Energía de Fluidos Fundamentos de neumática Muestra del material pedagógico 31290-F2
Nº de artículo: 31290-02 Primera edición Actualización: 03/2015 Por el personal de Festo Didactic Festo Didactic Ltée/Ltd, Québec, Canada 1999 Internet: www.festo-didactic.com e-mail: did@de.festo.com Impreso en Canadá Todos los derechos reservados ISBN 978-2-89289-453-0 (Versión impresa) Depósito legal Bibliothèque et Archives nationales du Québec, 1999 Depósito legal Library and Archives Canada, 1999 El comprador adquiere un derecho de utilización limitado simple, 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/colegios técnicos, centros de formación profesional y universidades, 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. Todos los otros derechos de reproducción, copiado, procesamiento, traducción, microfilmación, así como la transferencia, la inclusión en otros documentos y el procesamiento por medios electrónicos requieren la autorización previa y explícita de Festo Didactic GmbH & Co. KG. La información contenida en este documento está sujeta a cambios sin previo aviso y no representa ningún compromiso por parte de Festo Didactic. Los materiales Festo descritos en este documento se suministran bajo un acuerdo de licencia o de confidencialidad. Festo Didactic reconoce los nombres de productos como marcas de comercio o marcas comerciales registradas por sus respectivos titulares. Todas las otras marcas de comercio son propiedad de sus respectivos dueños. Es posible que en este manual se utilicen otras marcas y nombres de comercio para referirse a la entidad titular de las marcas y nombres o a sus productos. Festo Didactic renuncia a todo interés de propiedad relativo a las marcas y nombres de comercio que no sean los propios.
Símbolos de seguridad y de uso frecuente Los siguientes símbolos de seguridad y de uso frecuente pueden encontrarse en este manual y en los equipos: Símbolo Descripción PELIGRO indica un nivel alto de riesgo que, de no ser evitado, ocasionará la muerte o lesiones de gravedad. ADVERTENCIA indica un nivel medio de riesgo, que de no ser evitado, puede ocasionar la muerte o lesiones de gravedad. ATENCIÓN indica un nivel bajo de riesgo, que de no ser evitado, puede ocasionar lesiones menores o leves. ATENCIÓN utilizado sin el símbolo de riesgo, indica una situación de riesgo potencial que, de no ser evitada, puede ocasionar daños materiales. Precaución, riesgo de descarga eléctrica Precaución, superficie caliente Precaución, posible riesgo Precaución, riesgo al levantar Precaución, riesgo de atrapar las manos Aviso, radiación no ionizante Corriente continua Corriente alterna Corriente alterna y continua Corriente alterna trifásica Terminal de tierra (común)
Símbolos de seguridad y de uso frecuente Símbolo Descripción Terminal de conductor protegido Terminal de chasis Equipotencial Encendido (fuente) Apagado (fuente) Equipo protegido con aislamiento doble o reforzado Botón biestable en posición pulsado Botón biestable en posición no pulsado Invitamos a los lectores de este manual a enviarnos sus opiniones, comentarios y sugerencias para mejorarlo. Por favor, envíelos a did@de.festo.com. Los autores y Festo Didactic estamos a la espera de sus comentarios.
Índice Introducción... V Contenido del material pedagógico Fundamentos de neumática... VII Control eléctrico de los sistemas neumáticos... IX Muestra extraída del manual del estudiante Fundamentos de neumáutica Ejercicio 4-1 Control indirecto utilizando válvulas accionadas por piloto...3 Muestra extraída del manual del estudiante Control eléctrico de los sistemas neumáticos Ejercicio 3-1 Circuitos electroneumáticos básicos de memoria y prioridad....15 Otra muestra extraída del manual del estudiante Fundamentos de neumática Examen de la Unidad...31 Muestra extraída de la guía del profesor Control eléctrico de los sistemas neumáticos Unidad 4 Aplicaciones industriales...35 III
IV
Introducción El Sistema Didáctico en Neumática de Lab-Volt es una presentación modularizada de los principios de la energía neumática y su aplicación controlada. El Sistema Didáctico en Neumática consta de un programa de entrenamiento introductorio y uno avanzado. El programa introductorio se basa en dos manuales: Volumen 1, Fundamentos de Neumática, que cubre los principios básicos de neumática; Volumen 2, Control Eléctrico de Sistemas Neumáticos, que cubre los circuitos eléctricos y los diagramas en escalera para aplicaciones neumáticas. Ambos manuales están destinados para utilizarlos con el Sistema Didáctico en Neumática de Lab-Volt. El programa de entrenamiento avanzado amplía el curso introductorio con aplicaciones neumáticas que demuestran los controles neumáticos, controladores programables, sensores, controles proporcionales y servocontroles. Las aplicaciones cubiertas se basan en las que podemos encontrar en la industria. El programa introductorio es un requisito previo para el programa avanzado. V
VI
Contenido del material pedagógico FUNDAMENTOS DE NEUMÁTICA Unidad 1 Introducción a la Neumática Exploración del Sistema Didáctico en Neumática de Lab-Volt y sus componentes. Reglas de seguridad, identificación de componentes, descripción y operación general. Introducción al equipamiento para el acondicionamiento y distribución de aire. Ej. 1-1 Familiarización con el Sistema Didáctico en Neumática de Lab-Volt Descripción del Sistema Didáctico en Neumática de Lab-Volt. Configuración de la superficie de trabajo. Identificación de los diferentes componentes. Familiarización con los símbolos, características y usos de cada componente. Reglas de seguridad. Ej. 1-2 Introducción a la Neumática Introducción a las características, aplicaciones, ventajas y desventajas de la potencia neumática. Experiencia con un circuito de demostración utilizando una válvula de control direccional y un cilindro. Ej. 1-3 Equipamiento para el acondicionamiento y distribución de aire Introducción a la unidad de acondicionamiento y sus componentes: válvulas de interrupción, filtro, manómetro, regulador de presión y silenciador. Estudio acerca de los depósitos, acumuladores y válvulas de alivio de seguridad. Observación del efecto de la fricción en un circuito de demostración utilizando un acumulador, una válvula de control direccional, una válvula de control de flujo y un cilindro. Unidad 2 Conceptos básicos de Física Introducción a las relaciones entre presión, fuerza, volumen y caudal. Generación de vacío. Mediciones utilizando componentes neumáticos. Introducción a los caudalímetros, válvulas de aguja, válvulas de retención, válvulas de control de flujo y generadores de vacío. Ej. 2-1 Relación entre presión y fuerza Introducción a la relación entre presión y fuerza. Verificación de la fórmula F = P x A. Medición de la fuerza provocada por un cilindro en los circuitos de demostración utilizando un cilindro, un manómetro y un dispositivo de carga. Observación de la proporcionalidad entre la fuerza aplicada en una superficie y la presión resultante sobre dicha superficie. VII
Contenido del material pedagógico FUNDAMENTOS DE NEUMÁTICA Ej. 2-2 Relación entre presión y volumen Introducción a la relación entre presión y volumen. Verificación de la fórmula (P1 V1)/T1 = (P2 V2)/T2, comprimiendo aire en la cámara de un cilindro en circuitos de demostración utilizando un cilindro y un manómetro. Ej. 2-3 Relación entre caída de presión y caudal Introducción a la relación entre la caída de presión y el caudal generado. Observación del efecto de la carga sobre el caudal en circuitos de demostración utilizando un caudalímetro, una válvula de control de flujo y un manómetro. Introducción al caudalímetro, válvulas de aguja, válvulas de retención y válvulas de control de flujo. Ej. 2-4 Generación de vacío Introducción a la generación de vacío en circuitos de demostración utilizando un generador de vacío, cilindros, un colchón de aire y un manómetro. Demostración de los principios de operación de un manómetro, midiendo la altura de una columna de agua en el circuito de demostración. Unidad 3 Controles básicos de cilindros Introducción a los componentes empleados en los circuitos fundamentales, en particular, las válvulas de control direccional y los cilindros. Introducción a los métodos de control de velocidad, fuerza y sincronización. Ej. 3-1 Válvulas de control direccional Introducción a la operación de las válvulas de control direccional. Estudio de los símbolos, operadores, construcción y clasificación. Estudio de las válvulas normalmente de paso y normalmente de no paso. Estudio acerca de cómo seleccionar los circuitos de derivación y las fuentes de alimentación en circuitos de demostración utilizando un caudalímetro, una válvula de control de flujo y una válvula de control direccional de 3 vías y 2 posiciones. Ej. 3-2 Control direccional y de velocidad de cilindros Introducción a la operación de los cilindros. Estudio de los símbolos, parámetros dimensionales, construcción y clasificación. Estudio acerca de cómo controlar la velocidad de los cilindros utilizando las válvulas de control de flujo. Verificación de los métodos de regulación de entrada y salida de control en circuitos de demostración utilizando válvulas de control de flujo, control direccional y cilindros. VIII
Contenido del material pedagógico FUNDAMENTOS DE NEUMÁTICA Ej. 3-3 Cilindros en serie Descripción de la operación de un circuito en serie y sincronización de un cilindro. Demostración de la intensificación de presión en los circuitos de demostración utilizando una válvula de control direccional y cilindros. Ej. 3-4 Cilindros en paralelo Descripción de la operación de un circuito para verificar la secuencia de extensión de dos cilindros en paralelo que tienen diferentes cargas. Demostración de cómo sincronizar la extensión de los cilindros en paralelo en los circuitos de demostración utilizando válvulas de control direccional, cilindros y válvulas de control de flujo. Unidad 4 Controles básicos de motores neumáticos Introducción a las válvulas de control direccional accionadas por piloto y a los motores neumáticos. Estudio de los métodos para controlar el par, velocidad y dirección de rotación de los motores neumáticos. Ej. 4-1 Control indirecto utilizando válvulas accionadas por piloto Introducción a la operación de las válvulas de control direccional accionadas por piloto. Estudio acerca de la construcción y clasificación. Demostración de las ventajas del control indirecto en circuitos utilizando un dispositivo con conducto largo, cilindros y válvula de control direccional accionada por piloto de 5 orificios, 4 vías y 2 posiciones. Ej. 4-2 Circuitos de motores neumáticos Introducción a los símbolos, construcción y clasificación de los motores neumáticos. Demostración de cómo controlar el par, la dirección y la velocidad de un motor en un circuito de prueba utilizando válvulas de control direccional, válvulas de control de flujo y un motor neumático. Ej. 4-3 Rendimiento de un motor neumático Utilización de las hojas de datos del fabricante. Estudio sobre cómo evaluar el rendimiento de un motor neumático en los circuitos de demostración utilizando un caudalímetro, una válvula de control de flujo y un motor. IX
Contenido del material pedagógico FUNDAMENTOS DE NEUMÁTICA Apéndices A Cuadro de utilización del equipo B Protección del equipo Didáctico en Neumática C Símbolos gráficos de Neumática e Hidráulica D Factores de conversión E Nueva terminología X
Contenido del material pedagógico CONTROL ELÉCTRICO DE LOS SISTEMAS NEUMÁTICOS Unidad 1 Introducción al control eléctrico de los sistemas neumáticos Una introducción a los sistemas neumáticos controlados eléctricamente. Descripción de la función de cada parte de un circuito de control eléctrico. Ej. 1-1 Familiarización con el equipo Identificación de los componentes utilizados por el control eléctrico del Equipo didáctico en neumática de Lab-Volt. Clasificación de los componentes como elemento de entrada, elemento controlador o mecanismo actuador. Unidad 2 Conceptos eléctricos Conceptos básicos de electricidad. Cómo leer, dibujar y conectar diagramas en escalera simples. Experimentación de circuitos básicos típicos implicando válvulas de función lógica. Ej. 2-1 Electricidad básica Medida del voltaje, resistencia y corriente en un circuito de control eléctrico. Conexión y operación de un circuito de control eléctrico Ej. 2-2 Diagramas en escalera Definición de un diagrama en escalera. Descripción de cómo un diagrama en escalera opera y cómo se relaciona con el equipo neumático. Reglas para dibujar diagramas en escalera. Conexión y operación de diagramas en escalera básicos utilizando lógicas en serie (Y), paralela (O) y relés de control. Ej. 2-3 Circuitos neumáticos básicos controlados eléctricamente Mostrar la ventaja del control indirecto donde una principal válvula direccional es accionada por una señal de presión suministrada por otra válvula direccional o por una señal eléctrica proporcionada por un dispositivo de entrada. Cómo mejorar el tiempo alternativo de respuesta utilizando una válvula de escape rápido. Introducción a los interruptores magnéticos de proximidad y las válvulas direccionales accionadas por solenoide. Ej. 2-4 Circuitos de función lógica Y y O básicos Introducir la válvula de función Y y la válvula de charnela (O). Ensamblar y evaluar los circuitos utilizando estas funciones lógicas. XI
Contenido del material pedagógico CONTROL ELÉCTRICO DE LOS SISTEMAS NEUMÁTICOS Unidad 3 Sistemas funcionales Conexión y operación de los sistemas neumáticos controlados eléctricamente. Ej. 3-1 Circuitos electroneumáticos básicos de memoria y prioridad Mostrar cómo una válvula direccional puede memorizar una señal y mantener una posición. Demostrar cómo cerrar y abrir neumáticamente un circuito electroneumático Comparación entre los circuitos obturados por aire y los obturados eléctricamente. Introducción a los interruptores de fin de carrera. Ej. 3-2 Sistemas de presión múltiple Utilizar una válvula de descompresión para mostrar cómo obtener una presión más baja en un punto de un circuito mientras la presión funcional de un circuito permanece en un valor más alto. Ver cómo puede manejar el control de presiones múltiples para crear una desviación en la fuerza ejercida por un accionador al escoger un ajuste diferente de presión. Introducción a los presostatos. Ej. 3-3 Circuitos neumáticos secuenciales Aprender los circuitos básicos implicando la secuencia para controlar los actuadores en un orden específico. Cómo crear eléctricamente una secuencia sin tener una válvula secuencial en el circuito. Introducción a los circuitos de cascada. Ej. 3-4 Aplicaciones electroneumáticas temporizadas Crear un circuito alterno para simular una aplicación de operación de ciclo destacando un relé temporizado. Aprender cómo utilizar la compresión de aire para controlar una aplicación de temporizado. Introducción al relé temporizado. Unidad 4 Aplicaciones industriales Introducir los circuitos y sensores de tipo industrial utilizados en las diferentes aplicaciones. Simular las condiciones involucradas y mostrar la ventaja y flexibilidad de un control electroneumático. Ej. 4-1 Circuitos de desaceleración del actuador neumático Reproducir una aplicación industrial típica implicando el desplazamiento en la velocidad o frenado de un actuador. Comparación entre un circuito accionado por aire y un circuito accionado eléctricamente. XII
Contenido del material pedagógico CONTROL ELÉCTRICO DE LOS SISTEMAS NEUMÁTICOS Ej. 4-2 Conteo de ciclos del actuador Crear un circuito alterno para simular una aplicación de operación de ciclo. Aprender las reglas básicas implicadas en ese tipo de control. Introducción a los contadores. Ej. 4-3 Sistema de taladrado industrial y circuitos de seguridad Construir un circuito de máquina de taladrado para reproducir aplicaciones industriales típicas. Ej. 4-4 Circuito de simulación de un compactador de basura Para construir un circuito compactador de basura para simular una aplicación bien conocida como una síntesis de los conceptos previamente aprendidos y cómo montar dispositivos de control múltiple para hacerlos funcionar apropiadamente en un circuito electroneumático grande. Unidad 5 Detección y reparación de fallas Utilizar métodos simples y lógicos para realizar la detección y reparación de fallas aplicadas en los circuitos eléctricos y neumáticos. Ej. 5-1 Detección y reparación de fallas en los circuitos de control eléctrico Descripción de los métodos del voltímetro y ohmímetro en la detección y reparación de fallas en un circuito de control eléctrico. Detección de fallas insertadas por el instructor en la sección eléctrica de un sistema controlado eléctricamente. Ej. 5-2 Detección y reparación de fallas en los sistemas neumáticos controlados eléctricamente Aprendiendo un eficiente método de detección y reparación de fallas para detectar fallas en un sistema neumático controlado eléctricamente. Detección de fallas insertadas por el instructor en las secciones neumáticas y eléctricas de un circuito. XIII
Contenido del material pedagógico CONTROL ELÉCTRICO DE LOS SISTEMAS NEUMÁTICOS Apéndices A B C D E F G H Gráfica de utilización del equipo Cuidado del equipo didáctico en neumática Símbolos gráficos de hidráulica y neumática Símbolos gráficos del diagrama en escalera Factores de conversión Procedimiento de verificación del estado del equipo didáctico Especificaciones del Relé temporizado / Contador Nuevos términos y palabras XIV
Muestra extraída del manual del estudiante Fundamentos de neumática
Ejercicio 4-1 Control indirecto utilizando válvulas accionadas por piloto OBJETIVO DEL EJERCICIO Estudio acerca de las válvulas accionadas por piloto; Demostración de las ventajas del control indirecto de un cilindro de simple acción. PRESENTACIÓN La diferencia principal entre las válvulas de control direccional accionadas por piloto y las accionadas directamente es cómo se desplazan sus carretes. En las primeras, una señal de aire reemplaza la fuerza mecánica que se debe aplicar para desplazar el carrete de una válvula accionada directamente. Por otra parte, las cubiertas y carretes de ambos tipos de válvulas son tan similares que con frecuencia esas piezas son intercambiables. La gran ventaja de una válvula accionada por piloto es que permite la operación teledirigida de válvulas grandes mediante líneas piloto de bajo costo. De este modo, las líneas de trabajo, que son más caras, se pueden mantener cortas a fin de bajar los costos. Como las líneas piloto son más económicas, se pueden emplear para ciertas distancias sin ninguna pérdida en el funcionamiento del circuito. Dado que las válvulas accionadas por piloto no deben operarse manualmente, es posible controlarlas con dispositivos o sistemas externos. Esto permite la automatización de procesos. Además, debido a que los pilotos necesitan presiones y volúmenes de aire mínimos para desplazar los carretes, en comparación con las presiones de trabajo, se reducen los retrasos causados por la compresibilidad del aire y la fricción en las líneas de tubería larga. Las válvulas accionadas por piloto pueden ser de 3 y 4 vías (4 ó 5 orificios). Pueden ser, además, de 2 ó 3 posiciones. Por lo general, las de 3 vías se utilizan para teledirigir los actuadores lineales o rotativos en una dirección y para luego permitir el escape del aire de las líneas de trabajo. Las válvulas piloto de 4 vías se emplean para teledirigir los actuadores lineales o rotativos en dos direcciones, así como también para permitir el escape del aire de las líneas de trabajo. Las válvulas accionadas por piloto pueden mover su carrete utilizando uno o dos pilotos junto con el resorte de retroceso. Si una válvula de 2 posiciones utiliza un piloto, éste mueve el carrete de la válvula contra un resorte y hacia la cubierta opuesta al piloto. El resorte regresa el carrete cuando se deja sin presión el piloto. Las válvulas de doble piloto tienen un piloto en cada lado de la cubierta. Los pilotos opuestos se utilizan para desplazar los carretes de un lado al otro, pero el circuito debe liberar un piloto antes que el otro pueda desplazar el carrete. La ausencia de resorte de retroceso en las válvulas de doble piloto permite mantener o memorizar la posición del carrete sin tener presión en el piloto. 3
Control indirecto utilizando válvulas accionadas por piloto La válvula accionada por piloto proporcionada con su sistema es una válvula de control direccional de doble piloto de 4 vías, 5 orificios y 2 posiciones. Se la llama válvula de 4 vías en lugar de válvula de 5 vías debido a que, en general, uno de los orificios de escape no se utiliza en una posición dada de la válvula. Esto se ilustra en la Figura 4-1. Figura 4-1. Válvula de control direccional de doble piloto de 4 vías y 2 posiciones. La operación de una válvula de control direccional de doble piloto de 4 vías y 2 posiciones se ilustra en la Figura 4-2. Cuando el orificio piloto A está presurizado, los orificios 1 y 2 están interconectados a través de la válvula, suministrando aire comprimido al circuito en derivación. Los orificios 3 y 4 también están interconectados a través de la válvula, conectando el circuito en derivación a la atmósfera. Cuando el carrete está desplazado, presurizando el orificio piloto B, los orificios 1 y 4 quedan interconectados para suministrar aire comprimido al circuito en derivación. El aire comprimido se libera del circuito en derivación a la atmósfera a través de los orificios interconectados 2 y 3. Las válvulas accionadas por piloto pueden tener un comando manual para mover el carrete sin presión en el piloto a fin de realizar un ajuste del sistema y la localización y reparación de fallas. 4
Control indirecto utilizando válvulas accionadas por piloto Figura 4-2. Operación de una válvula de control direccional de doble piloto de 4 vías y 2 posiciones. El circuito de la Figura 4-3 indica que una válvula accionada por piloto de 3 vías y 2 posiciones, permite el uso de líneas de trabajo menos costosas. Como las líneas piloto son más económicas, se pueden utilizar para ciertas distancias sin ninguna pérdida en el funcionamiento del circuito, al mismo tiempo que se minimizan los retrasos. Figura 4-3. Control indirecto utilizando la válvula de control direccional accionada por piloto de 3 vías y 2 posiciones. 5
Control indirecto utilizando válvulas accionadas por piloto MATERIAL DE REFERENCIA Para más información acerca de las válvulas de control direccional, consulte el capítulo titulado Directional Control Valves en el manual Industrial Pneumatic Technology de Parker-Hannifin. Resumen del procedimiento En la primera parte de este ejercicio, verificará la operación de una válvula de control direccional de 4 vías, 5 orificios y 2 posiciones, operando un cilindro de doble acción. En la segunda parte, utilizará un dispositivo de conducto largo para verificar que las líneas piloto necesitan un mínimo de presión y volumen para desplazar el carrete. Verificará que se puede mantener la prioridad de una posición, cuando el orificio piloto permanece presurizado. También verificará que el control directo reduce los retrasos causados por la compresibilidad del aire y la fricción en las líneas de tubería larga. EQUIPO NECESARIO A fin de obtener la lista del material necesario para realizar este ejercicio, consulte el cuadro de utilización del equipo del Apéndice A de este manual. PROCEDIMIENTO G 1. Verifique el estado del equipo didáctico de acuerdo con el procedimiento dado en el Ejercicio 1-2. G 2. Retraiga el vástago del pistón del cilindro de doble acción y conecte el circuito mostrado en la Figura 4-4. G 3. Del diagrama esquemático mostrado en la Figura 4-4, pronostique si es la válvula DCV1 o la DCV2 la que controla la extensión y/o retracción del vástago del pistón. G 4. Abra la válvula de interrupción principal y la válvula de interrupción en derivación del colector. Luego ajuste el regulador de presión hasta leer 100 kpa (ó 15 psi) en el manómetro regulado. 6
Control indirecto utilizando válvulas accionadas por piloto Figura 4-4. Diagrama esquemático de un circuito accionado por piloto. G 5. Presione el botón de la válvula de control direccional DCV2 para ajustar el carrete de la válvula accionada por piloto, como se ilustra en la Figura 4-4. El vástago del pistón debe estar retraído. G 6. Haga actuar el cilindro utilizando las válvulas de control direccional DCV1 y DCV2. Las válvulas DCV1 y DCV2 controlan la extensión y retracción del vástago del pistón como se suponía? Si no es así, explique por qué. G 7. Presione el botón de la válvula de control direccional DCV2 y manténgalo en esta posición. Con su otra mano, presione el botón de la válvula de control direccional DCV1. Se extendió el vástago del pistón? G Sí G No G 8. Libere el botón de la válvula de control direccional DCV2, luego presione el botón de la válvula DCV1 y manténgalo en esta posición. Con su otra mano, presione el botón de la válvula DCV2. Se retrajo el vástago del pistón? Explique por qué. 7
Control indirecto utilizando válvulas accionadas por piloto G 9. Cierre las válvulas de interrupción y gire la perilla de ajuste del regulador completamente en el sentido contrario al de las manecillas del reloj. G 10. Modifique su circuito como se muestra en la Figura 4-5. Figura 4-5. Diagrama esquemático de un circuito utilizando una línea de tubería larga. G 11. Abra las válvulas de interrupción y ajuste el regulador de presión hasta leer 100 kpa (ó 15 psi) en el manómetro regulado. G 12. Presione el botón de la válvula de control direccional mientras observa el tiempo que toma el vástago para extenderse completamente. Calcule ese tiempo y registre su resultado en la Tabla 4-1. Repita su observación tres veces, luego calcule el valor promedio. G 13. Cierre las válvulas de interrupción y gire la perilla de ajuste del regulador completamente en el sentido contrario al de las manecillas del reloj. G 14. Modifique su circuito como se muestra en la Figura 4-6. 8
Control indirecto utilizando válvulas accionadas por piloto Figura 4-6. Diagrama esquemático de un circuito de control indirecto. G 15. Abra la válvula de interrupción principal y ajuste el regulador de presión hasta leer 100 kpa (ó 15 psi) en el manómetro regulado. G 16. Presione el botón de la válvula de control direccional DCV2 para colocar el carrete de la válvula accionada por piloto como se ilustra en la Figura 4-6. El vástago del pistón debe estar retraído. G 17. Presione el botón de la válvula de control direccional DCV1 mientras observa el tiempo que necesita el vástago para extenderse completamente. Calcule ese tiempo y registre su resultado en la Tabla 4-1. Repita su observación tres veces, luego calcule el valor promedio. LECTURAS TIEMPO DE EXTENSIÓN DEL VÁSTAGO DEL PISTÓN CONTROL DIRECTO CONTROL INDIRECTO Primera lectura Segunda lectura Tercera lectura Valor promedio Tabla 4-1. Tiempo de extensión del vástago del pistón G 18. Compare los resultados mostrados en la Tabla 4-1. El vástago se extendió más rápidamente cuando la válvula se controló en forma indirecta? G Sí G No 9
Control indirecto utilizando válvulas accionadas por piloto G 19. En vista de que se utilizó el mismo conducto largo para proporcionarle potencia primero al cilindro y luego al piloto de la válvula de control direccional, qué se puede concluir? G 20. El vástago del pistón se retrae cuando se libera el botón de la válvula de control direccional DCV1? Explique por qué. G 21. En la unidad de acondicionamiento, cierre las válvulas de interrupción y gire la perilla de ajuste del regulador completamente en el sentido contrario al de las manecillas del reloj. Debe leer 0 kpa (ó 0 psi) en el manómetro regulado. G 22. Desconecte y almacene toda la tubería y componentes. CONCLUSIÓN En este ejercicio, verificó la operación de una válvula de control direccional accionada por piloto de 4 vías, 5 orificios y 2 posiciones. Pudo ver que la válvula con piloto proporcionada con su equipo didáctico puede utilizarse para teledirigir los actuadores lineales y rotativos en dos direcciones. Observó que cuando un orificio piloto se mantiene presurizado, la prioridad la conserva esa posición, aunque los otros orificios también se presuricen. Además, pudo observar que los pilotos requieren un mínimo de presión y volumen para desplazar el carrete en comparación con las presiones de trabajo, lo cual minimiza los retardos causados por la compresibilidad del aire y la fricción de las líneas de tubería larga. PREGUNTAS DE REVISIÓN 1. Cuál es la principal ventaja de las válvulas accionadas por piloto sobre las válvulas accionadas manualmente? a. Requieren de alta presión para operar. b. Permiten la operación teledirigida de válvulas grandes. c. Pueden hacerse más chicas que otras válvulas. d. Pueden hacerse más grandes que otras válvulas. 10
Control indirecto utilizando válvulas accionadas por piloto 2. Cuál es la función de las válvulas accionadas por piloto de 4 vías? a. Teledirigir los actuadores lineales en una dirección. b. Teledirigir los actuadores rotativos en una dirección. c. Teledirigir los actuadores lineales y rotativos en una dirección. d. Teledirigir los actuadores lineales y rotativos en dos direcciones. 3. Cuál es la diferencia principal entre las válvulas accionadas por piloto y las válvulas de control accionadas directamente? a. Las válvulas de control accionadas por piloto son más pequeñas. b. La forma en que los carretes se desplazan. c. Las válvulas de control accionadas por piloto pueden trabajar en ambas direcciones. d. Las válvulas de control accionadas por piloto no pueden ser de retroceso por resorte. 4. Cuál es la finalidad del comando manual en una válvula accionada por piloto? a. Purgar el exceso del aire comprimido. b. Invertir la dirección de la válvula. c. Invertir la operación del piloto. d. Duplicar manualmente la operación de la válvula. 5. Indique la razón por la cuál las válvulas accionadas por piloto doble pueden memorizar una posición? a. Necesitan una señal piloto para desplazar el carrete. b. No necesitan de una señal piloto para desplazar el carrete. c. Es una característica de la válvula accionada por piloto. d. Debido a que son teledirigidas. 11
Muestra extraída del manual del estudiante Control eléctrico de los sistemas neumáticos
Ejercicio 3-1 Circuitos electroneumáticos básicos de memoria y prioridad OBJETIVO DEL EJERCICIO Mostrar cómo una válvula direccional puede memorizar una señal y mantener una posición; Demostrar cómo cerrar y abrir los circuitos electroneumáticos; Describir la función y operación de los interruptores de fin de carrera. DISCUSIÓN Como ha observado en el Ejercicio 4-1 en el manual de Fundamentos de neumática, la falta de resortes de retorno, en las válvulas direccionales accionadas por piloto neumático doble, permite mantener o memorizar la posición de la bobina sin mantener la presión piloto. Sin embargo, cuando un puerto piloto es mantenido presurizado, la prioridad es mantenerlo en esa posición aunque el puerto se presurice. El circuito debe liberar un piloto antes de que otro piloto pueda desviar la bobina. En el circuito mostrado en la figura 3-1, la válvula direccional VD2 actúa como una válvula de control de memoria. Antes de operar el circuito, la posición de la bobina de VD2 es desconocida, y corresponde a la última posición en que la válvula fue utilizada. Para mantener el cilindro plegado cuando el circuito inicia, la bobina debe ser posicionada por un dispositivo manual o por una señal del piloto. Figura 3-1.Circuito básico de memoria y prioridad. Cuando el solenoide SOL-A de una válvula direccional VD1 es energizado, la bobina de la válvula se desplaza y el aire comprimido fluye al piloto P1 de VD2. Esto origina que la bobina de VD2 se desplace y que el cilindro se extienda. La falta de resortes 15
Circuitos electroneumáticos básicos de memoria y prioridad de retorno origina que VD2 memorice y mantenga su posición de manera que el cilindro continuará extendiéndose y permanecerá extendido aunque SOL-A sea desenergizado. Cuando el solenoide VD1-SOL-B es energizado para retractar el cilindro, el aire comprimido fluye al piloto de VD2 pero la bobina de VD2 no se desplaza. Está bloqueado por el aire comprimido, el cual es atrapado por la válvula de retención en la línea piloto de P1. La válvula direccional VD3 es después utilizada para purgar el aire comprimido. Debido a que la retracción del cilindro debe ser confirmada por un segundo comando (VD3), esta clase de circuito frecuentemente es utilizado para prevenir operaciones no deseadas. La operación de este circuito obturado por aire es similar al circuito de enclavamiento mostrado en la figura 2-19 en el Ejercicio 2-3 donde es necesario para liberar el botón pulsador de PARO, como un segundo comando, antes de energizar el solenoide opuesto. Interruptores de fin de carrera Un comando también puede ser confirmado utilizando la señal eléctrica proporcionada por dispositivos de sensación, los cuales detectan la posición del vástago del cilindro. Como ejemplo, el comando de retracción del vástago del cilindro mostrado en la figura 3-2, no podría ser ejecutado por BP2 si el vástago no es extendido completamente y su posición confirmada por el interruptor de fin de carrera IFC2. Cuando IFC2 es activado mecánicamente por la presencia del vástago, su contacto NA se cierra, y por lo tanto es posible energizar BR2 utilizando BP2. Energizando la bobina de relé CR2 causa que el contacto NC CR2-A se abra y la bobina de relé BR1 para desenergice. Los interruptores de fin de carrera son muy utilizados en el equipo neumático industrial. Son confiables, pequeños en tamaño, simples de utilizar, y generalmente más barato que otra clase de interruptores. Un interruptor de fin de carrera consta de un actuador y uno o más juegos de contactos NA y NC. Es activado cuando una parte en movimiento, tal como un vástago del cilindro o un miembro de máquina, golpea el mecanismo actuador, desplazando los contactos a su estado activado. La figura 3-3 muestra el interruptores de fin de carrera suministrados con su equipo didáctico. Cada interruptor tiene un actuador de tipo cilíndrico y un juego de contactos UPDV. Cuando la punta del cilindro se desplaza por uno de los interruptores, este empuja contra el rodillo, liberando el brazo de palanca. El brazo de palanca actúa en un pulsador interno, originando que los contactos UPDV se activen. El contacto NA se cierra mientras que el contacto NC se abre. Cuando la punta del cilindro se aleja del actuador del rodillo, un resorte regresa el brazo de palanca y los contactos a su condición normal. 16
Circuitos electroneumáticos básicos de memoria y prioridad Figura 3-2. Circuito electroneumático utilizando interruptores de fin de carrera. Frecuentemente los interruptores de fin de carrera están disponibles como interruptores múltiples de ensamble con dos o más interruptores de fin de carrera montados en la misma estructura de soporte. Los interruptores de fin de carrera proporcionados con su equipo didáctico son montados en la misma estructura de soporte. Este diseño es ideal para las situaciones que requieren de dos interruptores montados lado a lado. 17
Circuitos electroneumáticos básicos de memoria y prioridad Figura 3-3. Interruptor de fin de carrera con rodillo actuador del brazo. MATERIAL DE REFERENCIA Resumen del procedimiento En la primera parte del ejercicio, evaluará la operación de un circuito básico de memoria y prioridad utilizando una válvula direccional accionada por piloto neumático doble. En la segunda parte, evaluará un circuito de retención, utilizando aire comprimido atrapado en una línea piloto por una válvula de retención, para mantener presurizado el puerto piloto y para mantener la posición de la válvula. En la tercera parte, aprenderá cómo montar los Interruptores de fin de carrera proporcionados con su equipo didáctico. En la última parte del ejercicio, evaluará un circuito de retención de prioridad utilizando interruptores de fin de carrera para confirmar la posición del vástago del cilindro. EQUIPO REQUERIDO Consulte la Gráfica de utilización del equipo, en el Apéndice A de este manual, para obtener la lista del equipo requerido para realizar este ejercicio 18
Circuitos electroneumáticos básicos de memoria y prioridad PROCEDIMIENTO Circuito básico de memoria y prioridad G 1. Conecte el circuito mostrado en la figura 3-4. Atornille una punta al vástago del cilindro. Figura 3-4. Diagrama esquemático de un circuito de memoria. G 2. Verifique el estado del equipo didáctico de acuerdo al procedimiento dado en el Apéndice F. G 3. Cierre la Válvula de control de flujo girando completamente las perillas de control en el sentido de las manecillas del reloj. Después abra cada válvula girando las perillas dos vueltas en el sentido contrario al de las manecillas del reloj. Verifique la marca en las perillas para ajustar la posición correcta. Nota: Las Válvulas de control de flujo son utilizadas para controlar las velocidades de extensión y retracción del cilindro. G 4. Se extenderá o retractará el vástago del cilindro cuando el aire comprimido se aplique al circuito? Explique. 19
Circuitos electroneumáticos básicos de memoria y prioridad G 5. En la Unidad de acondicionamiento, abra la válvula de interrupción principal y las válvulas de charnela de derivación del colector. Ajuste la válvula de descompresión a 400 kpa (o 60 psi) en el manómetro regulado. G 6. Si es necesario, libere el botón de control de la válvula direccional VD2 para retractar el vástago del cilindro. G 7. Libere el botón de control de la válvula direccional VD1. Se extiende el vástago del cilindro? G 8. Libere el botón de control de la válvula direccional VD1 y mantenga esta posición. Con su otra mano, libere el botón de control de VD2. Se retracta el vástago del cilindro? Explique por qué. G 9. Confirma la operación del circuito que la prioridad puede ser mantenida en una posición cuando el puerto piloto permanece presurizado? G Sí G No G 10. En la unidad de acondicionamiento, cierre las válvulas de interrupción, y gire la perilla de ajuste del regulador completamente en el sentido contrario al de las manecillas del reloj. Circuito de retención de prioridad G 11. Conecte el circuito de retención de prioridad mostrado en la figura 3-5. Utilice una válvula de control de flujo cerrada (gire la perilla de control completamente en el sentido contrario al de las manecillas del reloj) como válvula de retención en la línea piloto de P1. Asegúrese que el vástago del cilindro esté plegado. Atornille una punta al vástago del cilindro. 20
Circuitos electroneumáticos básicos de memoria y prioridad Figura 3-5. Diagrama esquemático de un circuito de retención de prioridad. G 12. Cierre la válvula de control de flujo VCF1 girando la perilla de control completamente en el sentido contrario al de las manecillas del reloj. Después abra la válvula dos vueltas en el sentido contrario al de las manecillas del reloj. G 13. En la Unidad de acondicionamiento, abra la válvula de interrupción, y ajuste la presión a 400 kpa (o 60 psi). 21
Circuitos electroneumáticos básicos de memoria y prioridad G 14. Active la Fuente de alimentación cc. G 15. Si el vástago del cilindro se extiende cuando aplica la presión en el circuito, libere simultáneamente el BP2 y el botón de control de la válvula direccional VD3 para retractar el vástago del cilindro. G 16. Libere el botón pulsadorbp1. Se extiende el vástago del cilindro? G Sí G No G 17. Libere el botón pulsador BP2. Se retracta el vástago del cilindro? Si no, explique. G 18. Libere simultáneamente el botón pulsadorbp2 y el botón de control de la válvula direccional VD3. Se retracta el vástago del cilindro? G Sí G No G 19. Confirma la operación del circuito que la prioridad es mantenida en una posición cuando el puerto piloto permanece presurizado? G Sí G No G 20. Explique cómo el circuito operará si la válvula de retención es removida del circuito. G 21. En la Unidad de acondicionamiento, cierre la válvula de charnela y gire la perilla de ajuste del regulador completamente en el sentido contrario al de las manecillas del reloj. G 22. Active la Fuente de alimentación cc. 22
Circuitos electroneumáticos básicos de memoria y prioridad Montaje del Interruptores de fin de carrera G 23. Remueva todos los componentes excepto el Cilindro de doble acción de su superficie de trabajo. G 24. Monte el interruptor de fin de carrera como se indica en los siguientes pasos: Atornille la punta del cilindro sobre el extremo del vástago del cilindro. Extienda manualmente el vástago del cilindro en su totalidad. Fije el Interruptores de fin de carrera junto al vástago del cilindro como se muestra en la figura 3-6. Afloje los tornillos de posicionamiento del interruptor de fin de carrera. Coloque los interruptores lado a lado al centro de la escuadra de soporte, como se muestra en la figura 3-6 (a). Ajuste los tornillos de posicionamiento del interruptor de fin de carrera. Afloje los tornillos de posicionamiento de la escuadra de soporte hasta que pueda deslizar la escuadra sobre la base de montaje como se muestra en la figura 3-6 (b). Ajuste la posición de la escuadra de manera que los interruptores sean activados cuando la punta de cilindro empuje contra el brazo del interruptor y desactivados cuando la punta del cilindro libere el brazo del interruptor. Para evaluar esto, extienda y retracte manualmente el vástago del cilindro, y escuche el click. Después, ajuste los tornillos de posicionamiento de la escuadra de soporte en la base de montaje. Afloje el tornillo de posicionamiento en cada interruptor de fin de carrera. Ajuste la posición de los interruptores de manera que sean activados cuando el vástago del cilindro sea extendido y plegado completamente, como se muestra en la figura 3-6 (c). Para evaluar esto, extienda y retracte manualmente el vástago del cilindro, y escuche el click. Después, ajuste los tornillos de posicionamiento del interruptor de fin de carrera. Retracte completamente el vástago del cilindro, como se muestra en la figura 3-6 (d). G 25. Sus interruptores de fin de carrera están ahora preparados para detectar las posiciones totalmente extendidas y plegadas del vástago del cilindro. 23
Circuitos electroneumáticos básicos de memoria y prioridad Figura 3-6. Montaje del Interruptores de fin de carrera. Circuito de retención de prioridad utilizando interruptores de fin de carrera G 26. Conecte el circuito mostrado en la figura 3-7. Conforme hace esto, tenga cuidado de no modificar el montaje de los interruptores de fin de carrera IFC1 e IFC2. 24
Circuitos electroneumáticos básicos de memoria y prioridad Figura 3-7. Diagrama esquemático de un circuito de retención de prioridad utilizando Interruptores de fin de carrera. G 27. Cierre las Válvula de control de flujos girando las perillas de control completamente en el sentido contrario al de las manecillas del reloj. Después abra cada válvula girando las perillas dos vueltas en el sentido contrario al de las manecillas del reloj. Verifique la marca en las perillas para ajustar la posición correcta. G 28. En la Unidad de acondicionamiento, abra la válvula de interrupción principal y las válvulas de interrupción de derivación en el colector. Ajuste la válvula de descompresión a 400 kpa (o 60 psi) en el manómetro regulado. 25
Circuitos electroneumáticos básicos de memoria y prioridad G 29. Active la Fuente de alimentación cc. G 30. Libere el botón pulsador BP1. Se extiende el vástago del cilindro? G Sí G No G 31. Libere el botón pulsador BP2. Se retracta el vástago del cilindro? G Sí G No G 32. Afloje el tornillo de posicionamiento del interruptor de fin de carrera el cual detecta la posición totalmente extendida y detiene el interruptor de fin de carrera. G 33. Libere el botón pulsador BP1 para extender el vástago del cilindro, después libere el botón pulsador BP2. Se retracta el vástago del cilindro? Si no, explíquelo consultando el diagrama en escalera. G 34. Confirma la operación del circuito que el interruptor de fin de carrera debe confirmar la posición del vástago del cilindro para permitir que la bobina de la válvula direccional VD1 sea desplazada? G Sí G No G 35. En la Unidad de acondicionamiento, cierre las válvulas de interrupción, y gire la perilla de ajuste del regulador completamente en el sentido contrario al de las manecillas del reloj. G 36. Desactive la Fuente de alimentación cc. G 37. Desconecte y almacene todos los cables de conexión y componentes. CONCLUSIÓN En este ejercicio, aprendió cómo la prioridad puede ser determinada y mantenida en un circuito neumático, utilizando una válvula direccional accionada por piloto neumático doble. Evaluó un circuito de retención utilizando aire comprimido atrapado en una línea piloto. Observó que el circuito debe liberar un piloto antes de que otro piloto pueda 26
Circuitos electroneumáticos básicos de memoria y prioridad desviar la bobina. Observó que el circuito permanece retenido aunque el abastecedor de aire comprimido descienda. Aprendió cómo montar el Interruptores de fin de carrera proporcionado con su equipo didáctico. Evaluó un circuito de enclavamiento el cual necesita un comando de confirmación, suministrado por un interruptor de fin de carrera para permitir que una nueva secuencia inicie. PREGUNTAS DE REPASO 1. Cuál es el propósito de la válvula direccional VD3 en la figura 3-5? 2. Qué cuidado debe tener antes de desplazar la bobina de una válvula direccional accionada por piloto neumático doble? 3. Cuál es el propósito de un interruptor de fin de carrera en un circuito electroneumático? 4. Qué característica de una válvula direccional accionada por piloto neumático doble permite mantener o memorizar la posición de la válvula sin mantener la presión del piloto? 5. Cuál es el propósito de los contactos CR1-A y CR2-A en el diagrama en escalera de la figura 3-7? 27
Otra muestra extraída del manual del estudiante Fundamentos de neumática
Examen de la unidad 1. Qué se puede hacer para que una válvula de 4 vías actúe como una de 3 vías? a. Obstruir un orificio. b. Obstruir dos orificios. c. Obstruir un orificio de entrada y otro de salida. d. Obstruir dos orificios de salida. 2. Bloquear un motor neumático a. es peligroso. b. no causa daño. c. causa un incremento de presión. d. es imposible. 3. Las cubiertas y los carretes de las válvulas accionadas por piloto a. son similares a aquellos de las válvulas accionadas directamente.. b. son diferentes de aquellos de las válvulas accionadas directamente. c. son más pequeños que aquellos de las válvulas accionadas directamente. d. son más grandes que aquellos de las válvulas accionadas directamente. 4. Las válvulas accionadas por piloto pueden mover sus carretes utilizando a. un pedal. b. un botón pulsador. c. uno o dos pilotos, junto con un resorte de retroceso. d. una palanca. 5. Las válvulas accionadas por piloto reducen los retrasos causados por a. los circuitos complejos. b. la compresibilidad del aire y la fricción en las líneas de tubería larga. c. los componentes conectados en serie. d. las líneas piloto de alta presión. 6. El desplazamiento de un motor neumático a. es el volumen de aire necesario para que el eje del motor gire una revolución completa. b. es la cantidad de fuerza generada por el motor. c. es la resistencia del motor para girar una revolución completa. d. es la velocidad dividida por el caudal. 31
Examen de la unidad (continuación) 7. Qué causa que la velocidad real del motor sea menor que la velocidad teórica? a. La fricción. b. Las fugas internas y la compresibilidad del aire. c. La carga. d. La pérdida de presión. 8. Una válvula de control direccional de 4 vías, 5 orificios y 2 posiciones accionada por doble piloto a. no tiene orificios para liberar el aire. b. tiene un orificio para liberar el aire de la configuración de la trayectoria del flujo. c. tiene dos orificios para liberar el aire de la configuración de la trayectoria del flujo. d. Depende del circuito. 9. El par desarrollado en el eje del motor multiplicado por la velocidad es igual a. a la fuerza. b. al desplazamiento. c. a la potencia de salida. d. a la potencia del par. 10. Un motor neumático no entregará ningún par si a. no existe carga. b. la carga excede la potencia de salida del motor. c. la velocidad del motor es baja. d. la presión excede el 65% de la presión del sistema. 32
Muestra extraída de la guía del profesor Control eléctrico de los sistemas neumáticos
Control eléctrico de los sistemas neumáticos UNIDAD 4 APLICACIONES INDUSTRIALES EJERCICIO 4-1 CIRCUITOS DE DESACELERACIÓN DEL ACTUADOR NEUMÁTICO RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DEL PROCEDIMIENTO G 10. Cuando el vástago está en la posición completamente plegado, IFC1 es actuado. El contacto IFC1 NA y IFC2 NC están cerrados. El presionar BP1 causa que VD1-SOL-A se energice y que el vástago del cilindro se extienda. G 11. No. La válvula de control de flujo VCF1 está completamente abierta y no restringe el flujo del aire para desacelerar el vástago del cilindro. G 14. Si. El aire expedido del extremo del vástago del cilindro es restringido por VCF1 y la velocidad de extensión es desacelerada. G 15. Por la válvula de retención de paso de la válvula de control de flujo VCF1. G 16. El vástago del cilindro no desarrollará una extensión completa y el sistema se detendrá si el vástago no alcanza IFC2. G 25. Cuando el botón pulsador BP1 START es presionado la bobina de relé BR1 es energizada. Esto causa que el contacto BR1-B NA se cierre, que VD1- SOL-A se energice y que el motor empiece a rotar. G 26. No. El flujo de aire es bloqueado por la válvula de retención VR1 en una dirección. G 27. Cuando el botón pulsador BP3 BRAKE es presionado, la bobina de relé BR2 es energizada. Esto causa que BR1 sea desenergizado. Esto también causa que la bobina de VD1 se desplace y que el motor se pare. G 29. Cuando el botón pulsador BP2 STOP es presionado, la bobina de relé BR1 es desenergizada y la bobina de VD1 regresa a su posición central. Esto causa que el motor deje de rotar. El motor actúa como una bomba de vacío mientras se desacelera. 35