Manual de trabajo EduKit PA Kit de proyecto Automatización de procesos Con CD-ROM Festo Didactic 563973 ES
Utilización prevista y convenida El equipo y el correspondiente manual de trabajo fueron concebidos exclusivamente para la formación y el perfeccionamiento profesional en materia de automatización y técnica de procesos. La empresa que ofrece clases a aprendices y/o estudiantes deberá velar por que se adopten las medidas de seguridad descritas en los manuales y que establecen las normas legales. Festo Didactic se exime explícitamente de cualquier responsabilidad en relación con daños sufridos por aprendices/estudiantes de la empresa y/o por terceros, ocasionados durante la utilización del presente conjunto de equipos con fines que no corresponden al plan didáctico, a menos que Festo haya causado dichos daños intencionadamente o por negligencia grave. Referencia: 563973 Datos actualizados en: 04/2009 Autores: Bernhard Schellmann, Hans Kaufmann Redacción: Jürgen Helmich, Klaus Kronberger Gráficos: Doris Schwarzenberger Maquetación: 06/2009 Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2013 Internet: www.festo-didactic.com E-mail: did@de.festo.com Adiro Automatisierungstechnik GmbH, 73734 Esslingen, 2013 Internet: www.adiro.com E-Mail: info@adiro.com El comprador adquiere un derecho de utilización limitado sencillo, no excluyente, sin limitación en el tiempo, aunque limitado geográficamente a la utilización en su lugar / su sede. El comprador tiene el derecho de utilizar el contenido de la obra con fines de capacitación de los empleados de su empresa, así como el derecho de copiar partes del contenido con el propósito de crear material didáctico propio a utilizar durante los cursos de capacitación de sus empleados localmente en su propia empresa, aunque siempre indicando la fuente. En el caso de escuelas / universidades y centros de formación profesional, el derecho de utilización aquí definido también se aplica a los escolares, participantes en cursos y estudiantes de la institución receptora. En todos los casos se excluye el derecho de publicación, así como la inclusión y utilización en Intranet e Internet o en plataformas LMS y bases de datos (por ejemplo, Moodle), que permitirían el acceso a una cantidad no definida de usuarios que no pertenecen al lugar del comprador. Los derechos de entrega a terceros, multicopiado, procesamiento, traducción, microfilmación, traslado, inclusión en otros documentos y procesamiento por medios electrónicos requieren de la autorización previa y explícita de Festo Didactic GmbH & Co. KG.
Índice Introducción 5 Contenidos didácticos 5 Objetivos didácticos Al finalizar el ciclo de estudio, 6 Plan de estudios y relación con profesiones en Alemania 6 Responsabilidad del usuario 11 Responsabilidad de los estudiantes 11 Riesgos en la utilización del sistema modular de producción 11 Garantía y responsabilidades 12 Utilización prevista y convenida 12 Indicaciones de seguridad 13 Transporte 15 Desembalaje 15 Contenido del suministro 15 Comprobación antes de cada puesta en funcionamiento 15 Mantenimiento 15 Actualizaciones 15 Parte A Diseño y producción de equipos 1. Descripción de procesos A-3 2. Planificación A-9 3. Instalación A-43 4. Puesta en funcionamiento A-47 5. Marketing y ventas A-51 6. Prueba del logro de los objetivos didácticos relacionados con el diseño y la producción de equipos A-55 Parte B Medición, control y regulación. Soluciones manuales 1. Medición manual B-3 2. Control manual B-13 3. Regulación manual B-37 4. Prueba del logro de los objetivos didácticos relacionados con la medición, el control y la regulación manuales B-47 Festo Didactic GmbH & Co. KG 3
Índice Parte C Medición, control y regulación. Soluciones automáticas 1. Informaciones básicas C-3 2. Medición automática C-13 3. Control automático C-25 4. Regulación automática C-41 5. Prueba del logro de los objetivos didácticos relacionados con la medición, el control y la regulación automáticos C-59 Parte D1 Diseño y producción de equipos con soluciones 1. Descripción de procesos D1-4 2. Planificación D1-10 3. Instalación D1-44 4. Puesta en funcionamiento D1-48 5. Marketing y ventas D1-52 6. Prueba del logro de los objetivos didácticos relacionados con el diseño y la producción de equipos D1-56 Parte D2 Medición, control y regulación. Soluciones manuales con soluciones 1. Medición manual D2-3 2. Control manual D2-13 3. Regulación manual D2-37 4. Prueba del logro de los objetivos didácticos relacionados con la medición, el control y la regulación manuales D2-47 Parte D3 Medición, control y regulación. Soluciones automáticas con soluciones 1. Informaciones básicas D3-3 2. Medición automática D3-13 3. Control automático D3-25 4. Regulación automática D3-41 5. Prueba del logro de los objetivos didácticos relacionados con la medición, el control y la regulación automáticos D3-59 4 Festo Didactic GmbH & Co. KG
Introducción El sistema para la enseñanza de la automatización y técnica de procesos de Festo Didactic fue concebido para la utilización en función de diversos niveles de estudio y requisitos profesionales. Los equipos y las estaciones del sistema modular de automatización de procesos (MPS PA) permiten un estudio y perfeccionamiento profesional cercano a la realidad imperante en las plantas de producción. El hardware está formado por componentes industriales estructurados según criterios didácticos. El conjunto modular para la automatización de procesos es un sistema apropiado para adquirir las siguientes cualificaciones profesionales fundamentales: Competencia profesional en relaciones humanas Competencia profesional en materias técnicas Competencia profesional en relación con la aplicación de métodos Esta cualificación se rige por criterios aplicables en la práctica. Adicionalmente se aprende a trabajar en equipo, en cooperación con los demás y, además, se adquieren conocimientos en materia de organización. Mediante proyectos de estudio se pueden abordar cada una de las siguientes fases, usuales en la ejecución de proyectos en la realidad: Planificación Montaje Cableado Puesta en funcionamiento Funcionamiento y utilización Técnicas de control Técnicas de regulación Mantenimiento Localización de fallos Contenidos didácticos Los contenidos didácticos están clasificados según los siguientes sectores: Mecánica Construcción mecánica de una estación Técnica de procesos Entender y crear diagramas de flujo y documentación Montaje de tubos para unir componentes de la técnica de procesos Análisis de sistemas Electrotécnica Dibujar esquemas de distribución eléctricos Cableado correcto de componentes eléctricos Técnica de detectores y sensores Utilización correcta de detectores y sensores Medición de magnitudes no eléctricas, de la técnica de procesos y de regulación Puesta en funcionamiento Puesta en funcionamiento de un equipo de técnica de procesos Puesta en funcionamiento de un circuito regulador Festo Didactic GmbH & Co. KG 5
Introducción Técnica de control Accionamiento de actuadores Circuitos con relés Técnica de regulación Principios básicos de la técnica de regulación Ampliación de cadenas de medición para formar circuitos de regulación Análisis de tramos de regulación Utilización de unidades de regulación Localización de fallos Localización sistemática de fallos en un sistema de técnica de procesos Controlar el funcionamiento, efectuar el mantenimiento y la reparación de equipos de técnica de procesos Objetivos didácticos Al finalizar el ciclo de estudio, usted conocerá la construcción y el funcionamiento de un sistema de indicación de nivel de llenado, usted entenderá y podrá ampliar diagramas de flujo, usted entenderá y podrá ampliar esquemas de distribución eléctricos sencillos, usted conocerá la construcción y el funcionamiento de un manómetro, usted conocerá la construcción y el funcionamiento de una bomba, usted conocerá la construcción y el funcionamiento de un sensor de caudal, usted sabrá cómo obtener líneas características y cómo analizarlas, usted conocerá los conceptos de control y regulación, usted conocerá los principios válidos en un sistema de regulación discontinua (regulación de dos puntos) y de un sistema de regulación continua, usted conocerá las fases esenciales aplicables en la construcción de equipos, desde la planificación hasta la puesta en funcionamiento. Plan de estudios y relación con profesiones en Alemania Tipos de escuelas Planificación, diseño, montaje, marketing Puesta en funcionamiento, equipo de producción Técnica de control Técnica de regulación Escuela primaria superior, escuela, escuela secundaria, clase 10 LP 2 LP 2 Escuela secundaria, clase 9 LP 2, 4 LP 2, 4 LP 2, 4 LP 4 Escuela secundaria, clase 10 LP 1 LP 1 LP 2 LP 2 LP = Unidad de plan de estudios 6 Festo Didactic GmbH & Co. KG
Introducción Profesiones según campos didácticos Planificación, diseño, montaje, marketing Puesta en funcionamiento, equipo de producción Técnica de control Técnica de regulación Mecánico de equipos e instalaciones industriales Mecánico de instalaciones sanitarias, sistemas de calefacción y climatización Técnico de laboratorios químicos LF 7 LF 8, 9 LF 10, 11 LF 10, 11 LF 5, 6 LF 7 LF 10 LF 10 LF 12 LF 12 Técnico del sector químico LF 4 LF 4, 5 LF 8 LF 5, 8 Electrónico LF 6 LF 3 LF 7 Electrónico especializado en técnicas de automatización Técnico en sistemas de abastecimiento de agua LF 10 LF 10 LF 6, 7 LF 10 LF 4, 13 LF 4 LF 4, 14 LF 4, 14 Mecánico de precisión LF 8, 16a LF 8, 16a Mecánico industrial LF 6 LF 13 Mecatrónico LF 10 LF 9 LF 4, 7 LF 7 Practicante del sector farmacéutico Mecánico de procesos del sector vidriero LF 7 LF 7 LF 9 LF 13 LF = Campos didácticos Teachware del conjunto modular EduKit PA, automatización de procesos, incluyendo pruebas en función de los objetivos didácticos Festo Didactic GmbH & Co. KG 7
Introducción Esquema estructural del hardware del conjunto modular EduKit PA, automatización de procesos 8 Festo Didactic GmbH & Co. KG
Introducción Ejemplo de distribución en el aula de clase Festo Didactic GmbH & Co. KG 9
Introducción Inclusión en la gama de productos Indicaciones importantes Para el uso seguro y fiable del conjunto modular EduKit PA es indispensable conocer y observar las indicaciones y normas de seguridad. El presente manual contiene importantes informaciones para el uso correcto y seguro del conjunto modular EduKit PA. Todas las personas que trabajan con el conjunto modular EduKit PA deberán observar las indicaciones y normas de seguridad. Además, deberán respetarse las indicaciones y normas de prevención de accidentes, aplicables en el lugar de la utilización del conjunto modular EduKit PA. 10 Festo Didactic GmbH & Co. KG
Introducción Responsabilidad del usuario El usuario se compromete a permitir el uso del conjunto modular EduKit PA únicamente a personas que cumplan las siguientes condiciones: Personas que conocen las normas de seguridad en el puesto de trabajo y de prevención de accidentes y que han sido instruidas en la utilización del conjunto modular EduKit PA. Personas que han leído y entendido el capítulo dedicado al tema de la seguridad y las advertencias contenidas en el presente manual. Si el usuario del conjunto modular EduKit PA no se encarga personalmente de vigilar su utilización, deberá designar a una persona que disponga de la cualificación técnica necesaria para hacerse cargo de esa función y, además, que sea capaz de detectar y evitar posibles peligros para él y los estudiantes. Deberá controlarse regularmente si el personal trabaja aplicando los correspondientes criterios de seguridad. Responsabilidad de los estudiantes Todas las personas que utilizan el conjunto modular EduKit PA, deberán comprometerse a lo siguiente antes de iniciar el trabajo: Leer el capítulo dedicado al tema de la seguridad y las advertencias contenidas en el presente manual. Respetar las normas básicas de seguridad en el puesto de trabajo y de prevención de accidentes. Conocer los peligros específicos del aire comprimido utilizado para realizar el sistema, y adoptar las medidas necesarias y oportunas para el uso seguro del sistema. Desconectar la estación de la red antes de realizar trabajos de limpieza y revisión indicados por la persona encargada. Riesgos en la utilización del sistema modular de producción El conjunto modular EduKit PA ha sido concebido recurriendo a la tecnología más avanzada y respetando las normas de seguridad técnica. No obstante, es posible que existan riesgos que pueden poner en peligro la integridad física y la vida del usuario o de terceras personas o que se produzcan daños en la máquina o en otros bienes materiales. El conjunto modular EduKit PA únicamente deberá utilizarse respetando las siguientes condiciones: Utilización prevista y convenida del conjunto modular EduKit PA Utilización del conjunto modular EduKit PA en perfecto y seguro estado técnico Deberá eliminarse de inmediato cualquier fallo que pueda reducir el nivel de seguridad! Festo Didactic GmbH & Co. KG 11
Introducción Garantía y responsabilidades Son válidas nuestras «Condiciones generales de venta y suministro». Éstas están a disposición del usuario a más tardar en fecha de firma del contrato. Se excluyen los derechos de garantía y de responsabilidades en caso de daños a personas o a bienes materiales si éstos se deben a una o varias causas que se especifican a continuación: Casos de utilización no prevista y convenida del conjunto modular EduKit PA. Montaje, puesta en funcionamiento, utilización y mantenimiento incorrectos del conjunto modular EduKit PA. Utilización del conjunto modular EduKit PA estando defectuosos los sistemas de seguridad o si los sistemas de seguridad y protección no fueron montados correctamente o si no funcionan correctamente. Desatender las indicaciones incluidas en el presente manual en relación con transporte, almacenamiento, montaje, puesta en funcionamiento, utilización, mantenimiento y equipamiento del conjunto modular EduKit PA. Control deficiente de partes del equipo, sujetas a desgaste. Ejecución incorrecta de reparaciones. Catástrofes provocadas por incidencia de cuerpos extraños y por causas de fuerza mayor. Festo Didactic excluye cualquier responsabilidad en relación con daños ocasionados a aprendices/estudiantes de la empresa y/o de otros terceros si la utilización / el funcionamiento del equipo se realiza en condiciones que no son estrictamente de enseñanza, a menos que Festo Didactic haya provocado los daños de modo premeditado o por imprudencia temeraria. Utilización prevista y convenida La estación que se describe en el presente manual está prevista exclusivamente para fines de formación y perfeccionamiento profesional en materia de automatización y fue concebida únicamente con ese fin. La entidad a cargo de la formación y/o los instructores que la imparten, deberán velar por que los aprendices/estudiantes respeten las disposiciones de seguridad que se describen en los manuales correspondientes. La utilización prevista y convenida también incluye lo siguiente: Observancia de todas las indicaciones incluidas en el presente manual. Observancia de los trabajos de inspección y mantenimiento. 12 Festo Didactic GmbH & Co. KG
Introducción Indicaciones de seguridad Indicaciones generales Los aprendices/estudiantes únicamente deberán trabajar con la estación en presencia y bajo la vigilancia de un instructor. Tener debidamente en cuenta las indicaciones incluidas en las hojas de datos correspondientes a cada uno de los elementos y, en especial, todas las indicaciones correspondientes a la seguridad. El personal docente y los instructores deben contar con la cualificación, el nivel de conocimientos (técnicos y, también sobre disposiciones y normas de seguridad) y la experiencia necesarios para poder detectar y eliminar posibles peligros causados por los experimentos que se realizan con energía eléctrica bajo su dirección o por su indicación. Electricidad Las conexiones eléctricas sólo deberán establecerse estando desconectada la corriente eléctrica en el equipo! Utilizar únicamente baja tensión de máximo 24 V DC. Al conectar determinados componentes eléctricos, especialmente en el caso de los sensores, deberá ponerse cuidado en no confundir la polaridad. Si se confunden los polos, puede producirse un cortocircuito y es posible que se dañen dichos componentes. Los componentes eléctricos vienen cableados de fábrica y están montados en un perfil DIN para su montaje directo en el perfil rectangular. A modo de alternativa, estos componentes también pueden adquirirse como conjunto modular sin cableado. En ambos casos, únicamente técnicos debidamente cualificados deberán efectuar los trabajos de cableado y conexión. No verter agua sobre componentes eléctricos. Si involuntariamente se vertiese agua sobre estos componentes, deberá desconectarse de inmediato la alimentación de tensión. En ese caso es necesario que el personal docente o el instructor revise las instalaciones para detectar posibles daños. Deberán evitarse sobrecargas de corriente eléctrica en las salidas digitales. Por ello, antes de conectar un actuador deberá comprobarse la intensidad máxima admisible. Neumática Para el funcionamiento de la válvula de bola de dos vías combinada con el actuador giratorio neumático, ajustar la presión del sistema entre 3 y 6 bar. No deberá superarse la presión máxima admisible de 800 kpa (8 bar). Conectar el aire comprimido únicamente después de haber conectado fiablemente todos los tubos flexibles. No desconectar tubos flexibles mientras el equipo está bajo presión. Mecánica Efectuar el montaje de todos los componentes de modo fijo en el panel de prácticas perfilado. Comprobar el tendido correcto de los tubos y la fijación fiable de sus conexiones. Festo Didactic GmbH & Co. KG 13
Introducción Técnica de procesos Rellenar el depósito inferior únicamente habiendo desconectado previamente la alimentación de tensión eléctrica! Desconectar la alimentación de 24VDC y 230VAC. Utilizar agua corriente potable limpia (recomendado). De esta manera, la bomba podrá funcionar durante más tiempo sin ser necesario realizar un trabajo de mantenimiento. La temperatura de funcionamiento máxima del depósito no deberá superar +65 C. La presión de funcionamiento máxima del líquido contenido en las tuberías no deberá superar 0,5 bar. La bomba no deberá funcionar en vacío. No utilizar agua salada, líquidos sucios o líquidos viscosos en la bomba. Vaciar el líquido contenido en el equipo abriendo la válvula de escape una vez finalizados los ensayos o antes de efectuar cambios en el tendido de los tubos. Comprobar si el líquido contiene impurezas. Cambiar el líquido por lo menos una vez por semana. Limpiar el equipo cuando sea necesario, aunque como mínimo una vez por semana. No deberán utilizarse detergentes agresivos o abrasivos. Si el equipo no se utiliza durante un tiempo prolongado, el líquido sufre un proceso de envejecimiento. Por lo tanto, si se prevé que el equipo no se utilizará durante algún tiempo, deberán vaciarse los depósitos y los tubos. El equipo no deberá contener líquidos si no se utiliza durante un tiempo prolongado, ya que es posible que se reproduzcan bacterias como, por ejemplo, la bacteria legionella. Datos técnicos del equipo Presión de funcionamiento máxima en los tubos Alimentación de tensión para la estación Panel de prácticas perfilado 50 kpa (0,5 bar) 24 V DC / 4,5 A 350 x 200 mm Altura de la estación: Con un depósito Con dos depósitos 670 mm 1090 mm Dimensiones interiores del Systainer Caudal de las bombas Capacidad del depósito de agua Sistema de tubos flexibles Alto 490 x Ancho 360 x Profundidad 272 mm 0 6 l/min Máx. 3 l DN15 ( 15 mm) 14 Festo Didactic GmbH & Co. KG
Introducción Transporte El conjunto modular EduKit PA se entrega embalado en un Systainer. Cualquier daño ocasionado durante el transporte deberá notificarse de inmediato al transportista y a Festo Didactic. Desembalaje Para retirar la estación de la caja, primero deberá extraerse cuidadosamente el material de relleno. Al desembalar, poner cuidado en no dañar los componentes montados en la estación. Después de desembalar la estación, comprobar posibles daños. Cualquier daño deberá notificarse de inmediato al transportista y a Festo Didactic. Contenido del suministro Comprobar si el contenido del suministro corresponde a lo especificado en el albarán y en la hoja de pedido. Cualquier posible diferencia deberá notificarse de inmediato a Festo Didactic. Comprobación antes de cada puesta en funcionamiento Antes de poner en marcha el conjunto modular EduKit PA, siempre deberá efectuarse un control visual. Concretamente, deberá controlarse lo siguiente: Conexiones y cables eléctricos Correcta posición, estanquidad y estado de los tubos, de los empalmes de tubos y de los componentes neumáticos, incluidos los tubos flexibles correspondientes Presencia de defectos (fisuras, conexiones sueltas, etc.) en los componentes mecánicos y neumáticos Los fallos deberán eliminarse antes de poner en funcionamiento el equipo! La utilización correcta del conjunto modular EduKit PA supone la observancia de todas las indicaciones y normas. Mantenimiento En principio, el conjunto modular EduKit PA no precisa mantenimiento alguno. Sin embargo, deberían llevarse a cabo regularmente los siguientes trabajos: Limpiar todo el equipo utilizando un paño suave y sin hilachas y comprobar la suavidad de los movimientos de los componentes. Revisar si el líquido contiene impurezas. Si el equipo no se utiliza durante un tiempo prolongado, el líquido puede sufrir un proceso de envejecimiento. El equipo deberá vaciarse siempre que se prevea que no será utilizado durante un tiempo prolongado. Actualizaciones En Internet se ofrecen informaciones actualizadas y ampliaciones de la documentación técnica del conjunto modular EduKit PA: www.festo-didactic.com/int-es Festo Didactic GmbH & Co. KG 15
Introducción 16 Festo Didactic GmbH & Co. KG
3. Instalación 3.1 Seguridad laboral Información En las instrucciones de trabajo se definen detalladamente los trabajos a realizar y cómo deben llevarse a cabo. La estructura de las instrucciones de trabajo depende del proceso, del producto o del puesto de trabajo específico. Estas instrucciones constituyen la base para evaluar el cumplimiento correcto de las tareas asumidas por cada operario. Antes de impartir las instrucciones, deberá instruirse a los operarios en materia de seguridad laboral, indicando lo que cada uno debe hacer para no correr riesgos. Deberán tenerse en cuenta las indicaciones que sobre el tema de la seguridad se hacen en la introducción del presente manual! Instrucción sobre seguridad laboral Sra./Sr. Departamento Cargo La persona aquí indicada fue informada sobre las medidas de seguridad que deberá respetar en su puesto de trabajo en concordancia con las leyes y normas vigentes. Tema de la instrucción Fecha Persona instruida (firma) Jefe inmediato (firma) 1. Instrucciones generales ante el equipo de control de niveles de llenado 2. Instrucciones sobre el uso y la manipulación de líquidos 3. Instrucciones sobre el uso de componentes eléctricos 4. La puesta en funcionamiento de sistemas eléctricos únicamente podrá estar a cargo de técnicos debidamente cualificados e instruidos en materia de seguridad 5. Informaciones generales Trabajo en talleres Entrada y salida de materiales Trabajar con un PC Utilización de Internet / e-mail Utilización de teléfonos Se aplican las directivas y normas de seguridad vigentes según la ley. Festo Didactic GmbH & Co. KG A-43
3. Instalación 3.2 Montaje previo, parte mecánica Información A continuación deberá procederse al montaje de los grupos de componentes, de acuerdo con lo previsto en el plan de montaje. Tareas En primer lugar, efectúe el montaje de los grupos de componentes mecánicos del equipo de control de niveles de llenado. Complete el plan de montaje que ya elaboró en el capítulo «Planificación», agregando las operaciones de montaje resumidas por grupos de componentes. (Para ello, recurra también al esquema incluido en el capítulo «Planificación» y a la fotografía siguiente). Utilice los dibujos técnicos de los grupos de componentes para efectuar el montaje. En el CD-ROM se incluyen dibujos técnicos de cada uno de los grupos de componentes. Apunte en el plan de montaje los tiempos necesarios para las operaciones de montaje. En caso necesario, modifique el plan de montaje si procede de manera diferente o si opta por soluciones más eficientes. 3.3 Cableado previo, parte eléctrica Información Los grupos de componentes deben montarse de acuerdo con el plan de montaje básico. Tareas Primero deberán cablearse los componentes eléctricos. Proceda de acuerdo con el plan de montaje que confeccionó antes. Para efectuar el cableado, recurra al esquema de distribución. A continuación, monte los componentes eléctricos en el perfil DIN. A-44 Festo Didactic GmbH & Co. KG
3. Instalación Apunte en el plan de montaje los tiempos necesarios para las operaciones de montaje. En caso necesario, modifique el plan de montaje si procede de manera diferente o si opta por soluciones más eficientes. En caso de proceder de otra manera, deje constancia de ello en el plan de montaje. 3.4 Montaje final con identificación de las piezas Información En el último paso se procede al montaje final completo de todos los componentes mecánicos y eléctricos. Tareas Realice el montaje final. Para ello, atornille o fije todos los grupos de componentes mecánicos y eléctricos a la placa de base, utilizando las escuadras perfiladas. A continuación, conecte entre sí los componentes eléctricos. (Consultar el dibujo técnico en el CD-ROM). Recurriendo al diagrama de flujo que contiene las tuberías e instrumentos y al esquema de distribución eléctrico, complete las listas de piezas e incluya las respectivas identificaciones. Rotule los adhesivos de los símbolos y colóquelos sobre los componentes respectivos, instalados en el equipo. Festo Didactic GmbH & Co. KG A-45
3. Instalación N Símbolo Significado del símbolo Identificación 1 P101 2 Punto de medición de la presión. Medición con indicación. (Componente: manómetro) PI103 3 FI 101 4 7 Depósito, recipiente (2) B101, B102 Lista de piezas según el diagrama de flujo (con tuberías e instrumentos) N Símbolo Significado del símbolo Identificación 10 Indicador luminoso, START 11 S1 S1 12 Pulsador eléctrico, START S2 13 S3 S3 14 Relé Lista de piezas según el esquema de distribución eléctrico A-46 Festo Didactic GmbH & Co. KG
1. Medición manual 1.1 Tarea del proyecto: Filtración de agua de piscinas 1.1.1 Descripción de la tarea Información En numerosas aplicaciones, es necesario bombear el agua. Así sucede, por ejemplo, en todas las piscinas cuando se filtra el agua. Otra aplicación típica sería el trasvase del líquido de baños ácidos en instalaciones de galvanizado. Al aumentar el grado de ensuciamiento del filtro, aumenta proporcionalmente la resistencia en las tuberías instaladas delante del filtro. Una vez que se alcanza un determinado nivel de presión, es necesario limpiar o sustituir el filtro. En el experimento se estudia la relación existente entre la resistencia (válvula) y la presión en el líquido. Tareas Modificación según diagrama de flujo (con tuberías e instrumentos): modifique la configuración del equipo que incluye dos depósitos, de tal manera que sea posible llevar a cabo los experimentos de medición manual con un solo depósito. En este experimento, la válvula de cierre V103 hace las veces de filtro. Abriendo y cerrando la válvula, se simula el grado de obturación del filtro. V103 V102 FI 101 PI 103 B101 P101 V105 M Festo Didactic GmbH & Co. KG B-3
1. Medición manual 1.1.2 Preparación del equipo. Control Paso de trabajo Resuelto Modifique la configuración del equipo según puede apreciarse en la fotografía. Retire los tubos que conectan con el depósito superior y cierre los racores en T con tapones ciegos Cierre la válvula V105 Compruebe si los tubos están correctamente unidos Compruebe la conexión de los tubos en la bomba centrífuga El manómetro deberá montarse inmediatamente detrás de la bomba Llene el depósito B101 con 3 litros de agua Conecte el equipo a la fuente de alimentación (24 V DC) Ejecución del experimento: Las válvulas V103 y V102 están completamente abiertas, la válvula V105 está completamente cerrada. El selector está en «ON» y la bomba está en funcionamiento. Durante el experimento, se va cerrando poco a poco la válvula V103. Al finalizar el experimento, desconecte la fuente de alimentación eléctrica y retire el cable de seguridad de 4 mm de la fuente de alimentación Una vez finalizado el experimento, evacúe el agua a través de la válvula V105 B-4 Festo Didactic GmbH & Co. KG
1. Medición manual 1.1.3 Experimento: medición mecánica de la presión Llene el depósito y, a continuación, ponga en funcionamiento la bomba. Al principio, la válvula V103 está abierta y deberá cerrarla paso a paso. En este experimento, la válvula V103 hace las veces de filtro. Abriendo y cerrando esta válvula, se simula el grado de obturación del filtro a causa de partículas de suciedad. Compruebe la presión detrás de la bomba, indicada en el manómetro A través de la mirilla, observe el caudal medido por el caudalímetro. Resistencia (válvula) y presión Grado de abertura de la válvula V103 en % p e [bar] Q [l/min] Válvula completamente abierta 0,18 80% 0,32 60% 0,3 40% 0,26 20% 0,22 Válvula completamente cerrada 0,32 Festo Didactic GmbH & Co. KG B-5
1. Medición manual 1.1.4 Evaluación y conclusiones Tareas Anote en el diagrama la presión medida en la tubería en función de la posición de la válvula: Si se aumenta continuamente la resistencia en la tubería, cómo cambian la presión y el caudal? Por qué no sigue aumentando la presión si la válvula está completamente cerrada? Explique el principio de funcionamiento de una bomba centrífuga. B-6 Festo Didactic GmbH & Co. KG
1. Medición manual Por qué no debe contener aire una bomba centrífuga? Qué tipos de bombas pueden utilizarse en la técnica de procesos continuos? Estudie el funcionamiento de las bombas ofrecidas por diversos fabricantes. Indique las características esenciales de cada tipo de bomba, sus datos técnicos y sus aplicaciones. Tipo de bomba Características, datos técnicos y aplicaciones Festo Didactic GmbH & Co. KG B-7
1. Medición manual Tipo de bomba Características, datos técnicos y aplicaciones B-8 Festo Didactic GmbH & Co. KG
1. Medición manual 1.2 Tarea del proyecto: estación mezcladora 1.2.1 Descripción de la tarea Información En operaciones de mezclado, por lo general tienen que alimentarse los elementos que componen la mezcla en proporciones siempre iguales. Este tipo de mezcladoras se utilizan, por ejemplo, en la fabricación de hormigón (en cuyo caso, se llaman hormigoneras). Los áridos deben mezclarse con una determinada cantidad de agua, según el tipo de hormigón que se desea obtener. Suponiendo un flujo constante de, por ejemplo, 60 l/h, la cantidad de agua se regula en función del tiempo. El experimento tiene la finalidad de mostrar la relación existente entre la resistencia (que ofrece la válvula), la cantidad de agua y el tiempo necesario. El experimento se lleva a cabo con el equipo tal cual está preparado, es decir, con un solo depósito. Festo Didactic GmbH & Co. KG B-9
1. Medición manual 1.2.2 Experimento: medición de caudal La finalidad del experimento consiste en conocer la relación existente entre la resistencia (ofrecida por la válvula), el caudal y la cantidad de agua transportada en un tiempo determinado. Variando la posición de la válvula V103, se medirá el tiempo que transcurre hasta que el nivel del agua sube 2 l en el depósito superior. Tareas Compruebe el caudal en la mirilla del caudalímetro. Regule el flujo hasta obtener el caudal necesario. Llene el depósito superior. Cronometre el tiempo que transcurre hasta que el nivel del agua sube desde la marca de 0,5 l hasta la marca de 2,5 l. Apunte en la tabla los tiempos cronometrados. Q [l/h] Tiempo [s] 400 300 200 100 60 40 Caudal volumétrico en función del tiempo B-10 Festo Didactic GmbH & Co. KG
1. Medición manual 1.2.3 Evaluación y conclusiones Tareas Incluya en el diagrama los tiempos medidos y el caudal volumétrico que se reguló con la válvula. Describa de forma resumida las observaciones que pudo hacer durante la ejecución del experimento: Suponiendo un caudal volumétrico de 90 l/h, cuánto tiempo debe bombearse para obtener 150 litros de agua? Festo Didactic GmbH & Co. KG B-11
1. Medición manual En 0,033 h se obtiene un volumen de 2 l. Suponiendo una posición indistinta de la válvula V101, calcule el caudal volumétrico recurriendo al tiempo medido. Compare el caudal que usted ajustó con el resultado de la operación matemática. B-12 Festo Didactic GmbH & Co. KG
4. Regulación automática 4.2 Tarea del proyecto: regular el nivel de llenado con un regulador continuo 4.2.1 Descripción de la tarea Si en un circuito de regulación no se admiten diferencias de regulación, deben utilizarse reguladores continuos. Una de las características de los reguladores continuos es, por ejemplo, la utilización de un valor regulable analógico si el sensor emite una señal analógica. El valor regulable se calcula mediante diversas fórmulas matemáticas según la función de la regulación. Representación esquemática de un circuito de regulación con regulador continuo En el ejemplo circuito de regulación, el tramo de regulación (llenado) incluye una válvula de evacuación abierta (comportamiento PT1) w (0...1) Valor nominal Regulador Función de regulacióny =... Valor regulable y (0...1) Amplificador de señales Proceso Tramo de regulación Sensor Valor real x (0...1) Funciones de regulación disponibles (ejemplos): Regulador Símbolo Funcionamiento Regulador P y = kp e kp = posibilidad de ajustar el valor de amplificación e = diferencia de regulación w - x Regulador I y = esum TA/Ti Posibilidad de ajustar el tiempo de integración (Ti) esum = Suma de las diferencias de regulación «e» En cada ciclo se suma la diferencia de regulación «e» Regulador PI Y = kp ( e + esum TA/Tn) Ajuste de kp y del tiempo de ajuste (Tn) TA = Tiempo de detección, duración del ciclo del programa Regulador PID Y = kp (e+ esum TA/Tn+ (e-e_alt) Tv/TA) Ajustar el tiempo de acción derivada (Tv) e_ant = Diferencia de regulación del ciclo anterior Nota Tratándose de una regulación continua, la bomba debe funcionar analógicamente. La tensión aplicada por el EasyPort en el regulador del motor es de 0 10 V. Para ello, debe activarse el relé K1 con A2 = 1. Festo Didactic GmbH & Co. KG C-49
4. Regulación automática 4.2.2 Experimento: regulación del nivel de llenado con un regulador continuo En el siguiente experimento se regula el nivel de llenado con un regulador continuo. En el ejemplo del capítulo (parte B) sobre la regulación manual de niveles de llenado, se mantuvo constante el nivel de llenado modificando la tensión en la fuente de alimentación. A continuación, el valor regulable se determina mediante el software. El experimento se llevará a cabo con cuatro reguladores diferentes. Con el fin de comprobar el comportamiento del circuito de regulación, es necesario efectuar diversos ajustes. Para recibir informaciones apropiadas, es recomendable modificar siempre sólo un parámetro antes de efectuar un nuevo experimento. En la tabla siguiente se proponen diversos ajustes. Inicie el software y abra el menú «Regulación continua» Revise los ajustes en el software. Relé A2 = 1; defina el valor nominal Realice los experimentos con un regulador P, un regulador I y un regulador PI Apunte sus observaciones en el espacio previsto para ello en la tabla Dependiendo de la versión del software, es posible que los valores nominales aparezcan en otra ventana adicional. C-50 Festo Didactic GmbH & Co. KG
4. Regulación automática 4.2.3 Experimento: regulación del nivel de llenado con un regulador P Nota Antes de iniciar cada experimento deberá vaciarse el depósito B102. Ajuste, uno tras otro, los valores que constan en la siguiente tabla y realice el experimento. Apunte sus observaciones en el espacio previsto para ello en la tabla. Ajustes Observaciones N Valor nominal «w» físico Valor nominal «w» (normalizado) Amplificación kp Magnitud perturbadora «z» Válvula manual V103 1 1 l 0,3 0,5 10 % abierta 2 1 l 0,3 2 10 % abierta 3 1 l 0,3 10 10 % abierta 4 1 l 0,3 5 Cerrada 5 1 l 0,3 5 20 % abierta 6 2 l 0,2 5 100 % abierta Ejemplo de solución de la regulación del nivel de llenado con un regulador P Festo Didactic GmbH & Co. KG C-51
4. Regulación automática Tarea Qué características tiene un circuito de regulación (regulador P, tramo PT1)? 4.2.4 Experimento: regulación del nivel de llenado con un regulador I Nota Vaciar el depósito B102 antes de cada experimento. Ajuste del software El valor regulable del regulador I se calcula de acuerdo con la siguiente ecuación: Y = Suma de las diferencias de regulación (e:sum) x Tiempo de detección (TA)/Tiempo de integración (Ti) En concordancia con esta ecuación, puede observarse que el regulador Y varía rápidamente su valor si Ti es pequeño; también se observa que el regulador Y varía lentamente su valor si Ti es grande. Debe tenerse la seguridad de que Ti no llegue a ser igual a 0, ya que en ese caso Y no estaría definido. Cambiar en el software a «Regulador I» El valor físico del valor nominal depende del tamaño del depósito, es decir, depende de si se trabaja con litros o milímetros. C-52 Festo Didactic GmbH & Co. KG
4. Regulación automática Ajuste, uno tras otro, los valores que constan en la siguiente tabla y realice el experimento. Apunte sus observaciones en el espacio previsto para ello en la tabla. Ajustes Observaciones N Valor nominal «w» físico Valor nominal «w» (normalizado) Tiempo de integración Ti Magnitud perturbadora «z» Válvula manual V103 1 0,3 1 10 % abierta 2 0,3 0,5 10 % abierta 3 0,3 0,1 10 % abierta Nota En un equipo real, es posible que no se produzca una regulación y surja una oscilación constante. Ejemplo de solución de una regulación del nivel de llenado con un regulador I Festo Didactic GmbH & Co. KG C-53
4. Regulación automática Tareas Qué efecto tiene el tiempo de integración? Qué se puede afirmar en relación con la diferencia de regulación? 4.2.5 Experimento: regulación del nivel de llenado con un regulador PI (partes P y I en paralelo) Para aprovechar las ventajas que ofrece un regulador P y un regulador I, se combinan ambos. Esta combinación puede obtenerse de dos maneras: kp=1 kp En la combinación del lado izquierdo, los reguladores están conectados en paralelo, mientras que en la combinación del lado derecho, la conexión es en serie. En la industria se utiliza la combinación del lado derecho, según la norma DIN 19226. Nota Vaciar el depósito B102 antes de cada experimento. Ajuste, uno tras otro, los valores que constan en la tabla para el regulador PI (DIN) y realice los experimentos. Anote sus observaciones en el espacio previsto para ello en la tabla. C-54 Festo Didactic GmbH & Co. KG
4. Regulación automática Ajustes Observaciones N Valor nominal «w» (normalizado) Amplificación kp Tiempo de reajuste Tn Magnitud perturbadora «z» Válvula manual V103 1 0,5 l 00,5 1 s 10 % abierta 2 0,5 l 1 1 s 10 % abierta 3 0,5 l 3 1 s 10 % abierta 4 0,5 l 3 0,1 s 10 % abierta Ejemplo de solución de la regulación del nivel de llenado con regulador PI Tareas Qué se puede afirmar sobre el tiempo de reajuste Tn? Qué se puede afirmar sobre la diferencia de regulación? Festo Didactic GmbH & Co. KG C-55