Circuitos neumaticos

Neumática básica © Sena Virtual Distrito Capital 2005

Tema 1. Circuitos Neumáticos Básicos Mando directo de un cilindro de simple efecto Mando Indirecto de Cilindro de Simple Efecto Mando Directo de Cilindro de Doble Efecto Mando directo de cilindro de doble efecto con control de velocidad Mando indirecto de actuadores de doble efecto

Tema 2. Circuitos Con Funciones Lógicas Básicas Mando con Función Lógica And Mando con Función Lógica OR Mando de un cilindro de doble efecto con aumento de velocidad en el avance Mando de un cilindro de doble efecto en función del tiempo Montaje en el banco de simulación Mando con válvula de secuencia Montaje en el banco de simulación mando en función de la presión Mando secuencial de cilindros El montaje de los elementos en el banco de simulación


Tema 1. Circuitos Neumáticos Básicos En la estructura de los circuitos neumáticos básicos propuestos en éste módulo, vamos a utilizar imágenes de circuitos realizados con el simulador fluidSIM neumática de la firma Festo y algunas imágenes tomadas en los bancos de simulación del centro Metalmecanico, SENA Regional Distrito Capital. La descarga del simulador fluidsim 3.6 Demo puede hacerse de la siguiente forma: - En la barra de direcciones de su Internet Explorer digite: www.festo.com/Didactic - Lleve el puntero hasta el link Services . - En el menú Services coloque el puntero sobre el enlace Software y escoja All y dé clic. - De la pantalla que se le presenta dé clic en el recuadro que tiene como link - Fluidsim 3.6 Pneumatics . - De el listado que se presenta seleccione: Fluidsim 3.6 Demo ES (3M/exe) y dé clic. - De las opciones que se le presentan seleccione guardar en el equipo. - Después de descargar el simulador proceda a instalarlo dando doble clic sobre el icono del programa. Un esquema de un circuito neumático está compuesto por un conjunto de líneas y símbolos, mediante los cuales es posible estudiar la solución más favorable para una instalación, donde su finalidad es establecer un lenguaje técnico entre quien lo proyecta y quien lo analiza y realiza el trabajo. En la primera semana de nuestro curso, tuvimos oportunidad de estudiar la simbología básica para los elementos neumáticos; ahora es necesario acoplarlos estableciendo un circuito concreto. En razón a que los esquemas se realizan sin tener en cuenta la posición real de los elementos en la instalación, es recomendable que las líneas no se crucen;


de no poder evitarse esta situación es importante no hacer realces en el cruce para que no represente unión de tubería. Recuerde que las líneas continuas son usadas como líneas de trabajo y las líneas punteadas son usadas para enviar una señal para la conmutación de una válvula con mando neumático. Cada válvula o actuador debe representarse en la posición que antecede a la función que va a realizar; así por ejemplo las válvulas de distribución podrán estar activadas o no activadas según la función a desempeñar

Mando directo de un cilindro de simple efecto. El concepto de mando directo representa el modo más sencillo de controlar el funcionamiento de un cilindro, dado que allí participa solo una válvula con función de distribución y de mando. Algunos procesos utilizan actuadores pequeños y por lo tanto de bajo consumo de caudal de aire; en algunos casos, dichos actuadores son comandado con válvulas de mando, cuyos conductos son de diámetro de paso también pequeños y suministran el caudal necesario para realizar el trabajo; éste tipo de mando es llamado “mando directo”. En las siguientes figuras podemos observar el esquema diseñado en el simulador fluidSIM, también el montaje físico realizado en el banco de simulación y una posible aplicación de éste tipo de mando: Figura 1 Actuador

Válvula demando 3/2 2 1 Unidad de mantenimiento Fuente de aire comprimido

3


Figura 2 Válvula accionada 2 1

3

Figura 3

Dispensador de materia prima

Figura 4 Para éste circuito contamos con aire comprimido proveniente de un compresor, disponemos también de una unidad de mantenimiento para controlar la presión necesaria en el proceso que se está manejando. Al operar la válvula 3/2, el aire llegará hasta el cilindro de simple efecto haciéndolo salir, en este caso, y cumpliendo el trabajo previsto; al soltar el pulsador la válvula regresará a su posición de reposo “cerrada” y el resorte del cilindro lo hará retornar a su posición original desalojando el aire almacenado en la recamara posterior, por el orificio de escape marcado con el numero 3 en la válvula 3/2. La figura 4 muestra una aplicación de este circuito en un dispensador de materia prima.


Mando Indirecto de Cilindro de Simple Efecto No siempre es aconsejable que el operario actúe sobre la válvula puesta cerca del cilindro. Algunas aplicaciones utilizan actuadores de gran volumen; para maniobrar esos actuadores eficientemente, se requieren válvulas que puedan suministrar un caudal de aire proporcional al requerido por el actuador. Dichas válvulas requieren por su tamaño un esfuerzo mayor para ser operadas, por esa razón, deben utilizarse válvulas que accionen a la válvula de mando, éstas serán de menor tamaño ya que su función es comandar la válvula mas grande “Válvula de mando principal “. Figura 5

1.0

1.1 1.2

1.2

2 1

2 1

3

3


Figura 6

1.0

1.1 1.2

1.2

2 1

2 1

3

3

Al accionar la válvula demarcada con 1.2 el aire pasa de 1 a 2 e ingresa por el conector 12 de la válvula de mando ( 1.1 ), accionando ésta y permitiendo que un volumen de aire llegue hasta el cilindro 1.0; el cilindro de simple efecto se extiende realizando el trabajo que se le tiene definido y permanece así hasta tanto la válvula auxiliar 1.2 permanezca accionada. Cuando es suspendido el accionamiento de la válvula 1.2 , ésta regresa a su posición normal, en este caso “cerrada”, cancelando así la señal de mando a la válvula 1.1, por lo tanto ésta también regresa a su posición de reposo y el cilindro ya sin presión, por medio del resorte, desaloja el aire y regresa a su posición “retraído” en éste caso. En la figura 7 observamos una aplicación del circuito de mando indirecto en una dobladora de lamina:


Mando Directo de Cilindro de Doble Efecto Algunos trabajos, requieren maniobrabilidad tanto de avance, como de retroceso, en esos casos debemos elegir cilindros de doble efecto. Recuerde, que la aplicación del mando directo, obedece al mínimo dimensionamiento del actuador; recuerde también que para manipular actuadores de doble efecto es conveniente utilizar válvulas de cinco vías. Figura 8 1.0

1.2 4

2

5

3 1


Figura 9 1.0

1.1

4

2

5

3 1

En posición de reposo la válvula 1.2 envía aire a la cámara anterior del cilindro, es decir, al lado del vástago haciendo que el cilindro permanezca dentro. Al oprimir el pulsador de la válvula 5/2, ésta permite el paso de aire de 1(p) a 4(A), el aire ingresa al cilindro por el lado del émbolo haciendo que se desplace y al avanzar realice el trabajo dispuesto para él. El aire que sale de la cámara del vástago es evacuado por el orificio 3(s). Al soltar o desenclavar el pulsador la válvula regresa a su posición de reposo empujada por el resorte, de esa forma el aire pasa de 1(P) a 2(B) llega al cilindro por el lado del vástago haciéndolo retraerse y realizando así el trabajo dispuesto para el retorno del actuador. El aire que debe salir de la cámara del émbolo se evacúa a través de la válvula por el conducto 5(R). Figura 10 Figura 11

Aplicación cierre o apertura de válvula


Mando directo de cilindro de doble efecto con control de velocidad En algunos procesos debe regularse la velocidad del actuador, tanto en el avance como en el retroceso; en ese caso deben ubicase válvulas de estrangulación regulables con antiretorno en los conductos de alimentación de los actuadores. El porcentaje de apertura de las válvulas de control de flujo, determinarán las velocidades del actuador. Así mismo debe tenerse en cuenta el posicionamiento de las válvulas de estrangulación regulables, ya que hablamos de dos posibilidades de regulación de velocidad del actuador. Una de ellas es la regulación del caudal de aire que sale del cilindro y la otra es la regulación del caudal de aire que ingresa al cilindro.

Figura 12

Figura 13

En la regulación del caudal que sale del cilindro (figura 12), se configuran independientemente mediante los tornillos de graduación, la velocidad de avance o de retroceso según la necesidad. En esta configuración, se genera una vibración en el comienzo hasta que se equilibran las fuerzas. Posteriormente se proyecta una mejor oportunidad de regulación. Si se utilizara una válvula 5/2 estos estranguladores podrían ir ubicados en los orificios de escape de la válvula.


En la regulación del aire que entra al cilindro (figura 12), el inicio es más manejable, pero escaso de exactitud en la regulación. No es recomendable utilizarse si se trata de esfuerzos de tracción. Este sistema es utilizado cuando se trata de impulsar cargas con cilindros de pequeña dimensión.

Baño 1

Baño 2

Mando indirecto de actuadores de doble efecto Si el cilindro de doble efecto que se va a utilizar, es de gran tamaño y requiere gran cantidad de aire, es conveniente utilizar una válvula, también de gran capacidad de suministro de aire; para el accionamiento de ésta válvula se necesitará una fuerza manual considerable, por lo tanto se recomienda un accionamiento indirecto, lo cual implica la utilización de una válvula auxiliar para comandar la válvula de mando principal.

Figura 15

Figura 16


Al accionar la válvula 1.2, pasa aire del conducto 1 al conducto 2 y la válvula 1.1 recibe una señal por la conexión 14. La válvula de mando conmuta y permite el paso de aire de 1 a 4 haciendo que el cilindro avance. Al dejar de accionar la válvula 1.2, la válvula de mando deja de recibir señal y regresa a su posición de reposo presionada por el muelle de reposición. En ese momento el cilindro recibe aire por el lado del vástago y el cilindro debe regresar. Este conexionado me permite que el cilindro avance o retorne cada vez que la válvula 1.1 es operada.

Figura 17

Figura 18


Tema 2. Circuitos Con Funciones Lógicas Básicas En neumática la representación lógica de una situación de un circuito, está beneficiada por el evento de que cada válvula puede suministrar, en salida, una señal a la presión de la red (tomando un estado uno ) o en su defecto a la presión atmosférica (presentando un estado cero ). El concepto anteriormente planteado, nos indica dos posibles situaciones: en el estado uno hay flujo de aire, mientras que en el estado cero no hay suministro de aire.

Mando con Función Lógica And Para realizar un circuito con función lógica And, debe establecerse una función de control en la que se requiera la presencia de ambas señales en la entrada para que se cumpla una condición de salida.

2 A Y

X

1

3

X Y A 2 1

Y &

3

0 0 1 1

0 1 0 1

0 0 0 1

A

X

La aplicación de un mando con función lógica And aplica en aquellos lugares donde un proceso pueda realizarse solamente cuando se cumplan varios requerimientos. Una posible aplicación aparece en la siguiente figura:


El taladro presenta un conjunto de tres husillos con diferentes tamaños de brocas; debemos asegurar que el operario del equipo mantenga sus manos ocupadas durante el tiempo que dura la operación para evitar que tenga posible contacto y pueda lesionase. La operación del equipo implica que al accionar los pulsadores 1.2 y 1.4 la válvula de simultaneidad 1.6 procesa la información y envía una señal de aire a la válvula de mando 1.1 para que esta se conmute permitiendo el accionamiento del dispositivo de taladrado mediante el cilindro 1.0. Al soltar los pulsadores 1.2 y 1.4 la válvula 1.6 suspende la señal y el cilindro regresa ya que su válvula de mando 1.1 ha tomado la posición de retorno.

Mando con Función Lógica OR En muchas ocasiones debe poderse accionar un actuador desde dos o mas sitios diferentes. La aplicación de un mando con función lógica “OR” aplica en aquellos lugares donde el mando deba hacerse desde varios puntos; para ello es posible utilizar válvulas 3/2 conectadas en serie, o también es posible utilizar válvulas selectoras de circuito conectadas en serie, o en paralelo.


2 A X

1

3

X Y A

Y 2 1

Y X

> =1

3

0 0 1 1

0 1 0 1

0 0 0 1

A

El campo de aplicación de la válvula selectora de circuito, aplica en la operación de componentes en paralelo; en este circuito es importante que la presión de accionamiento, se alcance con rapidez para que no se produzcan flujos de retorno en las válvulas de comando. Una posible aplicación aparece en la figura siguiente:


La apertura y cierre de una puerta debe poder hacerse desde dos puntos diferentes, para mejor comodidad del usuario.

La apertura de la puerta, implica que al accionar los pulsadores 1.2 o 1.4 la válvula de selectora 1.6 procesa la información y envía una señal de aire a la válvula de mando 1.1 para que esta se conmute permitiendo el accionamiento de la puerta mediante el cilindro 1.0. Al accionar los pulsadores 1.3 o 1.5 la válvula 1.7 envía señal a la válvula de mando 1.1 y el cilindro regresa ya que su válvula de mando 1.1 ha tomado la posición de retorno, generando de esa forma el cierre de la puerta.

Mando de un cilindro de doble efecto con aumento de velocidad en el avance Cuando se requiere que los actuadores se desplacen a su máxima velocidad, es conveniente utilizar válvulas de escape rápido ya que ellas permiten el desalojo del aire mas rápidamente, al estar ubicadas muy cerca de los conectores del actuador; esto quiere decir que el aire desalojado tendrá que hacer un recorrido menor para salir del circuito neumático y eso causará menor resistencia en el desplazamiento del actuador.


Al accionar la válvula 3/2 marcada como 1.2, ésta permite el paso de aire a través de su conector 2, de esa forma el aire llega hasta el conector 14 de la válvula de mando 1.1 haciendo que la válvula se conmute lo que ocasiona que desde el conector 4 de la válvula de mando 1.1 llegue aire hasta el cilindro, por el lado del embolo haciéndolo salir. El aire que sale del cilindro por el lado del vástago, es evacuado por la válvula de escape rápido y ello le da mayor velocidad a su desplazamiento. Para que el cilindro regrese, debe manipularse la válvula auxiliar 3/2 marcada como 1.3 y en éste caso el cilindro regresará en forma controlada ya que la válvula de estrangulación regulable con antirretorno, tendrá algún grado de restricción y ello causara un movimiento lento por parte del cilindro en su retorno.


Mando de un cilindro de doble efecto en función del tiempo Cuando en un sistema se requiere manejar los tiempos de operación de los procesos de mando con sistemas neumáticos, es conveniente utilizar temporizadores. Para el ejercicio explicativo vamos a utilizar un temporizador cerrado en posición de reposo, el cual va a comandar el retroceso de un cilindro en acción retardada. Al accionar el pulsador de la válvula 1.2, ésta se conmuta y permite el paso de aire de su conducto 1 hasta el conducto 2, conduce aire al conector 14 de la válvula de mando 1.1, lo que hace que esta cambie de posición y permita el paso de aire de 1 a 4, de esa forma el cilindro 1.0 recibe aire por el lado del embolo y se desplaza en un movimiento de avance; en su recorrido el vástago del cilindro acciona el final de carrera 1.3, quien cambia de su posición cerrada a una posición abierta llevando aire hasta la conexión “z” 12 del temporizador, allí el aire ingresa a un acumulador, controlado por la válvula de estrangulación con antiretorno quien es la que determina el tiempo que debe tardar en accionarse la válvula 3/2 normalmente cerrada que está incorporada en el temporizador y que es quien finalmente lleva aire al conector 12 de la válvula de mando 1.1, para que ésta cambie de posición y el cilindro reciba aire por el lado del vástago. De esa forma se cumple que el cilindro retorna en función del tiempo.


La figura de la derecha nos muestra una aplicación de estampado en una poltrona forrada en cuero, este tratamiento requiere de un tiempo prudencial para lograr que el cuero asimile en forma óptima el logotipo que quiere estampársele.

Montaje en el banco de simulación


Mando con válvula de secuencia Cuando se requiere trabajar con una presión predeterminada, es conveniente implementar un mando en función de la presión con una válvula de secuencia; de allí se deriva que este mando obedece al valor de presión programado para el desarrollo de un trabajo especifico. Recordemos que el comportamiento de las válvulas de secuencia es muy similar al de una válvula limitadora de presión, ya que cuando alcanza el valor de presión programado, su conducto permite el paso de aire hacia la válvula 3/2 normalmente cerrada, conmutándola y permitiendo que se genere una señal de mando hacia el dispositivo que lo requiera según las necesidades. Al accionar el pulsador de la válvula 1.2, ésta conmuta permitiendo el paso de aire hasta el conector 14 de la válvula de mando 1.1, quién a su vez, también cambia su posición de conmutación, permitiendo paso de aire de su conducto 1 a su conducto 4; de esa forma llega aire al cilindro por el lado del émbolo y el cilindro comienza su desplazamiento; al ejercer fuerza contra el objeto de trabajo se crea en la recamara posterior del cilindro un aumento de presión que es registrado por la válvula de secuencia, al alcanzar el valor de presión programado en ella, se activa y envía una señal a la válvula de mando 1.1 para que cambie de posición y ordene al cilindro retraerse. Así queda concluido el trabajo programado del mando en función de a presión.


El ejemplo que aparece en la figura de la derecha muestra cómo se realiza un estampado; la presión con la que se ejecuta la operación debe ser controlada ya que de lo contrario el producto presentará deficiencias en su presentación, por exceso o deficiencia de grabado.

Montaje en el banco de simulación mando en función de la presión

Mando secuencial de cilindros Al diseñar circuitos neumáticos con varios actuadores, es conveniente seguir algunos pasos, para organizar la información y obtener finalmente una solución que cumpla con las especificaciones requeridas. Después de determinar el problema a solucionar, en base a un plano de situación, máquina o equipo, resulta una ecuación de movimientos, que no son mas, que las oscilaciones que van a ejecutar los actuadores que intervienen en la respuesta del problema.


Ejemplo: A+B+A-B-. “A+” Significa, que el primer actuador en este caso “A”= 1.0 debe salir. “B+” Significa que el segundo actuador en este caso “B”= 2.0 debe salir “A-“ Significa que el primer actuador en este caso “A”= 1.0 debe regresar. “B-“ Significa que el segundo actuador en este caso “B” = 2.0 debe regresar. En segundo término es importante realizar un diagrama de movimientos, el cual nos va a representar gráficamente los movimientos que realiza cada uno de los actuadores. El realizar el esquema neumático, nos ayudará a ubicarnos en el contexto de desarrollo del problema.

Es conveniente dividir la ecuación y colocar los finales de carrera que determinarán las señales en cada una de las fases que se van ejecutando.


Explicación de la solución. Cada fase o estado en la secuencia es un movimiento, el mando inicial generado por el pulsador de marcha 1.2 si se quiere un solo ciclo, o 1.4 si se quiere que la secuencia sea continua, acompañado por el final de carrera 1.8, ocasionan el primer movimiento (A+), al salir el vástago del cilindro 1.0(A) el final de carrera 2.2 es accionado y la señal llega hasta el conector 14 de la válvula de mando 2.1, permitiendo se cumpla el segundo movimiento, de esa forma el vástago del cilindro 2.0(B) se extiende y acciona el final de carrera 1.3 quien envía una señal al conector 12 de la válvula de mando 1.1, ésta conmuta y ordena al cilindro 1.1(A) regresar cumpliendo el tercer movimiento, al terminar de regresar el vástago, es accionado el final de carrera 2.3 quien tiene la función de hacer regresar el cilindro 2.0, mediante la conmutación de la válvula 2.1 en el conector 12. Así se completa una secuencia de movimientos que corresponden a la solución de un problema planteado para una máquina o equipo.

El montaje de los elementos en el banco de simulación.

Circuitos neumaticos

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