Festo Neumatica

Libro de texto

Festo Didactic

573031 ES

NeumticaElectroneumticaFundamentos

2 35 824 184

14 12

4 2

315

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12

82

N de artculo: 573031

Actualizacin: 12/2009

Autores: Frank Ebel, Siegfried Idler, Georg Prede, Dieter Scholz

Grficos: Doris Schwarzenberger

Layout: 26.11.2010, Frank Ebel

Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, Alemania, 2010

Internet: www.festo-didactic.com

E-mail: [email protected]

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Festo Didactic GmbH & Co. KG 573031 3

Contenido

Prlogo _____________________________________________________________________________ 11

1 Aplicaciones en la tcnica de automatizacin __________________________________________ 13 1.1 Sumario _________________________________________________________________________ 13

1.2 Propiedades de la neumtica ________________________________________________________ 14

1.2.1 Criterios relacionados con los equipos de trabajo _______________________________________ 15

1.2.2 Criterios relacionados con los sistemas de control ______________________________________ 15

1.3 Desarrollo de sistemas de control neumticos __________________________________________ 16

2 Conceptos bsicos de la neumtica __________________________________________________ 17 2.1 Fundamentos fsicos _______________________________________________________________ 17

2.1.1 Ley de Newton ___________________________________________________________________ 17

2.1.2 Presin _________________________________________________________________________ 18

2.2 Propiedades del aire _______________________________________________________________ 19

2.2.1 La ley de Boyle-Mariotte ____________________________________________________________ 19

2.2.2 Ley de Gay-Lussac ________________________________________________________________ 20

2.2.3 Ecuacin general de los gases _______________________________________________________ 21

3 Generacin y alimentacin de aire comprimido ________________________________________ 22 3.1 Preparacin de aire comprimido _____________________________________________________ 22

3.1.1 Consecuencias de la utilizacin de aire comprimido preparado de modo deficiente ____________ 22

3.1.2 Nivel de presin __________________________________________________________________ 23

3.2 Compresores _____________________________________________________________________ 23

3.2.1 Compresor de mbolo alternativo ____________________________________________________ 23

3.2.2 Compresor de membrana ___________________________________________________________ 24

3.2.3 Compresor de mbolos rotativos _____________________________________________________ 24

3.2.4 Compresor helicoidal ______________________________________________________________ 25

3.2.5 Compresor de flujo ________________________________________________________________ 25

3.2.6 Regulacin ______________________________________________________________________ 25

3.2.7 Tiempo de utilizacin ______________________________________________________________ 26

3.3 Acumulador de aire comprimido _____________________________________________________ 27

3.4 Secador de aire ___________________________________________________________________ 29

3.4.1 Secador por fro __________________________________________________________________ 30

3.4.2 Secador por adsorcin _____________________________________________________________ 30

3.4.3 Secador por absorcin _____________________________________________________________ 31

3.5 Distribucin de aire _______________________________________________________________ 34

3.5.1 Dimensionamiento de los tubos _____________________________________________________ 34

3.5.2 Resistencia al flujo ________________________________________________________________ 34

3.5.3 Material de los tubos ______________________________________________________________ 35

3.5.4 Disposicin de los tubos ___________________________________________________________ 36

Contenido

4 Festo Didactic GmbH & Co. KG 573031

3.6 Unidad de mantenimiento __________________________________________________________ 37

3.6.1 Filtro de aire comprimido ___________________________________________________________ 37

3.6.2 Vlvula reguladora de presin _______________________________________________________ 39

3.6.3 Lubricador del aire comprimido ______________________________________________________ 41

3.6.4 Combinaciones de equipos _________________________________________________________ 43

4 Sistemas de accionamiento y actuadores _____________________________________________ 45 4.1 Cilindros de simple efecto __________________________________________________________ 45

4.1.1 Funcin _________________________________________________________________________ 46

4.1.2 Msculo neumtico _______________________________________________________________ 46

4.2 Cilindros de doble efecto ___________________________________________________________ 48

4.2.1 Cilindro neumtico con amortiguacin final ____________________________________________ 48

4.2.2 Cilindro tndem __________________________________________________________________ 49

4.2.3 Cilindro con doble vstago __________________________________________________________ 50

4.2.4 Cilindro multiposicin______________________________________________________________ 50

4.2.5 Cilindro giratorio __________________________________________________________________ 51

4.2.6 Actuador giratorio o basculante _____________________________________________________ 51

4.3 Cilindros sin vstago ______________________________________________________________ 52

4.3.1 Cilindro de cinta __________________________________________________________________ 52

4.3.2 Cilindro con cinta hermetizante ______________________________________________________ 52

4.3.3 Cilindro con acoplamiento magntico _________________________________________________ 53

4.4 Tcnicas de manipulacin __________________________________________________________ 53

4.4.1 Unidad giratoria y lineal ____________________________________________________________ 54

4.4.2 Pinzas neumticas ________________________________________________________________ 54

4.4.3 Conjuntos de aspiracin ____________________________________________________________ 56

4.4.4 Generadores de vaco ______________________________________________________________ 56

4.5 Propiedades de los cilindros ________________________________________________________ 58

4.5.1 Fuerza del mbolo ________________________________________________________________ 58

4.5.2 Carrera __________________________________________________________________________ 59

4.5.3 Velocidad del mbolo ______________________________________________________________ 60

4.5.4 Consumo de aire __________________________________________________________________ 60

4.6 Motores _________________________________________________________________________ 62

4.6.1 Motores de mbolo _______________________________________________________________ 63

4.6.2 Motores de aletas _________________________________________________________________ 63

4.6.3 Motores de engranajes _____________________________________________________________ 64

4.6.4 Motores de turbina (motores de flujo) ________________________________________________ 64

Contenido


5 Vlvulas distribuidoras ____________________________________________________________ 65 5.1 Tareas __________________________________________________________________________ 65

5.1.1 Electrovlvulas ___________________________________________________________________ 65

5.1.2 Accionamiento de un cilindro de simple efecto _________________________________________ 65

5.1.3 Accionamiento de un cilindro de doble efecto __________________________________________ 66

5.2 Construccin _____________________________________________________________________ 67

5.2.1 Vlvulas de asiento _______________________________________________________________ 68

5.2.2 Vlvulas de corredera ______________________________________________________________ 68

5.2.3 Datos neumticos _________________________________________________________________ 69

5.2.4 Tipos de accionamiento de vlvulas distribuidoras ______________________________________ 71

5.3 Vlvulas de 2/2 vas _______________________________________________________________ 72

5.4 Vlvulas de 3/2 vas _______________________________________________________________ 72

5.4.1 Vlvula de corredera de 3/2 vas, accionamiento manual _________________________________ 72

5.4.2 Vlvula de leva de 3/2 vas _________________________________________________________ 73

5.4.3 Vlvula neumtica de 3/2 vas _______________________________________________________ 74

5.4.4 Electrovlvula de 3/2 vas __________________________________________________________ 76

5.5 Vlvulas distribuidoras servopilotadas ________________________________________________ 78

5.5.1 Funcionamiento del servopilotaje en vlvulas distribuidoras

de accionamiento manual y mecnico _________________________________________________ 78

5.5.2 Vlvula de 3/2 vas con rodillo, servopilotada __________________________________________ 78

5.5.3 Funcionamiento del servopilotaje en vlvulas distribuidoras de accionamiento elctrico _______ 80

5.5.4 Electrovlvula de 3/2 vas, servopilotada ______________________________________________ 81

5.5.5 Comparacin entre vlvulas de accionamiento directo y vlvulas servopilotadas ______________ 82

5.6 Vlvulas de 5/2 vas _______________________________________________________________ 82

5.6.1 Vlvula neumtica de 5/2 vas _______________________________________________________ 82

5.6.2 Vlvula neumtica biestable de 5/2 vas ______________________________________________ 83

5.6.3 Electrovlvula de 5/2 vas, servopilotada ______________________________________________ 85

5.6.4 Electrovlvula biestable de 5/2 vas, servopilotada ______________________________________ 86

5.7 Vlvulas de 5/3 vas _______________________________________________________________ 87

5.7.1 Vlvulas neumticas de 5/3 vas _____________________________________________________ 87

5.7.2 Electrovlvula servopilotada de 5/3 vas, centro a escape ________________________________ 88

5.7.3 Significado de la posicin central ____________________________________________________ 90

5.8 Valor de caudal de vlvulas _________________________________________________________ 91

5.9 Funcionamiento admisible de vlvulas ________________________________________________ 92

5.9.1 Montaje de vlvulas con rodillo ______________________________________________________ 92

5.9.2 Montaje de las vlvulas ____________________________________________________________ 92

6 Vlvulas de cierre, reguladoras de caudal y reguladoras de presin; combinaciones de vlvulas 93 6.1 Vlvulas de cierre _________________________________________________________________ 93

6.1.1 Vlvulas antirretorno ______________________________________________________________ 93

6.1.2 Elementos de procesamiento ________________________________________________________ 93

6.1.3 Vlvula de simultaneidad: Funcin lgica de Y __________________________________________ 94

6.1.4 Vlvula selectora: Funcin lgica de O ________________________________________________ 94

6.1.5 Vlvula de escape rpido ___________________________________________________________ 95

6.1.6 Vlvulas de cierre _________________________________________________________________ 96

Contenido


6.2 Vlvulas reguladoras de caudal ______________________________________________________ 96

6.2.1 Vlvulas estranguladoras ___________________________________________________________ 96

6.2.2 Vlvulas de estrangulacin y antirretorno _____________________________________________ 97

6.2.3 Estrangulacin del aire de alimentacin _______________________________________________ 98

6.2.4 Estrangulacin del aire de escape ____________________________________________________ 98

6.2.5 Utilizacin de los tipos de estrangulacin ______________________________________________ 98

6.3 Vlvulas reguladoras de presin ____________________________________________________ 100

6.3.1 Vlvula reguladora de presin ______________________________________________________ 100

6.3.2 Vlvula limitadora de presin ______________________________________________________ 100

6.3.3 Vlvula de secuencia _____________________________________________________________ 101

6.4 Combinacin de vlvulas __________________________________________________________ 101

6.4.1 Vlvula temporizadora ____________________________________________________________ 102

7 Terminales de vlvulas ___________________________________________________________ 104 7.1 Medidas para la optimizacin del funcionamiento de vlvulas individuales _________________ 104

7.2 Ventajas de vlvulas individuales optimizadas ________________________________________ 104

7.3 Vlvulas optimizadas, montaje en bloque ____________________________________________ 105

7.4 Conexin elctrica de bloques de vlvulas ____________________________________________ 106

7.5 Conceptos de instalacin modernos _________________________________________________ 107

7.5.1 Ventajas de los conceptos de instalacin modernos ____________________________________ 107

7.5.2 Componentes de control, para la instalacin ms sencilla _______________________________ 107

7.5.3 Terminal de instalacin ___________________________________________________________ 108

7.5.4 Cableado con conexin multipolo ___________________________________________________ 108

7.5.5 Estructura de un sistema de bus de campo ___________________________________________ 109

7.5.6 Funcionamiento de un sistema de bus de campo _______________________________________ 110

7.5.7 Tipos de buses de campo __________________________________________________________ 110

8 Neumtica proporcional __________________________________________________________ 111 8.1 Reguladores de presin proporcionales ______________________________________________ 111

8.1.1 Funcin de una vlvula proporcional, reguladora de presin _____________________________ 111

8.1.2 Utilizacin de una vlvula proporcional, reguladora de presin ___________________________ 112

8.1.3 Control del banco de prueba _______________________________________________________ 112

8.1.4 Esquema de distribucin de una vlvula proporcional, reguladora de presin _______________ 113

8.1.5 Funcionamiento de una vlvula proporcional, reguladora de presin ______________________ 113

8.2 Vlvulas distribuidoras proporcionales _______________________________________________ 114

8.2.1 Funcin de una vlvula proporcional _________________________________________________ 114

8.2.2 Utilizacin de una vlvula proporcional ______________________________________________ 115

8.2.3 Esquema de distribucin de una vlvula proporcional ___________________________________ 115

8.2.4 Funcin de indicacin de caudal de una vlvula proporcional _____________________________ 116

8.3 Actuador neumtico de posicionamiento _____________________________________________ 117

8.3.1 Utilizacin de un actuador neumtico de posicionamiento ______________________________ 117

8.3.2 Construccin de un actuador neumtico de posicionamiento ____________________________ 117

Contenido


9 Fundamentos de la electrotecnia ___________________________________________________ 118 9.1 Corriente continua y corriente alterna ________________________________________________ 118

9.2 Ley de Ohm _____________________________________________________________________ 119

9.2.1 Conductor elctrico_______________________________________________________________ 119

9.2.2 Resistencia elctrica ______________________________________________________________ 120

9.2.3 Fuente de tensin ________________________________________________________________ 120

9.3 Potencia elctrica ________________________________________________________________ 120

9.4 Funcionamiento de un electroimn __________________________________________________ 121

9.4.1 Estructura de un electroimn _______________________________________________________ 122

9.4.2 Aplicaciones de electroimanes _____________________________________________________ 122

9.4.3 Resistencia inductiva con tensin alterna _____________________________________________ 122

9.4.4 Resistencia inductiva con tensin continua ___________________________________________ 123

9.5 Funcionamiento de un condensador elctrico _________________________________________ 123

9.6 Funcionamiento de un diodo _______________________________________________________ 124

9.7 Mediciones en un circuito elctrico __________________________________________________ 125

9.7.1 Definicin: Medir ________________________________________________________________ 125

9.7.2 Indicaciones de seguridad _________________________________________________________ 126

9.7.3 Forma de proceder al efectuar mediciones en un circuito elctrico _________________________ 126

9.7.4 Medicin de tensin ______________________________________________________________ 126

9.7.5 Medicin de intensidad ___________________________________________________________ 127

9.7.6 Medicin de resistencia ___________________________________________________________ 127

9.7.7 Fuentes de errores en mediciones realizadas en un circuito elctrico ______________________ 128

10 Componentes y mdulos de la parte de mando elctrico _______________________________ 130 10.1 Fuente de alimentacin ___________________________________________________________ 130

10.2 Pulsador y selector _______________________________________________________________ 131

10.2.1 Contacto normalmente abierto _____________________________________________________ 131

10.2.2 Contacto normalmente cerrado _____________________________________________________ 132

10.2.3 Conmutador ____________________________________________________________________ 132

10.3 Sensores para deteccin de posiciones y control de la presin ___________________________ 133

10.3.1 Detectores de finales de carrera ____________________________________________________ 133

10.3.2 Detectores de proximidad _________________________________________________________ 134

10.4 Rels y contactores _______________________________________________________________ 140

10.4.1 Construccin de un rel ___________________________________________________________ 140

10.4.2 Aplicaciones de rels _____________________________________________________________ 141

10.4.3 Rel de remanencia ______________________________________________________________ 142

10.4.4 Rel de temporizacin ____________________________________________________________ 142

10.5 Construccin de un contactor ______________________________________________________ 143

10.6 Unidades de control pequeas _____________________________________________________ 145

Contenido


11 Descripciones de secuencias funcionales ____________________________________________ 149 11.1 Diagramas de funciones de mquinas y equipos _______________________________________ 149

11.1.1 mbito de aplicacin del diagrama de funciones _______________________________________ 149

11.1.2 Diagrama espacio-pasos __________________________________________________________ 150

11.2 Descripcin de ciclos con GRAFCET segn EN 60848 ____________________________________ 151

11.2.1 Principio bsico de GRAFCET _______________________________________________________ 152

11.2.2 Pasos __________________________________________________________________________ 152

11.2.3 Condicin transitoria _____________________________________________________________ 153

11.2.4 Acciones _______________________________________________________________________ 154

11.2.5 Seleccin de secuencias ___________________________________________________________ 158

11.2.6 Retornos y saltos ________________________________________________________________ 159

11.2.7 Estructuracin de esquemas GRAFCET _______________________________________________ 159

11.2.8 Ejemplo: mquina fresadora de ranuras ______________________________________________ 160

12 Estructura de esquemas de distribucin _____________________________________________ 162 12.1 Esquema de distribucin neumtico _________________________________________________ 162

12.1.1 Distribucin de smbolos en un esquema de distribucin neumtico _______________________ 162

12.1.2 Posicin de cilindros y de vlvulas distribuidoras ______________________________________ 162

12.1.3 Cdigo de identificacin de componentes ____________________________________________ 163

12.2 Esquema de distribucin elctrico ___________________________________________________ 166

12.2.1 Esquema general ________________________________________________________________ 166

12.2.2 Esquema funcional _______________________________________________________________ 166

12.2.3 Esquema de circuitos elctricos_____________________________________________________ 166

12.2.4 Esquema de un sistema de control electroneumtico ___________________________________ 167

12.3 Esquema de bornes de conexin ____________________________________________________ 172

12.3.1 Requisitos para el cableado ________________________________________________________ 172

12.3.2 Cableado con regletas de bornes ___________________________________________________ 172

12.3.3 Distribucin de conexiones y de regletas de bornes ____________________________________ 174

12.3.4 Ocupacin de bornes _____________________________________________________________ 174

12.3.5 Estructura de un esquema de bornes de conexin ______________________________________ 175

12.3.6 Confeccin de un esquema de bornes de conexin _____________________________________ 175

13 Medidas de seguridad en sistemas de control electroneumticos ________________________ 180 13.1 Peligros y medidas de proteccin ___________________________________________________ 180

13.2 El efecto de la corriente elctrica en seres humanos ____________________________________ 181

13.2.1 El efecto de la corriente elctrica ____________________________________________________ 181

13.2.2 La resistencia elctrica del ser humano ______________________________________________ 182

13.2.3 Factores que inciden en el peligro de accidentes _______________________________________ 183

13.3 Medidas de proteccin contra accidentes ocasionados por corriente elctrica _______________ 184

13.3.1 Proteccin contra contacto directo __________________________________________________ 184

13.3.2 Conexin a tierra _________________________________________________________________ 184

13.3.3 Baja tensin de proteccin _________________________________________________________ 185

Contenido


13.4 Panel de mando y sistemas de aviso _________________________________________________ 185

13.4.1 Interruptor de red ________________________________________________________________ 185

13.4.2 PARADA DE EMERGENCIA __________________________________________________________ 186

13.4.3 Elementos de mando en sistemas de control electroneumticos __________________________ 186

13.5 Proteccin de sistemas elctricos frente a influencias del entorno _________________________ 189

13.5.1 Identificacin de los tipos de proteccin ______________________________________________ 190

14 Smbolos ______________________________________________________________________ 192 14.1 Smbolos de componentes neumticos ______________________________________________ 192

14.1.1 Smbolos correspondientes a la parte de alimentacin de energa _________________________ 192

14.1.2 Smbolos de vlvulas _____________________________________________________________ 194

14.1.3 Smbolos de vlvulas distribuidoras _________________________________________________ 194

14.1.4 Smbolos de vlvulas antirretorno, vlvulas estranguladoras y vlvulas de escape rpido _____ 197

14.1.5 Smbolos de vlvulas reguladoras de presin _________________________________________ 198

14.1.6 Smbolos de elementos de trabajo __________________________________________________ 199

14.1.7 Smbolos de otros elementos ______________________________________________________ 201

14.2 Smbolos de componentes elctricos ________________________________________________ 202

14.2.1 Smbolos correspondientes a funciones bsicas _______________________________________ 202

14.2.2 Smbolos de actuadores electromecnicos ____________________________________________ 204

14.2.3 Smbolos de rels y contactores ____________________________________________________ 205

14.2.4 Smbolos de sensores ____________________________________________________________ 206

Las normas ____________________________________________________________________________ 207

ndice de trminos tcnicos ______________________________________________________________ 208


Prlogo

La fuerza del aire se aprovecha desde hace miles de aos. Todos sabemos que el viento se aprovecha en

veleros y molinos.

La palabra neumtica proviene del griego pneumatiks, que significa respiracin. En trminos

generales, se entiende por neumtica la parte de la ciencia de la fsica que trata de las propiedades de los

gases y, por lo tanto, tambin del aire.

En muchos sectores de la tcnica de automatizacin de procesos industriales se utiliza la neumtica y

electroneumtica. En plantas industriales de todo el mundo se usan sistemas de control electroneumticos

para controlar el funcionamiento de equipos de fabricacin, lneas de ensamblaje y mquinas de envasado.

El progreso logrado en relacin con los materiales, el diseo de los equipos y los mtodos de fabricacin, ha

redundado en componentes neumticos de mayor calidad y variedad, por lo que su utilizacin est muy

difundida en la actualidad.

Adems, el progreso tecnolgico y las exigencias ms estrictas han tenido como consecuencia una evidente

modificacin de los sistemas de control. En la parte de procesamiento de seales, los rels han sido

sustituidos en la mayora de los casos por sistemas de controles lgicos programables, con el fin de

satisfacer esas exigencias y, tambin, para contar con soluciones ms verstiles. Tambin la parte funcional

de los controles electroneumticos modernos ha experimentado modificaciones, con el fin de satisfacer las

necesidades concretas que plantea la industria moderna. En ese sentido, basta recordar ejemplos como los

terminales de vlvulas, la creacin de redes de bus y la neumtica proporcional.

Invitamos a todos los lectores del presente manual a expresar sugerencias y crticas, con el fin de mejorar o

completar su contenido. Por favor, dirija los comentarios correspondientes a [email protected] o, por correo

normal, a Festo Didactic GmbH & Co. KG, Postfach 10 07 10, D-73707 Esslingen.

Los autores

2 Conceptos bsicos de la neumtica


2.2 Propiedades del aire El aire se caracteriza por su baja cohesin, lo que significa que las fuerzas entre las molculas del aire son

mnimas, al menos considerando las condiciones usuales de funcionamiento de sistemas neumticos. Al

igual que todos los gases, el aire tampoco tiene una forma determinada. Su forma cambia si se aplica la ms

mnima fuerza y, adems, siempre ocupa el mximo espacio disponible.

2.2.1 La ley de Boyle-Mariotte El aire puede comprimirse y tiene la tendencia de expandir. La ley de Boyle-Mariotte describe estas

propiedades del aire: El volumen de una cantidad determinada de gas contenido en un depsito cerrado es

inversamente proporcional a la presin absoluta suponiendo una temperatura constante. O: el producto de

volumen y presin absoluta es constante suponiendo una cantidad determinada de gas.

1 1 2 2 3 3 constantep V p V p V

F3F1 F2

V3p3

V2p2

V1p1

Fig. 2.2: Ley de Boyle-Mariotte

Ejemplo de clculo En condiciones de presin atmosfrica, se procede a comprimir el aire a 1/7 de su volumen original. Qu

presin se obtiene si la temperatura se mantiene constante?

1 2 1 2p V p V 1

2 2 1 Vp p V , observacin:

17

21

VV

p1 = pamb = 100 kPa = 1 bar p2 = 1 7 = 700 kPa = 7 bar absoluta

3 Generacin y alimentacin de aire comprimido


1 2

2

1

Fig. 3.16: Vlvula reguladora de presin, sin salida de descarga Dibujo en seccin y smbolo

3.6.3 Lubricador de aire comprimido En trminos generales, no es recomendable lubricar el aire comprimido. Si las partes mviles de vlvulas y

cilindros necesitan una lubricacin externa, deber lubricarse el aire comprimido de modo suficiente y,

adems, permanente. Es recomendable que nicamente se lubrique el aire comprimido en las secciones del

sistema en que sea necesario. El aceite que contiene el aire comprimido proveniente del compresor, no es

apropiado para la lubricacin de componentes neumticos.

Los cilindros con juntas termorresistentes no deberan funcionar con aire comprimido lubricado, ya que el

aceite podra enjuagar la grasa especial que tienen esos actuadores.

Si los sistemas que funcionaron con lubricacin se modifican para que funcionen con aire comprimido sin

lubricacin, es necesario renovar la lubricacin original de las vlvulas y los cilindros, ya que es muy posible

que el aceite contenido en el aire comprimido produjera un lavado del lubricante original de los

componentes.

4

5

3

1

6

7

2

8

1: Columna ascendente 2: Zona de estrangulacin 3: Asiento de bola 4: Tubo ascendente 5: Aceite 6: Vlvula antirretorno

7: Canal 8: Cmara de goteo

Fig. 3.17: Lubricador de aire comprimido Dibujo en seccin y smbolo

4 Sistemas de accionamiento y actuadores


4.2 Cilindro de doble efecto La construccin de un cilindro de doble efecto es similar a la de un cilindro de simple efecto. Sin embargo, el

cilindro de doble efecto no tiene un muelle de reposicin, ya que ambas conexiones se utilizan para la

alimentacin y el escape de aire. El cilindro de doble efecto tiene la ventaja de poder ejecutar trabajo en

ambos sentidos. Por ello, es un cilindro apropiado para numerosas aplicaciones. La fuerza que se aplica en

el vstago es algo superior en avance que en retroceso, ya que la superficie es mayor en el lado del mbolo

que en el lado del vstago.

Fig. 4.5: Cilindro de doble efecto Dibujo en seccin y smbolo

Perspectivas El trabajo de desarrollo de cilindros neumticos manifiesta las siguientes tendencias:

Deteccin sin contacto utilizacin de imanes montados en el vstago para detectores magnticos Reed

Capacidad de frenar cargas pesadas Cilindros sin vstago, para el montaje en espacios muy reducidos Utilizacin de otros materiales; por ejemplo, materiales sintticos Aplicacin de capas/recubrimientos protectores, para evitar daos ocasionados por el ambiente (por

ejemplo, resistencia a cidos)

Mayor resistencia a esfuerzos Actuadores apropiados para aplicaciones en robots, con propiedades especficas (por ejemplo,

vstagos antigiro, vstagos huecos para el montaje de ventosas)

4.2.1 Cilindro neumtico con amortiguacin final Si un cilindro se utiliza para mover grandes masas, es necesario que tenga un sistema de amortiguacin en

el final de carrera, para evitar que se produzca un impacto fuerte que podra provocar un dao. Antes de

llegar a la posicin final, un mbolo de amortiguacin interrumpe la salida directa del aire de escape. Slo

se mantiene abierta una seccin de escape muy pequea que, adems, suele ser regulable. En el ltimo

tramo de la carrera se reduce progresivamente la velocidad. Deber ponerse cuidado en que los tornillos de

regulacin no estn completamente cerrados, ya que en ese caso el vstago no puede llegar hasta la

correspondiente posicin final.

4 Sistemas de accionamiento y actuadores


4.5.3 Velocidad del mbolo La velocidad del mbolo de un cilindro neumtico depende de la fuerza que se aplica en sentido contrario,

de la presin de aire, de la longitud y de la seccin del tubo entre el elemento de control y elemento

actuador, as como del caudal a travs del elemento de control. Adems, la velocidad tambin depende de

la amortiguacin en el final de carrera.

La velocidad promedio del mbolo de cilindros estndar es de aproximadamente 0,1 hasta 1,5 m/s. Con

cilindros especiales (cilindros de impacto), es posible alcanzar velocidades de hasta 10 m/s. La velocidad

del mbolo puede reducirse mediante vlvulas de estrangulacin y antirretorno. Con vlvulas de escape

rpido es posible aumentar la velocidad del mbolo.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 mm 260

10

20

30

50

100

200

300

500

8001000

mm/s

3000

Vlvulas sobredimensionadas con

escape rpido

Vlvulas sobredimensionadas o normales

con escape rpido

Vlvulas normales o subdimensionadas,

o con estrangulacin de escape

Dimetro del mbolo D

Ve

loci

da

dm

ed

iad

el

mb

olo

v

Fig. 4.24: Velocidad promedio de mbolos no sometidos a cargas

4.5.4 Consumo de aire Para saber cunto aire necesita una instalacin y cules son los costos energticos correspondientes, es

importante conocer el consumo de aire en la red neumtica. El consumo de aire se expresa en litros de aire

aspirado por minuto. Considerando la presin de trabajo, el dimetro del mbolo, la carrera y los ciclos por

minuto, el consumo de aire se calcula aplicando la siguiente frmula:

Consumo de aire = relacin de compresin superficie del mbolo carrera cantidad de carreras por minuto

101,3 Presin de trabajo (en kPa)Relacin de compresin

101,3

5 Vlvulas distribuidoras


El accionamiento de una vlvula de corredera longitudinal puede ser manual, mecnico, elctrico o

neumtico. Todos estos tipos de accionamiento tambin pueden aprovecharse para que la vlvula recupere

su posicin normal.

2 3514 124 1

14

4 2

315

Fig. 5.17: Vlvula neumtica de corredera de 5/2 vas Dibujo en seccin y smbolo

5.6.2 Vlvula neumtica biestable de 5/2 vas La vlvula neumtica biestable de 5/2 vas, accionada por aire comprimido en ambos lados, memoriza su

estado de conmutacin. La vlvula conmuta a conexin 14 12 al recibir seales neumticas alternas. Al

retirar la seal, el estado de conmutacin se mantiene hasta que la vlvula vuelve a recibir una seal.

2 3514 124 1

2 3514 124 1

14

4 2

315

12

14

4 2

315

12

Fig. 5.18: Vlvula neumtica biestable de 5/2 vas, con corredera longitudinal Dibujo en seccin y smbolo

5 Vlvulas distribuidoras


5.6.3 Electrovlvula de 5/2 vas, servopilotada La Fig. 5.21 muestra las dos posiciones que puede asumir una electrovlvula servopilotada de 5/2 vas.

En posicin normal, el mbolo se encuentra junto al tope del lado izquierdo (Fig. 5.21). De este modo estn unidas las conexiones 1 y 2 y las conexiones 4 y 5.

Si fluye corriente a travs de la bobina, el mbolo de la vlvula se desplaza hasta el tope de lado derecho (Fig. 5.22). En esta posicin se establece una conexin entre las conexiones 1 y 4, as como

entre las conexiones 2 y 3.

Si no se aplica corriente en la bobina, el mbolo retorna a la posicin normal debido a la fuerza aplicada por el muelle de reposicin.

As se produce el escape del aire de pilotaje a travs de la conexin 84.

822 35 4 184

14

4 2

315

14

84

Fig. 5.21: Electrovlvula servopilotada de 5/2 vas, sin activar

822 35 4 184

14

4 2

315

14

84

Fig. 5.22: Electrovlvula servopilotada de 5/2 vas, activada

6 Vlvulas de cierre, reguladoras de caudal y reguladoras de presin; combinaciones de vlvulas


6.1.3 Vlvula de simultaneidad: Funcin lgica de Y La vlvula de simultaneidad tiene dos entradas 1 y una salida 2. El paso del aire comprimido slo est

abierto si la vlvula recibe una seal en ambas entradas. Si solamente se recibe una seal en una de las dos

entradas, se bloquea el paso debido a la diferencia de las fuerzas que se aplican en la corredera del mbolo.

Si las seales de entrada no se reciben simultneamente y si la presin es igual en ambas entradas, la que

se recibe de ltimo llega a la salida. Si existe una diferencia de presin en las entradas, la mayor presin

cierra la vlvula, mientras que la presin ms pequea llega a la salida 2. La vlvula de simultaneidad se

utiliza principalmente en sistemas de control de bloqueo, en aplicaciones de vigilancia y en sistemas con

enlaces lgicos de Y.

1 1

2

1 1

2 2

11

Fig. 6.2: Vlvula de simultaneidad: funcin lgica de Y Dibujos en seccin y smbolo

6.1.4 Vlvula selectora: Funcin lgica de O Esta vlvula de cierre tiene dos entradas 1 y una salida 2. Si se aplica presin en la entrada 1 del lado

izquierdo, el mbolo bloquea la entrada del lado derecho. As, el aire fluye desde la entrada 1 de lado

izquierdo hacia la salida 2. Si fluye el aire desde la entrada 1 del lado derecho hacia la salida 2, se bloquea

la entrada del lado izquierdo. Si el aire fluye en sentido contrario cuando el aire fluye a escape en la vlvula

montada detrs, el mbolo mantiene su posicin anterior debido a las condiciones de presin imperantes

en la vlvula. Esta vlvula es considerada un elemento de funcin lgica de O. Si es necesario que un

cilindro u otro actuador sea accionado de modo mltiple, siempre es necesario utilizar una o varias vlvulas

selectoras.

1 1

2

1 1

2 2

11

Fig. 6.3: Vlvula selectora: funcin lgica de O Dibujos en seccin y smbolo

9 Fundamentos de electrotecnia


3

4

S

P

U = 12 V+

I

Fig. 9.2: Circuito de corriente continua

Sentido de la corriente Cerrando el interruptor, fluye una corriente I a travs de la unidad consumidora. Los electrones se mueven

desde el polo negativo hacia el polo positivo de la fuente de tensin. Antes de conocerse la existencia de los

electrones, se determin que la corriente elctrica flua de positivo a negativo. En la prctica, esta

definicin sigue siendo vlida en la actualidad. Se trata de la definicin tcnica del sentido del flujo de la

corriente elctrica.

9.2 Ley de Ohm La ley de Ohm describe la relacin entre la tensin, la intensidad y la resistencia. Segn esta ley, en un

circuito elctrico que tiene una resistencia determinada, la intensidad de la corriente cambia segn cambia

la tensin. Es decir:

Si aumenta la tensin, tambin aumenta la intensidad. Si baja la tensin, tambin baja la intensidad.

U R I

U Tensin Unidad: Voltios (V) R Resistencia Unidad: Ohmios () I Intensidad Unidad: Amperios (A)

9.2.1 Conductor elctrico Bajo corriente elctrica se entiende el movimiento rectificado de portadores de carga. Una corriente

nicamente puede fluir en un material si ste contiene una cantidad suficiente de electrones libres. Los

materiales que cumplen esta condicin se llaman conductores elctricos. Los metales cobre, aluminio y

plata son conductores especialmente buenos. En la tcnica de control se utiliza principalmente el cobre

como material conductor.

10 Componentes y mdulos de la parte de mando elctrico


Barrera de luz unidireccional La barrera de luz unidireccional tiene un emisor y un receptor separados en el espacio. Los componentes se

montan de tal manera que la luz emitida cae directamente en la unidad receptora. Si se interrumpe el haz de

luz, se activa la salida.

Emisor Receptor Emisor Receptor

Fig. 10.10: Barrera de luz unidireccional Esquema de funcionamiento, smbolo

Barrera de luz de reflexin En las barreras de luz de reflexin, el emisor y el receptor se encuentran uno junto al otro, montados en el

mismo cuerpo. El montaje se realiza de tal manera que el haz de luz emitido por el emisor se refleja casi

totalmente hacia el receptor. Si se interrumpe el haz de luz, se activa la salida.

Emisor

Receptor

EmisorReflector

Receptor

Reflector

Fig. 10.11: Detector por reflexin Esquema de funcionamiento, smbolo

Detectores por reflexin El emisor y el receptor del detector por reflexin estn montados uno junto al otro en un mismo cuerpo. Si el

haz de luz se topa con una pieza de superficie reflectante, la luz es dirigida hacia el receptor y as conmuta

la salida del detector. Considerando esta forma de funcionamiento, el detector por reflexin nicamente

puede utilizarse para detectar piezas que tienen una gran capacidad de reflexin (por ejemplo, superficies

metlicas, colores claros).

Emisor

Receptor

Emisor

Receptor

Fig. 10.12: Detector por reflexin Esquema de funcionamiento, smbolo

11 Descripciones de secuencias funcionales


11.2.3 Condiciones de transicin Una transicin es la conexin entre un paso y el siguiente paso. Por lo tanto, tambin se denomina conexin

transitoria. La transicin se representa mediante una lnea en vertical que atraviesa la conexin entre los

dos pasos.

Excepcin En caso de un salto atrs, la transicin tambin puede encontrarse sobre la lnea horizontal, si as el

esquema resulta ms claro.

La regla ms importante

Para que las secuencias no contengan errores, es necesario que los pasos y las transiciones siempre se

alternen.

(Prensa arriba) Pulsador apretado (S1) y prensa arriba (1B1)

7

8

( )Prensa abajo Prensa abajo (1B2)

(Prensa arriba) S1*1B1

7

8

(Prensa abajo) 1B2

Fig. 11.5: Ejemplo de condiciones de transicin

La condicin que debe cumplirse se indica a la derecha de la transicin. Las transiciones pueden tener un

nombre. Para evitar confusiones, ese nombre debe escribirse en el lado izquierdo y, adems, debe estar

entre parntesis).

Tngase en cuenta:

El punto o asterisco describe un enlace de Y, mientras que el signo positivo se refiere a un enlace de O.

Las negaciones se indican mediante una lnea encima del nombre de la variable.

Si al trmino de un tiempo determinado debe activarse el siguiente paso, se utiliza una condicin transitoria

que depende del tiempo. La condicin de transicin contiene el tiempo y el estado del paso activo. Las dos

informaciones aparecen separadas por una lnea oblicua.

12 Estructura de esquemas de distribucin


Circuitos de corriente En un esquema de distribucin elctrico, todos los circuitos de corriente elctrica incluidos en un sistema de

control electroneumtico aparecen uno junto al otro y estn numerados uno por uno. El esquema de

distribucin elctrico de un sistema de control electroneumtico que se puede apreciar en la Fig.12.4,

incluye 10 circuitos. Los circuitos 1 hasta 8 son parte del circuito de control, mientras que los circuitos 9 y

10 pertenecen al circuito principal.

1M1

K1

23

24

10

P1

K3

23

24

9

K4

13

14

8

K4

3

4

K232

A1

A2

7

K3

13

14

6

K3

S32

3

4

K442

A1

A2

K2A1

A2

K1

13

14

K1

0 V

K432

24 V

69

2

5

310

825

27

4S1

1

3

1B3

3

4

S2

2

3

4

K2

13

14

K332

A1

A2

1B14

p 1B2

31

31

3

41

1

31

S1 = Interruptor principal; S2 = Pulsador de start; S3 = Pulsador de confirmacin; 1B1/1B2 = Detector de posicin final;

1B3 = Presostato

Fig. 12.4: Esquema de distribucin elctrico (esquema de circuitos elctricos) de un sistema de control electroneumtico

Identificacin de componentes Los componentes incluidos en un esquema de circuitos elctricos de un sistema de control, se identifican

mediante letras. Los componentes que tienen la misma letra de identificacin, se diferencian por su

numeracin (por ejemplo: 1B1, 1B2, etc.).

Los sensores y las bobinas tienen que aparecen tanto en el esquema de distribucin neumtico como en el

esquema de circuitos elctricos. Para conseguir que los esquemas sean claros y su lectura sea sencilla, es

recomendable que los mismos smbolos incluidos en los dos esquemas lleven la misma identificacin y

numeracin. Si, por ejemplo, un detector de final de carrera se identifica con 1B1 en el esquema de

distribucin neumtico, debera llevar la misma identificacin en el esquema de circuitos elctricos.

13 Medidas de seguridad en sistemas de control electroneumticos


13.4.2 PARADA DE EMERGENCIA En situaciones de peligro, el operario activa manualmente el interruptor de PARADA DE EMERGENCIA.

Si se trata de un interruptor manual de PARADA DE EMERGENCIA, debe tratarse de un pulsador saliente.

Las normas tambin admiten sistemas de accionamiento indirecto, mediante cuerdas de desgarre o listones

de accionamiento con el pie. Si existen varios puestos de trabajo o puestos de mando, cada uno de ello

debe tener un sistema de PARADA DE EMERGENCIA. El elemento de activacin de la funcin de PARADA DE

EMERGENCIA debe ser de llamativo color rojo. La superficie debajo del interruptor de emergencia debe ser

de color amarillo, para contrastar con el color rojo del interruptor.

Una vez que se activa la funcin de PARADA DE EMERGENCIA, los actuadores deben detenerse lo ms

rpidamente posible y, en la medida de lo posible, la unidad de control debe separarse de la alimentacin

de energa elctrica y neumtica. Al activarse la funcin de PARADA DE EMERGENCIA, debern tenerse en

cuenta las siguientes limitaciones:

Si es indispensable que el puesto de trabajo est iluminado, no deber apagarse. Los componentes auxiliares y de frenado, necesarios para detener la mquina rpidamente, debern

seguir funcionando

La mquina no deber soltar las piezas que sujeta. Si es necesario y recomendable, la PARADA DE EMERGENCIA debe activar movimientos de retroceso.

Sin embargo, estos movimientos nicamente debern activarse si no albergan peligro.

13.4.3 Elementos de mando en sistemas de control electroneumticos Un sistema de control electroneumtico cuenta con diversos elementos de mando, adems del interruptor

principal y el interruptor de PARADA DE EMERGENCIA. A continuacin, un ejemplo de panel de mando:

Interruptor principal

AutomticoManual

PARADA DE EMERGENCIA

Ciclo continuoOFF

Reset

Mando poractuacin sucesiva

Pinza abierta

Pinza cerrada

Ciclo continuoON

Inicio cicloindividual

Fig. 13.7: Elementos de mando en sistemas de control electroneumticos (ejemplo)

14 Smbolos


Funcin Smbolo

Regulador de caudal (estrangulacin y antirretorno)

1

2

Vlvula de escape rpido 231

Vlvula de simultaneidad 211

Vlvula selectora 211

Tabla 14.12: Smbolos de vlvulas de escape rpido, vlvulas de simultaneidad y vlvulas selectoras

14.1.5 Smbolos de vlvulas reguladoras de presin Finalidad de la utilizacin de vlvulas reguladoras de presin:

Mantener un nivel de presin constante (vlvula reguladora de presin) Conmutacin en funcin de la presin (vlvula de secuencia)

En un sistema de control electroneumtico, en vez de una vlvula de secuencia tambin puede utilizarse

una vlvula distribuidora accionada en funcin de la seal de un presostato o de un sensor de presin.

Funcin Smbolo

Vlvula reguladora de presin (regulable) sin salida de descarga 2

1

Vlvula reguladora de presin (regulable) con salida de descarga 2

1 3

Tabla 14.13: Smbolos de vlvulas reguladoras de presin

14 Smbolos


Funcin Smbolo

Actuador electromecnico de un rel de corriente continua

Actuador electromecnico de un rel de remanencia

Actuador electromecnico de una vlvula distribuidora

Tabla 14.26: Smbolos de actuadores electromecnicos (continuacin)

14.2.3 Smbolos de rels y contactores

Funcin Smbolo

Rel con tres contactos normalmente abiertos y un contacto

normalmente cerrado

Rel con retardo de desconexin

Rels con retardo de conexin

Rel de remanencia Si en la conexin del bobinado marcado con * se aplica una

tensin, se produce un contacto en los elementos de

conmutacin marcados con *.

**

*

Rel intermitente

5/min

Contactor con un contacto normalmente cerrado y un contacto

normalmente abierto

Tabla 14.27: Smbolos de rels y contactores (representacin conexa)

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