Neuma Tica

CURSO DE AUTOMATIZACIÓN CON PLC´s

ING. RAFAEL DONAIRE PEÑA ING. ELMER E. MENDOZA TRUJILLO

NEUMATICA

CONCEPTOS, AUTOMATISMOS Y APLICACIONES



1. CONCEPTO DE NEUMATICA

Se define la neumática como la técnica de aplicación y utilización racional del aire comprimido.

2. VENTAJAS DEL AIRE COMPRIMIDO

Elasticidad, puesto que puede ser almacenada en recipientes.No posee características explosivas.La velocidad de los actuadores es elevada.Los cambios de temperatura no alteran sus prestaciones.Es una tecnología limpia (desde el punto de vista microscópico)Su coste no es elevado.Simplifica enormemente la mecánica.



3. SISTEMA NEUMATICO BÁSICO

Producción y distribución del aire

1. Compresor, 2. Motor eléctrico, 3. Presostato, 4. Válvula anti-retorno, 5. Tanque, 6. Manómetro, 7. Purga automática, 8. Válvula de seguridad, 9. Secador de aire refrigerado, 10. Filtro de línea.

Consumo del aire o utilización.

1. Purga de aire, 2. Purga automática, 3. Unidad de accionamiento del aire, 4. Válvula direccional, 5. Actuador, 6. Controladores de velocidad



4. PRODUCCION DE AIRE COMPRIMIDOPara generar el aire comprimido, se utilizan los compresores, cuya misión consiste en conseguir la presión de aire conveniente para el accionamiento de los elementos neumáticos.



5. Distribución de aire en anillo



Pistón

Biela y Manivela

Pistón

Biela y Manivela

6. Producción de aire comprimido

Aspiración Compresión Símbolo del Compresor



7. Actuadores Neumáticos

• Los Actuadores Neumáticos incluyen cilindros lineares y actuadoresrotatorios.Estos son dispositivos que proveen de potencia y movimiento a los sistemas automáticos, maquinas y procesos.Un cilindro neumático es un dispositivo simple, de fácil instalación que es ideal para producir fuerza lineal de movimiento.La velocidad puede ser ajustada en un amplio rango.Un cilindro puede ser pararse, detenerse sin sufrir daños.Condiciones adversas pueden ser fácilmente toleradas como alta humedad, ambientes secos y polvorientos.El calibre de un cilindro determina la máxima fuerza que este puede dar.El golpe del cilindro determina el máximo movimiento lineal que este puede producir.La máxima presión de trabajo depende del diseño del cilindro. Cilindros VDMA trabajan hasta 16 bar.El empuje es controlado a través del regulador de presión.



CONSTRUCCIÓN BÁSICA

1 cushion seal2 magnet3 cushion sleeve4 barrel5 guide bush6 rod and wiper seal7 front end cover8 front port9 reed switch10 piston rod11 wear ring12 piston seal13 rear end cover14 cushion screw



a) Cilindro de Simple efecto con resorte

Trabaja en un solo sentido en una sola cámara para efectuar la carrera de trabajo.

Normalmente adentro

Normalmente afuera



Simple efecto sin resorte

La gravedad o otra fuerza externa retorna la varilla



b) Cilindro Doble efecto

Son sistemas más utilizados, pueden realizar esfuerzos en ambas cámaras por el doble ingreso de aire en ambos sentidos, mejores controles de velocidad es posible.

Cilindro Doble efecto sin amortiguamiento

Cilindros doble efecto sin amortiguamiento están habilitados para trabajar con toda su esfuerzo máximo a bajas velocidades.Para altas velocidades con amortiguadores externos



Cilindro Doble efecto con amortiguamientos fijos

Cilindros de Pequeños calibres, trabajos ligeros tienen amortiguadores fijos.



Cilindro Doble efecto con amortiguamientos ajustables

Progresivamente reduce la carrera de la varilla del pistón, en la parte final de la fuerza aplicada.



Cilindro Doble efecto magnético

Una banda magnética alrededor de la circunferencia del pistón opera el switchde color rojo que indica la posición del pistón.



Cilindros sin varillas Contiene el movimiento producido por el cuerpo del cilindro.Aplicaciones en fajas transportadoras o izamientos verticales en espacios confinados. Sellos son acondicionados para prevenir perdidas de aire o ingreso de polvo.

Doble efecto con amortiguamiento ajustable.



c) Doble efecto con doble vástago

a b



Métodos de Fijación de Cilindros



7. Actuadores RotatoriosUsado para mover componentes, operación de procesos, válvulas de control, aplicaciones en robots.Provee rotación reciprocante angular hasta 360°.Rotacion del tipo VanoRack y tipo piñon

Unidad de Giro por PaletaDoble efecto con angulo de rotacion de 270°



Unidad de giro piñon-cremallera

Doble efecto de Piñon-cremallera



Doble cremallera y piñon



8. Dimensionamiento del cilindro

• El empuje teorico (thrust) o la fuerza de retiro del piston (pull) de un cilindroes calculado al multiplicar el area efectiva del piston por la presion de trabajo.

• El area efectiva para el empuje es toda el area del cilindro de calibre “D”.

• El area efectiva para la fuerza de tiro es reducido por el area de la secciontransversal de la varilla del piston, “d”.

dD



En la formula, P es dividido por 10 para convertir bar a ewtons pormilimetro cuadrado (1 bar = 0.1 N/mm2)

Thrust F =D 2

4P10

Newtons

Donde

D = Calibre del cilindro en milimetrosP = Presion en barF = Empuje en Newtons



La fuerza de tiro (Pull) sera menor que la del empuje debido a la perdidade area de la varilla del piston.

Pull F =(D2

- d 2) P40

Newtons

Donde

D = Calibre del cilindro en milimetrosd = Diametro de la varilla del Piston en milimetrosP = Presion en BarF = Fuerza de tiro en Newtons



Ejemplo: encontrar el empuje teorico y la fuerza de tiro de un cilindro cuyocalibre es de 50 mm. Y tiene una varilla de 20 mm. De diametro, suministrados con una presion de 8 bars.

1571 Newtons

1319 Newtons

Thrust F = 502 . 840

Pull F (502- 202). 840

=

=

=



8. Válvulas Neumáticas

Los elementos de información y órganos de mando que controlan las fases de trabajo de maquinarias y dispositivos, recibe el nombre de válvulas.Las válvulas en términos generales, tienen las siguientes misiones:

(i) Mandar a regular la puesta en marcha de los órganos de potencia.(ii) Regular la presión del aire comprimido.(iii) Regular el caudal de operación del Sistema Neumático.(iv) Dirigir el aire comprimido en la dirección que previamente se haya

establecido (distribuidor).(v) Reduce el aire comprimido, a las presiones de trabajo.(vi) Para ayudar a seleccionar las valvulas ellas se localizan en una

variedad de categorias:EstiloTipoPrincipio de DiseñoTipo de operadorfunciontamañoaplicacion



Estilo

Refleja la vista de la valvula, rangos como tambien el principio de diseño.



Tipo

Tipo: Refiere a la instalacion de la valvula, por ejemplo la sub-base, manifold, en linea, etc



Diseño

Se refiere al principio de operacion a traves del cual la valvula ha sido diseñada, porejemplo valvula tipo cuchara, etc.



OperadorUn operador es el mecanismo que causa el cambio de estado de la valvulaEllos estan clasificadoscomo manual, mecanico y electrico

TwistPushButton

ShroudedButton

MushroomButton

KeyOperated

Switch KeyReleased

SolenoidPilot

Roller

One WayTip

Air Pilot

PlungerEmergencyStop



General manual

Push button

Pull button

Push/pull button

Lever

Pedal

Treadle

Rotary knob



Plunger

Spring normally as a return

Roller

Uni-direction or one way trip

Pressure

Pilot pressure

Differential pressure

Detent in 3 positions



CARACTERÍSTICAS DE LAS VÁLVULAS NEUMÁTICAS

Fp

(i) La posición que adopta el órgano distribuidor (abierto, cerrado, en reposo, etc.) se representa por cuadrados tanto como “POSICIONES” existan.

(ii) Los conductos interiores de las válvulas determinan los orificios de entrada o salida de aire. Dichos orificios se llaman “VÍAS” y se representa por pequeños trazos sobre las bases superiores e inferiores de los cuadrados que indican las posiciones.



(iii) La salida de aire, se representa por un triángulo equilátero.

(iv) Las vías que unen mediante líneas rectas, que representan las condiciones interiores que se establecen el sentido de circulación del aire, se define por flechas.

∴ El caso ejemplo representa una válvula 3V/2P, accionamiento manual y retorno por muelle.

(i) Tiene 2 posiciones (2 cuadrados).(ii) Tiene 3 vías (tiene 3 orificios de entrada/salida).(iii) Accionamiento manual de pulsador de hongo.(iv) Retorno de muelle (reporte).(v) El accionamiento de estas válvulas pueden efectuarse por:

- Accionamiento manual- Accionamiento mecánico- Accionamiento neumático- Accionamiento eléctrico



Se muestran las valvulas 2/2, 3/2, 4/2, 5/2, 3/3, 4/3 & 5/3



Válvulas de 3 vías/2 posiciones (3V/2P)

Se usa generalmente para accionamiento directo de pistones, para accionamiento de otras válvulas como interruptores de potencia de circuitos eléctricos de potencia.

Posición de Reposo

1

2

3

11 3

“0”

2

-El orificio de entrada del aire estáincomunicado

-El orificio 2 (utilización) se comunica con 3 (escape)

Posición de Reposo “0”

NC

Ingreso

2

3



Posición de Trabajo

12

3 2

131

“0”2

Cuando el esfuerzo vence la acción del muelle:

- Pone en comunicación los orificios 1 y2

- Cierra el escape 3

- Cambia la posición de “0” a “1”

Posición de Trabajo “1”

F

3



Válvulas distribuidoras (5V/2P)

3 2

1 45

X(t)

5

1 54

“0”

2

1

< >

3 2 34

“1”



MANDOS NEUMÁTICOS

1 3

2

p

V 3/21 3

2

(i) Al accionar el pulsador P, el aire a presión pasa desde la entrada 1hacia el cilindro a través de 2.

(ii) Al soltar el pulsador, el aire escapa al exterior, mientras el bástagoregresa por acción del resorte a su posición original y se comunica 2y 3 descargando el fluido.

MANDO DIRECTO DE UN CILINDRO DE SIMPLE EFECTO



MANDO DIRECTO DE UN CILINDRO DE DOBLE EFECTO

1

3 2

p

V 5/2

1

32

4 5 45

p

V 4/2

ab

ab



MANDO DE UN CILINDRO DESDE DOS PUNTOS DISTINTOS

p p

a



AUTOMATIZACIÓN MEDIANTE SISTEMAS NEUMÁTICOS

Potencia

VN

Tratamiento de la información

Sensores

Programa

Relés

Contactores;

etc

DM

ESTRUCTURAS DEL AUTOMATISMO NEUMÁTICA

La Potencia:Dispositivos que realiza esfuerzos, como son cilindros y los pistones de potencia

Los Dispositivos de Mando:Son los que realizan los esfuerzos cerebrales, entre los que se puede señalar las válvulas neumáticas en general.

Tratamiento de la Información:La lógica del control: Controlador



CLASES DE AUTOMATIZACIÓN NEUMÁTICA

Según el tipo de relación existente en los órganos de mando y los dispositivos de potencia, se pueden distinguir las siguientes:

a) Automatización de Lazo Abierto

Pistón de Potencia

V.P

Controlador

BA

i) Solamente el factor tiempo condiciona el paso de una secuencia a otra.

ii) No hay reacción del sistema de potencia frente a los mandos.

V.P: Válvula pilotoA: Apertura de la 1era posiciónB: Apertura de la 2da posición

Ajustado al sistema de relojería



b) Automatización de Lazo Cerrado

Pistón de Potencia

V.P

Tratamiento de

InformaciónBA

S1 S2 S3 Sensores o

Captadores

Controlador y dispositivos de

mando

i) Solamente la correcta ejecución permite el paso a la siguiente etapa.

ii) Los captadores de información permite el diálogo permanente entre potencia y el tratamiento de la información.



ELECCIÓN DEL TIPO DE MANDO

a) Mandos Neumáticos

Los captadores, pulsadores, relés, temporizadores, etc, son equivalentes a sus homólogos eléctricos.

Pistón de Potencia

V.P

≥1

CBA

≥1: Significa que las válvulas B y C están en paralelo

La principal restricción del sistema es la distancia

ab



b) Mandos Electroneumáticos

S2

X Y

+

−

S1

Circuito de Mando

X Y

E.V.N.

ab

Las órdenes de apertura o cierre son comandados por los elementos sensores o pulsadores de los actuadores hacía las bobinas de cierre o apertura “X” e “Y” de la Electroválvula neumática. No hay restricción de distancia.



c) Mandos Programados

E CPU S

E: Módulo de entrada

S: Modelo de salida

CPU: Unidad central de procesamiento

En los mandos programados, siempre se tendrán los módulos de entrada y salida, así como la lógica del programa.



X Y

Salida

Controlador

PLC

Salida

Entrada

IHM

Sensor(Captador)

Electroválvula

Cilindro - Pistón

No hay restricción de distancia y recomendable para manejar sistemas multivariables y controles remotos.

Mandos Programados

ab



FUNCIONES LÓGICAS CON CIRCUITOS NEUMÁTICOS cont..

FUNCIÓN LÓGICA “O” [OR]

≥1a

bs S = a+b

s

a b

Equivalencia Neumática

s

a b

Equivalencia Eléctrica



FUNCIÓN LÓGICA “Y” [UND]

&a

bs S = axb

a

b

s

Equivalencia Neumática

b

a

s

+

-Equivalente

Eléctrico

Ingreso



FUNCIÓN LÓGICA CON VÁLVULAS NC

&a

bs

c

a

b

c

sEquivalencia Neumática

s

a

b

c

+

-Equivalencia

Eléctrica

Función Lógica



Run/End

Aa0 a1

Bb0 b1

Cc0 c1

a0 a1 b0b1 c0c1

10 bar max 6 barTo all inlet ports marked

SequenceRun/EndA+B+B-C+C-A-Repeat

EJEPLO DE APLICACION

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