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Reconocimiento del banco de Trabajo de Electroneumática. Cristian Valdez, Carlos Padilla.
[email protected],
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[email protected] [email protected] Universidad Politécnica Salesiana - Sede Cuenca. Automatización Industrial II.
—En el prese present ntee docu documen mento to se descri describe be algu alguna nass Resumen—En prácticas básicas de electroneumática, con el objetivo de aprender a realizar los correspondientes esquemas y simulaciones de dichos circuitos electroneumáticos; poniendo en práctica los conocimientos adquirid adquiridos os a lo largo de la materia materia hasta hasta el moment momento. o. Se puede puede observ observar ar los circui circuitos tos esquem esquemátic áticos os de cada cada uno de los circuitos planteados por el docente, los cuales fueron simulados en el softwa software re FESTO FESTO FluidS FluidSIM® IM® donde se puede puede obtene obtenerr la correspondiente lista de materiales necesarios para cada uno de ellos, ellos, al igual igual que su diagra diagrama ma Posició Posición-F n-Fase ase de los diverso diversoss actuadores utilizados. Se describe el funcionamiento de dichos circuitos de manera más profunda, así como una lista de materiales globalizada para poder realizar los circuitos electroneumáticos. La implementación implementación de dichos circuitos circuitos electroneumá electroneumáticos ticos se lo realiza en los bancos de trabajo del laboratorio solamente con contactores. —actuadores,, válvulas, válvulas, vías, diagrama diagrama posiciónposición Index Terms—actuadores fase, unidad de matenimiento, electroneumática, PLC, sensores fin carrera.
conversión conversión de energía eléctrica a energía neumática para lograr la activación de los actuadores neumáticos. [1] En otras palabras la electroneumática es la aplicación en donde combinamos dos importantes ramos de la automatización como son la neumática (Manejo de aire comprimido) y electricidad y/o la electrónica. [1] La electroneumática es una de las técnicas de automatización que en la actualidad viene cobrando vital importancia en la optimización de los procesos a nivel industrial. industrial. Su evolución evolución fue a partir de la neumática, disciplina bastante antigua que revoluc revolucionó ionó la aplicaci aplicación ón de los servomec servomecanis anismos mos para el accionamiento de sistemas de producción industrial. Con el avance de las técnicas de electricidad y la electrónica se produjo la fusión de métodos y dando así el inicio de los sistemas electroneumáticos en la industria, los cuales resultaban más compactos y óptimos a diferencia de los sistemas puramente neumáticos. [1]
I. O BJETIVO G ENERAL . Describir cada componente que posee el banco de neumática A. Ventajas de la electroneumática electroneumática y electro neumática. Mediana fuerza (porque se pueden lograr fuerzas mucho más altas con la hidráulica). [1] II. O BJETIVOS E SPECÍFICOS. Altas velocidades de operación. [1] Realizar el listado de elementos elementos neumáticos que se dispo Menos riesgos de contaminación por fluidos (especialnen en los bancos de prácticas del laboratorio para armar mente si se utiliza en la industria de alimentos o farmadiversos diversos circuitos. céutica). [1] Determinar si los elementos neumáticos y electro neumá Menores costos que la hidráulica o la electricidad neta. ticos están en adecuadas condiciones. [1] Gobernar un cilindro de simple retorno por muelle accio El aire es de fácil captación y abunda en la tierra. [1] nado por una válvula 3/2NC, con regulación de caudal. El aire no posee propiedades explosivas, por lo que no Analizar el funcionamiento del circuito neumático emexisten riesgos de chispas. [1] pleando la numeración normalizada de cada elemento de Los actuadores pueden trabajar a velocidades razonableacuerdo a la norma ISO 1219-2. mentealtas y fácilmente regulables. [1] Conocer la simbología de cada uno de los componentes El trab trabaj ajoo con con aire aire no daña daña los los comp compon onen ente tess de un de los bancos. circuito por efecto de golpes de ariete. [1] Los cambios de temperatura no afectan en forma signifiIII. I NTRODUCCIÓN cativa. [1] Energía limpia. [1] N electroneumática, la energía eléctrica substituye a la Cambios instantáneos de sentido. [1] energía neumática como el elemento natural para la generación y transmisión de las señales de control que se ubican en electroneumática los sistemas de mando. Los elementos nuevos y/o diferentes B. Desventajas de la electroneumática que entran en juego están constituidos básicamente para la El uso del aire comprimido, si no es utilizado correctamanipulación y acondicionamiento de las señales de voltaje mente, puede generar ciertos riesgos para el ser humano. y corriente que deberán de ser transmitidas a dispositivos de [1] •
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Tratamiento de aire comprimido en el punto de utilización Las sobrecargas constituyen situaciones peligrosas o que D. Tratamiento dañen dañen los equipos equipos en forma forma perman permanent ente, e, en la parte parte eléctrica. [1] En circuitos muy extensos extensos se producen pérdidas de cargas 1) Filtros: Filtros: La utilización de filtros en las bocas de uticonsiderables. [1] Requiere instalaciones especiales para recuperar el aire lización se hace indispensable, debiendo estar presentes en toda instalación correctamente concebida, aún cuando se haya previamente empleado. [1] Las presiones a las que trabajan normalmente, no permi- hecho tratamiento del aire a la salida del compresor o del depósi depósito. to. Éstos Éstos no imp impedi edirán rán la llegad llegadaa a los puntos puntos de ten aplicar grandes fuerzas. [1] consumo de partículas de óxido, ni de pequeñas cantidades de Altos niveles de ruidos generados por la descarga del aire condensado provenientes provenientes de las redes de distribución. Estos, de hacia la atmósfera. [1] no ser retenidos tendrían acceso a los componentes neumáticos con su consiguiente deterioro, aumento de los costos de mantenimiento y en general bajo rendimiento del equipo. Consta C. Elementos Elementos de un sistema sistema electroneum electroneumátic ático o esencialmente de un deflector centrífugo en su parte superior En todo sistema electroneumático se pueden distinguir los cuyo objeto es crear dentro del vaso un movimiento ciclónico siguientes elementos: del aire de modo de crear una fuerza centrífuga que actuando sobre las pequeñas gotas de condensado y partículas obliguen 1) Elementos Elementos generador generadores es de energía energía : Tanto si se trabaja a éstas a adherirse a las paredes del vaso, para depositarse con aire como con un líquido, se ha de conseguir que el luego en su parte inferior. [2] fluido fluido transm transmita ita la energ energía ía necesa necesaria ria para para el sistem sistema. a. En los sistemas sistemas neumáticos neumáticos o electron electroneumá eumáticos ticos se util utiliza iza un compresor, mientras que en el caso de la hidráulica se recurre a una bomba. Tanto el compresor como la bomba han de ser accionados por medio de un motor eléctrico o de combustión interna. [1] •
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2) Elemen Elemento to de trata tratamie miento nto de los fluidos fluidos : En
el caso de los sistemas neumáticos o electroneumáticos, debido a la humedad existente en la atmósfera, es preciso proceder al secado del aire antes de su utilización; también será necesario filtrar filtrarlo lo y regul regular ar su presió presión, n, para para que no se introd introduzc uzcan an impurezas en el sistema ni se produzcan sobrepresiones que pudieran perjudicar su funcionamiento. Los sistemas hidráulicos trabajan en circuito cerrado, y por ese motivo necesitan disponer de un depósito de aceite y también, al igual que en los sistemas neumáticos, deberán ir provistos de elementos de filtrado y regulación de presión. [1] 3) Eleme Element ntos os de mand mando o y cont contrrol : Tanto Tanto en sistemas sistemas neumátic neumáticos os como en hidráuli hidráulicos, cos, se encarga encargann de conducir conducir de forma forma adecua adecuada da la energ energía ía comuni comunicad cadaa al fluido fluido en el compresor o en la bomba hacia los elementos actuadores. [1]
En el caso de la electronuemática existen, aparte de los dispositivos dispositivos puramente neumáticos, dispositivos dispositivos eléctricos; los cuales son el conjunto de elementos que debemos de introducir para lograr el accionamiento de los actuadores neumáticos. Dichos Dichos dispositi dispositivos vos eléctric eléctricos os son básicamen básicamente: te: elementos elementos de retenció retención, n, interrupt interruptores ores de final de carrera, carrera, relevad relevadores ores (solenoides), válvulas electroneumáticas, etc. [1]
Figura Figura 1. Filtro Filtro neumático. neumático. [2]
2) Regulad Regulador or de presió presión: n: •
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4) Elementos actuadores actuadores : Son los elementos que permiten
transformar la energía del fluido en movimiento, en trabajo útil. Son los elementos de trabajo del sistema y se pueden dividir en dos grandes grupos: cilindros, en los que se producen movimientos lineales y motores, en los que tienen lugar movimientos rotativos. [1]
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Evitar las pulsaciones y fluctuaciones de presión provenientes del compresor. [2] Mantener una presión de trabajo en los equipos sensiblemente constante e independiente de la presión de línea y del consumo. [2] Evitar Evitar un excesiv excesivoo consumo consumo por util utilizar izar presiones presiones de operación mayores que las necesarias en los equipos. [2] Independizar los distintos equipos instalados.[2]
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Observación 1. Según
ya se ha dicho, las válvulas direccionales se designan de acuerdo al número de vías y posiciones. 2) Válvulas Válvulas 5/2: Estas
poseen cinco orificios de conexión y dos posiciones de mando. A diferencia de las 4/2, poseen dos escapes, correspondiendo uno a cada utilización. [2]
Figura 2. Regulador de de presión neumático. neumático. [2]
3) Lubricado Lubricador: r: Para
lubricar herramientas y mecanismos neumát neumático icos, s, el métod métodoo más lóg lógico ico,, eficien eficiente te y económ económico ico es dosific dosificar ar lub lubric ricant antee en el aire aire que accion accionaa el sistem sistema, a, atomizándolo y formando una micro niebla que es arrastrada por el flujo de aire cubriendo las superficies internas de los componentes con una fina capa de lubricante. Esta función es cubierta por los lubricadores, existiendo diversidad de formas constructivas, pero siempre basados en el mismo principio. [2] E. Válvulas neumáticas
Según sus propiedades y la función que realiza dentro del sistema, las válvulas neumáticas se clasifican en los siguientes grupos: Válvulas de control de dirección. [2] Válvulas de control de caudal. [2] Válvulas de control de presión. [2]
Figura Figura 3. Esquema Esquema y simbolog simbología ía de una válvula válvula 5/2 con accionami accionamiento ento por pulsante y retorno por muelle. [2]
Es posible también comandar ambas posiciones del distribuidor, mediante pulsos de señal ingresados alternativamente por las bocas 12 y 14. Desaparece así la reacción, obteniéndose ahora una válvula con las dos posiciones estables, es decir, la válvula conmuta y conserva la posición aún desaparecida la señal que originó el cambio. La posición opuesta se logrará media mediante nte una señal señal en el pilota pilotaje je contra contrario rio.. Este Este tipo tipo de comportamiento recibe el nombre de biestable. También son conocidas como memorias o de comando por impulsos. [2]
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1) Válvulas: Válvulas: Aspectos Aspectos de selección: selección: Para
llevar a cabo la elección de una válvula neumática, es conveniente recurrir a ciertos criterios de selección, que posibilitarán la siguiente clasificación: Número de Vías: De esta forma llamaremos al número de orificios controlados en la válvula, exceptuando los de pilotaje. Podemos así tener 2, 3, 4, 5 ó más vías (no es posible un número de vías inferior a 2). [2] Posiciones: Es el núm número ero de posici posicione oness establ estables es del elemento de distribución. Pueden tenerse válvulas de 2, 3, 4 ó más posiciones (no es posible un número de posiciones inferior a 2). [2] Caudal: Es el volumen de fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo. Normalmente se calcula a partir del flujo, volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. [2] Sistemas Sistemas de accionam accionamient iento: o: Una característica importante de toda válvula es su clase de accionamiento ó mando, debido a que de acuerdo con ello, dentro de la cadena de mando de un equipo neumático o electroneumático, se la empleará como elemento emisor de señal, órgano de control o de regulación. En el caso de la electroneumática el accionamiento principal para las válvulas es la electricidad mediante los relevadores. [2] •
Figura Figura 4. Esquema Esquema y simbologí simbologíaa de una válvula válvula 5/2 como biestable. biestable. [2]
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3) Válvul Válvulas as 5/3 NC: Es una válvula de 3 posiciones y 5 vías. Las funciones extremas de las válvulas de tres posiciones son idénticas a las de dos posiciones (con 5 vías), pero a diferencia de éstas incorporan una posición central adicional. Esta posición podrá ser de centro cerrado, centro abierto o centro a presión. Un centro abierto permite la detención intermedia de un actuador en forma libre, dado que ambas cámaras quedan conectadas a escape en esa posición. Un centro cerrado, por el contrario, permitirá una parada intermedia, pero el cilindro quedara bloqueado por imposibilitarse sus escapes. El centro a presión mantiene alimentadas ambas cámaras, lo que permite detener con precisión un cilindro sin vástago, compensando eventuales pérdidas de aire del circuito.. [2]
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Figura Figura 5. Esquema Esquema y simbolog simbología ía de una válvula válvula 5/3 con centro abierto. abierto. [2]
energizar sistemas de alta potencia. K1 identifica al relevador número uno. A1 y A2 identifican a las terminales del relevador. relevador. La numeración identifica a la primer cifra con la cantidad de contactos, mientras que la segunda cifra (3 y 4) indican que se trata de contactos normalmente abiertos. Para contactos normalmente cerrados se emplean en las segundas cifras los números 1 y 2, respectivamente. [3] 4) Válvulas electroneumáticas: En
4) Válvulas Válvulas regulad reguladoras oras de caudal caudal o flujo: Las
válvulas reguladoras de caudal se utilizan para el control de velocidad de cilindros neumáticos, actuadores, así como también para la obtención de efectos de retardo de señales neumáticas (temporización neumática), permitiendo de esta forma la regulación del tiempo de presurización de un volumen. [2] Existen básicamente dos grupos de reguladores de caudal: Regulador de caudal bidireccional. Regulador de caudal unidireccional.
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las electroválvulas la señal que da origen a la conmutación es de naturaleza eléctrica, excitando a un solenoide que por acción magnética provoca el desplazamiento de un núcleo móvil interno que habilita o no el pasaje de fluido. En los mandos directos el mismo núcleo habilita o no el pasaje principal de fluido; en los mandos electroneumáticos una válvula piloto de mando directo comanda la señal neumática que desplaza al distribuidor principal. [3]
G. Actuadores Actuadores neumáticos 1) Cilindros Cilindros Neumáticos: Son actuadores de acción lineal, transforman la energía del aire comprimido en trabajo mecánico. [3] 2) Cilindr Cilindro o de simple simple efecto: Uno
de sus movimientos está gobernado por el aire comprimido, mientras que el otro se da por una acción contraria, generalmente un resorte colocado en el interior del cilindro. Este resorte podrá situarse opcionalmente entre el pistón y la tapa delantera (con resorte delantero) o entre el pistón y su tapa trasera (con resorte trasero). [3] Figura 6. Válvula reguladora reguladora de caudal. [2]
F. Dispositivos eléctricos aplicados a la electroneumática 1) Elementos Elementos de retenc retención: ión: Son
empleados, generalmente, para generar la señal de inicio del sistema, o en su defecto, para realizar paros, ya sea de emergencia o sólo momentáneos. El dispositivo más común es el botón pulsador. [3] 2) Interruptores Interruptores de final de carrera: carrera: Estos interruptores son
empleados, generalmente, para detectar la presencia o ausencia de algún elemento, por medio del campo magnético entre el interruptor y el elemento a ser detectado. [3] 3) Relevador Relevadores es (Bobinas (Bobinas o solenoid solenoides): es): Son
dispositivos eléctricos que ofrecen la posibilidad de manejar señales de control del tipo on/off. Constan de una bobina y de una serie de contactos que se encuentran normalmente abiertos o cerrados. El principio del funcionamiento es el de hacer pasar corriente por una bobina generando un campo magnético que atrae a un inducido, y éste a su vez, hace conmutar los contactos de salida. [3] Son Ampliamente utilizados para regular secuencias lógicas en donde intervienen cargas de alta impedancia y para
Figura 7. Cilindro de de simple efecto neumático. [3] [3]
Los cilindros de simple efecto son utilizados, entre muchas otras aplicaciones, para: Dispositivos de corte y prensado en la fabricación de piezas de plástico. [3] Dispositivos de sujeción, de corte, de plegado, de prensado sado y accion accionam amien iento to de prensa prensass de recort recortes, es, en las industrias papeleras. [3] Dispositivos de corte en las industrias de confección y en la industria de calzado. [3] Expulsión de piezas en la industria alimentaria y en la industria farmacéutica. [3] •
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3) Cilindro Cilindro de doble efecto: efecto: En este modelo de cilindro, las carreras de avance y retroceso se consiguen por medio de la presión del aire comprimido en cualquier lado del émbolo, es decir, el aire comprimido ejerce su acción en las dos cámaras de cilindro. [3]
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Figura 8. Cilindro de de doble efecto neumático. neumático. [3]
Los actuadores o cilindros de doble efecto son utilizados, entre muchas otras aplicaciones, para: •
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Cierre de compuertas en centrales nucleares, balanzas en cerealeras, dispositivos dispositivos de cierre y apertura de compuertas de silos en la industria cerealera. [3] Dispositivos de elevación y descenso para baños, en la industria química. [3] Compactadores de chatarra. [3] Desplazamiento de rodillos en sierras alternativas, accionamientos en sierras tronzadoras y prensas de bastidor en la industria de la madera. [3] Dispositivos para prensas de moldeo y sujeción en la industria de muebles. [3] Accionamiento de puertas en vehículos de transporte.[3]
ELEMENTO
CANTIDAD
Unidad de mantenimiento Fuente de aire comprimido Cilindro de doble efecto Válvula 5/2 Sensor Fin Carrera Contactor Sole Soleno noid idee de válv válvul ulaa (rel (relev evad ador ores es)) Interruptor de emergencia Pulsador Fuente de tensión de 24V DC Ductos neumáticos Banan ananas as o cabl cables es de con conexi exión PLC ZELIO Logic Mandil Gafas Protectoras Computadora Cuadro I
1 1 3 3 6 6 6 1 2 1 —– —– 1 1 1 1
TABLA DE MATERIALES Y DISPOSITIVOS GENERALES .
A continuación se menciona de una manera más específica cada una de las válvulas y dispositivos neumáticos utilizados para las diversas prácticas: Banco neumático. Aire comprimido. Unidad FRL. Distribuidor de caudal. Bananas o cables de conexión. Fuente de 24 V DC. Fusible de 2A. Válvula 5/2, accionamiento y retorno electroneumático. Válvulas 5/3 NC, accionamiento y retorno electroneumático. • • • • • • • • •
H. Software FESTO FluidSIM
FluidSIM 4 es una aplicación pensada para la creación, simulación, instrucción y estudio electroneumático, electrohidraúlico y de circuitos digitales. El programa nos permitirá crear circuitos muy fácilmente mediante el clásico procedimiento de arrastrar y soltar. Sólo tenemos que llevar los elementos del circuito de un lugar a otro y conectarlos manualmente. Simple y efectivo. En cualqu cualquier ier caso, caso, Fluid Fluid SIM incluy incluyee una imp import ortant antee secció secciónn did didáct áctica ica desde desde la que ver alguno algunoss princi principio pioss de neumática (en la versión completa hay más disponibles). De esta manera, no tendremos que saber de memoria muchas de las funciones de los circuitos.
Remark 2 2 . Al
final del presente documento se puede observar en la sección de Anexos cada una de las listas de materiales utilizadas para los circuitos de electroneumática de manera individual.
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IV. MATERIALES A continuación se presenta una lista de materiales globalizada para la realización de todas las prácticas de electroneumática básica.
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V. DESARROLLO Indentificamos cada componente componente del banco de neumatica. Realizamos una tabla en donde colocamos la imagen, funcionamiento, y la simbologia de cada componente. Los elementos que conforman el banco de trabajo se observara en el Anexo 1. VI. C ONCLUSIONES Y R ECOMENDACIONES Se pudo poner en práctica los conocimientos obtenidos a lo largo de la materia hasta el momento; conociendo ya no solamente de manera teórica, sino de manera práctica el funcionamiento de diversas válvulas y actuadores neumáticos y electroneumáticos utilizados para el desarrollo de cada uno de las prácticas básicas de electroneumática planteadas por el docente. Al haber obtenido práctica y experiencia con la elaboración de los circuitos electroneumáticos, como estudiantes y futuros profesionales estaríamos preparados para dar
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soluciones a diversas aplicaciones donde sea necesario la utilización de la neumática y la eléctrica. Se trabaj trabajoo de igu igual al manera manera con el softwa software re FESTO FESTO FluidSIM® donde se pudo comprobar el correcto funcionamiento de cada uno de los circuitos electroneumáticos antes de pasar a los bancos de trabajo para desarrollar los mismos. Se log logró ró analiz analizar ar el correc correcto to funcio funcionam namien iento to de cada cada circuito electroneumático empleando la numeración normalizada de cada elemento de acuerdo a la norma ISO 1219-2. Se recomienda que al momento de pasar a los bancos de trabajo, tener colocado gafas protectoras y mandil de trabajo para no sufrir ningún percance, ya que se esta trabajando con valores de presión altas y las mangueras neumáticas pueden soltarse de las válvulas y/o actuadores de una manera brusca, pudiendo salir perjudicados. Se recomienda observar que el manómetro del banco de trabajo se encuentre entregándonos una presión de 6 bar; lo que es recomendable para el correcto funcionamiento de los circuitos neumáticos. Antes de encender el banco de trabajo debemos verificar que se encuentre colocado el fusible de 2 amperios, para evitar daños de los elementos eléctricos en caso de algún desperfecto del circuito. R EFERENCIAS
[1] [1] "Ele "Elect ctro rone neum umát átic ica. a."" Fund Fundam amen enta taci ción ón Neum Neumát átic ica. a. 2014 2014.. Cons Consul ulta tado do el 02 de Novi Noviem embr bree 2014 2014,, [Onl [Onlin ine] e].. Avail vailab able le:: https://fundamentacionneu https://fundamentacionneumatica.wikispaces.co matica.wikispaces.com/Electroneumati m/Electroneumatica ca [2] "Intro "Introdu ducci cción ón a la neumát neumática ica." ." Curso Curso 021.[O 021.[Onli nline] ne].. Avail vailabl able: e: http://www.micro.com.ar/. [3] "Neumátic "Neumáticaa Práctica." Práctica." Primera Primera Edición. Edición. A. Serrano Serrano Nícolas.P Nícolas.Parani araninfo nfo Editorial. Madrid 2011. [4] "Válvulas." Micro. Micro. Madrid 2012. 2012.
