Actuadores neumáticos - Festo Didactic€¦ · 2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG † 559881 El...

Manual TP 220

Con CD-ROM

Festo Didactic

559881 ES

Actuadores neumáticos

2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881

El sistema para la enseñanza de Festo Didactic ha sido concebido exclusivamente

para la formación y el perfeccionamiento profesional en materia de sistemas y

técnicas de automatización industrial. La empresa que ofrece clases a aprendices

y/o estudiantes deberá velar por que se adopten las medidas de seguridad

descritas en el presente manual 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.

Nº de artículo:

Datos actualizados en:

Autores:

Gráficos:

Maquetación:

559881

01/2008

Frank Ebel, Jürgen Hasel

Frank Ebel, Doris Schwarzenberger

10/2007

© Festo Didactic GmbH & Co. KG, D-73770 Denkendorf, 2008

Internet: www.festo-didactic.com

e-mail: [email protected]

Sin nuestra expresa autorización, queda terminantemente prohibida la reproducción

total o parcial de este documento, así como su uso indebido y/o su exhibición o

comunicación a terceros. De los infractores se exigirá el correspondiente

resarcimiento de daños y perjuicios. Quedan reservados todos los derechos

inherentes, en especial los de patentes, de modelos registrados y estéticos.

El usuario autorizado puede reproducir partes de la obra únicamente con fines

didácticos.

Utilización prevista

© Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 3

Prólogo ___________________________________________________________ 7

Introducción _________________________________________________________ 9

Indicaciones de seguridad y utilización ___________________________________ 11

Equipo didáctico tecnológico para electroneumática (TP 200) ________________ 13

Objetivos didácticos del nivel avanzado (TP 220) ___________________________ 15

Atribución de ejercicios en función de los objetivos didácticos ________________ 16

Componentes del nivel avanzado (TP 220) ________________________________ 18

Atribución de componentes en función de los ejercicios _____________________ 22

Información didáctica para el instructor __________________________________ 24

Estructura metódica de los ejercicios ____________________________________ 25

Denominación de los componentes ______________________________________ 26

Contenido del CD-ROM ________________________________________________ 27

Parte A – Ejercicios

Ejercicio 1

Configuración de una red de aire comprimido (teoría) ________________________ 3

Ejercicio 2

Dimensionamiento de la parte neumática funcional (teoría) ___________________ 9

Ejercicio 3

Dimensionamiento de la parte neumática funcional en función de la duración

necesaria de los movimientos (teoría) ____________________________________ 15

Ejercicio 4

Dimensionamiento de cilindros en función de la velocidad necesaria

y de la presión existente (teoría) ________________________________________ 23

Ejercicio 5

Dimensionamiento de los tubos de conexión de cilindros (teoría) _____________ 27

Ejercicio 6

Análisis de la velocidad de los movimientos de actuadores lineales (práctica) ___ 33

Ejercicio 7

Reducción de costos mediante presiones diferentes de avance/retroceso (teoría) 53

Ejercicio 8

Reducción de costos evitando fugas (teoría) ______________________________ 59

Ejercicio 9

Análisis de los movimientos de actuadores lineales (práctica) ________________ 63

Ejercicio 10

Descripción de la amortiguación de final de carrera

de actuadores lineales (teoría) __________________________________________ 81

Ejercicio 11

Cálculo de momentos de inercia de las masas (teoría) _______________________ 87

Índice

Índice


Ejercicio 12

Análisis de los movimientos de actuadores giratorios (práctica) _______________ 93

Ejercicio 13

Descripción del funcionamiento y de la activación

del músculo neumático (práctica) ______________________________________ 107

Ejercicio 14

Selección de un músculo neumático (teoría) _____________________________ 119

Ejercicio 15

Comparación entre cilindros estándar y músculos neumáticos (práctica) _______ 123

Ejercicio 16

Comportamiento de controles neumáticos

en caso de un corte de alimentación de energía (práctica) __________________ 133

Parte B – Fundamentos teóricos

1. La neumática en la automatización _______________________________ B-3

1.1 Informaciones generales ________________________________________ B-3

1.2 Campos de aplicación de la neumática ____________________________ B-4

1.3 Comparación con otras formas de energía __________________________ B-6

2. Economía de aparatos neumáticos _______________________________ B-9

2.1 Costos del aire comprimido ___________________________________ B-10

2.2 Un ejemplo de utilización correcta de aire comprimido _____________ B-12

2.3 Un ejemplo de utilización incorrecta de aire comprimido ____________ B-13

2.4 Costos originados por fugas en redes de aire comprimido ___________ B-15

3. Distribución de aire comprimido y unidades de mantenimiento _____ B-17

3.1 Distribución de aire __________________________________________ B-17

3.2 Dimensionamiento de los tubos ________________________________ B-20

3.3 Unidad de mantenimiento _____________________________________ B-24

4. Actuadores neumáticos ______________________________________ B-33

4.1 Actuadores lineales __________________________________________ B-34

4.2 Actuadores giratorios ________________________________________ B-41

4.3 Músculo neumático __________________________________________ B-45

5. Optimización de la parte funcional _____________________________ B-51

5.1 Estructura y configuración de un sistema de aire comprimido ________ B-51

5.2 Cilindro de trabajo ___________________________________________ B-55

5.3 Reducción de costos mediante válvulas más pequeñas _____________ B-64

Índice


Parte C – Soluciones

Ejercicio 1

Configuración de una red de aire comprimido. Solución _____________________ C-3

Ejercicio 2

Dimensionamiento de la parte neumática funcional. Solución ________________ C-7

Ejercicio 3

Dimensionamiento de la parte neumática funcional en función de la duración

necesaria de los movimientos. Solución _________________________________ C-11

Ejercicio 4

Dimensionamiento de cilindros en función de la velocidad necesaria

y de la presión existente. Solución ______________________________________ C-17

Ejercicio 5

Dimensionamiento de los tubos de conexión de cilindros. Solución ___________ C-19

Ejercicio 6

Análisis de la velocidad de los movimientos de actuadores lineales. Solución __ C-23

Ejercicio 7

Reducción de costos mediante presiones diferentes

para avance y retroceso. Solución ______________________________________ C-37

Ejercicio 8

Reducción de costos evitando fugas. Solución ____________________________ C-41

Ejercicio 9

Análisis de los movimientos de actuadores lineales. Solución _______________ C-43

Ejercicio 10


de actuadores lineales. Solución _______________________________________ C-55

Ejercicio 11

Cálculo de momentos de inercia de las masas. Solución ____________________ C-59

Ejercicio 12

Análisis de los movimientos de actuadores giratorios. Solución ______________ C-63

Ejercicio 13


del músculo neumático. Solución ______________________________________ C-71

Ejercicio 14

Selección de un músculo neumático. Solución ____________________________ C-77

Ejercicio 15

Comparación entre cilindros estándar y músculos neumáticos. Solución _______ C-79

Ejercicio 16


en caso de un corte de alimentación de energía. Solución ___________________ C-83

Índice


Parte D – Anexo

Sistema de almacenamiento __________________________________________ D-2

Técnicas de fijación _________________________________________________ D-3

Tubos flexibles de material sintético ___________________________________ D-4

Hojas de datos

Tubo flexible de material sintético PUN, calibración exterior __ (3/5.2-15) __ 151496

Válvula de cierre HE __________________________________ (2/5.2-7) ___ 152894

Unidad de filtro y regulador LFR/LFRS, serie D, metálica _____ (3/1.2-3) ___ 152894

Depósito de aire comprimido CRVZS _____________________ (3/6.2-2) ___ 152912

Electroválvula de 5/3 vías _____________________________ (2/1.1-48) __ 541132

Músculo neumático DMSP-10-..., con conexión prensada ____ (1/5.6-10) __ 544311

Electroválvula de 3/2 vías, válvula de respuesta rápida______ (2/3.2-61) __ 544312

Actuador giratorio DSR-16-... ___________________________ (1/4.1-38) __ 544313

Generador de funciones _______________________________ ___________ 544315

Detector de posición SMT-8-SL, para montaje en ranura en T _ (1/10.2-20) _ 548589

Válvula de estrangulación y antirretorno, tipo GR-M5x2 _____ (4.2/21-1) __ 548634

Actuador lineal DGC-18-...-GF, con guía deslizante __________ (1/3.1-26) __ 548641


El sistema para la enseñanza en materia de sistemas y técnica de automatización

industrial se rige por diversos planes de estudios y exigencias que plantean las

profesiones correspondientes. Los equipos didácticos están clasificados según los

siguientes criterios:

• Equipos didácticos básicos para la adquisición de conocimientos tecnológicos

básicos generales

• Equipos didácticos tecnológicos, que abordan temas de importancia sobre la

técnica de control y regulación

• Equipos didácticos de funciones, que explican las funciones básicas de sistemas

automatizados

• Equipos didácticos de aplicaciones, que permiten estudiar en circunstancias que

corresponden a la realidad práctica

Los equipos didácticos abordan los siguientes temas técnicos: neumática,

electroneumática, controles lógicos programables, hidráulica, electrohidráulica,

hidráulica proporcional y técnicas de accionamiento eléctrico.

Prólogo

Prólogo


Los equipos didácticos tienen una estructura modular, por lo que es posible

dedicarse a aplicaciones que rebasan lo previsto por cada uno de los equipos

didácticos individuales. Por ejemplo, es posible trabajar con controles lógicos

programables para actuadores neumáticos, hidráulicos y eléctricos.

Todos los equipos didácticos tienen la misma estructura:

• Hardware (equipos técnicos)

• Teachware (material didáctico para la enseñanza)

• Software

• Seminarios

El hardware incluye componentes y equipos industriales que han sido adaptados

para fines didácticos.

La concepción didáctica y metodológica del «teachware» considera el hardware

didáctico ofrecido. El «teachware» incluye lo siguiente:

• Manuales de estudio (con ejercicios y ejemplos)

• Manuales de trabajo (con ejercicios prácticos, informaciones complementarias,

soluciones y hojas de datos)

• Transparencias para proyección y vídeos (para crear un entorno de formación

activo)

Los medios de estudio y enseñanza se ofrecen en varios idiomas. Fueron concebidos

para la utilización en clase, aunque también son apropiados para el estudio

autodidacta.

El software incluye programas de estudio en la red (WBT), software de simulación y

software de programación para controles lógicos programables.

Los contenidos que se abordan mediante los equipos didácticos tecnológicos se

completan mediante una amplia oferta de seminarios para la formación y el

perfeccionamiento profesional.


El presente manual de trabajo forma parte del sistema para la enseñanza en materia

de sistemas y técnica de automatización industrial de Festo Didactic GmbH & Co. KG.

El sistema constituye una sólida base para la formación y el perfeccionamiento

profesional de carácter práctico.

El TP 220 es complemento de los equipos didácticos TP 201 y TP 202, agregando

temas básicos sobre actuadores neumáticos. Los contenidos didácticos se centran

en la selección y el dimensionado de diversos tipos de actuadores modernos,

considerando sus cualidades específicas y teniendo en cuenta diversos criterios de

economía y seguridad.

Para efectuar el montaje de los sistemas de control, debe disponerse de un puesto

de trabajo fijo, equipado con un panel de prácticas perfilado de Festo Didactic. El

panel perfilado tiene 14 ranuras en T paralelas a una distancia de 50 milímetros. La

fuente de corriente continua utilizada es una unidad de alimentación a prueba de

cortocircuitos (entrada: 230 V, 50 Hz; salida: 24 V, máx. 5 A). La alimentación de aire

comprimido puede estar a cargo de un compresor móvil con silenciador (230 V,

aprox. 50 l/min., máximo 800 kPa = 8 bar).

La presión de funcionamiento deberá ser, como máximo, de p = 600 kPa = 6 bar.

Para un funcionamiento óptimo, la presión de funcionamiento del sistema de control

deberá ser de máximo p = 500 kPa = 5 bar con aire sin lubricar.

Para realizar los ejercicios prácticos se necesitan componentes incluidos en los

conjuntos TP 101, TP 201 y TP 202.

La teoría necesaria para entender su funcionamiento consta en la parte B del

presente manual.

Además, se ofrecen hojas de datos correspondientes a todos los componentes

(cilindros, válvulas, aparatos de medición).

Introducción

Introducción



Por motivos de seguridad, es recomendable respetar las siguientes indicaciones:

• Los tubos flexibles que se sueltan estando sometidos a presión, pueden causar

accidentes. Por lo tanto, deberá desconectarse de inmediato la alimentación de

presión. Festo Didactic recomienda el uso de gafas protectoras al resolver las

tareas de los conjuntos didácticos TP 100 (neumática) y TP 200 (electroneumática).

• Los tubos flexibles deberán tener la longitud apropiada para que la unión entre

dos conexiones sea la más corta posible.

• Primero conectar los tubos flexibles y sólo a continuación conectar el aire

comprimido.

• ¡Atención!

Al conectar el aire comprimido, es posible que los cilindros avancen o retrocedan

inesperadamente

• No accionar a mano las válvulas con rodillo. Utilice para ello una herramienta.

• Los detectores de final de carrera deberán montarse lateralmente en relación con

la leva (no efectuar un montaje frontal).

• No deberá superarse la presión máxima de funcionamiento (consultar hojas de

datos).

• Montaje de los circuitos neumáticos:

Utilizar los tubos flexibles de 4 mm / 6mm de diámetro exterior para conectar los

componentes. Al hacerlo, introducir el racor hasta el tope. No es necesario

asegurarlo adicionalmente.

• Antes del desmontaje, deberá desconectarse la alimentación de la presión.

• Desmontaje de tubos flexibles neumáticos:

Presione sobre el anillo de desbloqueo de color azul para retirar el tubo flexible.

• Deberán tenerse en cuenta las indicaciones correspondientes a cada

componente que constan en las hojas de datos, incluidas en la parte D.

Indicaciones de seguridad y utilización

Indicaciones de seguridad y utilización


• Las placas de montaje de los equipos están dotadas con las variantes de fijación

A, B o C:

Variante A, sistema de retención por encastre

Para componentes ligeros, no sometidos a cargas (por ejemplo, válvulas de

vías). Los componentes se montan encajándolos en las ranuras de panel

perfilado. Para desmontar los componentes debe accionarse la leva azul.

Variante B, sistema giratorio

Componentes medianamente pesados sometidos a cargas bajas (por ejemplo,

actuadores). Estos componentes se sujetan al panel perfilado mediante tornillos

con cabeza de martillo. Para sujetar o soltar los componentes se utilizan las

tuercas moleteadas de color azul.

Variante C, sistema atornillado

Para componentes que soportan cargas altas o componentes que no se retiran

con frecuencia del panel perfilado (por ejemplo, válvula de cierre con unidad de

filtro y regulador). Estos componentes se fijan mediante tornillos de cabeza

cilíndrica y tuercas en T.

• Para evaluar los sistemas de control montados, se utiliza el generador de

funciones. Este generador de funciones se utiliza con los siguientes fines:

– Medición los tiempos de los movimientos del actuador lineal y del actuador

giratorio

– Accionamiento de la válvula de respuesta rápida.


El equipo didáctico tecnológico TP 200 incluye una gran cantidad de material

didáctico y de seminarios. Este equipo didáctico se dedica únicamente al tema de

los sistemas de control electroneumáticos. Los componentes individuales del

equipo didáctico TP 200 también pueden formar parte del contenido de otros

equipos didácticos.

• Mesa de trabajo fija con panel perfilado de Festo Didactic

• Compresor (230 V, 0,55 kW, máximo 800 kPa = 8 bar)

• Conjuntos de elementos o componentes individuales

• Material didáctico opcional

• Modelos prácticos

• Instalaciones de laboratorio completas

Material didáctico

Manuales de estudio Electroneumática, nivel básico.

Fundamentos de la técnica de control neumático

Manuales de trabajo Nivel básico TP 201

Nivel avanzado TP 202

Nivel avanzado TP 220

«Teachware» opcional Juegos de transparencias para proyección

Símbolos magnéticos, plantillas

Programa de estudio Electroneumática

Modelos seccionados 1 + 2 con estuches para su

almacenamiento

Software de simulación FluidSIM®

Neumática

Software de medición Fluid Lab®

-P

Equipo didáctico tecnológico para electroneumática (TP 200)

Componentes esenciales

del TP 200

Equipo didáctico tecnológico para electroneumática (TP 200)


Seminarios

P111 Fundamentos de la neumática y de la electroneumática

P121 Reparación y localización de fallos en instalaciones neumáticas y

electroneumáticas

IW-PEP Reparación y mantenimiento de sistemas de control. Controles neumáticos y

electroneumáticos

EP-AL Electroneumática para la formación profesional

KONST1 Configuración eficiente de equipos en términos energéticos. Parte 1

KONST2 Configuración eficiente de equipos en términos energéticos. Parte 2

Las fechas y lugares de los seminarios, así como los precios de los cursos constan

en el folleto actualizado del plan de seminarios.

Los materiales didácticos disponibles constan en los catálogos y en Internet. Los

equipos didácticos de la tecnología de automatización industrial se actualizan y

amplían constantemente. Los juegos de transparencias, las películas, los CD-ROM y

DVD y los manuales se ofrecen en varios idiomas.


• Configuración de una red de aire comprimido

• Dimensionamiento de la parte funcional neumática

• La velocidad de los movimientos en función de los tubos flexibles y racores

seleccionados

• Reducción de costos mediante presiones diferentes para el avance y el retroceso

• Reducción de costos evitando fugas

• Características de los movimientos de actuadores lineales

• Cálculo de momentos de inercia de las masas

• Características de los movimientos de actuadores giratorios

• Funcionamiento, activación y selección de músculos neumáticos

• Comparación entre cilindros estándar y músculos neumáticos

• Comportamiento de sistemas de control neumáticos en caso de un corte de

alimentación de energía

Objetivos didácticos del nivel avanzado (TP 220)


Ejercicio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Objetivos didácticos

Los estudiantes saben cómo dimensionar

redes de aire comprimido •

Los estudiantes conocen la influencia que

la configuración de la red de aire

comprimido en el fluido constituido por

aire comprimido

•

Los estudiantes saben utilizar diagramas

para dimensionar la parte funcional de un

determinado control neumático

• • •

Los estudiantes saben utilizar

nomogramas para dimensionar los tubos

flexibles conectados a cilindros

•


tienen los racores en la velocidad de los

movimientos de un cilindro

•


tienen la longitud y el diámetro de los

tubos flexibles en la velocidad de los

movimientos de un cilindro

•

Los estudiantes saben que utilizando

presiones diferentes para el avance y el

retroceso, es posible disminuir el consumo

de aire comprimido

•

Los estudiantes conocen las

consecuencias que tienen las fugas en

relación con los costos

•

Los estudiantes conocen los parámetros

que inciden en las características de los

movimientos de cilindros

•

Los estudiantes saben adoptar medidas

de optimización, dependiendo de cada

aplicación

•

Los estudiantes conocen la diferencia

entre estrangulamiento del aire de

alimentación y del aire de escape

•

Los estudiantes conocen diversos tipos de

amortiguación en las posiciones finales •

Los estudiantes saben utilizar el software

para seleccionar amortiguadores para una

aplicación determinada

•

Atribución de ejercicios en función de los objetivos didácticos

Atribución de ejercicios en función de los objetivos didácticos


Ejercicio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16


Los estudiantes pueden calcular los

momentos de inercia de las masas de

diversos cuerpos, utilizando una

herramienta de software

•

Los estudiantes conocen la importancia

que tiene el momento de inercia de las

masas cuando se eligen actuadores

giratorios

•

Los estudiantes conocen los parámetros

que inciden en las características de los

movimientos de actuadores giratorios

•

Los estudiantes conocen la estructura y el

funcionamiento del músculo neumático •

Los estudiantes pueden nombrar

aplicaciones típicas del músculo

neumático

•

Los estudiantes pueden seleccionar un

músculo neumático para una aplicación

específica, utilizando la correspondiente

herramienta de software

•

Los estudiantes conocen las ventajas y

desventajas de los músculos neumáticos •

Los estudiantes pueden evaluar el

comportamiento de controles neumáticos

en caso de un corte de la alimentación de

energía

•

Los estudiantes conocen diversas

condiciones marginales en una situación

de PARADA DE EMERGENCIA

•

Los estudiantes saben cómo utilizar

válvulas reguladoras desbloqueables en

sistemas de control

•

Los estudiantes conocen las

consecuencias que tienen los errores en

sistemas de control neumáticos

•


Los componentes incluidos en este equipo didáctico de nivel avanzado fueron

concebidos para el perfeccionamiento profesional en materia de la técnica de

control electroneumática. Los conjuntos de los equipos didácticos (TP 201, TP 202 y

TP 202) contienen todos los componentes necesarios para alcanzar los objetivos

didácticos definidos y pueden ampliarse ilimitadamente con otros conjuntos de

componentes del sistema para la enseñanza de la técnica de automatización.

Denominación N° de art. Cantidad

Electroválvula de 3/2 vías, normalmente cerrada, válvula de respuesta

rápida

544312 1

Electroválvula de 5/3 vías, centro cerrado 541132 1

Válvula reguladora, doble 548634 2

Depósito de aire comprimido 152912 1

Válvula de cierre con unidad de filtro y regulador 152894 1

Generador de funciones 544315 1

Peso, 0,175 kg 548581 2

Peso, 2 kg 548582 1

Piezas pequeñas complementarias 544316 1

Tubo flexible de material sintético 3 x 0,5, 5 m 197118 1

Tubo flexible de material sintético 4 x 0,75, 10 m 151496 1

Tubo flexible de material sintético 6 x 1, 5 m 152963 1

Actuador lineal 548641 1

Detector de posición, electrónico 548589 1

Músculo neumático 544311 1

Actuador giratorio 544313 1

Componentes del nivel avanzado (TP 220)

Conjunto de componentes

del nivel avanzado

(TP 220;

Nº de artículo: 541184)



Piezas pequeñas complementarias (544316)

Denominación N° de art. Cantidad

Racor rápido roscado, con bloqueo, para diámetro exterior del tubo

flexible de 6 mm

153420 1

Racor rápido en T, para diámetro exterior del tubo flexible de 4 mm 153366 2

Racor rápido en T, reductor,

doble para diámetro exterior del tubo flexible de 6 mm y

simple para diámetro exterior del tubo flexible de 4 mm

153369 1

Racor rápido,

para diámetro exterior del tubo flexible de 6 mm

153325 1

Racor rápido con casquillo enchufable reductor,

casquillo de diámetro exterior de 4 mm,


153328 4

Racor rápido en L con casquillo enchufable,

casquillo de diámetro exterior de 4 mm,


153347 4

Casquillo enchufable reductor,

casquillo de diámetro exterior de 6 mm y

casquillo de diámetro exterior de 4 mm

153257 1

Casquillo enchufable,

casquillo de diámetro exterior de 4 mm

153251 2



Denominación Símbolo

Electroválvula de 3/2 vías,

normalmente cerrada,

válvula de respuesta rápida

2

1M1

31

1M1

Válvula de 5/3 vías, centro

cerrado

24

35

14 12

1

1M1

1M1

1M2

1M2

Válvula reguladora, doble

1 2

Depósito de aire comprimido

Válvula de cierre con unidad de

filtro y regulador

2

31

Generador de funciones con

contador y cronómetro

G

Símbolos de los

componentes



Denominación Símbolo

Peso m

Actuador lineal

Detector de posición, electrónico

Músculo neumático

Actuador giratorio

Símbolos de los

componentes

(continuación)


Nota

Las tareas 1 hasta 5 y 7, 8, 10, 11 y 14 son tareas de teoría, en las que deben

hacerse cálculos, algunos de ellos utilizando herramientas de software.

Ejercicios 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Componentes

Electroválvula de 3/2 vías, normalmente

cerrada, válvula de respuesta rápida

1 1

Válvula de 5/3 vías, centro cerrado 1

Válvula reguladora, doble 1 2

Depósito de aire comprimido 1 1

Válvula de cierre con unidad de filtro y

regulador

1 1 1 1 1 1

Generador de funciones con contador y

cronómetro

1 1 1 1

Peso, 0,175 kg 2

Peso, 2 kg 1

Actuador lineal 1 1 1

Detector de posición, electrónico 1

Músculo neumático 1 1

Actuador giratorio 1

Atribución de componentes en función de los ejercicios

Componentes de TP 220

Atribución de componentes en función de los ejercicios


Ejercicios 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Componentes

2 electroválvulas de 3/2, cerradas en

posición normal

1

Electroválvula de 5/2 vías biestable 1 1 1 1

Electroválvula de 5/2 vías 1

Cilindro de doble efecto 2 2 1

Regulador de caudal 2 2

Sensor de presión 1 1

Cilindro de simple efecto 1

Válvula de cierre con unidad de filtro y

regulador

1 1

Detector de posición, electrónico 2 2 2

Relé triple 1 1 1 1 1 1

Entrada de señales eléctricas 1 1 1 1 1 1

Bloque distribuidor 1 1 1 1 1 1

Ejercicios 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Componentes

Pulsador de PARADA DE EMERGENCIA 1

Válvula antirretorno desbloqueable 2

Ejercicios 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Componentes

Válvula reguladora de presión, con

manómetro

1 1

Manómetro 2





• Objetivos didácticos

El objetivo didáctico general del manual de ejercicios es el de enseñar a

dimensionar la parte funcional neumática, demostrar el comportamiento de

actuadores neumáticos y la seguridad de controles electroneumáticos en caso

de un corte de la alimentación de energía. La interacción directa entre la teoría y

la práctica asegura un rápido progreso de los estudios. Los objetivos didácticos

detallados constan en la tabla matricial. Los objetivos didácticos concretos e

individuales están relacionados con cada ejercicio específico.

• Asignación aproximada de tiempo

El tiempo necesario para desarrollar los ejercicios depende de los conocimientos

previos de los alumnos. Con una formación previa como mecánico o electricista,

la duración es de aproximadamente una semana. Con una formación previa

como técnico o ingeniero, deben preverse más o menos dos días.

• Componentes necesarios

Las tareas y los componentes se corresponden. Para las tareas 6, 9, 12, 13, 15 y

16 se necesitan los componentes del nivel avanzado TP 220. Los elementos

adicionales necesarios para configurar los sistemas de control correspondientes

a los niveles básicos TP101 y TP 201 y al nivel avanzado TP 202 constan en el

esquema matricial que muestra los componentes y las tareas. Todas las tareas

de los ejercicios del nivel avanzado pueden resolverse efectuando el montaje

necesario en un panel de prácticas perfilado.

• Tareas de teoría

Las tareas 1 hasta 5 y 7, 8, 10, 11 y 14 son tareas de teoría en las que deben

realizarse cálculos, algunos de ellos utilizando herramientas de software.

Información didáctica para el instructor


La estructura metódica es la misma para los 16 ejercicios.

Los ejercicios están organizados de la siguiente manera:

• Título

• Objetivos didácticos

• Descripción del problema

• Esquema de situación

• Tarea a resolver

• Hojas de trabajo

Las soluciones propuestas en la parte C están organizadas de la siguiente manera:

• Descripción de la solución

• Esquema de distribución

Estructura metódica de los ejercicios


Los nombres de los componentes incluidos en los esquemas de distribución siguen

la norma DIN-ISO 1219-2. Todos los componentes incluidos en un circuito llevan el

mismo número principal de identificación. Dependiendo del componente específico,

se agregan letras de identificación. Si un circuito incluye varios componentes

iguales, éstos están numerados correlativamente. Los ramales sometidos a presión

están identificados con la letra P y se numeran por separado.

Cilindros: 1A1, 2A1, 2A2, ...

Válvulas: 1V1, 1V2, 1V3, 2V1, 2V2, 3V1, ...

Bobinas : 1M1, 1M2, 2M1, ...

Detectores: 1B1, 1B2, ...

Señales de entrada: 1S1, 1S2, ...

Accesorios: 0Z1, 0Z2, 1Z1, ...

Ramales de presión: P1, P2, ...

Denominación de los componentes


El CD-ROM de compañamiento incluye material didáctico complementario. Los

archivos de formato pdf contienen las partes A (ejercicios) y C (soluciones).

Contenido del CD-ROM:

• Instrucciones de utilización

• Hojas de datos

• Aplicaciones industriales

• Herramientas de software

• Vídeos

Instrucciones para la utilización apropiada de los diversos componentes incluidos

en el equipo didáctico. Estas instrucciones son útiles al efectuar el montaje y poner

en funcionamiento los respectivos componentes.

Las hojas de datos correspondientes al equipo didáctico están guardadas en

archivos con formato pdf.

Se ofrecen representaciones gráficas de aplicaciones industriales. Estas gráficas

pueden ilustrar algunas de las tareas contenidas en el manual. Pueden utilizarse,

por ejemplo, para completar las presentaciones de los proyectos.

Las herramientas de software que son necesarias para solucionar algunas tareas,

están incluidas en el CD-ROM.

Nota

Para actualizar el software y para acceder a otras herramientas de software, acuda

en Internet a:

www.festo.com � Ingeniería � Selección y dimensionamiento

El material didáctico del equipo tecnológico se completa con vídeos de aplicaciones

industriales. Las breves secuencias muestran la utilización de los componentes en

aplicaciones industriales reales.

Contenido del CD-ROM

Instrucciones de utilización

Hojas de datos

Aplicaciones industriales

Herramientas de software

Videos

© Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 A-1

Ejercicio 1

Configuración de una red de aire comprimido (teoría) ________________________ 3

Ejercicio 2

Dimensionado de la parte neumática funcional (teoría) _______________________ 9

Ejercicio 3

Dimensionado de la parte neumática funcional en función de

la duración necesaria de los movimientos (teoría) __________________________ 15

Ejercicio 4

Dimensionado de cilindros en función de la velocidad necesaria

y de la presión existente (teoría) ________________________________________ 23

Ejercicio 5

Dimensionado de los tubos de conexión de cilindros (teoría) _________________ 27

Ejercicio 6

Análisis de la velocidad de los movimientos de actuadores lineales (práctica) ___ 33

Ejercicio 7


para avance y retroceso (teoría) _________________________________________ 53

Ejercicio 8

Reducción de costos evitando fugas (teoría) ______________________________ 59

Ejercicio 9

Análisis de los movimientos de actuadores lineales (práctica) ________________ 63

Ejercicio 10


de actuadores lineales (teoría) __________________________________________ 81

Ejercicio 11

Cálculo de momentos de inercia de las masas (teoría) _______________________ 87

Ejercicio 12

Análisis de los movimientos de actuadores giratorios (práctica) _______________ 93

Ejercicio 13

Descripción del funcionamiento y de la activación del

músculo neumático (práctica) _________________________________________ 107

Ejercicio 14

Selección de un músculo neumático (teoría) _____________________________ 119

Ejercicio 15

Comparación entre cilindros estándar y músculos neumáticos (práctica) _______ 123

Ejercicio 16

Comportamiento de controles neumáticos en caso

de un corte de alimentación de energía (práctica) _________________________ 133

Parte A – Ejercicios


Los estudiantes

– saben cómo dimensionar redes de aire comprimido

– conocen la influencia que tiene la configuración de la red de aire comprimido en

el rendimiento de un sistema neumático

La finalidad de una red de aire comprimido de óptima configuración consiste en

hacer llegar el aire comprimido de modo óptimo hasta las unidades consumidoras.

Es decir,

• sin que se reduzca su calidad (agua, óxido, partículas de suciedad, etc.),

• sin que disminuya la cantidad de aire (fugas) y

• sin pérdidas de presión (dimensiones demasiado pequeñas).

Ello significa que debe hacerse todo lo posible para que el aire comprimido

generado en el compresor y debidamente preparado, llegue hasta las unidades

consumidoras sin sufrir modificaciones. Para garantizar una distribución fiable y

correcta del aire, deben tenerse en cuenta varios aspectos. En ese sentido, las

dimensiones de la red de tuberías tiene la misma importancia que el material

utilizado, las resistencias al flujo, el tendido correcto y el mantenimiento.

Tratándose de una instalación nueva, siempre debe considerarse la posibilidad de

un posible mayor consumo de aire y, por lo tanto, una posterior ampliación de la

red. Las dimensiones de la tubería principal, definidas según la demanda de aire

actual, deberían prever ese posible mayor consumo en el futuro. La futura

ampliación es sencilla si originalmente se instalaron tapones ciegos y válvulas de

bloqueo.

Representación esquemática de una red de aire comprimido

Ejercicio 1 Configuración de una red de aire comprimido (teoría)


Descripción del problema

Esquema de situación

Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido (teoría)


1. Determine el diámetro de las tuberías utilizando para ello el nomograma.

2. Determine las resistencias en la red de aire comprimido en función de las

longitudes equivalentes.

3. Determine la longitud total de la red de aire comprimido.

Tareas a resolver



Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido

Nombre: Fecha:

Valores conocidos de la red de aire comprimido Hoja 1 de 4

Consumo actual = 1000,0 m3/h

Aumento planificado = 50 % = 500,0 m3/h

Fugas máximas admisibles = 10 % = 150,0 m3/h

Consumo total = 1650,0 m3/h

Presión de funcionamiento mín. = 700,0 kPa

Caída admisible de la presión Δp = 10,0 kPa

Longitud total de la red principal = 400,0 m

Es necesario determinar las longitudes equivalentes de las resistencias:

• Codos normales (90°) 30 unidades

• Empalmes en T 20 unidades

• Correderas o válvulas de bola 20 unidades

• Válvulas de paso 5 unidades

Valores conocidos

Resistencias en la tubería

principal




Nombre: Fecha:

Determinación del diámetro del tubo Hoja 2 de 4

Paso 1

– Determine el diámetro provisional recurriendo al nomograma "Determinación del

diámetro del tubo".

Instrucciones para el uso del nomograma "Determinación del diámetro del tubo"

1. Dibuje una recta desde el eje A (longitud del tubo) hasta el eje B (caudal).

2. Prolongue la recta hasta que se cruce con el eje 1 (C).

3. Dibuje una segunda recta desde el eje E (presión de funcionamiento) hasta el eje

G (pérdida de presión). Así se obtiene un punto de intersección en el eje 2 (F).

4. Dibujando una tercera recta, una los puntos de intersección de los ejes 1 y 2.

Esta tercera recta atraviesa el eje D (diámetro interior del tubo).

Diámetro provisional = ............ mm

Paso 2

– Determine las longitudes equivalentes de las resistencias, recurriendo al

nomograma "Determinación de longitudes sustitutivas". Utilice como valor del

diámetro el diámetro provisional que obtuvo en el paso 1.

Codo normal (90°) 30 unidades de ............ m = ............ m

Piezas en T 20 unidades de............ m = ............ m

Correderas o válvulas de bola 20 unidades de............ m = ............ m

Válvulas de paso 5 unidades de............ m = ............ m

Longitud equivalente total = ............ m

Longitud total = ............ m

Paso 3

– Determine el diámetro definitivo recurriendo al nomograma "Determinación del


Diámetro definitivo = ............ mm




Nombre: Fecha:

Nomograma "Determinación del diámetro del tubo" Hoja 3 de 4

5000

100

10

1,0

0,5

0,1

0,05

50

500

250

2015

1,5

0,7

0,4

0,2

0,15

0,07

0,03

0,04

0,3

7

3

2

40

70

150

200

300

400

200

500

2000

5000

10000

2000

1000

500

200

100

50

20

10

A B D FC E G

1000

100

4

5

10

20

50

100

25

15

20

30

10

Pérdida de presión[10 kPa (bar)]

2

Longitud del tubo [m]

Caudal [m /h]3

Diámetro deltubo [mm] Eje 2

Eje 1

Presión defuncionamiento[10 kPa (bar)]

2




Nombre: Fecha:

Nomograma "Determinación de longitudes sustitutivas" Hoja 4 de 4

2015

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,8

1

2

3

4

5

6

8

10

20

30

40

50

60

m

80

30 40 50 60 80 100 150 200 mm 400

1 1,5 2 3 4 5 7 8 9 10 12 Pulgada6

C

B

A

Lon

git

ud

eq

uiv

ale

nte

2

5

4

1

3

Diámetro nominal

1: Válvula de paso; 2: Válvula angular: 3: Pieza en T; 4: Corredera; 5: Codo normal

© Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 C-1

Ejercicio 1

Configuración de una red de aire comprimido. Solución _____________________ C-3

Ejercicio 2

Dimensionado de la parte neumática funcional. Solución ____________________ C-7

Ejercicio 3

Dimensionado de la parte neumática funcional en función de la duración necesaria

de los movimientos. Solución __________________________________________ C-11

Ejercicio 4

Dimensionado de cilindros en función de la velocidad necesaria

y de la presión existente. Solución ______________________________________ C-17

Ejercicio 5

Dimensionado de los tubos de conexión de cilindros. Solución ______________ C-19

Ejercicio 6

Análisis de la velocidad de los movimientos de actuadores lineales. Solución __ C-23

Ejercicio 7


para avance y retroceso. Solución ______________________________________ C-37

Ejercicio 8

Reducción de costos evitando fugas. Solución ____________________________ C-41

Ejercicio 9:

Análisis de los movimientos de actuadores lineales. Solución _______________ C-43

Ejercicio 10


de actuadores lineales. Solución _______________________________________ C-55

Ejercicio 11

Cálculo de momentos de inercia de las masas. Solución ____________________ C-59

Ejercicio 12

Análisis de los movimientos de actuadores giratorios. Solución ______________ C-63

Ejercicio 13


del músculo neumático. Solución ______________________________________ C-71

Ejercicio 14

Selección de un músculo neumático. Solución ____________________________ C-77

Ejercicio 15

Comparación entre cilindros estándar y músculos neumáticos. Solución _______ C-79

Ejercicio 16


en caso de un corte de alimentación de energía. Solución ___________________ C-83

Parte C-– Soluciones



Nombre: Fecha:

Valores conocidos de la red de aire comprimido Hoja 1 de 4

Consumo actual = 1000,0 m3/h

Aumento planificado = 50 % = 500,0 m3/h

Fugas máximas admisibles = 10 % = 150,0 m3/h

Consumo total = 1650,0 m3/h

Presión de funcionamiento mín. = 700,0 kPa

Caída admisible de la presión Δp = 10,0 kPa

Longitud total de la red principal = 400,0 m

Es necesario determinar las longitudes equivalentes de las resistencias:

• Codos normales (90°) 30 unidades

• Empalmes en T 20 unidades

• Correderas o válvulas de bola 20 unidades

• Válvulas de paso 5 unidades

Ejercicio 1 Configuración de una red de aire comprimido. Solución

Valores conocidos

Resistencias en la tubería

principal

Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido. Solución



Nombre: Fecha:

Determinación del diámetro del tubo Hoja 2 de 4

Pasos a dar para obtener la configuración óptima de la red de aire comprimido

Paso 1

– Determine el diámetro provisional recurriendo al nomograma "Determinación del


Diámetro provisional = 120 mm

Paso 2

– Determine las longitudes equivalentes de las resistencias, recurriendo al

nomograma "Determinación de longitudes sustitutivas". Utilice como valor del

diámetro el diámetro provisional que obtuvo en el paso 1.

Codo normal (90°) 30 unidades de 1,6 m = 48,0 m

Piezas en T 20 unidades de 16,0 m = 320,0 m

Correderas o válvulas de bola 20 unidades de 2,3 m = 46,0 m

Válvulas de paso 5 unidades de 49,0 m = 246,0 m

Longitud equivalente total = 660,0 m

Longitud total = 1060,0 m

Paso 3

– Determine el diámetro definitivo recurriendo al nomograma "Determinación del


Diámetro definitivo = 140 mm




Nombre: Fecha:

Nomograma "Determinación del diámetro del tubo" Hoja 3 de 4

5000

100

10

1,0

0,5

0,1

0,05

50

500

250

2015

1,5

0,7

0,4

0,2

0,15

0,07

0,03

0,04

0,3

7

3

2

40

70

150

200

300

400

200

500

2000

5000

10000

2000

1000

500

200

100

50

20

10

A B D FC E G

1000

100

4

5

10

20

50

100

25

15

20

30

10

Pérdida de presión[10 kPa (bar)]

2

Longitud del tubo [m]

Caudal [m /h]3

Diámetro deltubo [mm] Eje 2

Eje 1

Presión defuncionamiento[10 kPa (bar)]

2




Nombre: Fecha:

Nomograma "Determinación de longitudes sustitutivas" Hoja 4 de 4

2015

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,8

1

2

3

4

5

6

8

10

20

30

40

50

60

m

80

30 40 50 60 80 100 150 200 mm 400

1 1,5 2 3 4 5 7 8 9 10 126

C

B

A

2

5

4

1

3

Pulgada

Lon

git

ud

eq

uiv

ale

nte

Diámetro nominal

1: Válvula de paso; 2: Válvula angular: 3: Pieza en T; 4: Corredera; 5: Codo normal

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