Sistemas neumáticos e hidráulicos

Unidad 2: Electroneumática

Ing. Oscar Alonso Rosete Beas

Semana 2 octubre Rev:4 ciclo 2024-2

Agenda

2.1 Alimentación eléctrica y características.
2.2 Sensores, interruptores y relevadores.
2.3 Dispositivos de salida electroneumáticos.
2.4 Convertidor neumático-eléctrico.
2.5 Sistemas de mando con válvula direccional con retorno por muelle.
2.6 Sistemas de mando con válvula de doble bobina.
2.7 Sistemas de mando con auto-retención eléctrica.
2.8 Sistemas de mando con convertidor neumático-eléctrico.

Unidad 2: Electroneumática

Unidad 2

Unidad 2: Electroneumática

Agenda

Objetivos

Electroneumática, alimentación eléctrica, características.

Electroneumática, alimentación eléctrica, características.

Alimentación eléctrica

Alimentación eléctrica

Alimentación eléctrica

Alimentación eléctrica

Alimentación eléctrica

Alimentación eléctrica

Características de la electroneumática

A diferencia de los sistemas puramente Neumáticos, que se muestran en un solo esquema, los sistemas Electroneumáticos se muestran en dos, uno para la parte eléctrica, o electrónica y otro para la neumática; debido a ello no es fácil visualizar el flujo de la señal en el diagrama general de los circuitos electroneumáticos.

Características de la electroneumática

Características de la electroneumática

Características de la electroneumática

Características de la electroneumática

Ventajas de los sistemas electroneumáticos sobre los sistemas puramente neumáticos:

Características de la electroneumática

Ventajas de los sistemas electroneumáticos sobre los sistemas puramente neumáticos:

Componentes electroneumáticos

Componentes electroneumáticos

Componentes electroneumáticos

Componentes electroneumáticos

Componentes electroneumáticos

Componentes electroneumáticos

• Ultrasónicos

• Presostatos

  • Mecánicos

  • Electrónicos

• Capacitivos

Componentes electroneumáticos

• Ultrasónicos

• Presostatos

  • Mecánicos

  • electrónicos

• Capacitivos

Componentes electroneumáticos

Grados de protección ambiental IP (norma IEC 144)

IP55 enclosures that demonstrates almost complete protection from particles and a good level of protection against water.

Componentes electroneumáticos

Los sensores, pueden clasificarse por el tipo de señal que envían en:

• Analógicos: proveen de un valor analógico, (0-10V, 4-20mA)

• Digitales: que proporcionan un valor lógico (OFF/ON) o binario (1/0). Entre los sensores del tipo digital se encuentran los que permiten detectar la presencia de objetos, y los que permiten medir el nivel de presión en un circuito, (presostatos).

Componentes electroneumáticos

Sensores por su conexión

• Dos hilos

• Tres hilos

• Cuatro hilos

Componentes electroneumáticos

SENSORES DE DOS HILOS

Estos son sensores mecánicos convencionales, tales como: interruptores, botones, rodillos, etc.

Se conectan en serie con la carga a controlar. Aquellos que se alimentan con corriente continua deben respetar la polaridad de la alimentación.

Componentes electroneumáticos

SENSORES DE TRES HILOS

Dependiendo de su polarización se clasifican en dos tipos:

• PNP. Generan una señal POSITIVA, por lo que el tercer hilo, (el conectado a la carga, generalmente el relevador), cierra a NEGATIVO después de pasar por la carga. Este tipo de sensor es el más usado.

• NPN. Generan una señal NEGATIVA, por lo que su tercer hilo, (el conectado a la carga, generalmente el relevador), se cierra a POSITIVO después de pasar por la carga.

Componentes electroneumáticos

Sensores magnéticos

Componentes electroneumáticos

Sensores magnéticos

Componentes electroneumáticos

Sensores magnéticos

Proceso industrial

Seleccionar un proceso industrial (obtener video del proceso actual)

En una presentación de powerpoint

• Compartir el video y definir claramente la importancia de este proceso.

• Identificar los componentes neumáticos y los sensores utilizados. (Proponer de acuerdo a catálogo de fabricantes).

• Definir la ecuación de secuencia.

• Diseñar y simular el circuito neumático que hará posible la operación.

• Costo estimado de los componentes.

Unidad II: Electroneumática

Relevadores

Es un interruptor electromagnético, formado por una bobina en la que al cerrarse el circuito, se genera un campo magnético que desplaza una armadura con contactos, lo que permite permutar su condición de abierto a cerrado o viceversa, es decir, los que son normalmente abiertos se cierran y los normalmente cerrados se abren.

Unidad II: Electroneumática

Relevadores

Los relevadores ofrecen numerosas ventajas, entre las que destacan:

• Permiten aumentar los puntos de control y colocarlos cerca del operario.

• Garantizan la seguridad del personal contra arranques inesperados.

• Facilitan el que se pueda tener distintos puntos de arranque y paro.

• Pueden incluirse en equipos de automatización sencillos o complejos.

Unidad II: Electroneumática

Relevadores

Unidad II: Electroneumática

Relevadores

Los relevadores se utilizan en aplicaciones que necesitan de accionamiento remoto para el arranque o paro de una máquina o proceso.

Unidad II: Electroneumática

Contactores

Unidad II: Electroneumática

Interruptor

Los Interruptores se instalan en un circuito para abrir o cerrar el flujo de corriente hacia algún dispositivo.

Unidad II: Electroneumática

Interruptor

En cuanto a la función se distingue entre los elementos contacto de cierre, contacto de apertura y contacto de conmutación.

Unidad II: Electroneumática

Interruptor

El contacto de cierre (normalmente abierto) tiene el cometido de cerrar el circuito.

El contacto de apertura (normalmente cerrado) ha de abrir el circuito.

El contacto de conmutación abre o cierra el circuito.

Unidad II: Electroneumática

Elemento básico de señalización

Unidad II: Electroneumática

Elemento básico de señalización

Unidad II: Electroneumática

Referencia simbología Eléctrica IEC/NEMA

Unidad II: Electroneumática

Ejercicio 1

Conexión de un relevador para mandar una señal simulada por una lámpara.

Unidad II: Electroneumática

Ejercicio 2. Circuito de enclavamiento

Conectando un relevador con un interruptor propio, en serie, que le sirva de memoria.

Unidad II: Electroneumática

Ejercicio 2b. Circuito on, off, reset

Conectando un relevador con un interruptor propio, en serie, que le sirva de memoria.

Unidad II: Electroneumática

Ejercicio 3.

Conectando un circuito eléctrico a uno neumático. Se quiere que un cilindro de doble efecto avance al presionar y liberar un interruptor y que al completarla carrera regrese de manera automática.

Unidad II: Electroneumática

Ejercicio 4.

Se desea que un cilindro de simple efecto se extienda al presionar un botón pulsador, y se mantenga extendido hasta accionar el botón pulsador para el retorno. En la solución emplear un relevador para cada pulsador.

Unidad II: Electroneumática

Ejercicio 4.

Unidad II: Electroneumática

Ejercicio 5.

Se desea que un cilindro de doble efecto haga automáticamente diez ciclos de extensión y retorno y luego pare. En la solución de este problema, se requieren un interruptor para el arranque y un interruptor de botón para restablecer el contador.

Unidad II: Electroneumática

Método paso a paso extendido

1.Definir ecuacion de secuencia

A+ A- B+ B-

1. Circuito de control

   1. 1 bobina por cada término con la “estructura básica 1”

2. Circuito de potencia (Estructura potencia 1)

   1. El contacto N.A de cada bobina irá conectado a la solenoide

3. Válvulas biestables con solenoides para el control de los actuadores.

Unidad II: Electroneumática

Método paso a paso extendido

Método paso a paso extendido

1.Definir ecuacion de secuencia

A+ A- B+ B-

1. Circuito de control

   1. 1 bobina por cada término con la “estructura básica 1”

2. Circuito de potencia (Estructura potencia 1)

   1. El contacto N.A de cada bobina irá conectado a la solenoide

3. Válvulas biestables con solenoides para el control de los actuadores.

Estructuras básicas método paso a paso

1(arriba), 2 (abajo). Circuito de control

Estructuras potencia método paso a paso

1 (arriba), 2 (abajo).

Unidad II: Electroneumática

Ejercicio de aplicación

Realizar diseño electroneumático utilizando metodología paso a paso extendida del circuito compuesto por los cilindros A, B y C representado por la siguiente secuencia

A+ A- B+ C+ C- B-

Unidad II: Electroneumática

Método paso a paso simplificado

1. Definir Ecuación de secuencia.

A+ A- B+ B-

1. Definir los grupos

2. Circuito de control

   1. 1 bobina por cada grupo con la “estructura básica 2”

3. Circuito de potencia (Estructura potencia 2)

   1. El contacto N.A de cada bobina irá conectado a la solenoide del primer miembro de cada grupo.

   2. Los siguientes términos irán conectado con un contacto normalmente abierto del término anterior.

Unidad II: Electroneumática

Método paso a paso simplificado

1. Definir Ecuación de secuencia.

A+ A- B+ B-

1. Definir los grupos

2. Circuito de control

   1. 1 bobina por cada grupo con la “estructura básica 2”

3. Circuito de potencia (Estructura potencia 2)

   1. El contacto N.A de cada bobina irá conectado a la solenoide del primer miembro de cada grupo.

   2. Los siguientes términos irán conectado con un contacto normalmente abierto del término anterior.

Estructuras básicas método paso a paso

1(arriba), 2 (abajo). Circuito de control

Estructuras potencia método paso a paso

1 (arriba), 2 (abajo).

Paso a paso simplificado

Unidad II: Electroneumática

Ejercicio de aplicación

Realizar diseño electroneumático utilizando metodología paso a paso extendida y la metodología paso a paso simplificado del circuito compuesto por los cilindros A, B y C representado por la siguiente secuencia

A+ A- B+ C+ C- B-

Unidad II: Electroneumática

Ejercicio de aplicación

Realizar diseño electroneumático utilizando metodología paso a paso extendida y la metodología paso a paso simplificado del circuito compuesto por los cilindros A, B y C representado por la siguiente secuencia

A+ A- B+ C+ C- B-

Proyecto Final

Proyecto Final

Proyecto Final

Ejemplo diagrama de estados

Tendencias adicionales

Metodología Karnaugh

Metodología Cascada

Actuadores adicionales

Los generadores de vacío son elementos que, como su nombre indica, se encargan de producir vacío o depresión de aire.

A diferencia de las bombas de vacío que funcionan con la energía de un motor eléctrico, los generadores funcionan sin partes móviles y aprovechando el efecto conocido en física como venturi.

Generador de vacío

El principio de Bernoulli: dentro de un flujo horizontal de fluido, los puntos de mayor velocidad del fluido tendrán menor presión que los de menor velocidad.

Lectura disponible en:

Khan Academy

Generador de vacío

Otra manera de decir que el fluido irá más rápido si hay más presión detrás de ella que delante de ella.

Generador de vacío

Generador de vacío

El efecto Venturi es un fenómeno físico que consiste en que cuando un fluido en movimiento dentro de un tubo o conducto de determinada sección, atraviesa una sección menor, inevitablemente este aumenta su velocidad.

Al aumentar su velocidad se descubrió que disminuye su presión. A esto se lo llama efecto Venturi.

Generador de vacío

Hay veces en donde el aumento de velocidad es muy grande, haciendo que se produzcan presiones negativas. Por lo que si se conecta otro tubo a este a través de un conducto, se generará una aspiración del fluido en el tubo donde se generó la depresión.

Generador de vacío

Generador de vacío

El aire a presión procedente de la red entra por (1) y al llegar a (2) se estrangula, aumentando notablemente su velocidad. Este aumento de velocidad crea una depresión en la cámara (3) y en el conducto (5), que se aprovecha para conectar las ventosas de vacío.

El aire a presión generador del vacío sale expulsado al exterior a través del conducto (4)

Generador de vacío

La siguiente gráfica muestra el comportamiento de 4 generadores de vacío con distintos diámetros internos de la boquilla. 0.1, 1, 1.5 y 2 mm.

El nivel de depresión conseguido no depende de dicho diámetro, pero sí dependen de esos diámetros el caudal aspirado y consumido.

Generador de vacío

La siguiente gráfica muestra el comportamiento de 4 generadores de vacío con distintos diámetros internos de la boquilla. 0.1, 1, 1.5 y 2 mm.

El nivel de depresión conseguido no depende de dicho diámetro, pero sí dependen de esos diámetros el caudal aspirado y consumido.

Generador de vacío

La fuerza de sujeción de una determinada ventosa dependerá del nivel de depresión conseguido por el generador. El nivel de vacío no depende del diámetro de la boquilla.

Bajo cualquier diámetro en cierto instante del tiempo con un mismo generador se obtendrá una misma fuerza requerida.

Generador de vacío

Pero el tiempo es importante, bajo mayor caudal aspirado se producirá la misma depresión de una forma más rápida.

Asimismo cuanto mayor sea  el consumo de aire, mayor coste de funcionamiento.

Ventosas

Las ventosas son los componentes de la técnica de vacío que realizan el trabajo de adherencia a distintos objetos para ser éstos manipulados.

Existen varios tipos de ventosas, cada una con peculiaridades propias y especialmente concebidas para diversos usos.

Las ventosas, atendiendo a una clasificación general y a su forma, se pueden dividir en: ventosas planas, de fuelle, de rótula y alargadas. En cuanto al elastómero o material que produce la estanqueidad, puede ser de nitrilo, caucho natural, silicona y vitón.

El material los hace más o menos resistentes a compresión, desgaste, desgarro, líquidos como aceites o ácidos y a temperaturas.

Ventosas

Las ventosas planas (a y b) se emplean cuando las superficies son planas y lisas.

Las ventosas (c) de fuelle para manipular productos muy deformables, así como objetos con planos a distinto nivel o planos inclinados.

Ventosas

Las ventosas de rótula (d), se adaptan mediante el giro de la articulación en todas las direcciones a elementos con planos inclinados y planchas flexibles.

Las ventosas alargadas, también llamadas rectangulares (e) se emplean para manipular objetos con superficies curvas, también para sacos de grano, cemento,etc.

Ventosas

Ventosas

Generador de vacío

Sujeción

Accesorios de sujeción o levantamiento de cargas

Los elementos de agarre pueden ser excitados manualmente, eléctricamente, neumáticamente o de modo hidráulico.

Las mordazas pueden ser de simple efecto con retorno por resorte, de doble efecto. La fuerza que ejercen puede ser tan baja como 10 kg hasta llegar a varias toneladas.

Sujeción

Grippers

Unidad II: Electroneumática

Rotate and transfer mechanism

Se desea que una pieza se mueva de una mesa a otra a través de un actuador semi giratorio(A), un cilindro neumático (B) y succión de vacío(V). (La pieza es de vidrio).

Minuto 1:24 del video

https://www.youtube.com/watch?v=2XwRWhFVljk

Unidad II: Electroneumática

Rotate and transfer mechanism

Ec. Secuencia:

B+   V+  B-  ADER  B+  V-  B-  AIZQ

Resolución individual para entregar en blackboard.

• Paso a paso extendido

• Paso a paso simplificado​

Unidad II: Electroneumática

Proyecto Final

Proyecto Final

Introducción a la materia

• Formación de equipos para presentaciones y proyectos (3-4 integrantes)
• Registro en grupo de Facebook

Referencia Adicional

Potential causes

• Not draining tank (hot moist air)-->Rust
• Safety valve
• welds

Aplicaciones de la neumática

Accionamiento de válvulas de control.

 Herramientas de uso manual.

Unidad III: Hidráulica

Agenda

Hidráulica

Hidráulica

Hidráulica

Hidráulica

Hidráulica

Hidráulica y ley de pascal

Hidráulica

Hidráulica

FOOD RECALL

Hidráulica

Hidráulica

Hidráulica

Propiedades de los fluidos

Propiedades de los fluidos

Propiedades de los fluidos

Propiedades de los fluidos

Propiedades de los fluidos

Propiedades de los fluidos

Propiedades de los fluidos

Bombas hidráulicas

Bombas hidráulicas

Bombas hidráulicas

Bombas hidráulicas

Bombas hidráulicas

Bombas hidráulicas

Bombas hidráulicas

Bombas hidráulicas

Bombas hidráulicas

Bombas hidráulicas

Bombas hidráulicas

Proceso industrial

Seleccionar un proceso industrial (obtener video del proceso actual)

En una presentación de powerpoint

• Compartir el video y definir claramente la importancia de este proceso.

• Identificar los componentes neumáticos/hidráulicos y los sensores utilizados. (Proponer de acuerdo a catálogo de fabricantes).

• Definir la ecuación de secuencia.

• Diseñar y simular el circuito electroneumático/electrohidráulico que hará posible la operación.

• Costo estimado de los componentes.

Ejemplos