lab c215, c216

Javier Gutirrez Rodrguez Pgina 1

NDICE

1.- Introduccin .................................................................................................................. 2 2.- Objetivos....................................................................................................................... 3

2.1.- Objetivo General .................................................................................................... 3 2.2.- Objetivos Especficos ............................................................................................. 3

3.- Equipos e instrumentos utilizados ................................................................................. 4 3.1.- Compresor ............................................................................................................. 4 3.2.- Componentes neumticos ...................................................................................... 4

4.- Procedimiento experimental.......................................................................................... 9 5.- Presentacin de Resultados ....................................................................................... 10

5.1.- Mando de un cilindro de simple efecto (mando directo) ........................................ 10 5.2.- Mando de un cilindro de doble efecto .................................................................. 10 5.3.- Mando con selector de circuito para un cilindro simple ........................................ 11 5.4.- Regulacin de la velocidad de un cilindro de simple efecto ................................. 11 5.5.- Regulacin velocidad cilindro doble efecto .......................................................... 12

5.5.1.- Regulacin de los flujos de entrada al actuador ............................................. 12 5.5.2.- Regulacin de los flujos de salida del actuador............................................. 12

5.6.- Mando indirecto de un cilindro de simple efecto .................................................. 13 5.7.- Aumento de la velocidad en cilindros .................................................................. 13

5.7.1.- Cilindro de simple efecto ................................................................................ 13 5.7.2.- Cilindro de doble efecto ................................................................................ 14

5.8.- Mando con una vlvula de simultaneidad ............................................................ 14 5.9.- Accionamiento indirecto de un cilindro de doble efecto ....................................... 15 5.10.- Estampado de una pieza mediante una prensa .................................................. 16 5.11.- Movimientos coordinados .................................................................................. 18 5.12.- Sobreposicin de seales .................................................................................. 20

5.12.1.- Solucin por rodillo abatible ......................................................................... 20 5.12.2.- Solucin por esquema en cascada .............................................................. 21

5.13.- Dispositivo de Medicin ...................................................................................... 22 6.- Conclusin .................................................................................................................. 24 7.- Referencias ................................................................................................................ 25 8.- Anexo ......................................................................................................................... 26

8.1.- Simbologa normalizada de los componentes neumticos ................................... 26


1.- INTRODUCCIN

El concepto moderno de neumtica trata sobre los fenmenos y aplicaciones de la sobrepresin o depresin -vaco- del aire. La mayora de las aplicaciones neumticas se basan en el aprovechamiento de la sobreimpresin. Segn su actual definicin, la neumtica es una tcnica moderna, pero segn su concepcin original es una de las formas de energa ms antigua de entre las conocidas por el hombre. Existen manuscritos del siglo I de nuestra era donde se describen mecanismos accionados por aire caliente; en el transcurso de los siglos siguientes fueron diseados dispositivos, generalmente con fines blicos. La neumtica moderna, que emplea con sus grandes posibilidades, se inicia en Europa a partir de la mitad del siglo XX debido a la acuciante necesidad de una automatizacin racional del trabajo. Desde entonces la neumtica ha ido evolucionando, y lo seguir haciendo segn las necesidades de la industria, ofreciendo en la actualidad una extensa gama de productos. La concepcin y estudio de los sistemas neumticos requiere el conocimiento de los elementos neumticos y su funcionamiento, as como la interconexin entre ellos. La energa neumtica, que emplea aire comprimido como fuente de potencia, tiene cualidades excelentes entre las que destacan:

1. El aire es abundante y barato. 2. Se transforma y almacena fcilmente. 3. Es limpio, no contamina y carece de problemas de combustin con la temperatura.

Los elementos neumticos pueden alcanzar velocidades de trabajo elevadas pero, dada la compresibilidad del aire, su regulacin no es constante. Los esfuerzos de los actuadores neumticos tienen un techo alto, aunque limitado e inferior a los de otras tcnicas. Exigen un costo elevado en la instalacin del generador de energa neumtica y su manipulacin es ruidosa, como consecuencia de los escapes existentes. El presente trabajo muestra los diversos componentes comerciales disponibles en el mercado para la implementacin de circuitos neumticos, pudiendo interpretar correctamente la funcionalidad y la simbologa normalizada de dichos componentes. Tambin se muestra una metodologa en el desarrollo e implementacin de proyectos neumticos; considerando la sincronizacin integral de los diversos grados de libertad del equipo accionados por energa neumtica y que permiten dar respuesta a una aplicacin especfica.


2.- OBJETIVOS

2.1.- Objetivo General

Familiarizar al alumno con los diversos componentes comerciales disponibles en el mercado para la implementacin de circuitos neumticos, pudiendo interpretar correctamente la funcionalidad y la simbologa normalizada de dichos componentes. Familiarizar al alumno con la metodologa empleada en el desarrollo e implementacin de proyectos neumticos; considerando la sincronizacin integral de los diversos grados de libertad del equipo accionados por energa neumtica y que permiten dar respuesta a una aplicacin especfica.

2.2.- Objetivos Especficos

Que el alumno internalice los criterios a tener en cuenta para la seleccin de los actuadores neumticos a partir de las exigencias mecnicas del movimiento a realizar. Familiarizar al alumno con la metodologa de seleccin de las vlvulas direccionales, considerando las exigencias del movimiento y del tipo de accionamiento a usar. Que el alumno internalice las ventajas de incorporar las vlvulas limitadoras de presin en los circuitos neumticos, y fundamentalmente la ubicacin de stas en el circuito. Que el alumno comprenda la accin funcional de las vlvulas reguladoras de caudal y las de antirretorno. Que el alumno se familiarice con los elementos lgicos neumticos; esto es, los selectores de circuito (puestas OR) y las vlvulas de simultaneidad (puertas AND). Que el alumno adquiera la capacidad de identificar los elementos funcionales de un circuito neumtico que den repuesta a una aplicacin definida. Que el alumno sea capaz de generar un circuito neumtico, acorde con los grados de libertad a accionar y con los elementos de control y de seguridad que la aplicacin amerite. Que el alumno pueda identificar y cuantificar los datos tcnicos relevantes para seleccionar los elementos constitutivos del circuito neumtico.


3.- EQUIPOS E INSTRUMENTOS UTILIZADOS

3.1.- Compresor

Marca : SCHULZ Cilindrada : 180 cm3 Caudal : 150 lt/min. Revoluciones : 850 r.p.m. Potencia : 1 CV

3.2.- Componentes neumticos

3.2.1.- Unidad Reguladora de Presin

3.2.2.- Vlvula de 3/2 vas accionada por pulsador, normalmente cerrada (1)

Construccin: Vlvula de asiento, accionamiento directo, unilateral, retorno por muelle Margen de presin: 0 800 kPa (0 8 bar) Caudal nominal 1...2: 60 l/min


3.2.3.- Vlvula de 3/2 vas con pulsador de emergencia (rojo), normalmente abierta La vlvula se acciona presionando el pulsador rojo de emergencia. Al soltar el pulsador, se mantiene el estado del circuito. El pulsador de emergencia se devuelve a su posicin normal girndolo en sentido horario, con lo que la vlvula regresa a su posicin inicial por medio de un muelle de retorno. Construccin: Vlvula de asiento, accin directa, unilateral, retorno por muelle Margen de presin: 0 800 kPa (0 8 bar) Caudal nominal 1...2: 60 l/min

3.2.4.- Vlvula neumtica de 5/2 vas, doble pilotaje (4)

La vlvula neumtica de doble pilotaje invierte su estado con seales alternativas por ambos pilotajes. El estado del circuito se mantiene al retirar la seal, hasta que aparece un seal en el pilotaje opuesto. Construccin: Vlvula de corredera, accionamiento directo bilateral Margen de presin: 250 1000 kPa (2,5 10 bar) Caudal nominal 1...2: 500 l/min Caudal nominal 1...4: 500 l/min Tiempo de respuesta a 600 kPa (6 bar):5 ms

3.2.5.- Vlvula neumtica de 3/2 vas, pilotada por un lado, convertible (1)

Construccin: Vlvula de corredera, accionamiento directo unilateral, muelle de retorno Margen de presin: 250 1000 kPa (2.5 10 bar) Caudal nominal 1...2: 500 l/min Convertible a: Caudal nominal 1...4: 500 l/min Tiempo de respuesta a 600 kPa (6 bar): Act.: 20 ms, Des.: 30 ms

3.2.6.- Vlvula de simultaneidad (AND)

Bloque de vlvulas con tres elementos AND. Construccin: Puerta AND (vlvula de simultaneidad) Margen de presin: 160 800 kPa (1,6 8 bar) Caudal nominal 1, 1/3...2: 100 l/min


3.2.7.- Cilindro de simple efecto

Cilindro de simple efecto con leva de control. Construccin: Cilindro de mbolo Presin de funcionamiento: Mximo 1000 kPa (10 bar) Carrera: Mximo 50 mm Fuerza a 600 kPa (6 bar): 150 N Fuerza mnima del muelle de retorno: 13,5 N

3.2.8.- Vlvula de 3/2 vas, accionada por rodillo en un sentido, cerrada (5) vlvula limitadora de carrera

La vlvula con rodillo en un slo sentido se activa cuando la leva de un cilindro la atraviesa en un determinado sentido. Al soltar el rodillo, la vlvula regresa a su posicin inicial por medio de un muelle de retorno. Si se acciona en sentido inverso, el rodillo bascula y la vlvula no es accionada. Construccin: Vlvula de asiento, accionamiento directo unilateral, retorno por muelle Margen de presin: 0 800 kPa (0 8 bar) Caudal nominal 1...2: 80 l/min

3.2.9.- Cilindro de doble efecto

Cilindro de doble efecto con leva de control. Amortiguaciones de final de recorrido regulables. En el mbolo hay dispuesto un imn permanente. Su campo magntico puede accionar un interruptor de proximidad. Construccin: Cilindro de mbolo Presin de funcionamiento: Mximo 1000 kPa (10 bar) Carrera: Mximo 100 mm Fuerza a 600 kPa (6 bar): 165 N Fuerza de retroceso a 600 kPa (6 bar): 140 N


3.2.10.- Conector en T (racor rpido Quick Start)

Los racores rpidos Quick Star ofrecen una serie de beneficios: Sencillamente "plug and work" Montaje flexible todos los racores pueden girar 360 alrededor de la parte roscada Completamente seguro con junta de material sinttico NBR Mltiple uso rosca con recubrimiento autosellante de PTFE

3.2.11.- Mangueras Plsticas metalizadas

3.2.12.- Mesa de Trabajo

3.2.13.- Manmetro

El manmetro muestra la presin en los circuitos de control neumticos. Construccin: Manmetro con tubo de Bourdon Margen de indicacin: 0 1000 kPa (0 10 bar) Clase de calidad: 1,6


3.2.14.- Selector de circuito (OR)

Con el selector de circuito se obtiene presin en la salida aplicando presin a una cualquiera de las entradas (funcin OR). Construccin: puerta OR (vlvula selectora) Margen de presin: 100 1000 kPa (1 10 bar) Caudal nominal 1, 1/3...2: 500 l/min

3.2.15.- Vlvula de simultaneidad (AND)

Con la vlvula de simultaneidad se obtiene presin en la salida aplicando presin a ambas entradas (funcin AND). Construccin: puerta AND (vlvula de simultaneidad) Margen de presin: 100 1000 kPa (1 10 bar) Caudal nominal 1, 1/3...2: 550 l/min

3.2.16.- Regulador de flujo unidireccional

El regulador de flujo unidireccional es una combinacin de un regulador de flujo y un antirretorno. La seccin de paso restringida puede ajustarse por medio de un tornillo moleteado. Construccin: Regulador de flujo combinado Margen de presin: 30 1000 kPa (0,3 10 bar) Caudal nominal en sentido restringido: 0 180 l/min en sentido libre: 180/110 l/min (Vlvula estranguladora abierta/cerrada)

3.2.17.- Regulador de presin con manmetro

El regulador de presin con manmetro, regula la alimentacin del aire a la presin de funcionamiento y compensa las variaciones de la presin. Construccin: Vlvula reguladora de mbolo Caudal nominal*: 800 l/min Presin de entrada: Mximo 1600 kPa (16 bar) Presin de trabajo: Mximo 1200 kPa (12 bar) *Presin de entrada: 1000 kPa (10 bar), Presin de funcionamiento: 600 kPa (6 bar), Presin diferencial: 100 kPa (1 bar)


4.- PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

Basado en el smbolo normalizado adherido a cada componente neumtico disponible en el laboratorio, los alumnos los identifican e intercambian opiniones respecto de su funcionalidad y posibles aplicaciones. Mediante la vlvula reguladora de presin, disponible en cada unidad neumtica de trabajo, se regula la presin a un valor bajo (1 a 3 psi), con el propsito de reducir los riesgos de lesiones al operar los componentes neumticos energizados. Se monta un componente en el panel de trabajo y se conecta a la energa neumtica para estudiar su comportamiento. La experimentacin respectiva se desarrolla de acuerdo a su funcionalidad esperada y se termina cuando los alumnos estn familiarizados con el elemento en estudio. Se repite la actividad anterior para cada componente en forma individual. Familiarizados con los componentes neumticos disponibles, los alumnos implementan circuitos simples propuesto por el profesor. Desmontar los componentes neumticos utilizados y guardarlos donde corresponda, respetando lugar y posicin. Estudiar el proyecto industrial planteado por el profesor, para comprender el problema y poder visualizar las posibles soluciones mediante el empleo de energa neumtica. Generar alternativas de solucin, basados en los elementos neumticos disponibles en el laboratorio y expresados en sus correspondientes circuitos. Evaluar las alternativas propuestas e implementar gradualmente aquellas ms favorables. Cada circuito Implementado es sometido a pruebas, para su evaluacin funcional, realizando modificaciones si corresponde, y hacer un anlisis crtico de los problemas presentados durante el desarrollo e implementacin del circuito. Desmontar los componentes neumticos utilizados y guardarlos donde corresponda, respetando lugar y posicin.


5.- PRESENTACIN DE RESULTADOS

5.1.- Mando de un cilindro de simple efecto (mando directo)

El vstago de un cilindro de simple efecto debe salir al accionar un pulsador y regresar inmediatamente al solitario.

Componentes; Vlvula de 3/2 vas accionada por pulsador retorno por muelle, actuador simple efecto.

5.2.- Mando de un cilindro de doble efecto

El vstago de un cilindro de doble efecto debe salir o entrar segn se accione la vlvula.

Componentes; Vlvula de 5/2 vas accionada por pulsador retorno por muelle, cilindro de doble efecto.

2

1 3

4 2

51

3


5.3.- Mando con selector de circuito para un cilindro simple

El vstago de un cilindro de simple efecto debe poderse accionar de dos circuitos distintos.

Componentes; Dos vlvulas de 3/2 vas con pulsador retorno por muelle, selector de circuito (OR) y un cilindro de simple efecto.

5.4.- Regulacin de la velocidad de un cilindro de simple efecto

Debe poder regularse la velocidad de salida del vstago con una vlvula anti retorno estranguladora.

Componentes; Vlvula de 3/2 vas con pulsador retorno por muelle, regulador de flujo unidireccional y un cilindro de simple efecto.

1 12

2

1 3

2

1 3

56%

2

1 3


5.5.- Regulacin velocidad cilindro doble efecto

5.5.1.- Regulacin de los flujos de entrada al actuador

Componentes; Vlvula de 5/2 vas con enclavamiento retorno por muelle, dos reguladores de flujo unidireccional y cilindro de doble efecto.

5.5.2.- Regulacin de los flujos de salida del actuador

Componentes; Vlvula de 5/2 vas con enclavamiento retorno por muelle, dos reguladores de flujo unidireccional y cilindro de doble efecto.

4 2

51

3

75%

5%

4 2

51

3

75%

5%


5.6.- Mando indirecto de un cilindro de simple efecto

Componentes; Vlvula de 3/2 vas con pulsador retorno por muelle, vlvula de 3/2 vas piloteada retornada por muelle y un cilindro de simple efecto.

5.7.- Aumento de la velocidad en cilindros

5.7.1.- Cilindro de simple efecto

Debe elevarse la velocidad de salida de un cilindro de simple efecto

Componentes; Vlvula de 3/2 vas con pulsador retorno por muelle, vlvula purgadora rpida y un cilindro simple efecto.

2

1 3

2

1 3

2

1 3

1

2

3


5.7.2.- Cilindro de doble efecto

Debe elevarse la velocidad de salida del vstago de un cilindro de doble efecto

Componentes; Vlvula de 5/2 vas con pulsador retorno por muelle, vlvula purgadora rpida y un cilindro de doble efecto.

5.8.- Mando con una vlvula de simultaneidad

Componentes; Dos vlvulas de 3/2 vas con pulsador retorno por muelle, vlvula de simultaneidad (AND) y un cilindro de simple efecto.

1

2

3

4 2

51

3

1 12

2

1 3

2

1 3


5.9.- Accionamiento indirecto de un cilindro de doble efecto

El cilindro de doble efecto debe avanzar al oprimir un pulsador y deber retroceder cuando se suelte dicho pulsador.

Componentes; Vlvula de 3/2 vas con pulsador retorno por muelle, vlvula de 3/2 vas piloteada y retornada por muelle y un cilindro de doble efecto.

2

1 32

1 3


5.10.- Estampado de una pieza mediante una prensa

Estampado de una pieza mediante una prensa que funciona con un cilindro de doble efecto. La prensa deber avanzar al oprimir un pulsador y estampar la pieza. Una vez alcanzado el nivel de presin previamente ajustado, el cilindro deber retroceder automticamente. La presin mxima debe ser regulable.

Solucin

Componentes; Cilindro de doble efecto, vlvula 3/2 con pulsador retorno por muelle, vlvula de 5/2 vas piloteada neumtica-neumtica, regulador de presin y un medidor de presin.


Oprimiendo el pulsador, la vlvula 1.2 abre el paso y la vlvula 1.1 recibe una seal en la entrada 14 (Z). La vlvula 1.1 conmuta, el lado del mbolo recibe presin y el vstago avanza. El estado de la vlvula 1.1 (vlvula de impulsos) se mantiene inalterada aunque se suelte el pulsador 1.2. Una vez que el cilindro alcanza la pieza, se interrumpe el movimiento y empieza a aumentar la presin en la cmara del lado del mbolo. Al aumentar la presin, aumenta la fuerza de la operacin de estampado. La conexin de mando de la vlvula de secuencia 1.3 est conectada a la tubera bajo presin. Si la presin en el cilindro alcanza el valor ajustado en la vlvula de secuencia, conmuta la vlvula de 3/2 vas. En consecuencia, la vlvula 1.1 recibe una seal en la entrada 12 (Y). La vlvula 1.1 conmuta, la cmara del lado del vstago recibe presin y ste retrocede. Durante esta operacin de retroceso, la presin baja a un nivel inferior al nivel ajustado en la vlvula de secuencia, con lo que esta vlvula conmuta a posicin normal. La presin de conmutacin ajustada en la vlvula de secuencia tiene que ser menor a la presin del sistema para que la operacin de conmutacin sea fiable. Si el vstago topase con una resistencia mecnica al avanzar, retroceder aunque no haya alcanzado la posicin de mecanizado de la pieza.


5.11.- Movimientos coordinados

Uso de dos cilindros de doble efecto para extraer piezas de un cargador y depositarlas sobre un plano inclinado. Oprimiendo un pulsador, el primer cilindro extrae una pieza del cargador. A continuacin, el segundo cilindro desplaza la pieza hasta el plano inclinado. Concluida la operacin, primero retrocede el primer cilindro y, a continuacin, hace lo mismo el segundo. Para que las piezas sean desplazadas adecuadamente, es necesario detectar las posiciones normales y de final de carrera de los vstagos de ambos cilindros.

Solucin intuitiva

Componentes; Dos cilindros de doble efecto, tres vlvulas de 3/2 vas con rodillo simple y retorno por muelle, una vlvula de 3/2 vas con pulsador y retorno por muelle y una vlvula de 5/2 vas con doble pilotaje.


4 2

51

3

2

1 3

2

1 3

A0

2

1 3

B0

A0 B0 B1

2

1 3

B1


5.12.- Sobreposicin de seales

Si una vlvula recibe simultneamente dos seales, entonces se trata de una sobreposicin de seales que impide que la vlvula conmute. Para solucionar este problema se puede recurrir a varias posibles soluciones. Se sobreentiende que en primer trmino tienen que identificarse los puntos en los que puede producirse una sobreposicin de seales.

5.12.1.- Solucin por rodillo abatible

Componentes; Dos Cilindros de doble efecto, dos vlvulas 5/2 neumtica-neumtica, dos vlvulas reguladoras, dos vlvulas 3/2 de rodillo, dos vlvulas 3/2 de rodillo abatible y vlvula 3/2 con pulsador.

2

1 3

A0

2

1 3

2

1 3

A1

2

1 3

B0

4 2

51

3

50%

50%

A0 B0 A1 B1

4 2

51

3

2

1 3

B1


5.12.2.- Solucin por esquema en cascada

Componentes; Dos Cilindros de doble efecto, tres vlvulas de 5/2 neumtica-neumtica piloteada y cuatro vlvulas 3/2 de rodillo con retorno por muelle.

4 2

51

3

4 2

51

3

4 2

51

3

2

1 3

A0

2

1 3

A1

2

1 3

B0

2

1 3

B1

A0 A1 B0 B1


5.13.- Dispositivo de Medicin

Un cilindro de doble efecto (1.0) alimenta pasadores cilndricos a un dispositivo de medicin. Mediante un movimiento de vaivn constante, son individualizados los pasadores. Con ayuda de una vlvula con enclavamiento es posible conseguir ese movimiento dinmico. El tiempo de carrera de avance del cilindro debe ser 3 segundos y el tiempo de retroceso de 2 segundos. En la delantera de final de carrera el mbolo debe permanecer 10 segundos de forma que resulte un tiempo de ciclo de 15 segundos.


Componentes; Un cilindro de doble efecto, una vlvula de 5/2 vas piloteada (Neumtica-Neumtica), vlvula temporizadora normal cerrada, dos vlvulas reguladoras, una vlvula de 3/2 con enclavamiento, dos vlvulas de 3/2 vas con rodillos y una vlvula Y o simultaneidad.

4 2

51

3

43% 5

3%

2

1 3

2

1 3

A0

2

1 3

A1

1

1

2

3%

2

1

12

3

A0 A1


6.- CONCLUSIN

En este trabajo se conocieron diversos componentes comerciales disponibles en el mercado para la implementacin de circuitos neumticos, pudiendo interpretar correctamente la funcionalidad y la simbologa normalizada de dichos componentes. Se desarrollo y emple una metodologa en el desarrollo e implementacin de proyectos neumticos; considerando la sincronizacin integral de los diversos grados de libertad del equipo accionados por energa neumtica y que permiten dar respuesta a una aplicacin especfica. Se obtuvieron criterios a tener en cuenta para la seleccin de los actuadores neumticos a partir de las exigencias mecnicas del movimiento a realizar. Se empleo una metodologa de seleccin de las vlvulas direccionales, considerando las exigencias del movimiento y del tipo de accionamiento a usar. Se reconocieron ventajas de incorporar las vlvulas limitadoras de presin en los circuitos neumticos, y fundamentalmente la ubicacin de stas en el circuito. Se comprendi la accin funcional de las vlvulas reguladoras de caudal y las de antirretorno. Se obtuvieron elementos lgicos neumticos; esto es, los selectores de circuito (puestas OR) y las vlvulas de simultaneidad (puertas AND). Se adquiri la capacidad de identificar los elementos funcionales de un circuito neumtico que den repuesta a una aplicacin definida. Se gener un circuito neumtico, acorde con los grados de libertad a accionar y con los elementos de control y de seguridad que la aplicacin amerite. Se identific y cuantific los datos tcnicos relevantes para seleccionar los elementos constitutivos del circuito neumtico.


7.- REFERENCIAS

1. Gua de Laboratorio General I Componentes neumticos, su simbologa y

funcionalidad (c215) y Construccin y evaluacin de circuitos neumticos (c216), Sr. Ramn Manzo, Departamento de Mecnica, USACH.

2. Automatizacin neumtica y electro neumtica, Autor Salvador Milln Teja,

Publicado por Marcombo, 1996.

3. Introduccin a la neumtica, Autor Antonio Guilln Salvador, Publicado por Marcombo, 1992.

4. Software de simulacin de sistemas neumticos FESTO FLUIDSIM.


8.- ANEXO

8.1.- Simbologa normalizada de los componentes neumticos

lab c215, c216

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