas con aplicaciones que
utilicen elementos vistos hasta aquí:
o A+ B+ A- Bo A+ B+ C+ A- B- Co
A- C+ B+ C- A+ B-
DOBLADORA DE LAMINA
ECUACIÓN DE MOVIMIENTO : A+/B+/B-/C+/C-/A-
4
2
5
3
Y1
4
2
5
3
1
2
ON
3
4
KA0
KA1
5
6
S2
KA2
7
8
S4
KA3
9
10
S3
KA4
11
S6
13
S5
70%
5
14
KA1
15
KA2
16
KA4
S1
KA6
KA0
KA1
KA1
KA2
KA2
KA3
KA3
KA4
KA4
KA5
KA5
KA6
KA6
KA3
Y1
Y2
KA5
Y3
0V
A+
2
3
TECHTime
4
5
14
6
7
15
15
8
9
10
11
16
16 12
13
3
14
A-
3
1
KA0
OFF
2
Y3
1
12
KA5
S6
4
Y2
1
+24V
S5
70%
S4
70%
S3
70%
S2
70%
S1
70%
14. EJEMPLOS APLICADOS
B+
C+
B-
C-
S1
S2
S3
S4
50%
50%
50%
50%
EMPACADORA DE RODILLOS
4
2
5
3
Y1
Y2
4
2
5
3
Y3
Y4
1
+24V
1
2
ON
3
KA0
4
KA0
S1
5
6
KA1
KA1
KA2
S2
1
7
8 9
KA2
10
C1
S4
KA4
11
S3
KA5
KA5
OFF
KA0
C1
KA4
KA4
KA3
KA1
KA4
KA2
KA3
C1
4
KA4
KA5
0V
2
3
4
5
12
12
+24V
13
6
7
13
14
5
14
3
10
3
5
7
9
15
5
10
15
KA1
KA2
KA3
KA4
Y1
Y3
Y4
Y2
0V
TECHTime
15. SELECCIÓN DE COMPONETES
NEUMATICOS
16. HIDRAULICA BASICA: FÍSICA DE LOS
LÍQUIDOS
Al Finalizar la etapa de diseño se continua con la selección de los
componentes necesarios para el desarrollo del proyecto, para tal
efecto se ilustrara en la siguiente tabla los datos relevantes para la
correcta selección de los materiales neumáticos.

LÍQUIDOS OLEOHIDRÁULICOS: aceites
derivados del petróleo

DENSIDAD:
Actuador Neumático
H
D
Flanche - Pie – pivote
Carrera o recorrido (H)
Diámetro embolo (D)
Tipo de actuador: simple o
doble efecto
Tipo de embolo (con/sin
imán)
Material del Vástago o
camisa (si es para productos
alimenticios deberá ser de
acero Inox.)
Conexión racord (ej 1/8 plg)
Soportes (flanche, pie o
pivote)
3
Conexión en punta opcional
(horquilla, rotula)

(poise);


Tubo Flexible
Racord
Numero de vías y posiciones
(ej: 5/2 – 5 vias y 2
posiciones)
Tipo
accionamiento
y
retorno (ej: eléctrico)
Servopilotada o no
Normalmente cerrada o
abierta
Conexión rosca para racord
(ej: 1/8 plg, 3/8 plg)
Exostos
o
desfogues
(bronce o platicos) diámetro
conexión (plg)
Diámetro (mm o plg)
Material del tubo (Nylon,
polietileno o poliuretano)
Max presión de trabajo
Longitud (metros)
TECHTime
d
PRINCIPIO DE
PASCAL:
El nº de Reynols
marca el
régimen
turbulento o
laminar
dv
µ: viscosidad absoluta
dy
: viscosidad relativa (Store)

F2
S2
LEY DE CONTINUIDAD:
S1v1
S 2 v2
TEOREMA DE BERNOUILLI:
p1
1
2
dv1
2
dgh2
p2
1
2
dv 2
2
Práctica 6: Utilizando Excel y/o Derive
3
1.
Un cilindro de presión tiene una sección de 2,5 cm
y una carrera de 7 cm. Se ejerce sobre él una
fuerza de de 50 N (aprox. 5 Kp) se quiere
determinar cuál será la fuerza resultante sobre el
2
otro cilindro, que tiene 150 cm , así como el
número de emboladas precisas para que se
produzca un desplazamiento de 10 cm. Sol: 3000
N, 86 emboladas
2.
Por una conducción cuyo diámetro mide 30 mm
circula un caudal de 30 l/min de líquido. Determina
la velocidad media de paso. ¿Cuál sería esta
velocidad si el diámetro de la conducción
disminuye a 10 mm?. Sol: 0,7 m/s, 6,3 m/s
3.
En una instalación hidráulica se pretende
determinar el caudal de aceite instalando dos
manómetros en dos tuberías de diámetro 10 mm y
2 mm, respectivamente, midiendo unas presiones
2
2
de 30 Kp//cm y 5 Kp/cm , respectivamente. La
densidad del aceite que circula es de 0,9 Kg/l. Sol:
-4
3
10 m /s
4.
En una conducción hidráulica circula un aceite de
densidad 0.9 Kg/l. La presión de salida de la bomba
2
es de 80 Kp/cm , la velocidad en la línea de
Racord diámetro conexión a
válvula (rosca) y diámetro
de conexión para tubería
(ej: 1/8”x4mm es decir,
conexión para válvula rosca
de 1/8” y para manguera de
4 mm)
Sensor magnético
Soporte montaje sensor
F
S
VISCOSIDAD:
dgh1
Válvula Neumática
3
Unidades: Kg/m (SI); Kg/l = g/cm
F1
S1
Horquilla y routula
m

V
d
conducción es de 3,5 m/s y la altura del punto de
medida sobre el depósito de aceite es de 1 m.
Calcula el porcentaje de cada forma de energía.
Sol: 0,11% Ep, 99,8% Eht, 0,07% Ec
5.
Un sistema hidráulico debe proporcionar una
2
presión de trabajo de 80 Kp/cm y un caudal
máximo de 100 l/min. Determina la potencia,
suponiendo un rendimiento del 80%. Sol:22,2 CV
6.
Disponemos de un circuito hidráulico con las
siguientes características:
Diámetro de la tubería 3/8”
Velocidad del aceite hidráulico: 2,5 m/s, a
2
una presión de 50 Kp/cm
Densidad relativa del aceite hidráulico:
0,9
Calcula el caudal que atraviesa la tubería y la
potencia absorbida, suponiendo un rendimiento
del 75%. Sol: 10,7 l/min, 1,6 CV
17. FLUIDSIM-H
Se trata del programa homólogo a FLUIDSIM-P, con el que
podemos abordar la parte de Hidráulica. Dicha parte es
muy similar a la Neumática. Por limitaciones en la extensión
de estos apuntes daremos unas cuantas pinceladas:
Propiedades físicas de los fluidos: Conviene empezar
por las propiedades físicas de los fluidos: densidad,
presión de vapor, viscosidad, índice de viscosidad,
punto de fluidez, capacidad de lubricación y flujos
estacionario y laminar (nº de Reynolds) de los aceites
hidráulicos. Seguidamente se establece el Principio de
Pascal (prensa hidráulica) , la Ley de continuidad y el
Teorema de Bernouilli, potencia hidráulica, Ley de
Poiseuille, así como el concepto de pérdida de carga.
Ventajas de la hidráulica: fácil regulación de la
velocidad, reversibilidad (válvulas con puntos
muertos), uso de válvulas limitadoras de presión para
proteger de sobrecargas, se logran grandes fuerzas con
cilindros de pequeño tamaño, cualquier actuador
hidráulico se para con facilidad debido a la
incompresibilidad de los líquidos, instalaciones de
menor longitud que las neumáticas y no se queman
ante una sobrecarga, como les pasaría a los motores
eléctricos.
Elementos de potencia: Se los denomina Bombas y se
clasifican en hidrodinámicas e hidrostáticas. Las
primeras generan grandes caudales pero bajas
presiones, las segundas son más empleadas en
automatización. Son características de las bombas: el
valor nominal de la presión, el caudal,
TECHTime
desplazamiento o volumen de líquido bombeado en
una vuelta completa, rendimiento volumétrico o
producto entre el desplazamiento y las revoluciones. Y
el rendimiento total. Constructivamente pueden ser:
de engranajes, de tornillo, de paletas y de pistones. Se
denomina unidad hidráulica al conjunto formado por la
bomba, el motor que la alimenta, filtro, manómetro,
válvula limitadora de presión y tanque que recoge el
fluido de retorno (en neumática el aire utilizado se
enviaba a escape)
Elementos de distribución y control: En cuanto al
funcionamiento son exactas a las neumáticas y electro
neumáticas, sin embargo son más robustas (para
soportar mayores presiones) y por ejemplo se emplea
mucho la 4/2 en sustitución a la 5/2 que se empleaba
mucho en neumática; también es frecuente emplear
v´lvulas de 3 posiciones como la 4/3 Los símbolos de
estas válvulas son idénticos a los neumáticos
respectivos; sólo hay que tener en cuenta que los
escapes deben de conectarse con el tanque (en
neumática quedaban al aire).
Elementos actuadores: Existen cilindros de simple
(poco utilizados) y doble efecto como ocurría en la
Neumática; estos últimos suelen realizar trabajo tanto
en la carrera de avance como en la de retroceso..
También existen motores rotativos.
Práctica 7: Diseñando circuitos con FLUIDSIM-H
Del mismo modo que has hecho con FLUIDSIM-N realiza los
siguientes diseños, razónalos y dale aplicaciones:
1.
Gobierno de un cilindro de simple efecto
2.
Mando de un cilindro de doble efecto, mediante
una 4/2 y una 4/3.
3.
Regulación de la velocidad de avance de un
cilindro.
4.
Regulación del caudal de entrada.
5.
Regulador de presión
---------------FIN---------------ELABORADO POR:
Ing . John Jairo Piñeros
Mayo 2011

electroneumatica

Transcripción

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