Libro de trabajo_tp101.pdf

NeumticaLibro de trabajo - Nivel bsico

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Sistema para la Enseanza de las Tcnicas de Automatizacin y Comunicaciones

N de artculo: 094 384Descripcin: PNEUM.Denominacin: D.S101-ABCD-EEdicin: 09/1997Layout: 10.03.94, S. Sperrfechter, S. DurzGrficos: B. MatzkeAutores: D. Waller, H. WernerTraduccin: I. Sahun

Copyright by Festo Didactic KG, D-73734 Esslingen 1993Reservados todos los derechos, incluso los de traduccin. No debereproducirse ninguna parte de la obra con ningn mtodo, electrnico,mecnico, fotocopia u otro sistema sin la autorizacin de Festo KG.

PrefacioEl Sistema para la Enseanza de las Tcnicas de Automatizacin yComunicaciones de Festo Didactic ha sido desarrollado de acuerdocon varios requisitos y requerimientos de formacin. Ha sido divididoen las siguientes categoras o paquetes de formacin: Paquetes bsicos que comprenden el conocimiento elemental y

cubren una amplia gama de tecnologas Paquetes de tecnologa que tratan con temas importantes en la

tecnologa de control en bucle abierto y en bucle cerrado Paquetes de funciones que explican las funciones bsicas de los

sistemas automatizados Paquetes de aplicacin para facilitar la formacin orientada a la

prctica y para un posterior entrenamiento

Los paquetes de tecnologa tratan con las tcnicas de la neumtica,electroneumtica, controles lgicos programables, automatizacin conPC, hidrulica, electrohidrulica, hidrulica proporcional y tcnicas demanipulacin.El diseo modular del Sistema para Enseanza permite aplicacionesms all del mbito de los paquetes individuales. Por ejemplo, esposible disear sistemas controlados por PLC con actuadoresneumticos, hidrulicos y elctricos.

Todos los paquetes de formacin estn basados en una estructuraidntica Hardware Courseware Software Seminarios

3

TP101 Festo Didactic

El hardware consiste en componentes industriales que han sidoadaptados para fines didcticos.El courseware ha sido diseado en lnea con los mtodos didcticosy coordinado para ser utilizado con el hardware de formacin. Elcourseware comprende: Libros de texto (con ejercicios y ejemplos) Libros de trabajo (con ejercicios prcticos, notas aclaratorias,

soluciones y fichas tcnicas) Transparencias y vdeos (para crear un entorno de formacin activo)

Los medios de formacin y enseanza estn disponibles en variosidiomas y han sido diseados para su utilizacin en clase, as comopara formacin autodidacta.El software sirve como base para proporcionar programas deformacin por ordenador y software de programacin para controleslgicos programables.Una amplia gama de seminarios basados en las diferentestecnologas completan nuestro programa de formacin yperfeccionamiento profesional.

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Introduccin 10 Tabla de contenidoNotas sobre seguridad y funcionamiento 11

Paquete de tecnologa para neumtica TP100 13Equipo de prcticas y demostraciones 13Libros y medios didcticos 14Seminarios 14Contenido de formacin del nivel bsico (TP101)

y del nivel avanzado (TP102) 15Situacin de los objetivos didcticos y ejercicios (Tabla 1) 16Juego de componentes del nivel bsico (TP101) 17Smbolos de los componentes del juego 18Juego de componentes del nivel avanzado (TP102) 20Lista de componentes adicionales 21Situacin de los componentes de los ejercicios (tabla 2) 22Informacin til para el instructor 23Estructura metdica de los ejercicios 24

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Parte A Curso

Sistemas de control con un cilindro A-2Ejercicio 1: Dispositivo cargador A-3Ejercicio 2: Clasificador para piezas metlicas estampadas A-5Ejercicio 3: Separador de paquetes postales A-7Ejercicio 4: Distribuidor vertical de ladrillos A-9Ejercicio 5: Dispositivo doblador A-11Ejercicio 6: Mquina de marcaje A-13Ejercicio 7: Distribuidor de rodillos A-15Ejercicio 8: Tambor de soldadura de lminas A-17Ejercicio 9: Separador de piezas A-19Ejercicio 10: Vibrador para botes de pintura A-21

Sistemas de control con movimientos paralelos A-23Ejercicio 11: Alimentador dosificador A-25Ejercicio 12: Mquina para soldar termoplsticos A-27Ejercicio 13: Clasificador de ridos A-29

Sistemas de control con dos actuadores A-33Ejercicio 14: Compactador para basura domstica A-35Ejercicio 15: Sujecin de cuerpos de moldes A-39

Sistemas de control con vlvulas inversoras A-41Ejercicio 16: Entrada a una estacin de corte por lser A-43Ejercicio 17: Automatizacin parcial de una rectificadora

de interiores A-45Ejercicio 18: Mquina taladradora con cuatro husillos A-47Ejercicio 19: Mquina taladradora con alimentador por gravedad A-49

Sistema de control lgico A-53Ejercicio 20 Contador neumtico A-53

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Parte B Teora

Fundamentos 1Captulo 1 Conceptos bsicos de la neumtica 31.1 Fundamentos fsicos 41.2 Propiedades del aire 6

Captulo 2 Generacin y alimentacin de aire comprimido 92.1 Preparacin del aire comprimido 102.2 Compresores 112.3 Acumulador 132.4 Secadores de aire 152.5 Distribucin del aire 202.6 Unidad de mantenimiento 23

Captulo 3 Actuadores e indicadores 313.1 Cilindro de simple efecto 323.2 Cilindros de doble efecto 343.3 Cilindros sin vstago 403.4 Estructura de los cilindros 433.5 Propiedades de los cilindros 463.6 Motores 513.7 Indicadores 53

Captulo 4 vlvulas de vas 554.1 Tipos 564.2 Vlvulas de 2/2 vas 564.3 Vlvulas de 3/2 vas 574.4 Vlvulas de 4/2 vas 674.5 Vlvulas de 4/3 vas 704.6 Vlvulas de 5/2 vas 714.7 Vlvulas de 5/3 vas 744.8 Caudales de vlvulas 754.9 Funcionamiento fiable de las vlvulas 76

7


Captulo 5 Vlvulas de cierre, de caudal y presin 775.1 Vlvulas de cierre 785.2 Vlvulas de caudal 845.3 Vlvulas de presin 885.4 Combinacin de vlvulas 90

Captulo 6 Sistemas 956.1 Seleccin y comparacin de medios de

trabajo y de mando 966.2 Tipos de mando 996.3 Desarrollo de un sistema de mando 1036.4 Perspectivas de desarrollo 1106.5 Versiones especiales y subsistemas 111

Parte C SolucionesSolucin 1: Dispositivo cargador C-3Solucin 2: Clasificador para piezas metlicas estampadas C-9Solucin 3: Separador de paquetes postales C-13Solucin 4: Distribuidor vertical de ladrillos C-17Solucin 5: Dispositivo doblador C-21Solucin 6: Mquina de marcaje C-25Solucin 7: Distribuidor de rodillos C-29Solucin 8: Tambor de soldadura de lminas C-33Solucin 9: Separador de piezas C-37Solucin 10: Vibrador para botes de pintura C-41Solucin 11: Alimentador dosificador C-47Solucin 12: Mquina para soldar termoplsticos C-53Solucin 13: Clasificador de bloques C-59Solucin 14: Compactador para basura domstica C-65Solucin 15: Sujecin de cuerpos de moldes

Circuito alternativo B C-71Solucin 16: Entrada a una estacin de corte por lser

Circuitos alternativos B, C, D C-79

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Solucin 17: Automatizacin parcial de una rectificadoraCircuitos alternativos B, C C-89

Solucin 18: Mquina taladradora con cuatro husillosCircuito alternativo B C-97

Solucin 19: Mquina taladradora con alimentador por gravedadCircuito alternativo B C-103

Solucin 20: Contador neumtico C-111

Parte D - Apndice

Bandeja de almacenamiento D-2Tecnologa de montaje D-3Tubo de plstico D-4Fichas tcnicas

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Este libro de trabajo forma parte del Sistema para la Enseanza dela Tcnica de Automatizacin y Comunicaciones de Festo Didactic.El sistema proporciona un slido marco para la formacin y perfec-cionamiento profesionales. El Paquete de Tecnologa TP100 trata ex-clusivamente con sistemas de control neumticos.

Introduccin

El Nivel Bsico TP101 proporciona una formacin inicial en la tcnicade control neumtica. Se tratan los conocimientos de los principios fsi-cos fundamentales de la neumtica, as como la funcin y aplicacionesde los componentes neumticos. El juego de componentes permite laconstruccin de sistemas sencillos de control neumtico.. El Nivel Avanzado TP102 tiene como objetivo perfeccionar la forma-cin en la tecnologa de control neumtico. El juego de componentespuede utilizarse para formar amplios circuitos de control con enlacespor seales de entradas y salidas, as como sistemas de control pro-gramados con mdulos secuenciadores. Una estacin de trabajo fija, equipada con la placa perfilada de Fes-to Didactic es un requerimiento esencial para el montaje prctico delos sistemas de control descritos. La placa perfilada contiene 14 ra-nuras en T paralelas, a intervalos de 50 mm.Para la alimentacin del aire comprimido, puede utilizarse un com-presor mvil silencioso (230V, mximo 8 bar = 800 kPa.La presin de trabajo mxima debe ser de p = 6 bar (600 kPa)Se alcanzar la mxima fiabilidad de funcionamiento si se hace fun-cionar el sistema a una presin de p = 5 bar (500 kPa) con aire sinlubricar.El juego de elementos del nivel bsico TP101 permite el montaje desistemas de control completos para resolver las tareas planteados enlos 20 ejercicios. Las bases tericas requeridas para comprenderesta coleccin de ejercicios puede hallarse en el siguiente libro detexto:Sistema para la Enseanza de las Tcnicas de Automatizacin y Co-municaciones

Neumtica, Nivel bsico

Adems, hay la ficha tcnica de cada uno de los componentes (cilin-dros, vlvulas, dispositivos de medida, etc.).

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Notas sobre la seguridad y funcionamiento

En inters de su propia seguridad, debera observarse lo siguiente: Las lneas de aire bajo presin que se sueltan pueden causar ac-

cidentes. Cerrar la presin inmediatamente. Primero conectar todos los tubos y asegurar antes de conectar el

aire comprimido Atencin

Los cilindros pueden avanzar o retroceder en el momento en quese conecta el aire comprimido.

No accionar nunca con los dedos una vlvula de rodillo duranteuna localizacin de fallos (usar una herramienta).

Observar las normas generales de seguridad (DIN 58126) Los finales de carrera deben fijarse de forma que sean atacados

lateralmente por las levas (no frontalmente) No sobrepasar la presin mxima de trabajo permitida (ver fichas

tcnicas). Construccin del circuito neumtico:

Usar tubo de plstico plateado de 4 mm de dimetro exterior paraconectar los componentes. El tubo de plstico debe insertarsecompletamente en el conector CU hasta el tope; no es necesarioningn apriete posterior

Liberacin del racor de conexin rpida:El tubo puede soltarse presionando hacia adentro el anillo de co-lor negro (no es posible soltarlo mientras se halla bajo presin)

Cortar el aire comprimido antes de desconectar el circuito.

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las placas de montaje para los componentes estn equipadas conalternativas de montaje de A a D:Alternativa A, sistema de retencinComponentes ligeros, no sometidos a cargas (p.ej. vlvulas distri-buidoras). Simplemente introducir el componente en la ranura dela placa perfilada; la liberacin se realiza presionando la leva azul.Alternativa B, sistema de rotacinComponentes medianamente pesados, sometidos a cargas (p.ej. ac-tuadores). Estos componentes estn sujetos sobre la placa perfiladapor medio de tornillos con cabeza en T. Los componentes se suje-tas o se sueltan por medio de la tuerca azul de tres tetones.Alternativa C, sistema atornilladoComponentes pesados sometidos a cargas, que raramente se reti-ran de la placa perfilada (p.ej. vlvula de cierre con filtro regula-dor). Estos componentes se fijan por medio de tornillos de cabezacilndrica y tuercas en TAlternativa D, sistema enchufableComponentes ligeros no sometidos a cargas, con clavijas de si-tuacin (p.ej. secuenciadores). Estos componentes se fijan pormedio de un adaptador enchufable.

Observar los datos dados en las fichas tcnicas de cada compo-nente en el apartado D.

Se necesitar un cronmetro para evaluar los circuitos montados. El cronmetro se utiliza:

Cronmetro

Para ajustar los reguladores de caudal unidireccionales y alcanzarel tiempo exigido en recorrer la carrera del cilindro,

Para ajustar los temporizadores, Para poder dibujar el diagrama desplazamiento-tiempo de los cir-

cuitos montados.

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Paquete de tecnologa para neumtica (TP100)El paquete de tecnologa TP100 consiste en varias ayudas individua-les para la formacin as como en seminarios. El tema de este pa-quete es los sistemas de control puramente neumticos. Los compo-nentes individuales del paquete de tecnologa TP100 tambin pue-den formar parte del contenido de otros paquetes.

Componentes importantes del TP100:

Estacin de trabajo fija con placa perfilada de Festo Didactic

Equipo de prcticasy demostraciones

Compresor (230 V, 0,55 kW, mximo 8 bar (800 kPa) Juego de elementos o componentes individuales (p.ej. cilindros,

vlvulas distribuidoras, contador con preseleccin, mdulos se-cuenciadores, generador de vaco, elementos lgicos, actuador li-neal)

Ayudas opcionales a la formacin (p.ej. amplificadores de bajapresin, interruptores neumticos de proximidad, indicadores, se-cuenciador (Quickstepper) sensor reflex, vlvula de 5/3 vas, cargade traccin/compresin

Modelos prcticos, instalaciones de laboratorio completas

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Libros y medios didcticos

Seminarios

Las fechas y lugares, as como los precios de los cursos, estn rela-cionados en los actuales folletos de los seminarios.

Otras ayudas a la formacin pueden hallarse en nuestra literaturatcnica. El Sistema para la Enseanza de la Tcnica de Automa-tizacin y Comunicaciones se actualiza y ampla constantemente.Los juegos de transparencias, filmes y vdeos, as como los libros detexto, estn disponibles en varios idiomas.

Libros de texto Nivel bsicoTP101Fundamentos de la tcnica de mano neumticoMantenimiento de sistemas neumticos

Libro de trabajo Nivel bsico TP101Nivel avanzado TP102

Courseware opcional Juego de transparenciasSmbolos magnticos, Simbolica, Plantillas Filmes y vdeosVdeo interactivo (vdeo disco)Transparencias animadas por ordenadorModelos en seccin con estuche (Juegos 1 y 2)

P111 Introduccin a la neumtica

P112 Instruccin para formacin profesional en neumtica

P121 Mantenimiento y localizacin de fallos en sistemas neumticos

P122 Diseo y montaje de sistemas de mando neumticosP124 Diseo y montaje de sistemas de mando neumticos en formacin

profesional

WS-P Seminarios de neumtica

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Contenido didcticodel nivel bsicoy del nivel avanzado

Nivel bsico (TP101) Se tratan los siguientes contenidos didcticos- Fundamentos fsicos de la neumtica- Funcin y aplicacin de componentes neumticos- Designacin y diseo de smbolos neumticos- Representacin de secuencias de movimiento y estados de conmutacin- Diseo de esquemas de circuitos neumticos segn estndares- Sistema de control directo e indirecto- Funciones lginas AND/OR de las seales de entrada- Sistemas dependientes del tiempo con vlvula temporizadora- Sistamas dependientes de la presin con vlvula de secuencia- Localizacin de averas en sistemas neumticos sencillos- Normas de seguridad

Nivel avanzado (TP102)Se tratan los siguientes contenidos didcticos- Funcin y aplicacin de componentes neumticos- Sistema de control dependiente de la carrera con sensores - Sistema de control dependiente de la carrera con contador- Sistemas de control con condiciones de marcha y ajuste (AUTOMATICO/MANUAL, CICLO UNICO/CONTINUO, modo PASO A PASO, PARO a FIN DE CICLO)- Sistemas de control con componentes de vaco- Secuencias de control partiendo de diagramas de fases- Sistemas de control con mdulos secuenciadores- Sistemas de control con condiciones de seguridad (PARO DE EMERGENCIA, recuperacin de PARO DE EMERGENCIA)- Sistemas de control con microsecuenciador (Quickstepper)- Conteo neumtico, memorizacin, suma- Emisin de seales (p.ej vlvula de contrapresain, interruptor de proximidad)- Control secuencial en funcin del tiempo- Localizacin de fallos en amplis sistemas de control neumtico- Normas de seguridad

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Situacin de los objetivos didcticos y ejercicios (Tabla 1)

Objetivo didctico 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20Accionamiento directo decilindro de simple efecto

Ejerc

icios

()

Accionamiento indirectode cilindros de simple efecto

Accionamiento directo decilindros de doble efecto

Accionamiento indirectode cilindros de doble efecto

Creacin de unafuncin OR

Creacin de unafuncin AND

Sistemas de control enfuncin del tiempo ()

Sistemas de control enfuncin de la presina) Vlvula de secuenciab) Regulador de presin

ab b b b

ab b

ab

Uso de finales de carrera(vlvulas de rodillo)

Eliminacin de seales pora) Vlvula de rodillo abatibleb) Vlvula inversora

(a) a(b) b b b b

Sistemas de control con ciclo continuo

Movimientos oscilantes con cilindros

Bucle de autoalimentacin ()Solucin de un problema concaja negra

( ) Objetivos didcticos para posterior evaluacin

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Este juego de elementos ha sido dispuesto para la formacin bsicaen la tecnologa de control neumtico. Contiene todos los componen-tes requeridos para la enseanza del programa propuesto y puedeser suplementado con otros equipos si se desea. Para construir cir-cuitos de control completamente operacionales tambin se necesitaun panel de montaje y una fuente de alimentacin.

Juego decomponentes para elnivel bsico (TP101)(N artculo: 080240)

Descripcin N artculo CantidadConector en T de unin rpida 036315 10

Tubo de plstico, 10 m, plateado 151496 2

Vlvula de 3/2 vas con pulsador, cerrada en reposo 152860 3

Vlvula de 3/2 vas con pulsador, abierta en reposo 152861 1

Vlvula de 5/2 vas con selector 152862 1

Manmetro 152865 2

Vlvula de 3/2 vas con rodillo, cerrada en reposo 152866 3

Vlvula de 3/2 vas con rodillo abatible, cerrada en reposo 152867 1

Vlvula de 5/2 vas, de simple pilotaje 152872 1Vlvula de 5/2 vas de doble pilotaje 152873 3Selector de circuito (OR) 152875 1Vlvula de simultaneidad (AND) 152876 1Temporizador, cerrado en reposo 152879 1

Vlvula de escape rpido 152880 1

Regulador de flujo unidireccional 152881 2Vlvula de secuencia 152884 1

Cilindro de simple efecto 152887 1

Cilindro de doble efecto 152888 2

Vlvula de cierre con filtro regulador 152894 1

Regulador de presin con manmetro 152895 1

Distribuidor 152896 1

Elementos de conexin 152898 1

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Smbolos para loscomponentes

Vlvula de 3/2 vas con pulsador,cerrada en reposo

Vlvula de 3/2 vas con pulsador,abierta en reposo

Vlvula de 5/2 vas con selector Manmetro

Vlvula de 3/2 vas con rodillo,cerrada en reposo

Vlvula de 3/2 vas con rodillo abatible,cerrada en reposo

Vlvula neumtica de 5/2 vas Vlvula de 5/2 vas doble pilotaje

Selector de circuito Vlvula de simultaneidad

1(P)3(R)

2(A)

1(P)5(R) 3(S)

4(A) 2(B)

1(P)3(R)

2(A)

1(P)3(R)

2(A)

1(P)5(R) 3(S)

4(A) 2(B)14(Z)

1(P)5(R) 3(S)

4(A) 2(B)14(Z) 12(Y)

X Y

A

X Y

A

1(P)3(R)

2(A)

18


1 (P)3 (R)

2 (A)

12 (Z)

2(A)

1(P)3(R)

12 (Z)

1 (P) 3 (R)

2 (A)

P R

A

Temporizador,cerrado en reposo

Vlvula de escape rpido

Regulador de caudal unidireccional Vlvula de secuencia

Cilindro de simple efecto Cilindro de doble efecto

Vlvula de cierre con filtro regulador Regulador de presin con manmetro

Distribuidor Elementos de conexin

2 conectores rpidos en T de M52 conectores rpidos en T de 18"2 conectores rpidos en codo de M52 conectores rpidos en codo de 18"6 Tapones con juntas de cierre

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Este juego de componentes para el nivel avanzado ha sido diseadopara un posterior perfeccionamiento en la tecnologa de control neu-mtico. Los dos juegos de componentes (TP101 y TP102) contienentodos los elementos necesarios para alcanzar los objetivos didcticosespecficos y pueden ampliarse segn se desee con la ayuda deotros juegos de componentes del Sistema para la Enseanza de laTcnica de Automatizacin y Comunicaciones.

Juego de componen-tes para el nivel

avanzado (TP102)(N artculo: 080241)

Descripcin N deartculo. Cantidad

Conector en T de unin rpida 036315 20

Conector en T de unin rpida 151496 2

Vlvula de 3/2 vas con pulsador, cerrada en reposo 152860 2

Vlvula de 3/2 vas con selector, cerrada en reposo 152863 1

Vlvula de 3/2 vas de seta, roja, cerrada en reposo 152864 1Vlvula de 3/2 vas de rodillo, cerrada en reposo 152866 1

Vlvula de contrapresin 152868 1

Interruptor neumtico de proximidad 152870 3

Vlvula 3/2 vas neumtica, convertible 152871 2

Vlvula de 5/2 vas, neumtica 152872 2

Vlvula de 5/2 vas doble pilotaje 152873 3Contador neumtico con preseleccin 152877 1

Temporizador, normalmente abierto 152878 1

Regulador de flujo unidireccional 152881 2Selector de circuito, triple (OR) 152882 2Vlvula de simultaneidad, triple (AND) 152883 2Mdulo secuenciador, ampliacin 152885 1

Mdulo secuenciador 152886 1

Actuador lineal, neumtico 152890 1

Adaptador (para actuador lineal) 150519 1Generador de vaco/ventosa 152891 1

Vacuostato 152892 1

Elementos de conexin 152898 1

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Lista de componen-tes adicionales parael TP100

* Estos componentes pueden unirse a la placa perfilada por medio del juego de adaptacin (N artculo: 035 651).

Descripcin N de artculo.Adaptador (para cilindro con vstago hueco) 014571Sensor reflex 152869

Vlvula pilotada de 5/3 vas, accionada neumticamente por amboslados 152874

Carga de traccin/compresin 152889

Indicador ptico 152893

Mdulo amplificaador de baja presin 152900Depsito 152912

Mdulo secuenciador * 158344

Controlador * 158345

Cilindro de doble efecto con vstago hueco 158346

Mdulo de memoria* 158350

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Situacin de los componentes y los ejercicios (Tabla 2)Descripcin 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20Vlvula de 3/2 vas conpulsador, cerrada en reposo

Ejerc

icios

1 1 2 3 1 1 1 1 2 1 2 1 1 1 1 1

Vlvula de 3/2 vas conpulsador,abierta en reposo

1 1

Vlvula de 5/2 vas conselector 1 1 1 1 1 1 1

Manmetro 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2

Vlvula de 3/2 de rodillo,cerrada en reposo 1 2 2 3 2 4 2 3 2 3 3 2 4 4

Vlvula de 3/2 vas conrodillo abatiblecerrada en reposo

2

Vlvula de 5/2 vas 1 2 1 1 1 1 1

Vlvula de 5/2 vas, doblepilotaje 1 1 1 2 1 3 3 2 2 3 3 3 3 2

Selector de circuito (OR) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2Vlvula de simultaneidad(AND) 1 1 1 1 1 1 1 3 1 4

Temporizador, cerrado enreposo 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Vlvula de escape rpido 1 1 1 1

Regulador de caudalunidireccional 1 1 2 1 1 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2 1

Vlvula de secuencia 1 1 1

Cilindro de simple efecto 1 1 1 1 1 1 1

Cilindro de doble efecto 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 2 2

Vlvula de cierre con filtroregulador 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Regulador de presin conmanmetro 1 1 1 1 1 1 1

Distribuidor 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Nmero de componentes 4 7 8 8 11 11 11 15 10 12 14 21 12 12 16 17 17 21 25 19

Nmero de componentesutilizados por primera vez 4 2 2 2 2 3 1 2 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

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Objetivos didcticosEl objetivo didctico global de este libro de ejercicios es el deensear el diseo sistemtico de circuitos y la construccin prcti-ca de sistemas de control sobre la placa perfilada. La interaccindirecta entre la teora y la prctica asegura un rpido progreso.El objetivo didctico detallado se indica en la Tabla.Cada ejercicio tiene asignado un objetivo didctico especfico.Los objetivos importantes a seguir se han puesto entre parntesis.

Informacin importantepara el instructor

Asignacin de tiempoEl tiempo necesario para desarrollar los ejercicios plateados de-pende de los conocimientos previos de los alumnos. Con una for-macin previa como mecnico o electricista: aprox. 2 semanas.Con una formacin previa como tcnico o ingeniero: aproximada-mente 1 semana.

Piezas componentes del equipoLos libros de ejercicios y el equipo se complementan entre s.Para 15 de los 20 ejercicios, todo lo que se necesita son loscomponentes para el nivel bsico TP101. Sin embargo, el montajede los circuitos para cinco de los ejercicios requiere un segundojuego del equipo del nivel bsico. Ejercicio 9: una vlvula adicional de 5/2 vas pilotada

(retorno por muelle) Ejercicio 12: una vlvula adicional de rodillo Ejercicio 15: una vlvula adicional de rodillo abatible Ejercicio 18: dos vlvulas ms de simultaneidad Ejercicio 20: una vlvula ms de rodillo, as como tres vlvulas

de simultaneidad y una ms selectora de circuito Para el montaje prctico del ejercicio 15 (sujecin de cuerpos de

moldes), sera interesante disponer de un indicador ptico accio-nado neumticamente.Para los ejercicios 15 a 19 se ofrecen soluciones alternativas. Sinembargo estos circuitos alternativos normalmente no pueden mon-tarse solamente con un solo juego de componentes del TP101.Para ponerlos en prctica, se requieren componentes del juegode elementos del nivel avanzado TP102. Entre los planteamientosde seguimiento de los problemas, tambin hay algunos que nece-sitan componentes adicionales. Todos los ejercicios del nivel bsi-co pueden montarse en la placa perfilada.

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Formas de presentacinCuando se muestran secuencias de movimientos y estados deconmutacin, se utiliza la notacin abreviada, generalmente conuna separacin por grupos as como los diagramas de movimien-to. Para los ejercicios 6 al 20, la secuencia de movimientos seregistra por medio de diagramas de desplazamiento-fase con l-neas de seales segn VDI 3260. Hasta el ejercicio 5 y por razo-nes didcticas se da una representacin simplificada del diagramade desplazamiento-fase sin las lneas de seales, pero ello tam-bin sigue la norma VDI 3260. La estructura del circuito en losejercicios 15 y 16 permite la creacin de diagramas de desplaza-miento-tiempo.

Los 20 ejercicios de la Parte A estn descritos bajo la misma meto-dologa.

Estructura metodolgica

de los ejerciciosLas dos hojas del ejercicio estn divididas en :- Tema- Ttulo- Objetivo didctico- Problema as como- Descripcin del problema- Croquis de situacin.Las soluciones propuestas en la Parte C ocupan por lo menos cua-tro pginas y estn divididas en: - Esquema del circuito- Diagrama de movimientos- Descripcin de la solucinas como- Diseo del circuito- Lista de componentes.Algunos ejercicios tienen un seguimiento.A partir del ejercicio 15, algunos circuitos alternativos proporcionanuna mayor profundidad en la tecnologa de control neumtico.

24


Parte A Curso

Sistemas de control con un cilindro A-2Ejercicio 1: Dispositivo cargador A-3Ejercicio 2: Clasificador para piezas metlicas estampadas A-5Ejercicio 3: Separador de paquetes postales A-7Ejercicio 4: Distribuidor vertical de ladrillos A-9Ejercicio 5: Dispositivo doblador A-11Ejercicio 6: Mquina de marcaje A-13Ejercicio 7: Distribuidor de rodillos A-15Ejercicio 8: Tambor de soldadura de lminas A-17Ejercicio 9: Separador de piezas A-19Ejercicio 10: Vibrador para botes de pintura A-21

Sistemas de control con movimientos paralelos A-23Ejercicio 11: Alimentador dosificador A-25Ejercicio 12: Mquina para soldar termoplsticos A-27Ejercicio 13: Clasificador de ridos A-29

Sistemas de control con dos actuadores A-33Ejercicio 14: Compactador para basura domstica A-35Ejercicio 15: Sujecin de cuerpos de moldes A-39

Sistemas de control con vlvulas inversoras A-41Ejercicio 16: Entrada a una estacin de corte por lser A-43Ejercicio 17: Automatizacin parcial de una rectificadora

de interiores A-45Ejercicio 18: Mquina taladradora con cuatro husillos A-47Ejercicio 19: Mquina taladradora con alimentador por gravedad A-49

Sistema de control lgico A-53Ejercicio 20: Contador neumtico A-55

A-1


Ejercicios 1 - 10

Al controlar un cilindro, son posibles las siguientes acciones del vs-tago:

Sistemas de controlcon un cilindro

Carrera de avance (de extremo a extremo) Carrera de retroceso (de extremo a extremo) Permanecer en posicin final de retroceso Permanecer en posicin final de avance Inversin del movimiento en una posicin extrema Inversin del movimiento en una parte de la carrera El cilindro permanece entre las posiciones extremas

(es decir, en posicin intermedia)En este captulo se ponen en prctica las primeras seis acciones. Eljuego de elementos para el nivel bsico TP101 consiste en 19 dife-rentes componentes (vlvulas, cilindros, manmetros, pulsadores,etc.) El juego contiene algunos componentes duplicados o incluso tri-plicados. Entre los diez primeros ejercicios, 18 de los 19 componen-tes se utilizan por lo menos una vez. (La vlvula con rodillo abatiblese utiliza en el ejercicio 15.) 1 Dispositivo cargador 2 Clasificador para piezas metlicas estampadas 3 Separador de paquetes postales 4 Distribuidor vertical de ladrillos 5 Dispositivo doblador 6 Mquina de marcaje 7 Distribuidor de rodillos 8 Tambor de soldadura de lminas 9 Separador de piezas10 Vibrador para botes de pintura

Confiamos en que logre su objetivo de adquirir experiencia en neumtica, diseandolos circuitos y montando los sistemas propuestos.

A-2


Neumtica Tema

Dispositivo cargador Ttulo

Funcionamiento de un cilindro de simple efecto Objetivos didcticos Accionamiento directo de un cilindro de simple efecto Utilizacin de una vlvula distribuidora de 3/2 vas Aplicacin de una unidad de mantenimiento con vlvula de cierre

y distribuidor de aire.

Dibujar el diagrama desplazamiento-fase de forma simplificada, sinlas lneas de seales

Problema

Disear y dibujar el diagrama desplazamiento-fase con la ayudade la descripcin del ejercicio y del croquis de situacin.

Comparar la propia solucin con la propuesta Seleccionar de los componentes necesarios de la mesa mvil de

prcticas Insertar los componentes seleccionados en la placa perfilada de

Festo Didactic. Es aconsejable disponer los componentes de for-ma parecida a su distribucin en el esquema del circuito

Conectar el circuito con la presin de aire cerrada. Abrir la presin de aire y realizar una verificacin Seguimiento (vase parte C) Desmontar el sistema de control y poner de nuevo los componen-

tes ordenados en la mesa de prcticas mvil.

A-3Ejercicio 1


Un dispositivo cargador suministra bloques de aluminio en bruto paravlvulas, a una estacin de mecanizado.

Descripcindel Problema

Al presionar un pulsador, se hace avanzar el vstago del cilindro desimple efecto (1.0). Al soltar el pulsador, el vstago retrocede.

1.0

Fig. 1/1: Croquisde situacin

A-4 Ejercicio 1


Neumtica Tema

Clasificador para piezas metlicas estampadas Ttulo

Accionamiento directo de un cilindro de simple efecto Objetivos didcticos Funcionamiento de una vlvula distribuidora de 3/2 vas Conectar y ajustar una vlvula reguladora de caudal de un slo

sentido. Conexin de manmetros


Problema

Disear y dibujar el esquema del circuito del sistema Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito Verificarlo Establecer la duracin de la carrera de avance por medio de una

vlvula reguladora de caudal de un solo sentido Anotar las lecturas de los manmetros en los pasos 1 y 2 Seguimiento Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-5Ejercicio 2


Por el accionamiento de un pulsador, unas piezas metlicas que sehallan depositadas aleatoriamente, son clasificadas y transferidas auna segunda cinta transportadora. El movimiento de avance del vs-tago del cilindro de simple efecto (1.0) toma un tiempo de t = 0,4segundos. Al soltar el pulsador, el vstago regresa a su posicin deorigen. Deben instalarse dos manmetros: uno antes y otro despusde la vlvula reguladora de caudal de un solo sentido.

Descripcin del problema

1.0


(Vista en planta)

A-6 Ejercicio 2


Neumtica Tema

Separador de paquetes postales Ttulo

Accionamiento directo de un cilindro de simple efecto Objetivos didcticos Funcionamiento de una vlvula distribuidora de 3/2 vas abierta en

reposo Constatacin de que existen vlvulas distribuidoras normalmente

cerradas y normalmente abiertas Ajuste de una vlvula reguladora de caudal de un solo sentido Comprender el funcionamiento de una vlvula de escape rpido


Problema

Disear y dibujar el esquema del circuito del sistema Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito Verificarlo Ajustar el tiempo de la carrera de avance con la vlvula regulado-

ra de caudal Anotar las lecturas de los manmetros en los pasos 1 y 2 Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-7Ejercicio 3


Un dispositivo separador de paquetes postales los eleva desde untransportador de rodillos inclinado, hasta un tnel de rayos-X.


El accionamiento de un pulsador, provoca un rpido retroceso delcilindro de simple efecto (1.0) con la plataforma de recepcin del pa-quete. Al soltar el accionador de la vlvula, el vstago del cilindroavanza. El tiempo de avance es de t = 0,9 segundos. Debe montar-se un manmetro antes y otro despus de la vlvula reguladora decaudal de un solo sentido.

1.0

Fig. 3/1: Croquisde situacin (Vista lateral)

A-8 Ejercicio 3


Neumtica Tema

Distribuidor vertical de ladrillos Ttulo

Accionamiento directo de un cilindro de doble efecto Objetivos didcticos Funcionamiento de una vlvula de 5/2 vas con muelle de retorno

e interruptor selector


Problema

Disear y dibujar el esquema del circuito Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito Verificarlo Ajustar el tiempo de las carreras de avance y retroceso con las

vlvulas reguladoras de caudal Seguimiento Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-9Ejercicio 4


Con la ayuda de un una rampa de desvo vertical, deben distribuirseopcionalmente ladrillos a dos cintas transportadoras.


El destino de los ladrillos (rampa arriba o abajo) se selecciona pormedio de una vlvula con un interruptor selector. La posicin supe-rior del cilindro de doble efecto (1.0) se realiza en t1 = 3 segundos;mientras que el descento se realiza en t2 = 2,5 segundos. Debe in-dicarse la presin en ambos lados del mbolo. En posicin inicial, elcilindro debe hallarse en su posicin de vstago retrado.

1.0


A-10 Ejercicio 4


Neumtica Tema

Dispositivo doblador Ttulo

Accionamiento indirecto de un cilindro de doble efecto Objetivos didcticos Funcionamiento de una vlvula de 5/2 vas con accionamiento por

pilotaje neumtico y retorno por muelle Utilizacin de una vlvula de simultaneidad (puerta AND) Aprender que un elemento final de control puede ser influido por

medio de una conexin en AND


Problema

Disear y dibujar el esquema del circuito Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito Verificarlo Seguimiento Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-11Ejercicio 5


El accionamiento simultneo de dos vlvulas de pulsador idnticas,hace avanzar la herramienta de forma de un dispositivo doblador ydoblar el extremo de una plancha plana


Si se suelta uno o ambos pulsadores, el cilindro de doble efecto(1.0) retrocede lentamente a su posicin inicial. Se indican las pre-siones en el cilindro.

1.0

Fig. 5/1: Croquisde situacin (Vista lateral)

A-12 Ejercicio 5


Neumtica Tema

Mquina de marcaje Ttulo

Accionamiento indirecto de un cilindro de doble efecto Objetivos didcticos Funcionamiento de una vlvula de 5/2 vas con accionamiento por

doble pilotaje neumtico Utilizacin de una vlvula selectora de circuito (puerta OR) Constatacin de que un actuador puede estar influido por una co-

nexin OR o por una conexin AND Utilizacin de una vlvula de 3/2 vas accionada por rodillo

Dibujar el diagrama desplazamiento-fase (con las lneas de sea-les)

Problema

Disear y dibujar el esquema del circuito Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito Verificarlo Seguimiento Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-13Ejercicio 6


Deben marcarse unas balizas de mediciones topogrficas con unafranja roja. Puede elegirse entre dos pulsadores para iniciar el movi-miento de avance del cilindro (1.0), que deber avanzar con el airede escape estrangulado. La carrera de retroceso tambin debe seriniciada por medio de un pulsador, pero con la condicin de que elcilindro de doble efecto (1.0) haya alcanzado su posicin final delan-tera.


1.0

Fig. 6/1: Croquis desituacin

(Vista frontal)

A-14 Ejercicio 6


Neumtica Tema

Distribuidor de rodillos Ttulo

Accionamiento indirecto de un cilindro de doble efecto con vlvulabiestable (memoria)

Objetivos didcticos

Utilizacin de una vlvula neumtica biestable con accionamientomanual

Utilizacin de una vlvula temporizadora normalmente cerrada Diseo y construccin de un sistema de control con movimiento

alternativo (ciclo continuo)


Problema

Disear y dibujar el esquema del circuito Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito Verificarlo Ajustar los tiempos de las carreras con las vlvulas reguladoras

de caudal Ajustar la vlvula temporizadora Comprobar la duracin del ciclo Seguimiento Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-15Ejercicio 7


Un cilindro de doble efecto (1.0) alimenta unos rodillos hacia un dis-positivo de medida. Los rodillo se separan por medio de un movi-miento alternativo continuo. El movimiento de oscilacin puede ini-ciarse por medio de una vlvula con interruptor selector.


La duracin de la carrera de avance del cilindro es de t1 = 0,6 se-gundos, la carrera de retroceso es de t3 = 0,4 segundos. El cilindrodebe permanecer en posicin delantera durante un tiempo t2 = 1,0segundos, resultando con ello un tiempo de ciclo total de t4 = 2,0segundos.

1.0

Messfix


A-16 Ejercicio 7


Neumtica Tema

Tambor de soldadura de lminas Ttulo

Accionamiento indirecto de un cilindro de doble efecto con vlvulabiestable

Objetivos didcticos

Utilizacin de un regulador de presin para limitar la fuerza delmbolo

Utilizacin de una vlvula de secuencia Realizacin de un sistema de control con ciclo nico y ciclo conti-

nuo por medio de una vlvula con interruptor selector


Problema

Disear y dibujar el esquema del circuito Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito Verificarlo Ajustar la vlvula temporizadora Ajustar el regulador de caudal de un solo sentido Ajustar el regulador de presin y la vlvula de secuencia Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-17Ejercicio 8


Un til de soldadura calentado elctricamente, es presionado por uncilindro de doble efecto (1.0) contra un tambor fro, soldando unahoja de plstico que forma un tubo. La carrera de avance se iniciapor la accin sobre un pulsador. La fuerza mxima del cilindro seajusta a 4 bar (= 400 kPa) por medio de un regulador de presincon manmetro. (Con ello se evita que el til de soldadura dae eltambor). La carrera de retroceso no se inicia hasta que no se hayaalcanzado la posicin final extrema y la presin en la cmara delmbolo haya alcanzado 3 bar (= 300 kPa).


En este caso se estrangula el aire de alimentacin al cilindro. Elcaudal debe ajustarse tal forma que el incremento de presin hastap = 3 bar (=300 kPa) solamente se realice despus de un tiempo t1= 3 segundos, una vez que el cilindro haya alcanzado su posicinfinal delantera (los extremos de la lmina, que estn solapados, sesueldan por el til caliente en el momento en que se aplica la pre-sin adecuada).Un nuevo ciclo solamente puede iniciarse cuando se haya alcanzadola posicin final de vstago retrado y haya transcurrido un tiempode t2 = 2 segundos. Invirtiendo una vlvula de 3/2 vas con interrup-tor selector, el sistema funciona en ciclo continuo (para fines didcti-cos).

1.0


A-18 Ejercicio 8


Neumtica Tema

Separador de piezas Ttulo

Accionamiento indirecto de un cilindro de simple efecto Objetivos didcticos Alimentacin y descarga del aire en un cilindro de simple efecto Desarrollo y construccin de un circuito de autorretencin con

"paro prioritario" (o con "marcha prioritaria") Familiarizacin con la notacin abreviada, utilizada para mostrar

movimientos de cilindros


Problema

Disear y dibujar el esquema del circuito Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito Verificarlo Ajustar el regulador de caudal Seguimiento Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-19Ejercicio 9


Unos bloques de fundicin, deben alimentarse a la mquina 1 o a lamquina 2. Una breve pulsacin de una vlvula. hace que el cilindrode simple efecto (1.0) avance con velocidad controlada. Al accionarun segundo pulsador, el cilindro retrocede tambin con velocidadcontrolada. La memorizacin de la seal de avance se realiza pormedio de un circuito neumtico de autorretencin con "paro priorita-rio"


A + A Notacin abreviadaA + el vstago del cilindro (1.0) avanza.A el vstago del cilindro (1.0) retrocede.

12

1.0A

Fig. 9/1: Croquis de situacin

A-20 Ejercicio 9


Neumtica Tema

Vibrador para botes de pintura Ttulo

Accionamiento indirecto de un cilindro de doble efecto Objetivos didcticos Utilizacin de una vlvula de rodillo en la posicin central de la

carrera del vstago Realizacin de un movimiento alternativo el un rango parcial de la

carrera

Reconocer que la frecuencia de oscilacin depende del caudal deaire

Memorizacin de una seal de entrada con una vlvula biestable(vlvula de 5/2 de doble pilotaje)

Dibujar el diagrama desplazamiento-fase (sin las lneas de seales)

Problema

Disear y dibujar el esquema del circuito Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito Verificarlo Ajustar la frecuencia de oscilacin por medio del caudal suminis-

trado Seguimiento Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-21Ejercicio 10


Una vez que se han vertido las pinturas lquidas con los correspon-dientes los colores en un bote, se mezclan en la mquina vibradora.

Descripcindel problema

Al accionar un pulsador, el cilindro que se halla avanzado (1.0) re-trocede completamente y ejecuta un movimiento alternativo de vaivnen la zona posterior de la carrera. El vaivn est limitado por lavlvula de rodillo de la posicin final retrada, y por una segundavlvula de rodillo en el centro de la carrera. La frecuencia de la os-cilacin puede ajustarse entre ciertos lmites, variando la presin ycon ello el caudal de aire de alimentacin. Ajustar una presin de p= 4 bar (=400 kPa).Despus de un tiempo determinado, la vibracin se desconecta. Elcilindro de doble efecto avanza completamente y acciona una terceravlvula de rodillo. Fijar un tiempo de vibracin de t = 5 segundos

1.0A


A-22 Ejercicio 10


Ejercicio 11 13

En los ejercicios 11, 12 y 13, se controlan simultneamente dos otres cilindros. Los cilindros se mueven sincronizadamente o en movi-miento alternativo.

Sistemas de mandocon movimientos paralelos

Cuando los cilindros avanzan y retroceden, es necesario vencer lasfuerzas de rozamiento. Las fuerzas de rozamiento se producen tantopor el rozamiento del mbolo con la pared interior del cilindro comoentre el vstago y el cojinete, Dado que estas fuerzas generalmenteno son idnticas para todos los cilindros, su sincronizacin solamen-te es posible bajo determinadas condiciones. Este problema semuestra en el ejercicio 11. Los ejercicios 12 y 13 estn previstos parofrecer una mejor profundizacin en el tema.

11 Alimentador dosificadorControl de dos cilindros de doble efecto en movimiento alternati-vo por medio de un solo elemento final de potencia.

12 Mquina para soldar termoplsticosControl de dos cilindros de doble efecto, sincronizados por me-dio de dos vlvulas de potencia y un elemento final de control.

13 Clasificador de ridosControl de dos cilindros de doble efecto y un cilindro de simpleefecto por tres componentes finales y dos vlvulas de rodillo.

A-23


A-24


Neumtica Tema

Alimentador dosificador Ttulo

Accionamiento indirecto de un cilindro de doble efecto por mediode una vlvula de control final

Objetivos didcticos

Disear y montar un circuito con autorretencin de "marcha priori-taria"

Establecer un circuito de vaivn temporizado (Reconocer los problemas que surgen cuando se conectan cilin-

dros en paralelo a baja presin)

Dibujar el diagrama desplazamiento-fase (con las lneas de seales)

Problema

Disear y dibujar el esquema del circuito Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito Verificarlo Ajustar los temporizadores Ajustar el regulador de caudal para la temporizacin Seguimiento Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-25Ejercicio 11


Una piezas torneadas para la fabricacin de ejes, se alimentan dedos en dos a un centro de mecanizado. Para separarlas por pares,se utilizan dos cilindros de doble efecto controlados por la mismavlvula distribuidora, pero con movimientos de avance/retrocesoopuestos. En posicin inicial, el cilindro superior (1.0/1) se halla re-trado, mientras que el cilindro inferior (1.0/2) se halla en posicinavanzada. Las piezas torneadas se apoyan en el segundo cilindro(1.0/2).


Una seal de marcha, hace que el cilindro (1.0/1) avance y el cilin-dro 1.0/2) retroceda. Dos piezas ruedan hacia el centro de mecani-zado. Despus de un tiempo ajustable de t1 = 1 segundo, el cilindro(1.0/1) retrocede y el cilindro 1.0/2) avanza al mismo tiempo. El ciclosiguiente solamente puede empezar cuando ha transcurrido un inter-valo de tiempo de t2 = 2 segundosEl sistema se pone en marcha por medio de una vlvula de pulsa-dor. Una vlvula con dos posiciones posibilita la realizacin de unciclo nico o de un ciclo continuo. Despus de haber quedado todoel sistema sin presin, no debe iniciarse un nuevo ciclo de separa-cin sin que se presione de nuevo el pulsador.

A + A B B +

Notacin abreviada

En esta forma de notacin abreviada, los movimientos que se produ-cen simultneamente se indican uno encima del otro:(A +, B bien A , B +).

1.0/1A

1.0/2B

Span-fix


A-26 Ejercicio 11


Neumtica Tema

Mquina para soldar termoplsticos Ttulo

Accionamiento indirecto de dos cilindros de doble efecto con dosvlvulas de control final

Objetivos didcticos

Utilizacin de vlvulas de 5/2 vas con doble pilotaje como vlvu-las de control

Movimiento paralelo de dos cilindros por medio de la estrangula-cin regulable del aire de escape.

Establecimiento de una funcin AND por medio de una vlvula desimultaneidad y conectando dos vlvulas en serie

Dibujar el diagrama desplazamiento-fase (con las lneas de seales)

Problema

Disear y dibujar el esquema del circuito Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito Verificarlo Ajustar los temporizadores Ajustar el regulador de presin Ajustar los reguladores de caudal para sincronizar el movimiento

paralelo de los cilindros Seguimiento Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-27Ejercicio 12


Dos cilindros de doble efecto (1.0) y (2.0) presionan juntos una ba-rra calentada elctricamente y con ello se unen por soldadura doslminas de material termoplsico. El grosor de las lminas vara en-tre 1,5 y 4 mm. Las costuras pueden ser de cualquier longitud. Lafuerza de ambos cilindros debe limitarse por medio de un reguladorde presin. Ajustar un valor de p = 4 bar (= 400 kPa).


Accionando un pulsador, dos cilindros de doble efecto deben avan-zar en paralelo con el aire de escape estrangulado. Para ayudar enla regulacin, se han montado manmetros entre los cilindros y losreguladores de caudal. Se interroga la posicin final de los cilindros. Despus de un tiempo de t = 1,5 segundos, la barra regresa a suposicin inicial. La carrera de retroceso puede iniciarse instantnea-mente por medio de un segundo pulsador.A + A B + B

Notacin abreviada

1.0A

2.0B


A-28 Ejercicio 12


Neumtica Tema

Clasificador de ridos Ttulo

Accionamiento indirecto de dos cilindros de doble efecto y uno desimple efecto, cada uno con una vlvula de control final.

Objetivos didcticos

Reconocer que la frecuencia de oscilacin puede variar con la ali-mentacin del aire

Constatar que se puede influir sobre varios elementos finales decontrol con un generador de seal (vlvula de accionamiento porrodillo)

Escribir la notacin abreviada de los movimientos del cilindro Problema Disear y dibujar el esquema del circuito Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito Verificarlo Ajustar la frecuencia de oscilacin variando la cantidad de aire

suministrado, utilizando el regulador de presin Seguimiento Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-29Ejercicio 13


En una estacin de machaqueo, las piedras procedentes del tritura-dor se alimentan a dos tamices por medio de una cinta transporta-dora. El tamiz superior fino (1.0) oscila en movimiento de vaivn in-verso al de tamiz inferior basto (2.0). La frecuencia de oscilacin delos cilindros de doble efecto se fija en f = 1 Hz por medio de lapresin de aire que los alimenta, de acuerdo con la carga. La inver-sin se realiza por medio de vlvulas de accionamiento por rodillo.Un tercer cilindro de simple efecto (3.0) desbloquea los tamices pormedio de un cable. El clasificador de ridos se conecta y desconec-ta por medio de una vlvula con un interruptor selector.


Fig. 13/1: Diagrama desplazamiento-fase

A-30 Ejercicio 13


3.0C

2.0B1.0

A


A-31Ejercicio 13


A-32 Ejercicio 13


Ejercicio 14 y 15

El ejercicio 14 es el primero de esta serie con dos cilindros queavanzan en ms de dos pasos. La secuencia de movimientos escontrolada por finales de carrera (vlvulas de rodillo).

Sistemas con dos actuadores

El principal problema del ejercicio 15 es la eliminacin de seales depilotaje que ya no se necesitan en la vlvula final de potencia. La eliminacin de seales en los sistemas secuenciales puede serresuelta neumticamente por diferentes medios. Una posibilidad sim-ple es la de utilizar vlvulas de rodillo abatible. La utilizacin de vl-vulas inversoras (memorias auxiliares) para la eliminacin de sea-les, forma otra posibilidad (circuito alternativo B). En el curso del se-guimiento del ejercicio 15, se muestra por primera vez un diagramadesplazamiento tiempo del sistema montado

14 Compactador para basura domsticaActivacin de dos cilindros de simple efecto por medio de doselementos finales de potencia. Las vlvulas finales estn influi-das por generadores de seal (interruptor selector, vlvula de ro-dillo y presostato ajustable)

15 Sujecin de cuerpos de moldesActivacin de dos cilindros de doble efecto por medio de doselementos finales de potencia. Las vlvulas finales estn influi-das por generadores de seal (interruptor selector, vlvula de ro-dillo y vlvula de rodillo abatible).Circuito alternativo B: Control por medio de una vlvula inversora

A-33


A-34


Neumtica Tema

Compactador de basura domstica Ttulo

Aprender a interpretar un diagrama desplazamiento-fase con l-neas de seal segn VDI 3260

Objetivos didcticos

Activacin indirecta de dos cilindros con dos vlvulas de controlfinal

Control de la secuencia de movimientos con tres vlvulas acciona-das por rodillo

Funcionamiento de una vlvula de secuencia

Escribir la notacin abreviada de los movimientos de los cilindros Problema Disear y dibujar el esquema del circuito Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito Verificarlo Ajustar la vlvula de secuencia Seguimiento Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-35Ejercicio 14


El prototipo de un compactador de basura domstica se acciona conuna presin mxima de p = 3 bar = 300 kPa. Est equipado conun compactador previos (1.0) que incluye un destructor de cristales,as como de un compactador principal (2.0), que ejerce una fuerzamxima de F = 2200 N. Cuando se presiona un pulsador de mar-cha, primero avanza el compactador previo y a continuacin el com-pactador principal. La carrera de retorno de ambos cilindros de dobleefecto se realiza simultneamente.En el caso de que el compactador principal no alcance su posicinfinal delantera depsito de basura lleno, la carrera de retroceso deambos cilindros se inicia por medio de una vlvula de secuencia.Esta se ajusta para que conmute a p = 2,8 bar (=280 kPa).


1.0A

2.0B


A-36 Ejercicio 14


Fig. 14/2: Diagrama desplazamiento-fase

A-37Ejercicio 14


A-38 Ejercicio 14


Neumtica Tema

Sujecin de cuerpos de moldes Ttulo

Accionamiento indirecto de dos cilindros con dos vlvulas de con-trol

Objetivos didcticos

Limitacin de la mxima fuerza del cilindro ajustando la presinde trabajo

Utilizacin de una vlvula de 3/2 vas con rodillo abatible para laeliminacin de seales

Utilizacin de un indicador ptico accionado neumticamente (Reconocimiento de los problemas que surgen con las seales de

bloqueo de los pilotajes (eliminacin de seales permanentes) (Registro sin ayuda del diagrama desplazamiento-tiempo) (Reconocimiento del funcionamiento de una vlvula inversora)

Escribir la notacin abreviada Problema Dibujar el diagrama desplazamiento-fase (con lneas de seales) Disear y dibujar el esquema del circuito Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito Verificarlo Ajustar los reguladores de caudal Ajustar la presin de fijacin p = 4 bar = 400 kPa Seguimiento Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-39Ejercicio 15


Al accionar un pulsador, se alimenta y se fija un bloque desde unalmacn por gravedad a una estacin de mecanizado, por medio deun cilindro de doble efecto (1.0)


Un segundo cilindro de doble efecto, con la presin reducida (2.0)sujeta entonces el bloque en sentido perpendicular al primero. El re-gulador de presin se ajusta a p = 4 bar (= 400 kPa). Los cilindrosavanzan en un tiempo t1 = t2 = 1. La finalizacin de la operacin desujecin se indica por medio de un indicador ptico accionado neu-mticamente.Una vez finalizada la mecanizacin, se acciona un segundo pulsa-dor. Esto hace que ambos cilindros retrocedan sin estrangulacin ensecuencia inversa.

1.0A

2.0B


A-40 Ejercicio 15


Ejercicio 16 19

En los ejercicios 16 19, las vlvulas inversoras (memorias auxilia-res, vlvulas de 5/2 vas de doble pilotaje) se utilizan para la desco-nexin de seales. La ventaja de utilizar la tcnica de vlvulas inver-soras frente a las vlvulas con rodillo abatible, reside en la elevadafiabilidad del funcionamiento.

Sistemas de controlcon vlvulas inversoras

Como introduccin a esta tcnica de vlvulas inversoras se muestranvarios circuitos alternativos. En el ejercicio 18, el cilindro realiza undoble movimiento (A+ A- A+ A-). Por ello, es necesaria una divisinen cuatro grupos, que se consigue conectando en serie tres vlvulasinversoras. Sin embargo, actualmente solamente se utilizan circuitoscon una o dos vlvulas inversoras.Se consigue incluso una ms elevada fiabilidad empleando mdulossecuenciadores del juego de componentes del nivel avanzado TP102del Sistema para la Enseanza de las Tcnicas de Automatizacin yComunicaciones. (Vase la solucin alternativa D, ejercicio 16, solu-cin alternativa C, ejercicio 17 y solucin alternativa B, ejercicio 18).

Dentro del mbito del seguimiento del ejercicio 16, se introduce porsegunda vez el trazado del diagrama desplazamiento tiempo del cir-cuito montado.

A-41


16 Entrada a una estacin de corte por lserActivacin de dos cilindros de doble efecto con dos vlvulas depotencia finales. Las vlvulas finales estn controladas por unavlvula inversora (memoria auxiliar) y varios generadores de se-al. Dibujar el diagrama de desplazamiento tiempo del sistemamontado.

Circuito alternativo B: Sistema de control con vlvula inversoray generadores de seales activos

Circuito alternativo C: Sistema de control utilizando vlvulas derodillo abatible

Circuito alternativo D: Circuito con mdulo secuenciador(esquema del circuito, conexin del circuito)

17 Automatizacin parcial de una rectificadora de interioresControl de un avance lineal hidroneumtico (cilindro de dobleefecto) y de un cilindro de simple efecto con dos vlvulas de po-tencia. Estas vlvulas finales estn controladas por dos vlvulasinversoras y varios generadores de seal

Circuito alternativo B: Control por dos vlvulas inversoras y generadores de seal activos

Circuito alternativo C: Sistema con mdulo secuenciador

18 Mquina taladradora con cuatro husillosControl de una unida de avance hidroneumtica (cilindro de do-ble efecto) con una vlvula de potencia. La vlvula de potenciaest influida por tres vlvulas inversoras y varios generadoresde seales.

Circuito alternativo B: Control, por mdulo secuenciador

19 Mquina taladradora con alimentador por gravedadActivacin de tres cilindros (cilindro de doble efecto, unidad deavance lineal hidroneumtica y cilindro de simple efecto) con treselementos finales de potencia. Estas vlvulas de potencia estn in-fluidas por una vlvula inversora y diversos generadores de seal.

Circuito alternativo B: Control por dos vlvulas inversoras y generadores de seal activos.

A-42


Neumtica Tema

Entrada a una estacin de corte por lser Ttulo

Accionamiento indirecto de dos cilindros con dos vlvulas finalesde control

Objetivos didcticos

Utilizacin de una vlvula inversora para la eliminacin de sealespermanentes

Repaso del contenido didctico de ejercicios anteriores (Registro sin ayuda del diagrama desplazamiento-tiempo) (Reconocimiento de las ventajas y desventajas de los circuitos al-

ternativos)

Determinar la notacin abreviada con divisin en grupos Problema Dibujar el diagrama desplazamiento-fase (con lneas de seales) Disear y dibujar el esquema del circuito Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito Verificarlo Ajustar los reguladores de caudal Ajustar la vlvula temporizadora Seguimiento Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-43Ejercicio 16


Unas piezas de plancha de acero inoxidable de 0,6 mm de gruesose sitan manualmente en una estacin de entrada. Despus de ac-cionar una vlvula por medio de un pulsador, el cilindro expulsor(2.0) retrocede con el aire de escape estrangulado mientras que, almismo tiempo, el cilindro de fijacin (1.0) tambin avanza con el airede escape estrangulado; la plancha sin mecanizar es empujada y fi-jada. Debe ajustarse un tiempo de ciclo de t1 = 0,5 segundos paraambos cilindros.


Durante un tiempo de pinzado ajustable de t2 = 0,5 segundos, uncabezal de corte por lser produce un tamiz de paso fino. Una vezrealizada la operacin, el cilindro de sujecin retrocede sin restric-cin, y a continuacin el cilindro expulsor empuja del tamiz termina-do, que es desbarbado en una posterior operacin. Las lneas de presin S1 y S2 de la vlvula inversora se supervisancon dos manmetros.

1.0A

2.0B


A-44 Ejercicio 16


Neumtica Tema

Automatizacin parcial de una rectificadora de interiores Ttulo

Accionamiento indirecto de dos cilindros con dos vlvulas finalesde control

Objetivos didcticos

Diseo y montaje de un sistema de mando con dos vlvulas in-versoras para eliminacin de seales

Repaso del contenido didctico de ejercicios anteriores (Reconocimiento de las ventajas y desventajas de los circuitos al-

ternativos)

Determinar la notacin abreviada con divisin en grupos Problema Dibujar el diagrama desplazamiento-fase (con lneas de seales) Disear y dibujar el esquema del circuito Comparar la propia solucin con la propuesta. Montar el circuito Ajustar la vlvula temporizadora Seguimiento Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-45Ejercicio 17


Utilizando una unidad de avance lineal neumtica con freno hidruli-co, se rectifica el interior de unos anillos de rodadura torneados, queuna vez acabados son expulsados por un segundo cilindro.


Despus de accionar el pulsador de una vlvula de entrada de se-al, la unidad de avance hidroneumtica (1.0) avanza lentamentepara rectificar el interior del anillo y permanece en posicin delanteradurante un tiempo t = 2 segundos para realizar el acabado. Cuandose alcanza la posicin final retrada, se acciona una segunda vlvulade rodillo y el cilindro expulsor (2.0) avanza. El cilindro expulsor desimple efecto, que est controlado por una vlvula de potencia conmuelle de retorno, da continuidad a la secuencia en su movimientode retroceso, cuando alcanza una tercera vlvula de accionamientopor rodillo. Se conectan manmetros a las lneas S1 y S3.

Fig. 17/1: Croquis de situacin(Anillo de rodadura)

A-46 Ejercicio 17


Neumtica Tema

Mquina taladradora con cuatro husillos Ttulo

Mando indirecto de cilindros de doble efecto Objetivos didcticos Diseo y montaje de un sistema de mando con tres vlvulas in-

versoras.

Repaso del contenido didctico de ejercicios anteriores Formulacin independiente de la descripcin de la solucin (Reconocimiento de las ventajas y desventajas de los circuitos al-

ternativos)

Determinar la notacin abreviada con divisin en grupos Problema Dibujar el diagrama desplazamiento-fase (con lneas de seales) Disear y dibujar el esquema del circuito Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito Verificacin Ajustar los reguladores de caudal Ajustar la vlvula temporizadora Realizar la propia descripcin de la solucin Comparar la propia solucin con la propuesta Seguimiento Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-47Ejercicio 18


Mecanizar distanciadores utilizando una mquina taladradora de cua-tro husillos.


Al accionar una vlvula de pedal (simulada por un pulsador), loscuatro ejes de la mquina de taladrad realizan un doble movimiento.La unidad de avance con freno hidrulico (1.0) est controlada poruna vlvula de control final con muelle de retorno. El control de lamquina se realiza por medio de tres vlvulas inversoras que con-mutan secuencialmente. Para comprobar la secuencia, se conectanmanmetros a las lneas S1 y S4.Primero, se realizan dos taladros de gua de 8 mm de dimetro. Acontinuacin, los cuatro husillos retroceden. Una vez se ha posicio-nado el distanciador, se hacen los agujeros de 20 mm de dimetro.El movimiento de avance est muy estrangulado; la carrera de retro-ceso est casi sin estrangular. Un regulador de presin determina lamxima fuerza del cilindro. Ajustar la presin a p = 4 bar (400 kPa).Entre los movimientos de la broca, el cilindro es sostenido durantet = 1,5 segundos en la posicin de vstago retrado. El accionamien-to de una vlvula de pedal (simulado por una vlvula con selector)provoca el inmediato retroceso de la carrera de avance, es decir,impide que avance el husillo de taladrar.

Fig. 18/1: Dibujo dela pieza (Distanciador)

A-48 Ejercicio 18


Neumtica Tema

Mquina taladradora con alimentador por gravedad Ttulo

Determinar la notacin abreviada con divisin en grupos Objetivos didcticos Mando indirecto de dos cilindros de doble efecto y uno de simple

efecto, cada uno con una vlvula de control final Diseo y construccin de un sistema de control con una vlvula

inversora Repaso del contenido didctico de ejercicios anteriores

Determinar la notacin abreviada con divisin en grupos Problema Dibujar el diagrama desplazamiento-fase (con lneas de seales) Disear y dibujar el esquema del circuito Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito Verificacin Ajustar el temporizador Ajustar la vlvula de secuencia Ajustar el regulador de presin Ajustar los reguladores de caudal Seguimiento Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

Fig. 19/1: Dibujo de la pieza (Acabada)

A-49Ejercicio 19


Unas piezas cbicas de acero, son alimentadas desde un almacnde carga por gravedad a una mquina de mecanizado, fijadas, me-canizadas y expulsadas.


Un cilindro de doble efecto dispuesto horizontalmente, con el aire deescape estrangulado (1.0) empuja las piezas fuera del almacn bajoel husillo de la taladradora y las mantiene sujetas contra un topefijo. Cuando se ha alcanzado la presin requerida de p = 4 bar (400kPa) el husillo de taladrado (2.0) avanza empujado por una unidadlineal hidroneumtica, haciendo descender la broca. La fuerza de pe-netracin mxima se ajusta por medio de un regulador de presin.Se ajusta a p = 5 bar (=500 kPa). Una vez se ha alcanzado laprofundidad deseada, fijada por una vlvula de accionamiento por ro-dillo, empieza la carrera de retroceso sin restriccin.Al finalizar la carrera de retroceso, la pieza es expulsada por un ci-lindro de simple efecto (3.0). Despus de un perodo t = 0,6 segun-dos, empieza la carrera de retroceso rpida. Cuando el cilindro ex-pulsor haya alcanzado la posicin final retrada se acciona una cuar-ta vlvula de rodillo, cuya seal puede utilizarse para permitir el ini-cio de un nuevo ciclo. Un manmetro independiente, indica la fuerzade sujecin del cilindro (1.0). A la lnea S2 se conecta un segundomanmetro.El sistema de control se pone en marcha accionando el pulsador deinicio de ciclo. Para seleccionar el ciclo continuo, se invierte una vl-vula con selector.

A+ B+ B A C+ CNotacin abreviada

A-50 Ejercicio 19


1.0A

2.0B

3.0C


A-51Ejercicio 19


A-52 Ejercicio 19


Ejercicio 20

En el esquema del circuito, debe distinguirse entre:

Sistema de control lgico

actuadores (p.ej. cilindros de doble efecto) procesadores de seales (p.ej vlvula de simultaneidad) sensores (p.ej. vlvulas de rodillo)Las cifras binarias cero y uno pueden indicarse por medio de uncilindro. cilindro con vstago retrado significa cero cilindro con vstago extendido significa unoCon dos cilindros es posible mostrar cuatro figuras.

20 Contador neumticoControl de dos cilindros de doble efecto por medio de dos vlvu-las finales. Los actuadores son controlados por un procesador.El procesador recibe las seales procedentes de los sensoresque determinan la posicin de los actuadores.

A-53


A-54


Neumtica Tema

Contador neumtico Ttulo

Mando indirecto de dos cilindros de doble efecto a travs de dosvlvulas de control final

Objetivos didcticos

Resolver el "problema de la caja negra" que se ha planteado Utilizacin de las operaciones lgicas AND y OR (Diseo y montaje de un generador de pulsos)

Determinar la notacin abreviada Problema Dibujar el diagrama desplazamiento-fase (con lneas de seales) Disear y dibujar el procesador Disear y dibujar el esquema del circuito Comparar la propia solucin con la propuesta Montar el circuito con funcionamiento autnomo Seguimiento Desmontar y guardar de nuevo los componentes ordenadamente

A-55Ejercicio 20


Con dos cilindros de doble efecto, es posible representar los estadosbinarios 00, 01, 10 y 11. Dos vlvulas de control final (1.1) y (2.1)controlan los cilindros (1.0) y (2.0). Cuatro vlvulas de rodillo (1.2) y(1.3) as como (2.2) y (2.3) indican el estado de los cilindros deconteo al procesador. La seal de continuidad (seal de conteo) seintroduce por medio del pulsador (0.3).Desarrollar un procesador puramente neumtico (3.0) con cuatro en-tradas y cuatro salidas. El contador neumtico debe incrementarsepor un dgito con cada seal de entrada, es decir, de 3 a 0, de 0 a1, de 1 a 2, etc.


Fig. 20/1: Esquema del circuito (incompleto)

A-56 Ejercicio 20


Parte B

Fundamentos

B-1Fundamentos


B-2 Fundamentos


Captulo 1

Conceptos bsicos de la neumtica

B-3Fundamentos


El aire es una mezcla de gases y tiene la siguiente composicin:1.1 Fundamentos fsicos

aprox. 78 Vol.% de nitrgeno aprox. 21 Vol.% de oxgeno

El aire contiene, adems, trazas de dixido de carbono, argn, hidrgeno,nen, helio, criptn y xenn.

Para facilitar el entendimiento de las leyes fsicas se incluye a continuacinuna lista de las magnitudes fsicas. Los datos corresponden al "Sistema Inter-nacional de Unidades" (SI). Magnitud Dimensin Nombre y smboloUnidades fundamentales

Longitud l metro (m)Masa m kilogramo (kg)Tiempo t segundo (s)Temperatura T Kelvin (K, 0 oC = 273,15 K)Magnitud Dimensin Nombre y smboloUnidades derivadas

Fuerza F Newton (N), 1 N = 1 kg m/s2Superficie A metro cuadrado (m2)Volumen V metro cbico (m3)Caudal qV (m3/s)Presin p Pascal (Pa)

1 Pa = 1 N/m21 bar = 105 Pa

Ley de Newton: Fuerza = Masa Aceleracin

F = m aEn caso de cada libre, a es sustituida por laaceleracin normal de la gravedad g = 9,81 m/s2

Presin: 1 Pa corresponde a la presin que ejerce unafuerza perpendicular de 1N sobre una superficie de 1 m2.

B-4 Fundamentos


La presin imperante en la superficie terrestre es denominada presin atmos-frica (pamb). Esta presin tambin es denominada presin de referencia. Lapresin superior a esta presin de referencia es denominada sobrepresin(pe > 0), mientras que la presin inferior a ella se llama subpresin (pe < 0). La diferencia de presin pe se calcula segn la siguiente formula:

pe = pabs pamb

El siguiente diagrama ofrece una informacin detallada al respecto:

La presin atmosfrica no es constante. Su valor cambia segn la ubicacingeogrfica y las condiciones meteorolgicas.

La presin absoluta pabs es el valor relacionado a la presin cero (en vaco).La presin absoluta es la suma de la presin atmosfrica ms la sobrepresino subpresin. En la prctica suelen utilizarse sistemas de medicin de la pre-sin que solo indican el valor de la sobrepresin pe. El valor de la presinabsoluta pabs es ms o menos 1 bar (100 kPa) ms elevado.

En neumtica es usual relacionar todos los datos sobre el aire al as llamadoestado normal. El estado normal del aire segn DIN 1343 es un estado deter-minado por la temperatura normal y la presin normal de un material slido,lquido o gaseiforme.

Temperatura normal Tn = 273,15 K, tn = 0 oC

Presin normal pn = 101325 Pa = 1,01325 bar

kPa (bar)

0

p >0 pe, 1 abs, 1

pamb

p

En el aire, la falta de cohesin es caracterstica, es decir la ausencia de unafuerza entre las molculas en circunstancias usuales en la neumtica. El aire,al igual que todos los gases, no tiene una forma definida. Su forma cambia ala ms mnima fuerza y, adems ocupa el volumen mximo disponible.

1.2 Propiedades del aire

El aire puede ser comprimido (compresin) y tiene la tendencia a dilatarse(expansin). Esta caracterstica es descrita por la ley Boyle-Mariotte: A tempe-ratura constante los volmenes de una misma masa gaseosa son inversamen-te proporcionales a las presiones a que se halla sometida. El producto devolumen y presin absoluta es constante para una determinada masa de gas.

Ley de Boyle-Mariotte

p1 V1 = p2 V2 = p3 V3 = constante

El aire expuesto a la presin atmosfrica es comprimido a la sptima parte desu volumen. Cul es la presin si la temperatura se mantiene constante?

Ejemplo de clculo

p1 V1 = p2 V2

p2 = p1 V1V2

Observacin: V2 /V1 = 1/7p1 = pamb = 100 kPa = 1 barp2 =1 7 = 700 kPa = 7 bar absoluto

En consecuencia: pe = pabs pamb = (700100) kPa = 600 kPa = 6 bar

Un compresor que genere una sobrepresin de 6 bar (600 kPa) tiene unarelacin de compresin de 7:1.

F 1 F 2 F 3

V1 V2 V3p 1 p 2 p 3

Figura 1.2:La ley de Boyle-Mariotte

B-6 Fundamentos


El aire se dilata a presin constante, una temperatura de 273 K y un calenta-miento de 1 K, en un 1/273 de su volumen. La ley Gay-Lussac dice: El volu-men de una masa gaseosa es proporcional a la temperatura absoluta, mien-tras que no se modifique la presin.

Ley de Gay-Lussac

V1V2

=

T1T2

V1 = Volumen en T1, V2 = Volumen en T2

o

VT = constante

La variacin del volumen V es:

V = V2 V1 = V1 T2 T1

T1

Para V2 es vlido:

V2 = V1 + V = V1 + V1T1

(T2 T1)

Las ecuaciones arriba indicadas nicamente son vlidas cuando las tempera-turas se indican en grados K. Para poder calcular en oC debe aplicarse lasiguiente formula:

V2 = V1 + V1

273 oC + T1 (T2 T1)

0,8 m3 de aire con una temperatura T1 = 293 K (20 oC) es calentado hastaT2 = 344 K (71 oC). Cul ha sido la dilatacin del aire?

Ejemplo de clculo

V2 = 0,8 m3 + 0,8 m3293 K (344 K 293 K)

V2 = 0,8 m3 + 0,14 m3 = 0,94 m3

El aire se ha dilatado de 0,14 m3 a 0,94 m3.

Si durante el calentamiento se mantiene constante el volumen, resulta para elaumento de presin la siguiente frmula:

p1p2

=

T1T2

o

pT = constante

B-7Fundamentos


La siguiente ecuacin general de los gases corresponde a todas las leyesexpuestas anteriormente:

Ecuacin generalde los gases

p1 V1T1

=

p2 V2T2

= constante

El producto de presin y volumen de una misma masa gaseosa dividido por latemperatura absoluta, es constante.

De esta ecuacin general de los gases se obtienen las leyes anteriormentecitadas, manteniendo uno de los tres factores p, V o T constante.

Presin p constante Variaciones isbaras Volumen V constante Variaciones isocoras Temperatura T constante Variaciones isotrmicas

B-8 Fundamentos


Captulo 2

Generacin y alimentacinde aire comprimido

B-9Generacin de aire comprimido


Para garantizar la fiabilidad de un mando neumtico es necesario que el airealimentado al sistema tenga un nivel de calidad suficiente. Ello implica consi-derar los siguientes factores:

2.1 Preparacin del airecomprimido

Presin correcta Aire seco Aire limpio

Si no se acatan estas condiciones, es posible que se originen tiempos msprolongados de inactivacin de las mquinas y, adems, aumentarn los cos-tos de servicio.

La generacin del aire a presin empieza por la compresin de aire. El airepasa a travs de una serie de elementos antes de llegar hasta el punto de suconsumo. El tipo de compresor y su ubicacin en el sistema inciden en mayoro menor medida en la cantidad de partculas, aceite y agua incluidos en elsistema neumtico. Para el acondicionamiento adecuado del aire es recomen-dable utilizar los siguientes elementos:

Filtro de aspiracin Compresor Acumulador de aire a presin Secador Filtro de aire a presin con separador de agua Regulador de presin Lubricador (bajo demanda) Puntos de evacuacin del condensado

El aire que no ha sido acondicionado debidamente provoca un aumento de lacantidad de fallos y, en consecuencia, disminuye la vida til de los sistemasneumticos. Esta circunstancia se manifiesta de las siguientes maneras:

Aumento del desgaste de juntas y de piezas mviles de vlvulas y cilindros Vlvulas impregnadas de aceite Suciedad en los silenciadores Corrosin en tubos, vlvulas, cilindros y otros componentes Lavado de la lubricacin de los componentes mviles

En caso de inestanqueidad el aire comprimido saliente puede afectar los mate-riales a mecanizar (p.ej. productos alimenticios).

Los elementos neumticos son concebidos, por lo general, para resistir unapresin de 800 hasta 1000 kPa (8 hasta 10 bar). No obstante, para que elsistema funcione econmicamente, es suficiente aplicar una presin de 600kPa (6bar). Dadas las resistencias que se oponen al flujo del aire en los diver-sos elementos (por ejemplo, en las zonas de estrangulacin) y en las tuberas,deber contarse con una prdida de presin entre 10 y 50 kPa (0,1 y 0,5 bar).En consecuencia, el compresor debera generar por lo menos una presin de650 hasta 700 kPa (6,5 hasta 7 bar) con el fin de mantener una presin deservicio de 600 kPa (6 bar).

Nivel de la presin

B-10 Generacin de aire comprimido


La eleccin del compresor depende de la presin de trabajo y de la cantidadde aire necesaria. Los compresores se clasifican segn su tipo constructivo.

2.2 Compresores

Los compresores de mbolo comprimen el aire que entra a travs de unavlvula de aspiracin. A continuacin, el aire pasa al sistema a travs de unavlvula de escape.

Compresor de mbolo

Los compresores de mbolo son utilizados con frecuencia porque su gamacubre un amplio margen de presiones. Para generar presiones elevadas serecurre a un sistema escalonado de estos compresores. En ese caso, el airees enfriado entre cada una de las etapas de compresin.

Las presiones ptimas para los compresores de mbolo son las siguientes:

hasta 400 kPa (4 bar) una etapahasta 1500 kPa (15 bar) dos etapasms de 1500 kPa (15 bar) tres o ms etapas

A continuacin se indican presiones usuales, aunque no siempre representanuna solucin econmica:

hasta 1200 kPa (12 bar) una etapahasta 3000 kPa (30 bar) dos etapasms de 3000 kPa (30 bar) tres o ms etapas

Los compresores de membrana pertenecen al grupo de compresores de m-bolo. En este caso, la cmara de compresin est separada del mbolo me-diante una membrana. Esta solucin ofrece la ventaja de no dejar pasar aceitedel compresor al aire. Por esta razn, los compresores de membrana suelenutilizarse en la industria de alimentos y en la industria farmacutica y qumica.

Compresor de membrana

Figura 2.1:Tipos de compresores



Los compresores de mbolo giratorio comprimen el aire mediante un mboloque gira. Durante el proceso de compresin se reduce continuamente la cma-ra de compresin.

Compresor de mbolo giratorio

En estos compresores, dos rboles de perfil helicoidal giran en sentido contra-rio. El perfil de ambos rboles engrana y as se transporta y comprime el aire.

Compresor helicoidal

Especialmente apropiados para grandes caudales. Los compresores de flujose fabrican en dos tipos de construccin, axial y radial. Mediante uno o dosrodetes de turbina se pone en circulacin el aire. La energa de movimiento seconvierte en energa de presin. Con un compresor axial la aceleracin delaire se realiza mediante los rodetes en el sentido axial de la circulacin.

Compresor de flujo

A fin de poder adaptar la cantidad suministrada del compresor a un consumovariable, se requiere una regulacin del compresor. Entre los mrgenes ajusta-bles para la presin mnima y mxima se regula la cantidad suministrada. Exis-ten diferentes tipos de regulacin:

Regulacin

Regulacin en vaco Regulacin por purgadoRegulacin por cierreRegulacin por pinza

Regulacin de carga parcial Regulacin de velocidadRegulacin por aspiracin estrangulada

Regulacin de todo o nada

En la regulacin por purgado el compresor trabaja en contra de una vlvulalimitadora de presin. Una vez conseguida la presin ajustada, la vlvula limi-tadora de presin se abre y el aire sale al exterior. Una vlvula antirretornoevita el vaciado del recipiente. Esta regulacin nicamente se aplica en insta-laciones muy pequeas.

Regulacin en vaco

En la regulacin por cierre se bloquea el lado de aspiracin. El compresor nopuede aspirar. Este tipo de regulacin se aplica sobre todo en compresores dembolo giratorio.

En compresores de mbolo ms grandes se aplica la regulacin por pinza.Una pinza mantiene la vlvula de aspiracin abierta, el compresor no puedecomprimir el aire.

En la regulacin de la velocidad se regula la velocidad del motor de acciona-miento del compresor en funcin de la presin alcanzada.

Regulacin de carga parcial

En la regulacin por aspiracin estrangulada, la regulacin se realiza medianteun estrangulamiento en la conexin de aspiracin del compresor.

En esta regulacin el compresor adopta alternativamente el rgimen de mar-cha a carga mxima y reposo. El motor de accionamiento del compresor sedesconecta al alcanzar la pmax, y vuelve a conectarse al alcanzar la pmin.

Regulacin de todo o nada

B-12 Generacin de aire comprimido


Se recomienda una duracin de conexin de aprox. un 75% para el compre-sor. Para ello se requiere determinar el consumo promedio y mximo de airede una instalacin neumtica y adaptar la eleccin del compresor al mismo. Sise prev de antemano que el consumo de aire aumentar por una ampliacinde la instalacin, entonces la parte de alimentacin de aire comprimido deberaproyectarse ms grande, ya que una ampliacin a posterior representa siem-pre unos costes muy elevados.

Duracin de conexin

Para estabilizar el aire comprimido se coloca adicionalmente al compresor unacumulador. El acumulador equilibra las oscilaciones de la presin al extraeraire comprimido del sistema. Si en el acumulador cae la presin por debajo deun determinado valor, entonces el compresor lo llenar hasta alcanzar el valorsuperior de presin ajustado. Esto tiene la ventaja de que el compresor notiene que trabajar en funcionamiento continuo.

2.3 Acumulador

La superficie relativamente grande del acumulador provoca un enfriamiento delaire contenido en l. Durante este proceso de enfriamiento se condensa aguaque debe ser purgada regularmente a travs de un grifo.

El tamao del acumulador depende de los siguientes criterios:

Caudal del compresor Cantidad de aire requerida en el sistema Red de tuberas (posible necesidad de volumen de aire adicional) Regulacin del compresor Oscilacin permisible de la presin en el sistema

!

"

Figura 2.2:Acumulador



Capacidad del acumulador

Cantidad suministrada qL = 20 m3/minDiferencia de presin p = 100 kPa (1 bar)Conmutaciones/h z = 20 1/h

Ejemplo

Resultado: Volumen del acumulador VB =15m3 (vase diagrama)

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