viernes, 1 de julio de 2011

Circuitos neumáticos con actuador - Laboratorio Nº 5


Curso: Controles Eléctricos y Automatización
Facultad: Ingeniería Electrónica UNMSM
Ciclo: 2011-I

1.- Objetivos
  • Que el alumno se familiarice con el uso de esquemas neumáticos.
  • Que el alumno reconozca cada uno de los equipos que forman parte del módulo de neumática.
  • Que el alumno realce circuitos simples de neumática.

2.- Requerimientos de herramientas y materiales
  • Extensión
  • Multímetro
  • Módulo de neumática de Festo

3.- Parte Experimental

3.1.- Accionamiento directo de cilindros
Elementos utilizados:
  • Fuente de energía
  • 1 válvula de 5/2 vías accionamiento por botón, reposición por muelle
  • 1 cilindro de doble efecto

Implemente el siguiente circuito


Explique su funcionamiento:
Tal como se pudo apreciar en la experiencia de laboratorio, inicialmente el embolo del cilindro de doble efecto se encuentra retraído, debido a que el aire suministrado por el compresor a la válvula 5/2 pasa a través de la toma 1 a la toma 2 inyectando el aire a la toma derecha del cilindro, haciendo que el embolo mantenga su posición al lado izquierdo. Asimismo, el aire desplazado dentro del cilindro sale por la toma izquierda y sale por la toma 4 a través de la toma 5.

Una vez que se gira la perilla de la válvula 5/2, internamente se cambian las conexiones de las tomas, ahora el aire va de la toma 1 a la 4 y es inyectado al cilindro por la toma izquierda haciendo que el embolo se desplace hacia el lado derecho, forzando a que el dentro del cilindro salga por la toma de la derecha a través de la toma 2 hacia la 3 de la válvula de 5/2.

Al girar la perilla de la válvula 5/2 en sentido inverso, el circuito vuelve a tomar la posición inicial y se repite el proceso.

3.2.- Función lógica AND
Elementos utilizados:
  • Fuente de energía
  • 2 válvulas 3/2 vías accionamiento por botón, reposición por muelle
  • 1 cilindro de simple efecto

Implemente el siguiente circuito


Explique su funcionamiento:
En este caso contamos con un cilindro de simple efecto con retorno por muelle, esto quiere decir que una vez que al cilindro se le quite el suministro de aire, el embolo se retraerá a la posición inicial. Tal como se puede apreciar en la figura, el circuito consta de de dos válvulas de 3/2 vías en serie ubicadas entre el cilindro y la fuente de alimentación.

Inicialmente, ambas válvulas internamente conectan la toma 2 con la 3, permitiendo que el aire por retorno del muelle del cilindro escape por esta vía y la toma 1 se encuentre bloqueada impidiendo el paso del aire de la fuente de alimentación. Una vez que es pulsado el botón de la válvula, internamente las conexiones varían y el aire pasa de la toma 1 hacia la 2.

Esta conexión es análoga a la vista en la lógica cableada de la función lógica AND, debido a que al presionar simultáneamente las válvulas, el aire pasará a través de ellas haciendo que el embolo del cilindro se desplace hacia afuera, comprimiendo el muelle interno. Si se deja de pulsar alguna de las válvulas, se corta el suministro de aire al cilindro haciendo que retorne a su posición inicial.


3.3.- Función lógica OR
Elementos utilizados:
  • Fuente de energía
  • 2 válvulas 3/2 vías accionamiento por botón, reposición por muelle
  • 1 cilindro de simple efecto

Implemente el siguiente circuito

Explique su funcionamiento:
Al igual que el circuito anterior, este es también un análogo de lo visto en la lógica cableada de la función lógica OR, debido a que ambas válvulas están en paralelo, al pulsar el botón de una de ellas bastará para hacer llegar el aire al cilindro, haciendo que se desplace el embolo hacia afuera. Si se presionan los dos botones a la vez, ambos suministrarán el aire al cilindro produciendo el mismo efecto.


4.- Cuestionario

4.1.- Implemente la función negación.
Para implementar la función negación, requerimos el uso de válvulas 3/2 normalmente cerradas, tal como se muestra en la figura siguiente:

Las que hemos empleado en la experiencia son del tipo normalmente abiertas.

4.2.- Implemente la función lógica NAND.
Para implementar la función lógica NAND realizamos el circuito con válvulas 3/2 normalmente cerradas, tal como se muestra en la figura siguiente:


Asimismo, se puede apreciar que el circuito NAND es similar a la OR pero con válvulas normalmente abiertas, donde se cumple la tabla de verdad.

4.3.- Implemente la función lógica NOR
Para implementar la función lógica NOR realizamos el circuito con válvulas 3/2 normalmente cerradas, tal como se muestra en la figura siguiente:


Asimismo, se puede apreciar que el circuito NOR es similar a la AND pero con válvulas normalmente abiertas, donde se cumple la tabla de verdad.


4.4.- Implemente la función Temporizador a la conexión.
Sea el siguiente circuito simulado en FluidSim 3.6:

4.5.- Implemente la función Temporizador a la desconexión.
En la versión de FluidSim 3.6 que he empleado, no contiene dentro de sus librerías el temporizador por desconexión, en todo caso el circuito es similar al anterior con la diferencia que una vez que se haya retirado la fuente de energía de la toma E, después de un tiempo preestablecido el temporizador se activara.

El símbolo del temporizador de desconexión es el siguiente:



4.6.- Explique el funcionamiento de las válvulas de secuencia.
La válvula de secuencia conmuta cuando se alcanza la presión de pilotaje en la conexión 12 y, al retirar la señal, vuelve a su posición inicial por efecto de un muelle de recuperación. La presión de pilotaje puede ajustarse de modo continuo con un tornillo.


4.7.- Investigue sobre los motores neumáticos.
Diseño compacto y ligero. Un motor neumático pesa menos que un motor eléctrico de la misma potencia y tiene un volumen más pequeño.
Los motores neumáticos desarrollan más potencia con relación a su tamaño que la mayoría de los otros tipos de motores.
El par del motor neumático aumenta con la carga.
Los motores neumáticos no se dañan cuando se bloquean por sobrecargas y no importa el tiempo que estén bloqueados. Cuando la carga baja a su valor normal, el motor vuelve a funcionar correctamente.
Los motores neumáticos, se pueden arrancar y parar de forma ilimitada. El arranque, el paro y el cambio de sentido de giro son instantáneos, incluso cuando el motor esté trabajando a plena carga.
Control de velocidad infinitamente variable. Simplemente con una válvula montada a la entrada del motor.
Par y potencia regulables. Variando la presión de trabajo.
Como no hay ninguna parte eléctrica en el motor, la posibilidad de que se produzca una explosión en presencia de gases inflamables es reducida.
Cuando el motor gira, el aire expandido enfría el motor. Por esto, los motores pueden usarse en ambientes con temperaturas altas (70 grados centígrados).
Mantenimiento mínimo. El aire comprimido debe estar limpio y bien lubricado, lo que reduce desgastes en el motor y elimina tiempos de parada al alargar la vida del motor.
Los motores neumáticos pueden trabajar en cualquier posición.
Pueden trabajar en ambientes sucios, sin que se dañe el motor.
No pueden quemarse.

Comparándolos con los motores hidráulicos, los motores neumáticos tienen las siguientes ventajas:
No se calientan cuando se sobrecargan, aún estando bloqueados durante un largo tiempo.
Las líneas neumáticas de suministro de aire son mas baratas que las hidráulicas y su mantenimiento también. Las presiones son mucho más bajas.
Las conexiones y los empalmes de las tuberías neumáticas son limpias. Pequeños escapes de aceite en las líneas hidráulicas pueden causar caídas, incendios, atacar a partes pintadas o contaminar productos.
Estas ventajas pueden suponer un ahorro importante en el entorno de trabajo de los motores neumáticos.

Motores Neumáticos De Paletas
Estos motores tienen un rotor montado excéntricamente en un cilindro, con paletas longitudinales alojadas en ranuras a lo largo del rotor.
El par se origina cuando el aire a presión actúa sobre las paletas. El número de paletas suele ser de 4 a 8. Normalmente cuatro o cinco paletas son suficientes para la mayoría de las aplicaciones. Se utilizan mayor número de paletas cuando se necesita mejorar la fiabilidad de la máquina y su par de arranque.

Motores Neumáticos De Pistones
Los motores neumáticos de pistones tienen de 4 a 6 cilindros. La potencia se desarrolla bajo la influencia de la presión encerrada en cada cilindro.
Trabajan a revoluciones más bajas que los motores de paletas. Tienen un par de arranque elevado y buen control de su velocidad. Se emplean para trabajos a baja velocidad con grandes cargas.
Pueden tener los pistones colocados axial o radialmente.

4.8.- Investigue sobre el método de cascada.
El método cascada es un método sistemático que permite encontrar la solución siguiendo unos pasos determinados.

Este método utiliza válvulas memoria para organizar el circuito en líneas de presión independientes.

La cantidad de válvulas de memoria que se requieren se calculan según el número de líneas de presión ó grupos que se generen.

# Válvulas = # Grupos – 1

Se deben tener en cuenta las siguientes condiciones para la realización del método:
En un grupo no pueden existir dos movimientos del mismo actuador.
Los movimientos no se pueden cambiar de posición según la secuencia definida.
Se deben generar el menor número posible de grupos de presión.
Los activadores de los grupos deberán ser alimentados por los grupos de presión anteriores.
El último grupo debe iniciar energizado.

4.9.- Investigue que ventajas tiene usar equipos neumáticos en la industria.
Son empleados en situaciones en las cuales los motores eléctricos no son adecuados, tales como levantar cargas pesadas, prensado, etc. Los actuadores neumáticos proporcionan desplazamiento lineal, de giro, rotatorio y combinado.

Los motores eléctricos solo proveen movimiento por rotación y para poder mejorar la ventaja mecánica hay que agregar elemento mecánicos tales como piñones, engranes, tornillos sin fin, etc. que funcionan como reductores de velocidad.

Además, los motores eléctricos industriales no son adecuados, para realizar tareas en las cuales haya que encender, apagar o invertir el giro en periodos cortos de tiempo, debido a que al ser de gran tamaño, su reacción es lenta. Como hemos visto anteriormente, tienen que vencer la inercia del arranque, mientras que los actuadores neumáticos pueden realizar estas operaciones de manera instantánea.

4.10.- Investigue que ventajas tiene usar equipos hidráulicos en la industria.
Las principales ventajas son:
Cargas elevadas tanto en actuadores lineales como en motores de par elevado.
Control exacto de la velocidad y parada.
Industrias metalúrgicas, máquinas herramientas, prensas, maquinaria de obras públicas, industria naval y aeronáutica, sistemas de transporte, etc.

Bibliografía:
  • [En línea] http://www.festo-didactic.com/ov3/media/customers/1100/00161581001135156770.pdf [Consulta: julio 2011]
  • [En línea] http://www.festo-didactic.com/ov3/media/customers/1100/00525179001075223667.pdf [Consulta: julio 2011]
  • [En línea] http://www.neumac.es/storage/pdf/113/MOTORES%20NEUMATICOS_FOLLETO%20GENERAL%20Rev0105.pdf [Consulta: julio 2011]
  • [En línea] http://tecnologiayautomatizacion.blogspot.com/ [Consulta: julio 2011]

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