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CENTRO DE AUTOMATIZACION INDUSTRIAL INTRODUCCION A LA ELECTRONEUMATICA MANUAL DE ESTUDIO

CONVENIO SENA - FESTO

Sistema para enseñanza de la técnica de automatización

Introducción a la electroneumática

Manual de estudio D.LB-TP201-EFEP-E 090877 ISBN 3-8127 -0877-9

Nº de pedido: Denominación: Referencia: Edición: Computer-Layout: Autores:

e

090877 EINF.I.EL-PNEUM D.LB-TP201-EFEP-E 04/90 07.06.90, pap H. Meixner, E. Sauer

Copyright by Festo Didactic KG, 0-7300 Esslingen 1, 1990.

Reservados todos los derechos, incluso los de traducción. No debe reproducirse ninguna parte de la obra con ningún método (impresión, fotocopia, microfilm u otro sistema) tampoco debe ser procesada o divulgada utilizando sistemas electrónicos sin la autorización de Festo Didactic KG. ISBN 3-8127-0877-9

Prólogo Los mandos electroneumáticos para el procesamiento de señales están constituidos principalmente por unidades de conmutación por contactos. La entrada de señales se realiza mediante diversos tipos de sensores (con y sin contacto directo). Las salidas de señales llevan convertidores de señales (electroválvulas) con actuadores neumáticos. El presente manual guiará sistemáticamente al lector o estudiante en la materia de la electroneumática abordando los siguientes temas: Bases de la electrotécnica Construcción de unidades de mando eléctricas (sensores, relés) Construcción de convertidores

electroneumáticos

(electroválvulas)

•

Construcción de actuadores neumáticos (cilindros) y Aplicaciones de unidades de mando. Las explicaciones ofrecidas sobre mandos básicos y sobre mandos con varios actuadores (desde su diseño hasta su puesta en marcha) tienen la finalidad de familiarizar al lector o estudiante con tales mandos, eje modo que puedan trabajar con ellos aunque en sus labores cotidianas no se dediquen con frecuencia al trabajo con mandos eléctricos y electroneumáticos. El primer capítulo contiene informaciones sencillas en torno a ia técnica genera! de mandos (circuitos de mando. señales. formas de energía) Otros capítulos indican la forma de representar secuencias de movimientos, e incluyen diagramas de movimientos. diagramas de mandos, etc.. Asimismo se ofrecen diversas soluciones para problemas de mandos (desarrollo de mandos). La materia es tratada en concordancia con criterios didácticos. Las tareas y los ejercicios pueden ser solucionados por el estudiante con el fin de afianzar el éxito de sus estudios. En el manual se incluyen las normas técnicas y de seguridad vigentes. cuyo acatamiento se recomienda.

Los autores

3

Indice

Capítulo 1 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 1.3 1.4 1.5 1.5.1 1.5.2 1.5.3 1.5.4 1.6

Técnica de mando: Generalidades Introducción Controlar; mandos (Definición según DIN 19 226) Criterios de diferenciación de los mandos Diferenciación según la forma de representar la información Diferenciación según el procesamiento de las señales Desglose de un mando en ciclo abierto Señales Señal analógica Señal discreta Señal digital Señal binaria Formas de energía para las secciones de mando y las secciones operacionales (Composición y delimitación)

9 10 11 13 13 14 18 21 21 22 22 23 24

Capítulo 2 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 2.4.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10

Formas de representar secuencias de movimientos y estados de conmutación Registro en orden cronológico Tabla Descripción resumida de los movimientos Representación gráfica Diagramas de movimientos Diagrama del mando Plano de funciones Reglas y símbolos para diagramas de funciones Diagrama funcional para el ejemplo de la máquina dobladora Símbolos y normas de representación Movimientos Símbolos para elementos, Ifneas y enlaces Colores característicos para interruptores, conmutadores y testigos Símbolos de funciones

29 31 31 31 32 32 35 37 38 41 42 42 43 . 45 45

Capítulo 3 3 Bases de la electricidad/electrónica 3.1 +Tensió« eléctrica 3.1.1 Generación de tensión eléctrica por 3.1.2 Generación de tensión eléctrica por 3.1.3 Generación de tensión eléctrica por 3.1.4 Generación de tensión eléctrica por 3.1.5 Generación de tensión eléctrica por 3.2 Corriente eléctrica 3.2.1 Tipos de corriente eléctrica 3.2.2 Efectos de la corriente eléctrica

4

inducción electrolisis calor luz deformación

de cristales

47 51 53 54 55 56 57 58 60 61

3.3 3.4 3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.5 , 3.6 3.7 3.8 3.9 3.9.1 3.9.2

Peligros de la corriente eléctrica Resistencia eléctrica Resistencia de cuerpos conductores Resistencia de las unidades consumidoras Resistencia del aislamiento La ley de Ohm Potencia eléctrica Algunos cálculos a modo de ejemplo Magnetismo , El condensador El condensador en corriente continua El condensador en corriente alterna

Capítulo 4 4 Elementos eléctricos y electro-neumáticos 4.1 Elementos de entradas de señales eléctricas 4.1.1 Elementos sin retención 4.1.2 Interruptores con retención 4.1.3 Interruptores mecánicos de final de carrera 4.1.4 Detectores de proximidad según el principio Reed 4.1.5 Detectores de proximidad inductivos 4.1.6 Detectores de proximidad capacitivos 4.1.7 Conexión de los sensores 4.1.8 Detectores de proximidad ópticos 4.2 Elementos de procesamiento de señales eléctricas 4.2.1 'Relés 4.2.2 Bobinas de corriente continua 4.2.3 Bobinas de corriente alterna . 4.2.4 Relés polarizados 4.2.5 Relés de impulsos de corriente 4.2.6 Relés con magnetismo residual (relés de adherencia) 4.2.7 Relés temporizadores 4.3 Contactores electromagnéticos 4.4 Sistemas de conversión electromagnéticos 4.4.1 Electroválvula de 2/2 vías de accionamiento manual 4.4.2 Electroválvula de 3/2 vías de accionamiento manual. , 4.4.3 Electroválvula de 3/2 vías abierta en posición normal 4.4.4 Electroválvula de 3/2 vías cerrada en posición normal (servopilotaje, accionamiento manual) 4.4.5 Electroválvula de 4/2 vías (servopilotaje, accionamiento manual) 4.4.6 Electroválvula de 5/2 vías (servopilotaje, accionamiento manual) 4.4.7 Electroválvula de 4/2 vías (impulso eléctrico bilateral) 4.4.8 Electroválvula de 5/2 vías (impulso eléctrico bilateral) 4.4.9 Electroválvula de 5/4 vías 4.5 Convertidor de señales neumático-eléctrico PE 4.6 Convertidor de señales neumático-eléctrico PE para sistemas de baja presión 4.7 Convertidor de señales neumático-eléctrico (presostato)

62 63 63 64 64 65 67 68 68 70 73 74

75 77 78 80 82 83 85 88 90 94 97 97 101 104 106 107 107 108 111 113 113 114 115 116 117 118 119 120 121 124 125 126

5

Capítulo 5

5 5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.3 5.1.4 5.1.5 5.1.6 5.1.7 5.1.8 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7

Normas de seguridad VDE 0100 Medidas de protección para evitar contactos con alta tensión Aislamiento protector Bajo voltaje de protección Separación de protección Conexión a neutro Puesta a tierra Sistema de conductores de protección Circuito de protección por desconexión de tensión de defecto Circuito de protección por desconexión de corriente de defecto VDE0113 y DIN 57 113 Paro de emergencia e interruptor principal Unidades de control, unidades de mando e indicadores Circuitos eléctricos secundarios y dispositivos de bloqueo DIN 40 050, Protección de sistemas mecánicos y eléctricos Especificación del tipo de protección

127 129 129 130 130 131 131 132 132 133 134 134 135 139 140 140

Capítulo 6

6 6.1 6.2 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3

Bases de la neumática Propiedades del aire comprimido Bases físicas Acondicionamiento del aire Impurezas ..............................................•. Filtro de aire comprimido con válvula reguladora de presión Unidad combinada de mantenimiento

143 144 145 148 148 150 152

Capítulo 7

7 7.1 7.1.1 7.1.2 7.2 7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 7.2.5 7.2.6 7.2.7 7.2.8

6

Elementos neumáticos Elementos neumáticos de funcionamiento lineal (cilindros) Cálculo de los parámetros de los cilindros Ejemplos de cálculos Válvulas Generalidades Válvulas de vías Accionamiento de las válvulas Símbolos neumáticos según DIN/ISO 1219 y símbolos especiales no normalizados Control y regulación de energía Transmisión de energía Elementos complementarios Interruptores de contacto/Símbolos especiales/Elementos de conmutación (sin norma)

156 158 159 162 162 162 165 168 170 173 180 182

Capítulo 8

8 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.9.1 8.9.2 8.9.3 8.9.4 8.9.5

Símbolos eléctricos Símbolos de interuptores según DIN 40 713 (abril 1972) Transformadores según DIN 40 714 Testigos, indicadores y alarmas según DIN 40 708 Tipos de tensión y de corriente, tipos conmutación DIN 40 710 Líneasy conexiones DIN 40 711 Instrumentos de medición DIN 40 716 Máquinas DIN 40 715 Letras de identificación del tipo de elemento operacional DIN 40 719 Parte 2 (junio de 1978) Tipos de esquemas de distribución Esquema de conexiones efectivas Esquema de circuitos eléctricos Esquemas generales Esquema de conexionado Esquema de conexión entre elementos

183 184 193 194 195 196 197 197 198 202 202 203 204 205 205

Capítulo 9

9 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9 9.10 9.11 9.12 9.13

Conexiones básicas (electro-neumáticas) 207 Control de un cilindro de simple efecto 208 Control de un cilindro de doble efecto 210 Circuitos paralelos (cilindro de simple o doble efecto) 211 Circuitos en serie (cilindro de simple o doble efecto) 212 Control indirecto bilateral 213 Control del retroceso automático de un cilindro 214 Movimientos oscilantes de un cilindro de doble efecto 215 Circuito de autorretención 216 Control de un cilindro de simple o doble efecto con autorretención .217 Control del retroceso automático con detector de final de carrera .. 218 Mandos con temporización 219 Control de un cilindro de doble efecto con temporización (respuesta retardada 220 Control de un cilindro de doble efecto con temporización (desconexión retarda) 223

Capítulo 10

10 10.1 10.1.1 10.1.2 10.1.3

Confección de un esquema de distribución 225 Confección de un esquema de distribución según una sistemática .. 227 Ejemplo: Elevador de paquetes 227 1ª Solución (memoria neumática) 228 2ª Solución (memoria eléctrica) 233

Capítulo 11

11 11.1 11.2

Anexo Indice bibliográfico Normas

239 240 240

7

8

Capítulo 1 Técnica de mando: generalidades

9

1.1 Introducción

La técnica de mandos es parte integrante de nuestra sociedad industrial puesto que sin ella la tecnoloqía no' hubiera podido alcanzar los niveles actuales. No hay especialidad tecnológica que pueda prescindir de los mandos. Para que los técnicos de diversas especialidades (neumática, hidráulica, electricidad y electrónica) cooperen entre sr, es indispensable que hablen un idioma común, Ello significa que debe disponerse de definiciones precisas de los conceptos, con criterios básicos aceptados por todos. Estos fundamentos de la técnica de mando tienen validez general, independientemente de la energfa de control o de trabajo que se utilice y, también, independientemente de la configuración técnica del mando en cuestión.

10

El acto de controlar (es decir, el mando) se refiere a aquél proceso dentro de un sistema que tiene como consecuencia que una o varias magnitudes de entrada incidan sobre una o varias magnitudes de salida a raíz de una lógica in trínseca del sistema. Un control se caracteriza por la secuencia de efectos .ablerta producida a través de un elemento de transmisión individual o mediante un mando en ciclo abierto. El concepto de mando con frecuencia no solamente es utilizado para definir el proceso de control como tal, sino que abarca a la totalidad del equipo en el que se produce el control.

Magnitudes de entrada

Sistema

::----:~I...

Magnitudes de sálida

_,t-----I:~::~

El mando como tal, incluido en el sistema sometido al control, se representa mediante el siguiente esquema básico:

Magnitud de interferencia z 1

I -

Magnitud de ajuste y

Trecho de mando

....

FIujo de la energía/

Ca rriente

de masa

Dirección de las secuencias Unidad de control'

ljl 1jl ljl

'--

Magnitud de Interferencia

Z2

Magnitudes de entrada XC

11

1.2

Controlar; mandos (Definición según DIN 19226)

Ejemplo

Si el rendimiento de un compresor de aire es regulado mediante la cantidad de aire aspirado, entonces. el abrir y cerrar la corredera es un proceso de control. La corredera es el elemento de control, ya que su posición determina la cantidad de aire aspirado. La magnitud de ajuste es la sección que queda abierta por la posición de la corredera. La llave que actúa sobre la corredera es la unidad de mando. La variación de la carga en la red neumática, causada por la unidad receptora, actúa sobre el mando como magnitud de interferencia z. Lo mismo se aplica a las oscilaciones de las revoluciones o a los cambios del grado de eficiencia del compresor. Dado el caracter interferencias.

abierto

del

mando,

no

es posible

compensar

dichas

Uave (unidad de mando) Corredera Tub erar de /' / aspiración. '7'-' (elemento de _;_____J.1(_ control) <,

u

Sección abierta al paso (magnitud de ajuste y) Compresor (magnitud de interierencia z 1)

12

'~v~ /

Trecho de mando

Acumulador

\ ,

\

~=========j

=-+ Unidad receptora (magnitud de interterencia z2)

1.2.1 Criterios de diferencia-

(Definición según DIN 19237)

ción de los mandos

1.2.2 Diferenciación según la forma de representar la información

Se trata de analógicas.

un

mando

Observación Las señales son procesadas contínuo.

con

procesamiento

principalmente

de

señales

primordialmente

Mando analógico

con elementos de funcionamiento

Se trata de un mando que actúa durante el procesamiento primordialmente procesa informaciones numéricas.

de las señales y que

Mando digital

Observación Las señales son procesadas principalmente mediante unidades funcionales digitales, como por ejemplo contadores, unidades registradoras, memorias y unidades de cálculo. Las informaciones que se procesan suelen estar representadas mediante un código binario.

Se trata de un mando con procesamiento de señales primordialmente binarias. Las señales binarias respectivas no son componentes de informaciones representadas por números. Observación Los controles binarios procesan señales binarias de entrada principalmente con unidades de enlace, de tiempo y de memoria, transformándolas en señales binarias de salida.

13

Mando binario

1.3

Diferenciación según el procesamiento de las señales

Este criterio de diferenciación se refiere a la manera en la que se enlazan, modifican y procesan las señales, Según DIN 19237, pueden diferenciarse los siguientes cuatro grupos:

Mando

I Mando sincroniazdo

-T Mando asíncrono

-

J.

-

I

T

I

Mando lógicos

Mando secuencial

T Mando secuencial controlado por el tiempo

1

Mando secuencial controlado por el proceso

Mando sincronizado

Se trata de un mando en el que el procesamiento modo sincronizado con una señal temporizada.

de las señales se produce de

Mando asíncrono

Se trata de un mando que trabaja sin señal temporizada; solamente si cambian las señales de entrada.

Mando por enlaces lógicos

Se trata de un mando que asigna a las señales de entrada determinadas señales de salida en función de los enlaces de 8001e.

las señales cambian

Observación Es recomendable evitar el uso de conceptos como mando en paralelo, mando guiado o mando por bloqueo, ya que son propensos a causar confusiones.

14

Esquema lógico

y

Esquema neumático y

,----EkI

13

13

13

13

Esquema eléctrico 24V+

---t~---..--

!Y1K1

15

Mando secuencial

Se trata de un mando con pasos obligatorios; la conmutación de un paso hacia el siguiente se efectúa en función de las condiciones para dicha conmutación. Observación La secuencia de los pasos puede estar programada de diversas formas (por ejemplo saltos, bucles, bifurcaciones). La secuencia de los pasos del mando suele coincidir con la secuencia de los pasos del proceso técnico que es objeto del control. Es recomendable no seguir utilizando conceptos como, por ejemplo, control de programas, control temporizado, ya que se prestan a confusiones.

Mando secuencial controlado por el tiempo

Se trata de un mando con condiciones de conmutación que dependen exclusivamente del factor tiempo. Observación Para conmutar al siguiente paso puede recurrirse, por ejemplo, a elementos temporizadores, contadores de tiempo o rodillos de giros contínuos y constantes. El concepto de mando por programa solo deberá utilizarse para la definción de magnitudes de control en función del tiempo .

.Cinta programada Motor

Motor Arbol de levas" '<,

16

Se trata de un mando secuencial en el que la conmutación de un paso al siguiente se produce solamente en función de las señales provenientes del equipo objeto del control (proceso). Observación Un mando secuencial controlado por el proceso funciona dentro de un circuito cerrado. El mando según recorridos, definido en la norma DIN 19226 del mes de mayo de 1968 es un tipo de mando secuencial controlado por el proceso, aunque en él la conmutación al siguiente paso depende exclusivamente de señales generadas por los recorridos del equipo sujeto al control.

1.3 -~-.ct-t:"

."'__

"T-

L--'''_''''

Válvula de arranque 1.2

1.3 I

17

Mando secuencial controlado por el proceso

1.4 Desglose de un mando en ciclo abierto

Un mando está representado en muchas casos como caja negra cerrada con entradas y salidas. Puede desglosarse esta caja negra más detallada- mente. Se hace el desglose siguiente:

Entrada de señales

Salida de señales

Procesamiento de señales

Este esquema es aplicado en los más diversos campos de la electricidad, electrónica, neumática e hidráulica, indicándose en él la dirección de la transmisión de la señal. El esquema se amplía si en un sistema se utilizan tecnologías diferentes, es decir, si se combinan por ejemplo electricidad y neumática o electricidad e hidráulica. En estas u otras combinaciones es necesario intercalar un paso adicional.

Entrada de señales

r--+

Proceso de señales

r--+

Conversión

de señales

......

Salida de señales

El bloque "conversión de señales" también puede titularse transformador de señales o amplificador de señales. Este convertidor de señales - o lo que sea la denominación- tiene la función de convertir para el bloque "salida de señales" las señales que llegan de los bloques "entrade de señales" o proceso de señales" en señales de la otra técnica (medio) respectiva. 11

18

La tabla siguiente muestra la correspondencia eléctricos.

entre elementos

Conversión de señales

neumáticos

y

Salida de señales

Entrada de señales

Proceso de señales

ElectricidadElectricidad

Pulsadores, interruptores, interruptores de final de carrera (contactos normal mente cerrados o abiertos, conmutadores) emisores de señales sin contacto

Contactores electromagnéticos Relés

NeumáticaNeumática

Pulsadores, interruptores, interruptores de final de carrera (válvulas de vías), emisores de señales sin contacto

Válvulas de vías, válvulas de cierre (válvulas mixtas, válvulas selectoras)

Amplificadores neumáticos

Cilindros Motores neumáticos

ElectricidadNeumática

Pulsadores, interruptores, interruptores de final de carrera, emisores de señales sin contacto

Contacto res electromagnéticos Relés

Electroválvulas

Cilindros Motores neumáticos

Técnica de sensores

Técnica de procesadores

Técnica de actuadores

Motores eléctricos Motores de inducción lineal

19

En los esquemas electroneumáticos la representación del flujo de las señales eléctricas es de arriba hacia abajo, tal como lo muestra el siguiente ejemplo:

Salida de señales en la unidad de trabajo neumático

Y1

1

+

=

convertidor de señales

3

__'_r ---+-r ---+-r S1El s3E

Entradas de señales S1, S2, S3

Kl

Procesamiento S3 con K1

'

..

:.,

:'

de señales S1, S2,

Al

~

Kl

Yl A2

Salida de señales Y1

En este manual se incluyen explicados posteriormente.

20

diversos

esquemas

de este tipo

que serán

Una señal es una información representada por un valor o por la evolución de un valor de una magnitud física. La representación puede referirse a una transmisión, un procesamiento o al almacenamiento de informaciones.

1.5 Señales·

Una señal analógica es una señal que ofrece diversas informaciones en cada uno de los puntos comprendidos por un margen de valores continuo. En consecuencia, el contenido de información Ip (parámetro de información) de estas señales, puede tener cualquier valor comprendido dentro de determinados límites.

1.5.1 Señal analógica

Ejemplo Polímetro

o

~o

• REGrONALSANTANnP~ ~------------------------------------------------------~~A 71\\ CENrRo L';1)USTRlAL Gll:Ü,~ BlBUOTECA

Señal analógica

1 p

Ip

=

parámetro de información

21

1.5.2 Señal discreta

Se trata de señales cuyo parámetro de información Ip tan solo admite una cantidad limitada de valores dentro de un margen determinado. Dichos valores no guardan relación alguna entre sí, Cada valor está relacionado a una información determinada.

Ejemplo Densidad del tráfico durante las horas del día

-

r-

(/)

o

'3

-2 ..c: Q) >

1"""'"'

1"-

Q)

"O "O

ca :g

lo.-.

r-

.._

r-

~- .3-

~

E

8 IP

1.5.3 Señal digital

=

parámetro de información

Se trata de una señal cuyo parámetro tiene una cantidad ilimitada de márgenes de valores, correspondiendo la totalidad de cada margen de valores a una información determinada.

Ejemplo Aparato de medición digital

o ~

~ r----r--.---r--r----,

~ I 1~11/13191

Señal digital

22

La señal binaria (señal de dos puntos) es una señal digital de un parámetro relacionado solamente a dos márgenes de valores. La señal contiene dos

1.5.4 Señal binaria

informaciones. Por ejemplo: SI - NO; ACTIVO - INACTIVO.

Ejemplo

Presión Tensión Corriente

0.8

f_

Para evitar yuxtaposiciones, es necesario que el margen de seguridad entre los dos márgenes de valores sea lo suficientemente amplio; por ejemplo: señal O = OV hasta 5V, señal 1 = 10V hasta 20V. Mientras que el valor de la señal (por ejemplo una presión) oscile dentro del margen superior, será reconocido como señal 1. Lo mismo se aplica análogamente al margen inferior. De este modo se obtiene cierta seguridad frente a posibles interferencias. En consecuencia, ello significa que es necesario situarse ya sea en el margen inferior o en el margen superior. Si la señal estuviera en el margen de seguridad (zona prohibida), una válvula, por ejemplo, asumirla una posición indiferente pudiéndose producir una conmutación equivocada. Los estados O y 1 son equivalentes.

Señal binaria

H

L

I L I 1 :-=----~.----,......--__ 10 I o ~!~ O.__.._....D__

--r __ -

oL.O~~

1-

Existen también otras nomenclaturas recomienda no utilizarlos (DIN 40 700).

para los estados

O y 1, aunque

se

H = High L = Low

23

1.6

Formas de energía para las secciones de mando y las secciones operaciona les (Composición y delimitación)

La posibilidad de transformar señales de determinadas formas de energía en señales de otras formas de energía recurriendo a los equipos correspondientes (transformadores de señales, transformador de mediciones) significa que en la técnica de mando es factible trabajar con varias formas de energía. Por ello es posible configurar un mando según criterios de optimización económica y técnica. No obstante, en la práctica no siempre es sencillo elegir el sistema más adecuado. Además de las exigencias que plantea la aplicación concreta, es necesario tomar en cuenta las condiciones generales imperantes, tales como el lugar de la aplicación, las influencias del medio ambiente, recursos humanos disponibles para el mantenimiento del sistema, etc .. Con frecuencia, estas circunstancias están en franca contradicción con la solución teóricamente ideal del problema e inciden por tanto en la solución por la que realmente se opte. Cabe agregar que el "electricista" siempre preferirá una solución del mando por medio de la electricidad, el especialista en hidráulica optará más bien por una solución con componentes hidráulicos mientras que el experto en neumática se decidirá en favor de una solución neumática. No obstante, la solución óptima del problema presupone un dominio de todas las especialidades. Las listas que se incluyen a continuación ofrecen una información general sobre los medios de trabajo y de control más difundidos y sobre los respectivos criterios de selección. Sin embargo, no se trata de un listado completo y exhaustivo de todos los hechos a tomar en cuenta, intentándose más bien indicar tan solo los aspectos más importantes.

Medios de trabajo

• • •

Criteros para la elección

• Fuerza / Potencia • Distancia • Tipo de movimiento (lineal, giratorio, etc.) • Velocidad • Dimensiones • Vida útil • Sensibilidad • Seguridad • Costos energéticos • Regulabilidad • Manejabilidad • Acumulación

del sistema

24

Electricidad:corriente Hidráulica:fluidos Neumática:gases

eléctrica

Criterios

Neumática

Hidráulica

Electricidad

Fuerza lineal

Fuerza limitada a aprox. 35000-40000 (= 3500-4000 kp) por la baja presión y por el diámetro de los cilindros; no consume enerqía en marcha en vacío

Fuerza elevada por presión alta

Bajo grado de eficiencia; no ofrece seguridad a sobrecargas; gran consumo de enerqía en marcha en vacío; fuerzas reducidas

Fuerza giratoria

Máximo par de giro, también en marcha en vado, sin consumo de energía

Máximo par de giro, también en marcha en vado, aunque en ese estado se produce un consumo máximo de energía

Mrnimo par de giro en marcha en vado

Movimiento rotativo o basculante

Motores neumáticos de altas revoluciones (aprox. 500000 rnín.r), elevados costos de servicio; bajo grado de eficiencia; movimiento basculante mediante transformación por piñón y cremallera

Motores hidráulicos y cilindros giratorios tienen menos revoluciones que en!a neumática; buen grado de eficiencia

Excelente grado de eficiencia con motores giratorios; revoluciones limitadas

Comparación trabajo

25

entre medios de

Criterios

Neumática

Hidráulica

Electricidad

Regulabilidad

Fácil regulabilidad de la fuerza mediante ajuste de la presión (regulador de presión) y de la velocidad mediante la cantidad (válvula de estrangulamiento, válvula de aireación), especialmente en el margen de velocidades bajas

Buena regulabilidad de la fuerza y de la velocidad, incluso en el margen de velocidades bajas

Regulabilidad limitada y complicada

Acumulación de energfa y transporte

Fácil acumulación de grandes cantidades; transporte sencillo por conductos (aprox. 100m) y en botellas de aire comprimido

Acumulación limitada con gas auxiliar o mediante acumulador con muelle; transporte factible por tuberías de hasta aprox. 100 m

Acumulación sumamente ditrcil y complicada y, por lo general, en cantidades fnfimas (acumulador, pila); transporte sencillo por cables y a largas distancias

Influencias del medio ambiente

Insensible a fluctuaciones de temperatura; sin peligro de explosión; peligro de congelación a gran humedad del ambiente, bajas temperaturas y velocidades altas del flujo

Sensible a fluctuaciones de temperatura; en caso de fugas, peligro de suciedad y de incendio

Insensible a fluctuaciones de temperatura; en zonas de peligro, necesidad de adoptar medidas de seguridad contra incendio y explosión

26

Criterios

Neumática

Hidráulica

Electricidad

Costos energéticos

Elevados en comparación con la electricidad; 1m3 de aire comprimido con 600kPa (6 bar) cuesta aprox. de 0,02 DM hasta 0,04 DM, según equipo y grado de desgaste

Elevados en comparación con la electricidad

Costos energéticos mínimos

Manejo

Aplicable con pocos conocimientos técnicos; montaje y puesta en marcha relativamente

Más dificil que la neumática debido a las altas presiones; necesidad de incluir tuberías de fuga yde retorno

Aplicable solo con conocimientos técnicos; peligro de accidentes al cometer equivocaciones de conexiones, con la consecuente destrucción de los equipos y del mando

A presiones elevadas se producen ruidos de la bomba; los elementos no sufren sobrecargas

Los elementos pueden sufrir sobrecargas, a menos que se prevea un sistema complicado de seguro contra sobrecargas; ruidos al conmutar los relés y el electroimán elevador

I sencillos

y sin

peligro I

I

II ----.Generalidades

Los elementos ¡ no sufren sobrecargas; ruidos molestos por evacuación de aire, por lo que es necesario incorporar silenciadores

27

Medios de mando

Criterios para la elección del sistema

Comparación entre medios de mando

•

Mecánica

• • • • •

Electricidad Electrónica Neumática a presión normal Neumática a baja presión Hidráulica

• • • • • •

Seguridad operativa de los elementos Sensibilidad frente al medio ambiente Facilidad de mantenimiento Tiempo de conmutación de los elementos Velocidad de las señales Espacio requerido el Vida útil • Capacitación del personal de operación y servicio

Criterios

Electricidad

Electrónica

Seguridad operativa de los elementos

Insensible a influencias del medio, tales como polvo, humedad, etc.

Muy sensible a influencias del medio, tales como polvo, humedad, campos parasitarios, golpes y vibraciones; larga vida útil

Tiempo de conmutación de los elementos Velocidad de las señales

Distancias

> 10 ms

Neumática a presión normal

Neumática a baja presión

Muy sensible a influencias del medio; larga vida útil si el aire no contlene impurezas

Insensible a influencias del medio; sensible al aire con impurezas; larga vida útil

> 5 ms

> 1 ms

< < 1 ms

Gran velocidad = velocidad de la luz

=

10-40

mis

= 100-200

mis

Prácticamente ilimitadas

Limitadas por la baja velocidad de la transmisión

\

Espacio requerido

Poco

Muy poco

Poco

Poco

Procesamiento principal de señales

Digital

Digital Analógico

Digital Analógico

Digital Analógico

28

Capítulo 2 Formas de representar secuencias de movimientos y estados de conmutación

29

Con la finalidad de reconocer de modo rápido y seguro las secuencias de los movimientos y los estados de conmutación de los diversos elementos de los mandos, es necesario recurrir a una forma adecuada de representar los movimientos y los estados de las señales. Dichas representaciones sustituyen o complementan las descripciones verbales de un sistema de mando. Además, las representaciones contribuyen a un mejor entendimiento entre expertos en construcción de maquinaria, en electrotécnica y en electrónica. A continuación se ofrecerá un ejemplo práctico para mostrar las diversas formas de representar un sistema.

Ejemplo Máquina de doblar chapas

Las herramientas de una máquina se encargan de doblar chapas. Las chapas son colocadas a mano en la máquina. Después de activar el pulsador de puesta en marcha, el cilindro A sujeta la pieza. El cilindro B avanza, dobla la pieza y retrocede. A continuación, el cilindro C continúa con el proceso de doblado. Cuando el cilindro retrocede a su posición normal, el cilindro A suelta la pieza.

Plano de situación Cilindro B Cilindro A Sujeción de la pieza

30

Elemento de trabajo Cilindro Cilindro Cilindro Cilindro Cilindro Cilindro

2.1 Registro en orden cronológico

Proceso de trabajo

A B B C C A

Sujeción de la pieza Primer proceso de doblado Retorna a posición normal Segundo proceso de doblado Retorna a posición normal Suelta la pieza

Movimiento ciílndro A: sujetar

Movimiento cilindro B: primer doblado

Movimiento cilindroC: segundo doblado

1 2

AVANZA

-

-

-

3 4

-

AVANZA RETROCEDE

-

5 6

-

-

AVANZA RETROCEDE

Paso

RETROCEDE

En caso de movimientos

2.2 Tabla

-

giratorios, indicar dirección del giro.

Al resumir la descripción de los movimientos deberá prestarse atención a la denominación correcta del avance y del retroceso. Denominación para:

= +

Avance Retroceso

En la versión resumida de la descripción, elementos según su orden:

A+,

B+.

B- ,

C+,

C-,

A-

o

se indican los movimientos

de los

A+ B+ BC+ CA-

31

2.3 Descripción resumida de los movimientos

2.4

Representación (diagrama)

gráfica

Para representar determinadas secuencias de trabajo de máquinas o equipos se utilizan diversos tipos de diagramas. En la norma VOl 3260 se definen los diagramas de funciones, los cuales son clasificados en diagramas de -espacio y diagramas de estado. En el diagrama de espacio se indican las distancias recorridas por un elemento de trabajo. En el diagrama de estado se indica la conjunción del trabajo de varios elementos y la actuación de otras unidades de mando y de conexión. Los conceptos más difundidos para estos tipos de diagramas son los siguientes: • •

Diagrama del movimiento Diagrama del mando

2.4.1 Diagramas de movimientos Diagrama de pasos

En estos diagramas se indica la secuencia de trabajo de un elemento, trazándose el recorrido en función de cada uno de los pasos (paso = cambio del estado de algún elemento). Si un mando incluye varias unidades de trabajo, éstas son incluidas en el diagrama una debajo de la otra. La relación existente entre las secuencias queda establecida por los pasos.

2 Adelante1Zt Cilindro A ,1 Atras

t El diagrama siguiente:

5=-=1

,--1--

I

Pasos --

Espacio

correspondiente

4

1 ¡~ -

2

32

3

a la máquina de doblado

3

4

5

6

de chapas sería el

7 = 1

• Trazar los pasos horizontalmente y equidistantes. • No trazar los espacios a escala, sino iguales para todos los elementos constructivos. • Tratándose de varias unidades, prever suficiente espacio entre los pasos (1/2 hasta 1 paso). • Si durante el movimiento cambia el estado, por ejemplo accionando un interruptor en la posición intermedia del cilindro o modificando la velocidad del avance, pueden intercalarse pasos intermedios. • Numeración arbitraria de los pasos. • Denominación arbitraria de los estados, ya sea indicando la posición del cilindro como en el ejemplo (adelante - atrás, arriba - abajo, etc.) o utilizando números (por ejemplo, O para el final de carrera al retroceder o 1 para el final de carrera al avanzar). • La denominación de la unidad respectiva deberá incluirse a la izquierda del diagrama; por ejemplo: cilindro A.

Recomendaciones para el trazado de los diagramas

En estos diagramas se realiza el trazado del espacio recorrido por la unidad en función del tiempo. A diferencia del diagrama de pasos, en el diagrama espacio-tiempo sí se aplica una escala para el tiempo t, con lo que se establece una relación entre las diversas unidades en el tiempo.

Diagrama espacio - tiempo

2

3

Cilindro A

O (atrás) Tiempo

t

33

Diagrama espacio-tiempo para el ejemplo de la máquina dobladora de chapas:

2

Cilindro A O

Cilindro B O

Cilindro C O

-:

3

5

4

6

7:1

I

<,

V 1\ / r-, Tiempo t

La imagen de este diagrama es similar al diagrama de pasos. Mediante líneas verticales (lfneas de los pasos) se establece la relación entre los dos diagramas. Las líneas referentes a los pasos incluidas en el diagrama espacio-tiempo sin embargo no son equidistantes, sino que corresponden al tiempo en función de la escala que se haya escogido para este parámetro. El diagrama de pasos es más informativo en cuanto a las relaciones entre los elementos; sin embargo, el diagrama espacio- tiempo permite reconocer con mayor claridad las sobreposiciones de los movimientos y las diferentes velocidades de trabajo. Recomendaciones

• Para el diseño y la representación de mandos por programas de movimientos (mandos secuenciales controlados por el proceso), es preferible recurrir a diagramas de pasos, ya que en este caso el tiempo es un parámetro de menor importancia • Los diagramas espacio-tiempo deberfan utilizarse preferentemente para diseñar y representar mandos por programas de tiempo (mandos secuenciales controlados por el tiempo), ya que ofrecen la posibilidad de indicar claramente la relación entre las secuencias del programa y el·tiempo. • Al trazar diagramas para elementos de trabajo giratorios (por ejemplo motores eléctricos, motores neumáticos), se aplicarán básicamente los mismos diagramas, aunque sin considerar el transcurso del tiempo en relación con el cambio de estado. Ello significa concretamente que en el diagrama de pasos el cambio de estado no se indica a lo largo de un paso entero (por ejemplo al poner en marcha un motor eléctrico), sino que es trazado directamente sobre la linea del paso respectivo.

34

El diagrama del mando muestra los estados de conmutación de los elementos emisores de señales y de los elementos procesadores de señales en función de los pasos. En estos diagramas no se incluye el factor tiempo. Es importante incluir las posiciones normales de los elementos en el diagrama del mando, por ejemplo abierto, cerrado, estado O ó 1.

1 1 (abierto) Emisor de señales O (cerrada)

2

': I

3

5

-4

I I

tEstado

l1

Pasos --

1

6

.. ~

3

En este ejemplo, un interruptor de final de carrera abre en el paso 2 (señal 1) Y cierra en el paso 5 (señalO). A modo de alternativa, manera.

puede también trazarse el diagrama

de la siguiente

i-I ¡ 1 ¡ ¡ 35

2.4.2 Diagrama

del mando

Recomendacio,nes

• • •

De ser posible, es recomendable combinar el diagrama del mando con el diagrama de movimientos Trazar los pasos o los tiempos en el plano horizontal La distancia vertical entre las líneas de los movimientos es arbitraria, aunque deberá procurarse la claridad de la información

La combinación de un diagrama de movimientos es denominada diagrama de funciones.

y de un diagrama de mando

En esta página se ofrece el diagrama de funciones correspondiente de la máquina doblad ora.

al ejemplo

La inclusión de los interruptores de final de carrera en el diagrama ofrece una información más clara sobre la relación entre las funciones.

2 <::'2 • v

1

5

]

lL,,"'(al;

SI

S7

1

Sta rt

Cilindr 08

o

7-1

-,

I

Cilindr oA

6

51

~ t:?'(bl .

,V KI(tKJ)

S3

S3

<; t7i=1 )

V

Cilindr oC

o

S1 (aO ;34 (b1)

/

1

S2(ill)

~

(tKJ,

S6 (e 1)

1I SS

ss (eO'

(e O) 1 Sl

0-

I

1

S2

o 1

S3

o .

1

,!.

S4

o 1

11

~

SS

o 1

S6

o

i

Jll

1

S7

o

El diagrama de funciones permite comprobar y controlar las secuencias (movimientos de los cilindros). Además puede comprobarse también la posición de los interruptores de final de carrera y sus estados de conmutación.

36

(Según DIN 40719, parte 6, edición de marzo de 1977)

2.4.3 Plano de funciones

En este párrafo se explican los símbolos más importantes y las reglas para la representación gráfica en la medida que sean necesarios para comprender los diagramas de funciones incluidos en este manual.

OBSERVACION PREVIA

Recomendamos al lector que desee profundizar en la materia, que estudie las normas DIN 40700, parte 14 y 40719, parte 6.

El diagrama de funciones es una representación de un mando según procesos, independientemente de la aplicación concreta de determinados medios operativos, de la configuración de los conductos o del lugar del montaje. El diagrama de funciones sustituye o complementa la descripción verbal de un mando. El diagrama de funciones es un medio de comunicación entre el fabricante y el usuario. Además facilita el entendimiento entre los expertos de diversas disciplinas especializadas, tales como construcción de máquinas, neumática, hidráulica, técnica de procedimientos, electricidad, electrónica, etc. El diagrama de funciones permite la representación clara de un mando con sus características esenciales (estructura general) o, también, con todos los detalles necesarios para una aplicación concreta (estructura detallada). El diagrama de funciones es un complemento de la restante documentación sobre los circuitos.

37

Finalidad del diagrama de funciones

2.4.4 Reglas y s(mbolos para diagramas de funciones

(Según DIN 40719, parte 6) Símbolo Forma básica para el símbolo de funciones. Este símbolo básico es completado mediante indicaciones características de las funciones concretas en concordancia con DIN 40700, parte 14.

D

D

Símbolo general para linea activa

Resumen gráfico de líneas activas

Versión detallada Denominación de variables de entrada o de salida)

(señales

Esta denominación califica el estado en el que la variable (señal) tiene el valor 1

Negación nación)

(inversión de una denomi-

Interrupción de una linea activa

38

Versión simplificada

xxx

xxx xxx --~O

O-DU o-

Entradas Las entradas deberán indicarse preferentemente arriba o en el lado izquierdo. Al incluir varias entradas, puede prolongarse dicha entrada en uno o en los dos lados. Salidas Las salidas deberán indicarse preferentemente abajo o en el lado derecho.

Enlaces Y La variable en la salida tiene el valor 1 solamente si las variables en todas las entradas tienen el valor 1.

Enlaces O La variable en la salida tiene el valor 1 solamente si al menos en una de las entradas la variable tiene el valor 1.

A B

1

1

Paso En la casilla A se indica el número de! paso. Este número es arbitrario. En la casilla B puede incluirse un texto explicativo.

Paralelamente a cada paso se define más precisamente la orden respectiva en una casilla adicional.

Sujeción

39

Ejemplo Paso 1: sujeción

Casillas para las órdenes

Casilla A: Tipo D S SD NS NSD = SH T

de orden retardo memorizado memorizado y retardado no memorizado no memorizado, retardado memorizado incluso en caso de interrupción de la energía limitado en el tiempo

A

B

C

Casilla B: Efecto de la orden; por ejemplo: avance del cilindro de sujeción ,A., + Casilla C: La conmutación del paso n al paso n + 1 suele depender de la ejecución de las órdenes impartidas en n. Por motivos de simplificación, dichas órdenes y sus señales de confirmación que producen la conmutación son representadas mediante números.

Ejemplo

ARRANQUE Posición normal

I 1

S

Avance del cilindro de sujeción A +

a1

Sujeción

S

Motor "ON"

2

S

Avance de unidad de avance B +

b1

-

& ~

I 2 Taladrar

40

-

ai

~2

r--

Arranque

2.5

Pieza puesta

& Mando posición inicial (S1) '--

S

Avance del cilindro de sujeción (A + )

1 S21

S

Avance del cilindro B (B + )

1 S41

S

Retroceso del cilindro B (B-)

1 s31

S

Avance del cilindro C (C + )

1 s61

S

Retroceso del cilindro C (C-)

1 Sujetar pieza

,S2 2 Primer proceso de doblado

l

S4

3 Retroceso

,

S3

4 Segundo proceso de doblado

,S6 5

1S~

Retroceso

l 6

S5 IS

Retroceso del cilindro de sujeción A (A-) 1 S11

Retroceso

41

Diagrama funcional para el ejemplo de la máquina dobladora

2.6

2.7

Simbolos y normas de representación

Movimientos

En este capftulo se presenta!" diversos símbolos y conceptos concordancia con las normas VOl 3260 y DIN 55003.

importantes

en

Estos sfmbolos pueden emplearse tanto en planos como en diagramas además, en pictogramas colocados en las máquinas (véase DIN 55003).

y,

Movimiento la flecha

rectilfneo en dirección

de

Movimiento rectiJrneo en dos direcciones

.

Movimiento rectiJrneo y limitado en dirección de la flecha

1-

Movimiento rectilfneo limitado de una ida y vuelta en dirección de las flechas

l·

Movimiento rectilfneo limitado de ida y vuelta contfnua en dirección de las flechas

1 ..

Movimiento la flecha

giratorio

en dirección

Movimiento nes

giratorio en dos direccio-

"1

de

Movimiento giratorio y limitado en dirección de la flecha

42

--

1----

o

o

Revoluciones / Marcha contínua / Ciclo contínuo

Un giro / operación simple / ciclo simple

Revoluciones/minuto

Símbolos de carácter general

Manómetro según DIN 2481

CD

Instrumento de medición eléctrico según DIN 40716

Motor eléctrico

2.8 Símbolos para elementos, líneas y enlaces de señales según VOl 3260 para diagramas de pasos

CONECTAR

DESCONECTAR

CONECTAR/DESCONECTAR

CONECTAR AUTOMATICO

43

IMPULSO SIMPLE (conectado mientras se pulse el botón) ~

I Desconexión de emergencia (color rojo)

~

I Interruptor de final de carrera

I Presostato

~

500kPal

5 bar

I Elemento temporizador

I Condición O (símbolo v)

I

Q's

1

a,'

b,

a,'

b,

Condición y (símbolo A) \

Condición NO (símbolo -)

l

Bifurcación

Proveniente de otra máquina

Dirigido hacia otra máquina

T 44

a,

rs ~

(Segun DIN 43605) En general: Color ROJO: Color VERDE:

2.9

Colores característicos para interruptores, conmutadores y testigos

Desconexión de fuentes de peligro No para identificación de un estado de activación

Definición COLOR

Interruptor Conmutador

Testigos

ROJO

STOP/DESACTIVACION PARO de EMERGENCIA

Estado de conexión (conectado)

AMARILLO

Activación del primer ciclo

NEGRO

ACTIVACION

VERDE

ARRANQUE

AZUL

Fallo

Confirmación

2.10

Procesos hidráulicos

Procesos neumáticos

Procesos mecánicos

Procesos eléctricos

45

Símbolos de funciones

~-'-

"""

o':

-Ó,

-:-~~,)~: "_".-;""--"-A"-_

46

Capítulo 3 Bases de la electricidad / electrónica

47

La electricidad es una forma de energía con efectos magnéticos o químicos.

térmicos,

luminosos,

El ser humano siempre tuvo problemas en entender la naturaleza de la electricidad a pesar de que la energía eléctrica es utilizada de las más diversas formas en máquinas y equipos. Todos utilizarnos diariamente de una u otra manera, alguna forma de electricidad o de electrónica al encender una lámpara o una radio, al usar una calculadora de bolsillo o un automóvil. Lo importante es disponer de la electricidad, dándonos igual si proviene de una batería, de una pila o de una central eléctrica de cualquier tipo. Todo está compuesto de átomos. Cada átomo tiene un núcleo alrededor del cual giran electrones. Los átomos son extraordinariamente pequeños, por lo que no los podemos distinguir a simple vista. Su diámetro es de aproximadamente 1/10000000 mm. El núcleo, por su parte, tiene un diámetro 10000 veces más pequeño que el diámetro del átomo. El diámetro de un electrón es 1/10 del diámetro del núcleo.

El átomo (modelo de Bohr) Electrón

Núcleo atomos (griego) indivisible

=

Esquema simplificado

Los electrones tienen una carga eléctrica negativa. Los electrones giran alrededor del núcleo del átomo en diversas órbitas. El núcleo del átomo está compuesto de protones y neutrones. Los protones tienen una carga eléctrica positiva, mientras que los neutrones son eléctricamente neutros (no tienen carga eléctrica). Todos los cuerpos simples son determinados por la cantidad de sus electrones. Un cuerpo simple está conformado por átomos iguales. Juntándose átomos diferentes se obtienen cuerpos de propiedades nuevas; dichos cuerpos son denominados cuerpos compuestos.

48

Si el núcleo del átomo tiene tantos protones como electrones que giran a su alrededor, entonces el átomo es neutro, es decir, no tiene carga eléctrica que actúe hacia afuera. Son neutros, por ejemplo, los átomos de litio, aluminio y sicilio, tal como lo muestran las siguientes gráficas.

Esquemas simplificados Litio 3 protones 3 electrones 4 neutrones

Aluminio 13 protones 13 electrones 14 neutrones

Silicio 14 protones 14 electrones 14 neutrones

Si alrededor del núcleo del átomo giran más electrones que la cantidad de protones que tiene el núcleo, el átomo tiene una carga negativa. Si, por lo contrario, giran menos electrones alrededor del núcleo que la cantidad de . protones que éste tiene, entonces el átomo tiene una carga positiva. Los átomos que muestran estas características lona (griego) = migrar

son calificados de iones.

49

Dado que los electrones gira!') en diversas órbitas y a alta velocidad en torno al núcleo, es necesario que actúe una fuerza de atracción para que los electrones se mantengan en sus órbitas. En consecuencia,

se aplica el siguiente principio:

"CARGAS DEL MISMO SIGNO"

®®

"CARGAS DEL SIGNO CONTRARIO"

®e

Modelo del átomo: Electrón: carga negativa

Modelo simplificado

Núcleo del átomo: carga positiva

50

se repelen

se atraen

En un circuito de agua son necesarias una bomba y tuberías. La bomba se encarga de conducir el agua hacia las tuberías mediante presión. Ello significa que para que el agua avance por las tuberías es necesario que exista una presión. La calefacción mediante agua caliente, por ejemplo, es un sistema de esa índole: la bomba transporta el agua siempre en la misma dirección.

Rueda de palas Tubería

Al comparar la presión hidráulica o el circuito de agua con la tensión o el circuito eléctrico, puede constatarse que en el caso del circuito eléctrico también es necesario que actúe una determinada presión. Una bateria es un buen ejemplo para ello. Existen diversas posibilidades para generar una tensión eléctrica. 1. 2. 3. 4. 5.

Generación Generación Generación Generación Generación

de de de de de

tensión tensión tensión tensión tensión

por por por por por

inducción procesos electro-químicos calor luz deformación de cristales (pieza-electricidad)

Todas las formas de generación separación de cargas.

de tensión se basan en el principio

eee Tensión "cero"

Tensión "baja"

de la

eee Tensión "alta"

51

3.1

Tensión

eléctrica

La tensión electrica

(símbolo empleado en las fórmulas = U) puede medirse con un voltímetro. La unidad de la tensión eléctrica es el voltios (símbolo de la unidad = V) x Volta: físico italiano 1745 - 1827

La magnitud factores: 1. Velocidad 2. Densidad 3. Longitud 4. Cantidad

de la tensión

generada

depende

principalmente

de

cuatro

media del conductor del flujo magnético efectiva del conductor de conductores

La magnitud de la tensión puede calcularse de la siguiente manera: Uo

=

B . L . v . z

Uo

=

tensión generada (voltios)

B

Eiemplo

Vs

densidad del flujo magnético

v

m2 velocidad media expresada en rnlseg

L

longitud del conductor expresada en m

z

cantidad de conductores

¿Cuál es la tensión si la densidad del flujo magnético es de 1 Vs/m2, la longitud del conductor es de 0,75 m, la velocidad media es de 1,5 mis y la cantidad de conductores es de 150?

Uo = B . L . v . z

Un =

52

Vs. m2

0,75m . 1,5

mis'

150

16,8 V

3.1.1 Generación de tensión eléctrica por inducción

L

Si se mueve un conductor en un campo magnético, se induce una tensión de corriente alterna. La generación de tensión eléctrica con un imán se denomina inducción (ténsión inducida). Este tipo de generación de tensión eléctrica se aplica, por ejemplo, en las dínamos (automóviles, bicicletas) y en los generadores (centrales eléctricas).

Funcionamiento Rotor

Imanes

Borne

Material aislante

Corte seccionado

Rotor

53

de una dínamo

3.1.2Generación de tensión eléctrica por electrólisis

Si se sumergen dos placas de materiales diferentes (por ejemplo: placa de cinc = electrodo negativo; placa de cobre = electrodo positivo) en un líquido conductor, se obtiene un elemento galvánico. El líquido conductor, como puede ser por ejemplo agua salina, es denominado electrolito.

Cobre Deficiencia de electrones

<+--++-

Excedente de electrones

Solución salina

Al sumergir las placas en el electrolito, los metales se cargan, con lo que se genera una tensión eléctrica. Tal tipo de generador de tensión es denominado "elemento galvánico"x. Ejemplos: batería de automóvil, pila de linterna. Entre dos electrodos contínua.

diferentes

en un electrolito

se produce

una tensión

Al conectar una unidad receptora se cierra el circuito a través del líquido conductor. Los electrones fluyen en la línea exterior del polo negativo (excedente de electrones) hacia el polo positivo (deficiencia de electrones). La magnitud de la tensión es determinada por el material de los electrones. x Galvani: Científico italiano (1737 - 1798)

54

Al unir en un extremo un cable de cobre con uno de constantán y al calentarlos, se produce una tensión de corriente contínua. La tensión respectiva se situa en el margen de milivoltios (mV).

Cobre

-

Constantán

Este tipo de generador de tensión eléctrica es denominado termoelementos. la práctica los termoelementos son utilizados para efectuar mediciones temperaturas, por ejemplo en hornos industriales. Con ese fin es necesario calibrar el voltímetro respectivo en K eC). En la siguiente tabla se indican algunos valores de temperaturas termoelementos.

de diversos

Combinación de metales

Tensión térmica mV / 373 K

Umite superior de la temperatura

Cobre - Constantán

4,1

773 K (500°C)

Hierro - Constantán

5,6

973 K (700°C)

Níquel - Cromo - Níquel

4,1

1173 K (900°C)

Níquel - Platino

0,9

573 K (300°C)

x Thermos (griego)

=

En de

caliente

55

3.1.3 Generación de tensión eléctrica por calor

•.••..• f) ..•...••.•.. ~..•.•• ..•.••.......••..••.. $e ~ .....• ·.···.··.~.· ••. ·••. e.•.·.··•.·.·.ta •..••.. ·•·.·•·.·· .. I.·••.~.· •.••.· ••.·•. é.· •.•••.

3.1.4 Generación de tensión eléctrica por luz

·W.···.·.·.···.··.·C.···.· •.

·l.d.•·•..·

e.·•..·•f:.~.:.· .. •..h.••. I.••. P.· ••.

a.···.···.d.···.···.l .••.•.·••.

t.· ••.

·.·.n.·.·.···.¡.

c.·· ..• •.. a.··.· •..• ••.••.••.•

• .•............................................•..........•••..

,

•

Fé~lótJidátHC/

• • ;.;.:.;.:.;.;.:.;.:.;.;.;:::::;.:.:::::.;.:::::::.:.:::::::::::::::::::.;.:.:,:::.:.:.

Si sobre determinados materiales caen luz o rayos X, se desprenden electrones. Las células fotoeléctricas se basan en este fenómeno. Cuando incide luz sobre un elemento fotoeléctrico se genera una tensión de corriente contínua.

Luz Anillo de contacto

--~~~~----~~~~

Capa de recubrimiento

Selenio

Placa base

La aplicación práctica más difundida de estos fotoelementos son los exposímetros de cámaras fotográficas. También son utilizados para funciones de controlo regulación electrónicos.

56

Al ejercer una presión o tracción sobre un cristal, se producen diferencias de cargas eléctricas entre determinadas superficies del cristal. La tensión resultante puede tomarse en superficies conductoras. Si la presión y la tracción se alternan, la tensión de la corriente eléctrica será alterna.

Tracción o presión

Láminas de aluminio

(x)Piezo (griego)

=

presión

Ejemplos de aplicación práctica: Micrófono de cristales, fonocaptor

de cristales para tocadiscos.

Como ya se mencionó antes, la tensión es expresada en voltios. Si las tensiones son altas, se recurre a la unidad del kilovoltio. 1kV = 1 kilovoltio

La unidad aplicada para tensiones muy bajas es el milivoltio. 1 mV = 1 milivoltio 1 mV = 0.001 V 1 mV = 10-3 V

1 kV = 1000 V 1kV=103V

Para medir la tensión eléctrica se recurre a un voltfmetro (medidor de tensión eléctrica). El voltímetro siempre es conectado en paralelo en relación con la fuente o la unidad receptora. Si se mide una tensión de corriente contínua tiene que ponerse cuidado en no confundir los polos. ,..., Interruptor

+ Fuente de la corriente

Unidad receptora

57

3.1.5 Generación de tensión eléctrica por deformación de cristales ((x)piezo-electricidad)

3.2

Corriente

eléctrica

Sabemos que la tensión eléctrica es una característica que distingue, por ejemplo a una pila. Para que pueda fluir una corriente eléctrica es necesario crear un circuito compuesto de las siguientes partes: fuente, cables, interruptor y unidad consumidora.

Dirección técnica de la corriente Deficiencia de electrones

Unidad consumidora

+

Fuente de la corriente

ee eee ee

-e ee

Interruptor Aujo de electrones

•

Excedente de electrones

Los electrones se desplazan del polo negativo hacia el polo positivo cuando se cierra el circuito. Este es la dirección en la que se desplazan los electrones. No obstante, aparte de los portadores de carga negativa también hay portadores de carga positiva. La dirección del movimiento de los portadores de carga positiva es de polo positivo a polo negativo, por ejemplo en un acumulador. Cuando en la física aún no se habían estudiado los electrones, se supuso que la dirección de la corriente era determinada por los portadores de carga positiva.

La corriente de los electrones se enfrenta a diversas resistencias en un circuito (resistencia del conductor,

resistencia de la unidad consumidora).

En consecuencia, la magnitud de la corriente eléctrica es determinada valor de la resistencia y por la tensión eléctrica.

58

por el

La corriente eléctrica es expresada en amperios(x) (A) (símbolo en la fórmula 1A 1 kA

=

=

1).

1000 mA 1000 A

Para medir la corriente eléctrica se utilizan amperímetros. (x) Ampere: Matemático y físico francés 1775-1836

Interruptor

+

Unidad consumidora

Fuente

Amperímetro

El amperímetro consumidora.

deberá

conectarse

en serie

en relación

con

la unidad

La corriente eléctrica es de diversos tipos y tiene varios efectos que son detallados en las tablas incluidas en las siguientes páginas. Q StN.4,

R{';G10~' ..l,.t~:,~""'-,

"i}~-cEim~:~~~¿<¡~~.._

59

3.2.1 Tipos de. corriente eléctrica

Aplicaciones (ejemplos)

Tipos de corriente

Denominación

Elemento

Corriente contínua

Batería Símbolo: Corriente

Tiempo

Corriente contfnua es una corriente eléctrica siempre en el mismo sentido y con una intensidad constante a lo largo del tiempo.

Reóstato

Corriente alterna Símbolo:

•I

Dínamo de bicicleta

Corriente

~f@a, ~

~

Corriente alterna es una corriente eléctrica que cambia constantemente sentido y de intensidad.

de

Corriente mixta Símbolo:

Corriente

Tiempo Corriente mixta es una corriente eléctrica que combina una parte de corriente contínua y otra de corriente alterna.

60

Denominación

Efecto térmico

Efecto magnético

Efecto luminoso

Figura

Manifestación

Ejemplos

Siempre (lo que no siempre es deseable)

Estufa

(calentamiento del conductor)

Calefacción Lámpara calefactora

Siempre

Relés

(cuando circula corriente por los conductores)

Contactores

Corriente en gases

Lámpara de efluvios

Filamento luminoso

3.2.2 Efectos de la corriente eléctrica

Electroimán

Lámpara fluorescente Bombilla

Corriente en líquidos conductores Efecto químico

~rJl ~GIO~~~O~O~ SEH~ ~o :;UO'[t:.C' Proce~A de carga y descarga de acumuladores

61

3.3

Peligros de la corriente eléctrica

Las corrientes de más de 50 mA (0,05 A) pueden causar la muerte de seres humanos si son conducidas a través del corazón.

Los cuerpos humanos y animales son conductores eléctricos. La corriente eléctrica puede causar quemaduras y espasmos musculares. Si la corriente fluye a través del corazón, provoca una así llamada "fibrilación cardíaca", lo que puede tener como consecuencia un paro cardíaco e interrupción de la respiración. Ello significa que en la práctica tienen que acatarse las normas de seguridad correspondientes para evitar accidentes.

Efecto de la corriente en el cuerpo humano

62

0,3mA

límite de detección

1 mA

susto

10 mA

espasmo muscular

30 mA

pérdida del conocimiento

50 mA

fibrilación cardíaca (muerte)

Para transportar la energía hacia la unidad consumidora, tiene que conducirse la corriente eléctrica desde el generador hacia la unidad consumidora a través de un sistema de conductos (líneas de corriente).

3.4

Resistencia

eléctrica

Se trata, pues, de tres factores que influyen la corriente eléctrica. La unidad de la resistencia es el ohm (x) (símbolo de la unidad: n) (símbolo en fórmulas: R).

(x)

Ohm: Físico alemán 1787 - 1845

Insistiendo en la comparación con un circuito hidráulico, podemos constatar que la resistencia varía en función del diámetro y la longitud de la tubería por la que fluye el caudal de agua. En los conductos eléctricos se observan procesos similares. La resistencia es mayor cuanto menor es el diámetro y mayor es la longitud del conductor.

Electrones

Agua

-

-

-

-=-~

;=-=-=::.....;;:::,

-

-

-

~....::::::-.....:-:.

Corriente de agua

Diversos materiales de dimensiones la corriente eléctrica.

Corriente de electrones

idénticas ofrecen resistencias diferentes a

Un conductor de poca resistencia es un buen conductor de corriente eléctrica. En ese caso se aplica el concepto de buena conductancia. y viceversa, un conductor de gran resistencia tiene una mala conductancia. El oro, la plata, el cobre y el aluminio tienen un valor de resistencia bajo, por lo que su conductancia es buena.

63

3.4.1 Resistencia de cuerpos conductores

3.4.2 Resistencia de las unidades consumidoras

Esta resistencia depende del rendimiento de la unidad conumidora. En este tipo de resistencia, la energía eléctrica es transformada en calor totalmente (por ejemplo tratándose de aparatos calefactores) o parcialmente (por ejemplo, motores). Algunos valores indicativos: p. ej.

3.4.3 Resistencia aislamiento

del

20 hasta 200 n 40 hasta 6000 n

aparatos calefactores bombillas

Para aislar los conductores se utilizan materiales de mala conductancia. En la práctica sería ideal contar con un material de una resistencia infinita, lo que sin embargo no es posible. Valores satisfactorios de aislamiento En aparatos de baja tensión En aparatos de alta tensión

500000 10000000

n

n

Materiales aislantes Vidrio, betún, aceite, goma, PVC, cartón, porcelana, baquelita, etc. En la tabla de esta página se indican la conductancia de conductores eléctricos. La conductancia es expresada específica con ¡..L (rho).

con la letra griega

y la resistencia específica

K

En la tabla se incluyen algunos materiales conductores

Conductancia

Materiales aislantes

64

y aislantes.

y resistencia específica Material

Materiales conductores

(kappa) y la resistencia

Conductancia m/n mm

2

Resistencia específica

n mm2/m

Plata

60

0,016

Cobre

56

0,017

Aluminio

35

0,028

Cinc

16

0,062

Hierro

7,7

0,13

Niquelina

2,5

0,14

Manganina

2,3

0,43

Constantán

2

0,5

Cromo-Níquel

1

1

Entretanto estamos familiarizados con los tres conceptos de tensión, corriente y resistencia. Estas tres magnitudes están relacionadas entre sí en un circuito, de una manera determinada. Según la ley de Ohm, en un. circuito eléctrico la intensidad de la corriente aumenta en la misma proporción que la tensión. Si aumenta la tensión o disminuye la resistencia, la corriente aumenta en la misma proporción; si disminuye la tensión o aumenta la resistencia, la corriente disminuye correspondientemente en la misma proporción. Algunos ejemplos de cálculos: Una bombilla para U = 220 V R = 500 incógnita: I (intensidad de la corriente) ¿Cuánta corriente consume la bombilla?

1=

220 500

U R

=

Q

0,45 A

Una estufa para 220 V de tensión eléctrica consume 10 A. ¿Cuál es la resistencia de la unidad consumidora? U = 220V

R

I = 10

R = ____i¿_ I

=

220 10

= 22

= ?

Q

Una taladradora eléctrica consume 2,73 A. La resistencia es de 80,8 Q. éOué tensión deberá aplicarse para esta máquina? U= l·

R . I U = 2,73 . 80,8

=

220,58 V

220 V

Además, la ley de Ohm también indica lo siguiente:

Si aumenta la resistencia R y se mantiene intensidad I disminuye proporcionalmente.

constante

la tensión

U, la

65

3.5

La ley de Ohm

Ejemplo

Tensión constante U = 220 V Resistencia R1 ·50 Q, R2 100 Q, R3 150 Q Incógnita: I U 220 1=-=-=44A R1 50

'

U 220 1=-=-=22A R2 100

'

U 220 1=-=-=22A R3 150

'

En muchos aparatos eléctricos es necesario que se mantenga contante la intensidad de la corriente aunque cambie la tensión o la resistencia.

Ejemplo

Un aparato eléctrico tiene que ser alimentado con una intensidad invariable de 100 mA a pesar de que la tensión oscila entre U1 =20V, U2=25V y U3=28V. En consecuencia, deberán hallarse las resistencias que mantengan invariable la intensidad.

R1=

,-o

U1 20 1- = 0100 ,

= 200 Q

R2= -

U2 25 = -= 250 Q I 0,100

R3= -

U3 28 = -= 280 Q I 0,100

Este cálculo nos indica lo siguiente:

Si la tensión y la resistencia aumentan en la misma proporción, la intensidad de la corriente no varía.

66

Tal como observáramos en la corriente de agua, constatamos que una bomba se encarga de transportar un caudal determinado a través de la red de tuberías. Si en vez de una bomba se recurre a una turbina, entonces puede transformar se la energía cinética de la corriente de agua en un movimiento giratorio (molino de agua). Un ejemplo en este sentido sería una central hidráulica.

3.6

El agua que cae por el tubo actúa sobre las paletas de una turbina. Este movimiento es transmitido por un eje, el que a su vez acciona un generador. La potencia de la central hidráulica depende de la cantidad de agua y de su presión. Ello.significa que se produce un proceso de transformación de energía mecánica en energía eléctrica. Todos los aparatos eléctricos están provistos de una placa o etiqueta de identificación, en la que se indican, entre otros, la potencia, la intensidad, la tensión y los tipos de protección. Tratándose de corriente contínua, la potencia eléctrica se obtiene según la siguiente ecuación: potencia

=

tensión . intensidad

La potencia eléctrica se expresa en vatios. La denominación proviene del científico inglés James WATI 1736 - 1819. La potencia mecánica se expresaba antes en C.V. (caballo vapor). No obstante, la norma establece desde el año 1978 que la potencia de los motores (incluyendo los de los automóviles) tiene que expresarse en kW. 1 W 1000 W

= =

1000mW 1 kW

1 CV 1 kW

= =

736 W 1,36 CV

67

.

Potencia eléctrica

3.7 Algunos cálculcs a modo de ejemplo

Fórmula para calcular la potencia p = U·I

P

=

12. R

o

U2

p=-

R

Ejemplo

Una estufa está prevista para 220 V Y consume 10 A. ¿Cuál es la potencia total del aparato? P = U . I = 220 V ·10 A = 2200 W = 2,2 kW

Ejemplo

Una calculadora de bolsillo está prevista para U =3V y consume I =0,00011A. ¿Qué potencia consume la calculadora? P = U . I = 3 V . 0,00011 A = 0,00033 W

3.8 Magnetismo

El magnetismo es un efecto esencial e importante de la corriente eléctrica. El funcionamiento de los relés y de los contactos electromagnéticos, con frecuencia en la práctica, se basan en el magnetismo eléctrico. El electromagnetismo

usados

es influenciado por 3 fundamentos:

1. Todo conductor por el que fluye una corriente eléctrica crea un campo magnético. 2. La dirección de la corriente en el conductor define la dirección de las líneas de fuerza. 3. La intensidad de la corriente en el conductor define la intensidad del campo magnético.

Campos magnéticos de conductores Uneas de fuerza Conductor

Corriente eléctrica entra

68

Corriente eléctrica sale

En una bobina, por ejemplo, por la que fluye una corriente eléctrica, se forma un campo magnético. Este campo magnético puede actuar sobre otras unidades técnicas, procurando la función conmutadora de relés y de contactos electromagnéticos. La dirección de las líneas de fuerza puede determinarse por la "regla del sacacorchos".

Al hacer avanzar el sacacorchos en sentido contrario a la corriente de electrones, su sentido de giro coincide con el de-las Ifneas de fuerza. Si la corriente que circula por el conductor es alterna, también se crea un campo magnético. Sin embargo, en este caso dicho campo cambia constantemente de valor y de sentido, por lo que es denominado campo magnético alternante. Tratándose de corriente contínua, el valor y el sentido del campo magnético no varían. Enrollando un hilo conductor en forma de espiral, se atiene una bobina con una cantidad determinada de espiras. Cada una de las espiras crea líneas de fuerza circulares dispuestas en serie.

Dirección de las Ifneas de fuerza

69

3.9

El condensador

El condensador está compuesto por dos placas conductoras una capa aislante llamada "dieléctrico".

separadas

por

+

Interruptor

+

+

'"r

+~----1+ _+ Carga eléctrica

Aujo de electrones

+

+

u Placas conductoras

Al cerrar el interruptor fluye brevemente una corriente de carga, por lo que ambas placas tienen cargas eléctricas opuestas.

La unidad de la carga eléctrica es el amperio-segundo unidad es C (Culombios)

(As). El símbolo de la

(x).

Un condensador tiene la carga de 1C(xx) si fluye una carga de 1 amperio en el lapso de 1 segundo.

Q I t

(x)

(xx)

70

=

= =

carga corriente tiempo

1C

=

1As

=

1A· 18

Charles Coulomb: Ingeniero francés 1736 - 1806 1C corresponde a 6,242 . 1018 electrones

Si entre las dos placas se coloca una capa aislante, se reduce la tensión entre las dos placas. El aislante (dleléctrlcooj) provoca una condensacíón de la carga eléctrica sobre las placas.

Dieléctrico Interruptor

+++ + +

tT1

+++ +++

_

J..-

+~----~+++

-

Carga eléctrica

+ + +++ +++ +++

u Electrones

-

Placas o armaduras

El condensador es capaz de almacenar carga eléctrica. La carga de un condensador aumenta cuanto mayor sea su capacidad y cuanto mayor sea la tensión. La unidad de la capacidad es el amperiosegundo por voltio (AsN). Esta unidad es denominada faradio(xx) y su símbolo es F.

Q = carga C = capacidad U = tensión C· U

Q =

El valor dieléctrico de un material aislante indica cuántas veces es superior la capacidad de un condensador si en vez de usar aire como dieléctrico se utiliza un material aislante.

La constante dieléctrica es una constante del material aislante. Dicha constante es de E (xxx) (epsilón) para el aire).

=

0,885 . 1011 AsNm para el espacio vado

(y también

La constante dieléctrica se calcula multiplicando la constante dieléctrica vacío (EO) con el valor dieléctrico del material aislante (er). E =

EO Er E

del

sc : sr = constante dieléctrica del vacío

= =

valor dieléctrico del material constante dieléctrica

(x) di(lat.) = dos, doble; electricum(lat.) = electricidad (xx) Michael Faraday: Físico inglés 1791 - 1867 (xxx) E = epsilón: letra griega

71

Valor dieléctrico de algunos materiales aislantes Aceite para transformadores Cartón Porcelana Papel de celulosa Cerámica

2,1 .... 2,4

4 5 .... 6 4 10 .... 50000

La capacidad de un condensador depende de la superficie de las placas cargadas, de la distancia entre dichas placas y del valor dieléctrico er del material aislante!

C=

Ejemplo de cálculo

E·

A

Capacidad

d

=

Epsilón . superficie de las placas Distancia entre placas

----'.---=-:-~---_:__-!---

Un condensador de placas está compuesto de dos placas que tienen una superficie de 300cm2 cada una. La distancia entre las placas es de 3mrn. ¿Qué capacidad tiene el condensador si el material aislante es a) cartón con un valor dieléctrico de er b) porcelana con un valor dieléctrico de Er

Solución

4

=

6?

a)

C=

0,0885 . 4 . 300 0,3

= 106,2 = 354 pF

b)

C =

0,0885 . 6 . 300 0,3

= 159,3 = 531 pF

1 Microfaradio 1 Nanofaradio 1 Picofaradio

72

=

1 ¡.LF 1 nF 1 pF

10-6 F 10-9 F 10-12 F

0,3

0,3

Si se conecta un condensador a corriente contínua, fluye una corriente de carga. El condensador cargado bloquea el paso de la corriente contínua. El tiempo de carga y descarga será tanto mayor, cuanto mayores sean la resistencia y la capacidad.

Posición


+0---

u

Resistencia

e

Unidad ' consumidora

Poniendo el interruptor en la posición 1, primero se carga el condensador a través de la resistencia. Solo entonces se ilumina la lámpara. El condensador vuelve a descargarse a través de la resistencia si el interruptor se pone en posición 2.

73

3.9.1 El condensador en corriente contínua

3.9.2 El condensador en corriente alterna

Un condensador conectado a un generador de corriente alterna cambia contínuamente de polaridad. La carga de las placas alterna entre positiva y negativa.

+-+ +-

~ ~

-+t----...,

+-+ +-

El condensador actúa como resistencia en el circuito de corriente alterna. Para crear el campo eléctrico requiere de potencia que devuelve al generador cuando descarga este campo eléctrico. Esta potencia fluctuante entre el condensador y el generador es calificada de "potencia ciega". En el condensador ideal solo hay potencia ciega. La corriente es máxima si la tensión es igual a cero. Ello significa que para que un condensador tenga tensión, primero es necesario cargarlo. En el condensador ideal, la corriente se adelante a la tensión en 90oKW.

74

Capítulo 4 Elementos eléctricos y electroneumáticos

75

La energía eléctrica (energía de controlo de trabajo) es puesta, procesada y transmitida mediante determinados elementos. Estos elementos constructivos son incluidos, a modo de simplificación y en aras de una mayor claridad, como símbolos en los esquemas de distribución. De este modo se facilita el montaje y el mantenimiento de los sistemas. No obstante, para efectuar una instalación correctamente y para detectar sin tardanza algún fallo, no es suficiente solo entender el significado de. los símbolos en los esquemas de distribución. En consecuencia, es necesario que el experto en mandos conozca los elementos eléctricos más difundidos e importantes (construcción, función, aplicación). En este capítulo se ofrecen explicaciones en torno a los elementos constructivos para la entrada de señales, para el procesamiento de las mismas y para su conversión.

76

Estos elementos tienen la finalidad de permitir la entrada de señales eléctricas provenientes de diversas partes de un mando (equipo) con diversos tipos y tiempos de accionamiento. Si un equipo es controlado mediante conmutación de contactos eléctricos, entonces se trata de un mando por contactos; en caso contrario, se trataría de mandos sin contactos o mandos electrónicos. Los elementos se clasifican por su función en contactos normalmente abiertos, contactos normalmente cerrados y contactos conmutadores.

Interruptor normalmente abierto

~ ACCionami.~

~

Contacto normalmente cerrado

13 ~

4

Accionamiento

Contacto conmutador

-

Accionamiento

El contacto conmutador es, en realidad, una combinación de un contacto normalmente abierto y otro normalmente cerrado. En posición inactiva, este interruptor solo tiene contacto con una conexión. El accionamiento de estos elementos puede ser manual, mecánico o a distancia (energía de mando eléctrica, neumática). Además, se diferencia entre interruptores con y sin retención. Los interruptores sin retención (pulsadores de tecla o botón) ocupan un determinado estado cuando son accionados y lo mantienen hasta que dejan de ser accionados y vuelven a su posición inicial. Los retenidos (interruptores o conmutadores) ocupan un determinado estado cuando son accionados y lo mantienen sin que sea necesario seguir accionándolos. Por lo general, estos elementos disponen de un sistema de bloqueo mecánico. Solo si son accionados nuevamente regresan a su posición inicial.

77

4.1

Elementos de entradas de señales eléctricas ,1

4.1.1 Elementos sin retención

Para que una máquina o equipo se ponga en marcha, es necesario contar con un elemento que emita una 'señal, Tal elemento puede ser 'un pulsador que ocupa una posición de conmutación determinada mientras que es activado.

Tipo de accionamiento (pulsador)

13

E~4

Interruptor normalmente abierto

E-

r

Interruptor normalmente 2 cerrado 1

Las figuras muestran las dos versiones: una con contacto normalmente abierto y otra con contacto normalmente cerrado. Al accionarse el pulsador, el elemento contactor actúa en contra de un muelle, el cual se encarga de juntar (interruptor normalmente abierto) o de separar (interruptor normalmente cerrado) los contactos. El circuito eléctrico se cierra o abre correspondientemente. El interruptor vuelve a su posición normal por acción del mUélle cuando cesa la fuerza sobre el pulsador.

78

Tipo de accionamiento (pulsador)

Conexión (normalmente

cerrada)

Elementos de conmutación

Conexión (normalmente 2

abierta)

4

~I I

La figura muestra la combinación de un contacto normalmente cerrado y otro normalmente abierto incorporados en un solo cuerpo. Accionando el pulsador se abre el contacto normalmente cerrado interrumpiendo el circuito eléctrico mientras que el contacto normalmente abierto se cierra, con lo que se cierra el segundo circuito eléctrico. Al soltar el pulsador, el muelle lo vuelve a colocar en su posición inicial. Los pulsadores son utilizados para iniciar un ciclo de trabajo o una secuencia de trabajo mediante una señal; además se recurre a ellos cuando por razones de seguridad es recomendable mantener pulsado el contacto durante el funcionamiento de una máquina. En cada caso deberá elegirse el tipo más apropiado, ya sea un contacto normalmente abierto, uno normalmente cerrado o uno que combine las dos funciones. La industria eléctrica ofrece diversos tipos de pulsadores en el mercado, incluyendo versiones con varios contactos, como por ejemplo 'dos normalmente abiertos y dos normalmente cerrados o tres y uno de ellos respectivamente, Muchos de los pulsadores que están a la venta incluyen también un testigo.

79

4.1.2 Interruptores con retención

Los interruptores con retención, como el de botón por ejemplo, mantienen su posición por efecto mecánico cuando son accionados. Solo volviéndolos a accionar desbloquean su posición y vuelven a su estado inicial. La identificación. de interruptores o conmutadores de botón pulsador se rige por la norma DIN 43 605 y, además, su montaje está definido. Accionamiento ACTIVACION DESACTIVACION. O bien la identificación

I (raya) O (círculo) puede ser EIN, AUS / ON, OFF j

Estos símbolos pueden estar ubicados junto a los botones o sobre ellos.

La ubicación de los botones pulsadores

Si los botones están uno al lado del otro, el de desactivación siempre se encuentra a la izquierda.

o

I

~

~

Si los botones están uno sobre el otro, el de desactivación siempre está abajo. I~

o~

La norma no prevé una identificación de los botones mediante colores. No obstante, si se opta por una identificación mediante colores, el botón que deberá accionarse en un caso de emergencia, en este caso el de desactivación, siempre es de color rojo.

80

Los elementos generadores de señales diversas formas de accionamiento. Por ejemplo, conmutador

Contacto abierto

I

~l I

eléctricas

pueden

tener

las más

de balancín (enclavamiento)

Contacto cerrado

Interruptor normalmente abierto, por lo general de accionamiento manual

Interruptor normalmente abierto, accionado por presión manual

E~ Interruptor de posiciones normalmente cerrado, accionamiento manual tirando

)~

Interruptor de posiciones normalmente abierto, accionamiento manual girando

81

Símbolos de interruptores manuales según DIN 40713

4.1.3 Interruptores mecánicos de final de carrera

Estos interruptores permiten consultar determinadas posiciones finales de partes de máquinas o de otros elementos de trabajo. Al elegir este tipo de emisores de señales, los criterios son el esfuerzo mecánico, la seguridad del contacto y la exactitud del punto de conmutación. En su versión normal, los interruptores de final de carrera tienen un sistema alternador. Las versiones especiales pueden estar provistas de otras combinaciones de contactos. Los interruptores de final de carrera también pueden clasificarse según la entrada de la señal en contacto lento o contacto de ruptura brusca. En el caso de los interruptores lentos, los contactos abren o cierran a la misma velocidad que funciona la unidad de trabajo (este sistema es apropiado para bajas velocidades de accionamiento). Tratándose de contactos de ruptura brusca, la velocidad de accionamiento no es tomada en cuenta, puesto que el interruptor conmuta bruscamente en un punto determinado. Los interruptores de final de carrera pueden ser accionados por piezas fijas, como son por ejemplo taqués o palancas con rodillos. Al efectuar el montaje y durante el uso de los interruptores de final de carrera deberán acatarse las indicaciones hechas por el fabricante, especialmente en lo que se refiere al ángulo de accionamiento y a la sobrecarrera.

Símbolos para conmutadores mecánicos

Interruptor de final de carrera normalmente abierto accionado por palanca con rodillo.

Interruptor de final de carrera normalmente abierto accionado por balancín.

82

Un detector de proximidad está compuesto de un contacto reed fundido en un bloque de resina sintética. Este contacto cierra cuando se acerca a un campo magnético (por ejemplo, un campo magnético permanente en el émbolo de un cilindro) y emite una señal eléctrica. Las conexiones eléctricas también están fundidas en el bloque de resina. Un diodo luminoso indica el estado de conmutación. En estado de excitación se ilumina el diodo amarillo. Los detectores de proximidad ofrecen múltiples ventajas, especialmente en caso de numerosos procesos de conmutación. Asimismo, también se aplican si el espacio es demasiado reducido para el montaje de interruptores mecánicos o si las condiciones del medio ambiente así lo exigen (polvo, arena, humedad).

Camisa de cilindro (aluminio, lat6n, plástico) Imán permanente

Imán permanente

83

4.1.4 Detectores de proximidad según el principio Reed

Observación

Es recomendable no instalar cilindros con detectores de proximidad magnéticos en las cercanías de campos magnéticos fuertes (como los que son originados, por, ejemplo, por máquinas de soldadura por resistencia). Asimismo también deberá tomarse en cuenta que no todos los cilindros son apropiados para que se coloque sobre ellos un detector de proximidad sin contacto. A continuación se indican los valores y parámetros característicos detector dé proximidad accionado por efecto de campos magnéticos.

Medio

Campo magnét1co

Construcción

Emisor de señales eléctricas para indicación de posición sin contacto, mediante campo magnético

Capacidad máx. de conmutación

corriente contínua tensión alterna

Intensidad máx. de conmutación

1,5 A

Tensión máx. de conmutación

220 V

Picos de tensión máx.

500 V

Resistencia

100

Exactitud reproducible

± 0,1 mm máx. 500 Hz

Frecuencia Tiempo de conmutación

84

de un

=

24 W 30 Va

Q

2 ms

Protección según DIN 400 50

JP 66

Margen de temperatura

-

20°C hasta + 60°C + 10°C hasta + 120°C

4.1.5 Detectores de proximidad inductivos Los elementos are onados sin contacto se usan cada vez más frecuentemente en la técnica de l. .andos. Estos elementos están compuestos de una parte sensora y de otra que procesa las señales. Si la parte procesadora de señales produce señales binarias, entonces se trata de detectores de proximidad o iniciadores. Asimismo, también están muy difundidos los sensores que generan señales analógicas para la determinación analógica de valores de medición. Los interruptores de final de carrera electrónicos (detectores de proximidad) funcionan sin contacto directo, lo que significa que conmutan por aproximación silenciosamente, sin rebotar y sin efecto retroactivo, sin desgaste de contactos y sin fuerza de accionamiento. Los detectores de proximidad sin contacto son utilizados preferentemente en los siguientes casos: • • • • •

si si si si si

no se dispone de fuerza para el accionamiento es necesario contar con una vida útil larga en el sistema se producen fuertes vibraciones o trepidaciones las condiciones del medio ambiente son difíciles son necesarias altas frecuencias de conmutación

No obstante, deberá tomarse en cuenta lo siguiente: •

Los detectores de proximidad tienen que ser alimentados con corriente eléctrica (para lo que suele recurrirse al circuito de corriente del mando).

•

La distancia de conmutación (es decir, la distancia de respuesta del detector) depende del material del objeto que se "aproxima" al detector.

•

Determinados tipos de detectores materiales metálicos.

•

Los detectores alterna.

•

La humedad y la temperatura ambiente suelen influir ligeramente en la distancia de respuesta. Los detectores inductivos son menos sensibles a estos factores.

•

Dado que los detectores pueden provocar interferencias cesario acatar una distancia mínima entre ellos.

•

Deberán acatarse también determinadas prescripciones para el montaje, definidas por los fabricantes. Estas prescripciones son importantes especialmente en aquellos casos en los que los detectores son montados a ras o empotrados.

de proximidad

varían según se trate de circuitos

solo reaccionan de corriente

frente a

contínua o

recíprocas,

es ne-

85

Generalidades y delimitación

Funcionamiento

Campo magnético de un transmisor inductivo

Si en un transmisor inductivo se aplica una tensión, el oscilador produce un campo magnético de alta frecuencia mediante una bobina oscilante. Este campo es la zona de conmutación activa. Si un objeto metálico penetra en esta zona de conmutación, le sustrae energía al oscilador. Este proceso tiene un efecto amortlquador sobre la amplitud de las oscilaciones libres, por lo que se emite una señal mediante una etapa disparadora.

Cuerpo

,

.,_____,-' _L. -

J

o

I

Banderola

Los detectores metálicos

Tipos constructivos

Oscilador

de proximidad

Disparador

Amplificador

inductivos solo reaccionan frente a objetos

Los detectores de proximidad pueden estar concebidos o contínua según la aplicación respectiva.

86

Relé

para corriente alterna

Ril bid Los detectores de proximidad están concebidos aproximadamente 10 V hasta 30 V.

para tensiones de trabajo de

Versión de corriente contínua

Los detectores de proximidad para corriente contínua tienen un iniciador que registra la variación de las amplitudes del oscilador cuando son amortiguadas por un metal. Dicho iniciador activa asimismo un amplificador a transistores que también se encuentra en el detector; el amplificador, por su parte, actúa sobre un relé o contactor electromagnético. Estos transmisores poseen por lo menos 3 conexiones y con frecuencia tienen 4 (conexiones tri o tetrafilares).

MARRaN NEGRO

1 L

-0+

..(")...--------,

.

I I

.

,.-'--~ "'" '--"r"-'"

AZUL

1

-

.()-

MARRaN

I I !

0-

el~20-~C.9--l AZUL

Los detectores de proximidad 20 V hasta 250 V.

•'--~-~ "" ·NO 1

1

están concebidos

,......~ I

I

,.-~_"

I

"'"

'--..-'"

1

'NC

"""+ .....

para tensiones de trabajo de

Los detectores de proximidad para corriente alterna, provistos adicionalmente de un tiristor, permiten conectar directamente la corriente alterna y acoplar en serie el relé respectivo. En consecuencia, se trata de una versión bifilar.

AZUL

1

I I í\...) I

ro-, I MARRON~ __ J\~ __~ -

I

I

1...J

87

Versión de corriente alterna

4.1.6 Detectores de proximidad capacitivos

Los detectores de proximidad inductivos son capaces de sustituir fácilmente a los interruptores mecánicos de final de carrera, aunque sus aplicaciones y su montaje exigen ciertos conocimientos técnicos. Por otro lado, la teoría y las aplicaciones prácticas de los detectores de proximidad capacitivos son mucho más complicadas, debiéndose tener en cuenta muchas diferencias más. Para que funcionen debidamente, es absolutamente indispensable que se tengan conocimientos precisos sobre su funcionamiento y sobre las prescripciones para su montaje. Los fallos de conmutación la superficie activa.

pueden producirse

especialmente

por humedad en

Superficie activa del sensor

Al igual que los iniciadores inductivos, los detectores de proximidad capacitivos también funcionan con un oscilador. No obstante, tratándose de sensores capacitivos normales, el oscilador no está activo constantemente. Si se acerca un objeto metálico o no metálico a la superficie activa del sensor, aumenta la capacidad eléctrica entre la conexión con tierra y dicha superficie activa. Cuando se rebasa determinado valor, entonces empieza a excitarse el oscilador, el cual suele tener una sensibilidad regulable. Las oscilaciones son evaluadas por un amplificador. Los pasos consecuentes son iguales a los de los sensores inductivos. En consecuencia, las salidas funcionan con interruptores normalmente abiertos, normalmente cerrados o con una combinación de los dos, según la versión. Para que responda el iniciador, basta con acercar el medio que deberá ser detectado a la superficie activa del sensor. No es necesario que se produzca un contacto directo. El medio en cuestión deberá alcanzarse tanto más, cuanto menor sea su constante dieléctrica. Los medios que dispongan de una constante dieléctrica grande (agua, cemento) pueden ser detectados a través de capas delgadas (por ejemplo, a través de revestimientos aislantes de los sensores). Los metales tienen las mismas características que los medios con constantes dieléctricas elevadas.

88

Diagrama de bloques de un sensor capacitivo

Cuerpo

I

Oscilador

Amplificador Disparador

Relé

Los detectores de proximidad inductivos sólo responden cuando se les aproximan objetos metálicos o de muy buena conducción eléctrica. Los sensores capacitivos también reaccionan si se les acercan materiales aislantes con una constante dieléctrica superior a 1. En consecuencia, son ideales para ser usados como detectores de niveles de depósitos que contienen granulados, harina, azúcar, cemento, yeso o líquidos, tales como aceite, gasolina o agua. Además pueden ser utilizados también para el contaje de objetos metálicos y no metálicos, para la detección de orillas de cintas de plástico, de papel o de correas impulsoras. Deberá ponerse cuidado en que, por razones climáticas, no se forme una película de humedad sobre el iniciador, ya que ésta provocaría su reacción. Los sensores inductivos son mucho menos sensibles a la humedad. Si es inevitable recurrir a sensores capacitivos a pesar de que existe el problema de la humedad, es necesario evitar dicho depósito de humedad sobre la superficie activa del sensor mediante calefacción, irradiación de calor o ventilación con aire caliente.

89

4.1.7 Conexión de los sensores

Conexión en serie

L1(RI

Corriente alterna

+

Conexión en paralelo

L1(RI

Corriente alterna

+

Sens or 1

I

Senso r 2

I

K1cr Corriente contrnua

90

Corriente contínua

Montaje Se dice que los detectores están montados a ras cuando su superficie activa está aislada lateralmente, lo cual puede realizarse mediante un cuerpo de metal o de plástico con un apantallado interior. Para evitar interferencias, es necesario acatar las distancias que se indican a continuación al efectuar un montaje en serie (DW = diámetro del sensor).

o

o

o

Montaje de los detectores de proximidad a ras

o DW

Un detector' de proximidad no puede montarse a ras si se tiene que mantener una zona libre para que los materiales que puedan interferir no incidan en los valores característicos del sensor. Si los detectores de proximidad son montados cara a cara, deberá acatarse una distancia mínima entre ellos de 3 x d de la superficie activa.

3 x DW

c:

(/) >(

N

Sn

=

Distancia nominal de conmutación

DW

=

diámetro del sensor (mm)

(mm)

91

Montaje de los detectores de proximidad empotrados

Ventajas de los detectores de proximidad

Los interruptores y conmutadores eléctricos accionados mecánicamente son tan antiguos como la electrotécnica misma. Todas las unidades de esta índole, independientemente de su denominación, ofrecen las mismas desventajas: • • • • • • •

Partes móviles Lentitud Desgaste Rebotes al ser activados Ensuciamiento Sensibles a vibraciones Necesidad de fuerza mecánica o electromagnética

para funcionar

Hace aproximadamente 20 años aparecieron los detectores de proximidad sin contactos directos. Durante mucho tiempo no fueron más que una alternativa para los interruptores de final de carrera mecánicos puesto que a raíz de las pocas cantidades fabricadas eran sumamente costosos. Rápidamente surgieron muchas variantes según especialidad y rama industrial. Por ejemplo, habían versiones cilíndricas de roscas M12, M13, M14, M16 Y M18. Con el transcurrir del tiempo mejoraron las versiones electrónicas aparte de las mecánicas. Entretanto el mercado se ha estabilizado y los usuarios han empezado a coordinarse entre sí para obtener cierta compatibilidad y, en consecuencia, disminuir la gran cantidad de versiones diferentes.

Conmutar significa seleccionar entre dos estados de servicio (activado o desactivado, 1 ó O), es decir, crear estados de tensión o de corriente digitales.

El interruptor ideal debería abrir o cerrar en un intervalo de

ACTIVACION

'C.

-

DESACTIVACION '------'-----

92

tzn

= O.

----IN

t, t2

t

El detector de proximidad electrónico sin contacto directo ofrece una velocidad de conmutación casi ideal (t2-t1 por lo general en microsegundos). Además, el aumento de la corriente es contínuo, mientras que los interruptores mecánicos producen puntos de inversión.

IN

CONEXION -

I I

I I

I

I

DESCONEXION

t

t1 t2

Los contactos mecánicos rebotan varias veces a gran velocidad hasta que permiten el paso total de la corriente, circunstancia que puede provocar una detección falsa de señales. Su tiempo de conmutación es de milisegundos, lo que significa que son 1000 veces más lentos.

CONEXION -

DESCONEXION

-

,..-

'---..-oI--.J, ........-..J.

r--IN

t

Dado que los detectores de proximidad sin contactos realizan los estados de abierto/cerrado mediante elementos semiconductores, no se producen interferencias ni por vibraciones fuertes (por ejemplo en cintas de transporte) ni tampoco por aceleraciones grandes, a diferencia de lo que sucede con los detectores mecánicos (en los que puede separarse el muelle de contacto). La causa más frecuente de los fallos 'de los sistemas mecánicos, es decir, el ensuciamiento de los contactos y el agarrotamiento de las piezas móviles, es inexistente en los detectores sin contactos.

93

Conmutación segura bajo condiciones adversas

Velocidad de conmutación

Los sensores sin contactos suelen emitir entre 30 hasta 100 veces más impulsos por unidad de tiempo que los detectores mecánicos. La cantidad de 5000 conmutaciones por segundo no son ya ninguna excepción (lo que corresponde a ca si 20 millones de conmutaciones por hora).

Conmutación desgastes

Las piezas mecánicas móviles se desgastan. Incluso los contactos de plata o de oro se desgastan. Si los procesos son rápidos, los interruptores de final de carrera mecánicos tienen una vida útil corta, debiéndoselos sustituir con frecuencia, lo que implica interrupciones de la producción con sus consecuentes costos. La vida útil de los iniciadores sin contactos es determinada únicamente de la vida útil de sus elementos constructivos, la que suele ser extremadamente larga.

exenta de

4.1.8 Detectores de proximidad ópticos

El iniciador opto-electrónico reacciona sin contacto directo frente a todo tipo de materiales, como por ejemplo vidrio, madera, plásticos, láminas, cerámica, papel, líquidos y metales. El detector de proximidad óptico emite una luz cuya reflexión varía en función del material. De este modo es factible seleccionar materiales que producen reflexiones diferentes. Este tipo de detectores funciona sin problemas a través de cristales o líquidos y, al igual que todos los detectores de proximidad, es insensible a las vibraciones, estanco al agua y no se desgasta. Otras posibles aplicaciones son la detección de piezas de dimensiones muy pequeñas, medición de niveles de llenado, detección en zonas expuestas al peligro de explosión, etc .. Los módulos semiconductores son "opto-electrónicos" si emiten señales luminosas (mediante diodos luminosos, por ejemplo), si reciben señales luminosas (por ejemplo fotodiodos o fototransistores) o si transforman señales luminosas en señales eléctricas (por ejemplo fotocélulas o fotoelementos).

94

Pueden distinguirse los siguientes tipos de detectores de proximidad ópticos: a) Barreras de luz con emisor y receptor separados (Bl emisor/receptor).

LÍJ°bJeto

b) Barreras de reflexión, compuestas de emisor y receptor incorporados una sola caja, y de un reflector.

en

LlJ

Objeto

I

'"'i~

..

Emisor-receptor

Receptor

c) Detectores de luz de reflexión; al igual que las anteriores, están compuestas de emisor y receptor incorporados en una sola caja, aunque funcionan con distancias más cortas que las barreras con reflector, ya que utilizan como "reflector' al objeto que detectan.

Emisor-receptor

95

Funcionamiento de los detectores de luz de reflexión

El sensor está constituido por un diodo luminoso (1), un fototransistor, un elemento de sincronización (3) y por un amplificador (4). El diodo luminoso emite centelleos de luz infrarroja. Si se produce una reflexión, la luz es captada por el fototransistor incorporado. El elemento de sincronización procesa la señal recibida y actúa sobre la salida a través de un amplificador. El amplificador del receptor es selectivo (para luz infrarroja), de modo que las ondas de luz diferentes no tienen influencia alguna. Conectando un cable conductor de luz apropiado al detector de proximidad opto-electrónico es factible, por ejemplo, controlar el paso de materiales en lugares inaccesibles o en zonas de temperaturas altas (máx. + 200°C). Se sobreentiende que también hay otras versiones, por ejemplo con fotodiodos en vez de fototransistores.

2

4

3

Relé

o 1

:-' - .

- .:'~. ,

96

Cuerpo

141 ~

4.2

Antes, los relés(x) eran utilizados principalmente como amplificadores en la técnica de la telecomunicación. En la actualidad, los relés son utilizados en máquinas y equipos como elementos de control y regulación. Un relé A debe cumplir con determinados requisitos prácticos: • • • •

Elementos de procesamiento de señales eléctricas

4.2.1 Relés

Sin necesidad de mantenimiento Elevadas frecuencias de conmutación Conmutación de corrientes y tensiones muy pequeñas y, también, relativamente altas Velocidad de trabajo alta, es decir, tiempos mínimos de conmutación

Los relés son elementos constructivos que conmutan y controlan con poca energía. Los relés son utilizados principalmente para el procesamiento de señales. Un relé puede ser descrito como un conmutador de rendimiento· definido y accionado electromagnéticamente.

¿Qué es un relé?

Construcción

Contacto

Bobina

Fig. 1

x) Relais (del francés)

=

antepuesto

97

Muelle de reposición Bobina

Aislamiento

Núcleo

Contacto

Fig.2

Funcionamiento (en relación con la fig. 1)

Conectando tensión a la bobina, fluye una corriente que crea un campo magnético que desplaza al inducido hacia el núcleo de la bobina. El inducido, por su parte, está provisto de contactos mecánicos que pueden abrir o cerrar. El estado descrito se mantiene mientras esté aplicada la tensión. Al interrumpirla, el inducido vuelve a su posición normal por acción de un muelle. Para simplificar la lectura de los esquemas eléctricos, se utilizan símbolos para los relés.

113 123 133 143

K1~--\---~--\ --~ ),4 Los relés son denominados

124 134 ) 44 K1, K2, K3 ...

Las conexiones eléctricas (en la bobina) se llaman A1 y A2. El relé tiene cuatro contactos normalmente abiertos, tal como lo demuestra claramente el símbolo. Asimismo, también se utilizan los números 13 23 33 43 14243444 La primera cifra se refiere a la numeración dé los contactos. La segunda cifra (en el ejemplo siempre 3/4) nos indica que se trata de contactos normalmente abiertos.

98

K11

::t--t-- t--1ili1-12

22

32

42

Este símbolo muestra un relé con cuatro contactos normalmente cerrados. También en este caso se recurre a una numeración correlativa y las cifras 1/2 nos indica que se trata de contactos normalmente cerrados.

23

13

K1~--\--~--

1

1

],4

124

i1 1

1

--

32

42

Si se necesitan contactos diferentes, se utilizan relés que tienen combinación de contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados. La identificación por cifras es muy útil considerablemente la conexión de los relés.

en la

práctica

ya que

En la era de la electrónica, los relés siguen teniendo gran importancia mercado por diversas razones.

una

facilita

en el

• •

Fácil adaptación a diversas tensiones de trabajo Insensibilidad térmica frente al medio ambiente. Los relés funcionan fiablemente a temperaturas entre 353 K (80°C) hasta 233 K (AO°C). • Resistencia relativamente elevada entre los contactos de trabajo desconectados. • Posibilidad de activar varios circuitos independientes entre sí. • Presencia de una separación galvánica entre el circuito del mando y el circuito principal. Todas estas propiedades positivas de los relés se cumplen efectivamente en la práctica, por lo que puede afirmarse que seguirán ocupando un lugar importante en la electrotécnica. No obstante, el relé también tiene desventajas.

99

Ventajas

Desventajas

• • • • •

Desgaste de los contactos Necesidad de más espacio Ruidos al conmutar. Velocidad de conmutación Interferencias por suciedad

por arco voltaico u oxidación. que los transistores. limitada de 3 ms hasta 17 ms. (polvo) en los contactos.

Para elegir un relé se recurre a fichas técnicas que incluyen todos los valores de importancia, tales como corriente, tensión, potencia, conmutaciones, etc.

Tiempo de respuesta Tiempo de desconexión Conmutaciones máx

I

aprox. 8-22 ms según excitación aprox. 2-20 ms aprox 15 por segundo

Tensiones de trabajo

3,6,12,24,36,48,60,110,220, 240 V ~ 3,4,6,8,12,16,24,36,48,60,90,135,200 V =

Tensión de comprobación

2000 V~ ef.

Potencia de trabajo

1,0 - 1,5 W = /2,0 - 2,2 W ~

Carga máx. de la bobina

3W/3,4VA

Vida útil mecánica Contactos

I ! I

i

100 millones de conmutaciones 2

ó

3 contactos alternantes

!

200 V ~ / 6A de carga óhmica

Cap. máx. de conmutación I

En la práctica se utilizan tanto relés de corriente contínua como de corriente alterna, por lo que intentaremos establecer cuáles son las características de cada uno.

100

4.2.2 Bobinas de corriente contínua El núcleo de una bobina de corriente contínua siempre es de hierro dulce y masivo, con lo que su estructura es sencilla y robusta. Las pérdidas térmicas durante el funcionamiento son determinadas exclusivamente por la resistencia óhmica de la bobina y por la intensidad 1. Además, la estructura masiva del núcleo de hierro ofrece una conductibilidad óptima para el campo magnético. En consecuencia, la holgura restante no incide sobre el calentamiento.

Construcción

Al conectar la bobina, aumenta lentamente la corriente 1. Al crearse el campo magnético, la bobina genera una contratensión por inducción que actúa en contra de la tensión aplicada. Esta circunstancia explica la atracción suave (lenta) del imán.

Conexión de bobinas de corriente contínua

(Corriente) I

Figura: Ascenso de la corriente al conectar una bobina c.c.

t (tiempo)

Dado que al desconectar aparatos inductivos desaparece el campo magnético, puede surgir una tensión autoinductiva muy superior a la tensión de la bobina. Ello significa que la tensión creada por la desconexión puede significar un daño del aislamiento de la bobina o provocar una carga considerable en los contactos por el efecto de arcos voltáicos. Para contrarrestar estos efectos, puede incorporarse un "extintor de chispas". Paralelamente a la inducción L se acopla, por ejemplo, una resistencia R que se encarga de descargar la energía acumulada en el campo magnético a causa de la desconexión. Cabe anotar, sin embargo, que cualquier medida que tienda a extinguir chispas implica un mayor tiempo de desconexión.

101

Desconexión de bobinas de corriente contínua

Conexiones diversas de parachispas l Figura: Extinción de chispas

s

con resistencia

R

u.

0-----......1

Paralelamente al interruptor S se acopla una resistencia. Esta versión puede utilizarse perfectamente, siempre y cuando el valor de la resistencia no sea demasiado pequeño. Una resistencia demasiado pequeña inutilizaría al interruptor S.

1 __

Unidad

Re

Figura: Extinción de chispas con resistencia y condensador

S[v

Paralelamente a la bobina L se acopla una resistencia R y un condensador C, Esta configuración tiene la gran ventaja que si el relé tiene varios contactos, no es necesario incorporar en cada uno de ellos un para chispas. No obstante, tiene la desventaja de retardar la desconexión.

102

+

L Figura: Extinción de chispas con diodo.

El diodo está acoplado paralelamente a la bobina L. Sin embargo, al realizar esta conexión deberá ponerse cuidado en que la polaridad del diodo U&t?' fijada en dirección del bloqueo cuando el contacto esté cerrado.

Ventajas

• Trabajo y conmutación suaves • Fácil conexión • Baja potencia de conexión • Baja fuerza de retención • Vida útil más larga que la versión de corriente alterna •

Silenciosa

• • • •

Sobretensión al desconectar Necesidad de extinguir chispas Esfuerzo considerable para los contactos Necesidad de incluir un rectificador si solo se dispone de corriente alterna Tiempos de conmutación mayores

103

Desventajas

E.·.•..••.. '.:..l.·..~.'...'.:.:..'..m ..'.' ..:.'..•.. ~.•...• ·.·:.n •...'..•.• .:....t·:.•h.::.:.•...•.•:.:....s:.·•.:•..•...•.• ~.'..'.:•.••.l.·.•i..'.•·!e '.·.:'.:.: •...:'.lri ...·'·...'·..."'...• •..·.c .•:.:.'.•.• ..•. o.:.'.•.. :...•.s'.'...:.....•. :.:.: .: :.e..:.'.'.. ec .•'.:'.:·..•.. •.·:.:.•.:..Iro '..:... :.•:..•.• :.:.:.•·.' ..• •·.n.:.•:...• :..••:..e:.•:..••'..h:.·•:.•·..••.. .m:.·.'...·.::.t..:...•·.J•..b...•.:.:'.••.G.:•'.:•.:•·..•'.5..•.•.•••••• :.:.:.. iU? ..:.•..•. y.:.·.' .•.•:..,..

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::::::;=:::::::::=::::;::::::::::::::>:;:::::::::::::::;:::::::;:-:.:::::::::::.:::::::::;:::::;:::::::::;:;::::::;;:::;:::::.:-:

•................

4.2.3 Bobinas de corriente alterna Construcción

El inducido y la culata magnética están compuestos de chapas laminadas (capas de varias chapas delgadas). Aparte de las pérdidas que se producen en el bobinado de cobre, también se producen pérdidas en el hierro. Estas pérdidas son calificadas de pérdidas por corrientes parasitarias y por histérisis. Con el fin de que dichas pérdidas se mantengan en niveles mínimos, se recurre a un núcleo de chapas laminadas superpuestas, pero, a pesar de ello, las bobinas de c.a. se calientan considerablemente.

Conexión de bobinas de corriente alterna

Al conectar una bobina de c.a. surge una fuerte corriente I en función de la resistencia aparente Z (pérdidas), de la resistencia R y de la inducción L. La fuerza de tracción es relativamente grande en concordancia con el alto valor de la corriente 1. De este modo se obtienen tiempos de conexión relativamente breves. La holgura entre el inducido y el núcleo tienen una influencia considerable sobre la magnitud de la corriente remanente 1. Durante el funcionamiento no debería haber holgura.

Figura: Corriente al conectar una bobina de c.a.

(Corriente) I

1 t (tiempo)

Desconexión de bobinas de c.a.

El arco voltáico que se produce al desconectar es menos peligroso que aquél que se produce en una bobina de C.C., ya que se apaga en el paso cero de la corriente. Los picos de tensión que surgen aún así, pueden mantenerse en niveles mínimos mediante una combinación de resistencia y condensador.

104

• Tiempos de conmutación breves • Gran fuerza de tracción • Por lo general no es necesaria una extinción de chispas • No hay necesidad de un rectificador de c.c.

Ventajas

• •

Considerables esfuerzos mecánicos Mayor calentamiento si la holgura se mantiene a pesar de una elevada absorción de corriente • Menos durabilidad (conmutaciones) • Cantidad limitada de conmutaciones en función de la carrera • Zumbido • Sensible a sobrecargas y a inhibiciones mecánicas

Desventajas

Dado que la corriente alterna cambia de dirección 100 veces por segundo si la frecuencia es de 50 Hz, se origina una corriente parasitaria en el núcleo de hierro que puede alcanzar valores bastante elevados.

Bobina de corriente contínua conectada a corriente alterna

1. La fuerza de tracción del relé se pierde porque la tensión oscila entre los valores máximos y el valor cero. 2. La inducción provoca una corriente parasitaria (la inversión de la polaridad del campo magnético genera corriente) ,por lo que se produce un fuerte calentamiento. Este calor puede causar daños al devanado.

En este caso, la resistencia R es el resultado de la resistencia del devanado más la resistencia inductiva L. Al conectar a corriente contínua no se produciría una resistencia inductiva, por lo que ésta debería ser sustituida. Tal sustitución podría realizarse mediante el acoplamiento de una resistencia previa R o mediante una disminución de la tensión. No obstante, dichas soluciones serían demasiado complicadas en la realidad práctica; en consecuencia es recomendable escoger el relé con el tipo de corriente adecuada recurriendo a las fichas técnicas respectivas.

105

Bobina de corriente alterna conectada a corriente contínua

4.2.4 Relés polarizados

Este tipo de relés es utilizado en aquellos casos en los que se dispone de poca potencia para la excitación del relé. La potencia de respuesta de los relés polarizados es de aproximadamente 0,1 hasta 0,5 mW.

Construcción

y funcionamiento

Símbolo

Imán permanente Lengüeta

del relé Pieza de hierro dulce

~ Accionamiento electromecánico dos posiciones

con

.2

'Pieza de hierro dulce

El muelle permite ajustar el inducido en tres posiciones

de reposo diferentes.

1. Posición de reposo unilateral

Cuando no está accionado el relé, el inducido siempre mantiene cerrado el mismo contacto. La fuerza del campo magnético aumenta cuando pasa corriente y el inducido conmuta al otro contacto. Cuando deja de excitarse el relé, el inducido vuelve a su posición inicial.

2. Posición de reposo bilateral

En estado de desconexión está cerrado uno de los dos contactos. Al producirse la excitación del relé, el inducido conmuta al otro contacto. Al concluir el estado de excitación, el inducido permanece en el contacto que ha activado.

3. Posición de reposo intermedia

Si el relé no se encuentra en estado de excitación, el inducido se posiciona exactamente entre los dos contactos. Al conectarse el relé, el inducido actúa sobre uno de los dos contactos en función de la dirección de la corriente. Al término del estado de excitación, el inducido vuelve a su posición de reposo intermedia.

106

Los relés de impulsos de corriente son contactares electromagnéticos que mantienen su estado de conmutación incluso cuando se les retira la energía (impulso de mando). Dicha permanencia del estado de conmutación se obtiene mediante un bloqueo mecánico. Este tipo de relés se utiliza especialmente en las instalaciones eléctricas (por ejemplo, encendido de la luz de pasillos mediante pulsador). Básicamente, estos relés están compuestos de un imán, un inducido y contactos de conmutación que pueden ser contactos normalmente cerrados o abiertos.

4.2.5 Relés de impulsos de corriente

t1 ~t-v-\-113

K

I

)14

22

Se trata de un relé especial con mucho magnetismo residual, por lo que su inducido mantiene su posición incluso después de retirarse el impulso del mando. Los relés de adherencia pueden también mantener su estado de conmutación si se interrumpe la red eléctrica. Se trata, pues, de un relé con autorretención magnética. Un impulso positivo excita el relé y lo mantiene en ese estado por un tiempo indeterminado; un impulso negativo desconecta el relé.

4.2.6 Relés con magnetismo residual (relés de adherencia)

123

K
Ficha técnica Duración del impulso

Mín. 30 ms para magnetización Mín. 25 ms para desconexión Máx. 2 minutos a 50%

Temperatura máx. admisible en el núcleo

Máx. +80°C

107

4.2.7 Relés temporizadores

Este tipo de relés tiene la función de desconectar o conectar contactos en un circuito acoplados detrás de los interruptores normalmente cerrados o abiertos. Estos relés efectúan dicha conexión o desconexión después de un tiempo determinado y ajustable.

Relé temporizador con retardo de conexión

Elementos temporizadores (eléctricos / electrónicos)

K1

Relé temporizador con retardo de conexión

+ --~---------51

Funcionamiento

Accionando S1 fluye una corriente por una resistencia regulable R1 hacia el condensador C1. El diodo D1, acoplado en paralelo, no permite el paso de corriente en esa dirección. Por la resistencia de descarga R2 también fluye una corriente, que en esta fase aún no tiene importancia. El relé conmuta cuando el condensador alcanza la tensión de respuesta del relé K1. Al soltar S1 se interrumpe el circuito eléctrico y el condensador se descarga rápidamente a través del diodo D1 y la resistencia R2. En consecuencia, el relé pasa inmediatamente a su posición normal. La resistencia R1 permite regular la corriente de carga del condensador y, en consecuencia, el tiempo que transcurre hasta que se alcanza la tensión de respuesta de K1. Si se ajusta una resistencia elevada fluye una corriente pequeña, con lo que el tiempo de retardo es largo. Si, por lo contrario, es pequeña la resistencia R1, entonces fluye mucha corriente siendo correspondientemente breve el tiempo de retardo.

La resistencia de descarga evita un cortocircuito

108

al accionarse 81.

El diagrama de funcionamiento que muestra los estados de las señales indica claramente que después de accionarse el pulsador S1 primero tiene que transcurrir e.1tiempo t que se haya ajustado para que sea excitado el relé.

Diagrama de tiempo

Diagrama de funcionamiento

re

-1 '-r--~----------~r---1-

51

ENTRADA

O~---L----------_J----~ SAUDAJG

O~--~----~----~--Iv

tv

=

tiempo de retardo ajustado

te

=

tiempo de la señal de entrada

Relé temporizador con retardo a la desconexión

Relé temporizador la desconexión

K1

con retardo a

+ --~---------51

I I I

L.

15

Funcionamiento

Accionando S1 fluye la corriente a través del diodo D1 hacia el condensador C1 y el relé K1. ·EI relé conmuta inmediatamente. La corriente que fluye a través de la resistencia R2 carece de importancia. Al soltar el pulsador S1 se interrumpe el circuito. Entonces puede descargarse el condensador C1 por la resistencia regulable R1 y la resistencia R2 ya que el diodo D1 bloquea. La resistencia R1 permite regular la corriente de descarga y, en consecuencia, el tiempo que transcurre hasta que desconecta el relé. Siendo grande la resistencia fluye una corriente de descarga pequeña, con lo que es largo el tiempo de retardo hasta que desconecta el relé. Si, por lo contrario, es pequeña la resistencia R1 fluye mucha corriente de descarga, con lo que el tiempo de retardo es correspondientemente breve. La resistencia de descarga R2 evita un cortocircuito

Diagrama de funcionamiento

al accionarse S1.

El diagrama de funcionamiento muestra claramente que al soltar el pulsador S1 primero tiene que transcurrir el tiempo de retardo t que se haya ajustado, y solo entonces desconecta el relé K1.

Diagrama de tiempo .

ENTRADA

SAUDA

le

/

,~--~----------~------------o~--L_----------~----------Ol~--~-------------+------~-----Iv

110

tv

=

tiempo de retardo ajustado

te

=

tiempo de la señal de entrada

4.3

¿Qué es un contactar electromagnético? Se trata de contactares de accionamiento electromagnético potencias grandes con pequeñas potencias de mando.

capaces de activar

Los contactos son desplazados por el inducido de un electroimán. El contactar es accionado cuando el devanado lleva corriente. La fuerza de tracción se produce por el campo magnético creado por el paso de la corriente. Los contactos accionados par el inducido cierran o abren y permiten el paso de la corriente. Los contactares electromagnéticos_ tienen numerosas aplicaciones. Son utilizados para poner en marcha motores, estufas acumuladoras nocturnas, calefacciones, equipos de aire acondicionado, grúas, etc ..

111

Contactores electromagnéticos

Tipos de contactares electromagnéticos

Electroimán blindado

Inducido

Contactos Contactor de electroimán blindado

Núcleo en U

~ Inducido

~)loContactos Contactor de imán de núcleo

Núcleo en U

Contactor de inducido basculante

El símbolo de los contactores electromagnéticos es idéntico cambiando tan solo la denominación de los contactos.

Ventajas

Desventajas

• •

Balancfn

al de los relés,

• •

Activación de grandes potencias con baja potencia de mando Separación galvánica entre el circuito de corriente de mando y el circuito de corriente principal Prácticamente no requieren de mantenimiento Independientes de la temperatura

• • • •

Desgaste de los contactos Elevado nivel de ruidos al conmutar Grandes dimensiones Velocidad de conmutación limitada a 10 ms hasta 50 ms

Para utilizar correctamente los contactares electromagnéticos, es necesario escogerlos debidamente en función de la potencia, categoría de su aplicación, velocidad de conmutación etc ..

112

Para usar mandos con aire a presión y corriente eléctrica es necesario recurrir a sistemas de conversión. El uso de convertidores permite aprovechar las ventajas que ofrecen ambos medios.

4.4

Sistemas de conversión electromag néticos

Los convertidores que analizamos aquí son electroválvulas que se encargan de convertir las señales eléctricas en señales neumáticas. Estas electroválvulas están compuestas de una válvula neumática y de una unidad de conmutación eléctrica (cabezal electromagnético). Este capítulo ofrece informaciones importantes.

y explicaciones

sobre los convertidores

más

En posicion normal, esta válvula está cerrada. Se trata de una válvula de asiento accionada unilateralmente. El aire comprimido está conectado en 1 (P). La corriente de aire hacia la salida 2 (A) está bloqueada por el inducido. Si la bobina recibe una señal eléctrica se desplaza el inducido por efecto del campo magnético. El aire comprimido puede entonces pasar de la entrada 1 (P) hacia la salida 2 (A). La válvula vuelve a su posición normal por efecto del muelle recuperador si se interrumpe la señal eléctrica. A través de la salida 2 (A) no puede producirse la desaireación del conducto neumático ya que no se dispone de taladro de purga de aire. El sistema auxiliar de accionamiento manual permite que la corriente de aire comprimido pase de 1 (P) hacia 2 (A). El inducido es desplazado hacia arriba mediante un tornillo. Esta válvula de 2/2 vías es utilizada como unidad de bloqueo.

Posición normal

Posición conmutada ~

Cabeza electromagnética

IPI

4>2(A)

Accionamiento

manual

auxiliar

113

4.4.1 Electroválvula de 2/2 vías de accionamiento manual

4.4.2 Electroválwla de 3/2 vras de accionamiento manual

Se trata de una válvula de asiento accionada unilateralmente y con reposición por muelle. La válvula está cerrada en posición normal. Una señal eléctrica en la bobina crea un campo magnético que desplaza al inducido hacia arriba, separándolo de su asiento. El aire comprimido fluye de la entrada 1 (P) hacia la salida 2 (A); el inducido bloquea el taladro de escape 3 (R). Si desaparece el campo magnético, el muelle vuelve a presionar al inducido sobre su asiento. De este modo se bloquea el paso de 1 (P) hacia 2 (A) Y el aire del conducto neumático pasa de la conexión 2 (A) hacia 3 (R). El sistema auxiliar de accionamiento manual también permite en este caso efectuar una conmutación manual de la válvula de 3/2 vías, Aplicaciones: mandos con cilindros de simple efecto, control de otras válvulas, conexión y desconexión de aire a presión en los mandos.

Posición normal

(R)

3

f

:

Posición' conmutada

~ (PI (Al

(R)

3

....

" !

.

J'

114

~.,

. '(~.

"

iri'·:

Se trata también de una válvula de asiento con dos posibles posiciones de conmutación, estando abierta en posición normal. El aire comprimido pasa de 1 (P) hacia 2 (A). La válvula conmuta por efecto de una señal electrica en la bobina. El conducto 2 (A) es desaireado por la conexión 3 (R) mientras que el inducido bloquea la conexión 1 (P). Estas válvulas son utilizadas si es necesario que un cilindro de simple efecto tenga su posición normal en el final de carrera delantero o si tiene que emitirse una señal en alguna posición sin que antes se haya producido una señal eléctrica.

Posición normal

Posición conmutada 2 IAI

~

lIPIIRI3

lIPI

~

115

4.4.3 Electroválvula de 3/2 vías abierta en posición normal

4.4.4 Electroválvula de 3/2 vías cerrada en posición normal (servopilotaje, accionamiento manual)

Para evitar que las bobinas de las válvulas sean demasiado grandes pueden utilizarse válvulas con servopilotaje neumático. El funcionamiento de la unidad respectiva es similar al de las electroválvulas de 3/2 vías descritas antes. La diferencia estriba en el accionamiento directo del émbolo. Una señal eléctrica tiene como consecuencia que el inducido abra el paso. El émbolo de la válvula conmuta por efecto del aire que pasa de la conexión 1 ( P) a través del canal de aire hacia el inducido y prosigue hacia el émbolo de la válvula. El estado de conmutación de 1 (P) hacia 2 (A) se mantiene mientras esté aplicada la señal eléctrica en la entrada. El accionamiento manual auxiliar permite el paso del aire hacia el émbolo de la válvula. Tratándose de válvulas servo pilotadas es absolutamente necesario acatar las presiones mínimas y máximas.

Posición normal

2 (Al

Posición conmutada

¡zm¡ I[~~ lIP){RI3

Inducido

manual auxiliar Canal de aire

l1PI-{>

116

La válvula de 4/2 vías está compuesta por 2 válvulas de 3/2 vías y tiene la función de controlar un cilindro de doble efecto o de encargarse del control de otras válvulas. Una señal eléctrica tiene como consecuencia que el inducido abra el paso. El aire comprimido que pasa por el canal de aire de prepilotaje actúa sobre los dos émbolos de la válvula permitiendo la conmutación respectiva. En estado de conmutación está abierto el paso entre las conexiones 1 (P) Y 4 (A); la conexión 2 (B) expulsa aire en dirección de la conexión 3 (R). Cuando se interrumpe la señal eléctrica, ambos émbolos de la válvula vuelven a su posición normal, con lo queda abierto el paso de 1 (P) hacia 2 (B) mientras que la conexión 4 (A) expulsa aire por la conexión 3 (R). El accionamiento manual permite conmutar la válvula.

Posición normal

Posición conmutada 1,

2

* lIPIIRI3

Inducido

manual auxiliar

~~~~~~r.r=

Embolo de la válvula

lIPH>

117

4.4.5 Electroválvula de 4/2 vías (servopilotaje, accionamiento manual)

4.4.6 Electroválvula de 5/2 vías (servopilotaje, accionamiento manual)

Esta válvula asume las mismas funciones que la electroválvula de 4/2 vías. Simplemente s~ trata de otro' sistema constructivo. La electroválvula de 4/3 vías es una válvula de asiento, mientras que la electroválvula de 5/2 vías es una válvula de corredera. Una señal eléctrica provoca la conmutación del inducido. El aire atraviesa el canal de aire en dirección del émbolo de la válvula, conmutándolo. En el centro de la válvula está abierto el paso de 1 (P) hacia 4 (A) o hacia 2 (B) por efecto de una junta (asiento). La purga de aire se produce de 4 (A) hacia 5 (R) o de 2 (B) hacia 3 (S). Interrumpiendo la señal eléctrica, la válvula vuelve a su posición normal por acción del muelle de reposición, quedando abierto el paso de 1 (P) hacia 2 (B).

Posición normal

Posición conmutada 4 2

~

4 (A)<]-

2 (B)-{>

118

Es necesario disponer de dos señales para efectuar la conmutación, al igual que en la neumática. Una señal de entrada en Y1 (eléctrica) tiene como consecuencia que el émbolo de la válvula se desplace hacia la derecha en la parte neumática. La conexión 1 (P) expulsa aire por 2 (B) la conexión 4 (A) lo hace por 3 (R). La conmutación se produce por una breve señal (impulso) yel émbolo de la válvula mantiene esa posición hasta que la entrada Y2 (eléctrica) recibe una breve señal (impulso). Si la entrada Y2 recibe una señal, el émbolo de la válvula se desplaza hacia la izquierda. De este modo se permite el paso de aire de 1 (P) hacia 4 (A) Y la purga de aire de 2 (B) hacia 3 (R). Esta electroválvula se encarga de convertir señales eléctricas en señales neumáticas y, además, es capaz de memorizar dichas señales. Es importante tener presente que predomina la primera señal que llegue.

Y

Aplicaciones:

Control de cilindros de doble efecto. Memoria de señales eléctricas en la parte neumática.

En los capítulos que se refieren a los circuitos básicos y al desarrollo esquemas de distribución se recurre a este tipo de equipos.

de

4 2 (AlIBI

Xfb

Wl! 1I

:J~~'%l

1(PI!RI3

!.

2(BI

3(RI

4(AI

119

4.4.7 Electroválvula de 4/2 vías (impulso eléctrico bilateral)

4.4.8 Electroválvula de 5/2 vías (impulso eléctrico bilateral)

Esta unidad asume las mismas funciones que la anterior. La diferencia estriba en que se trata de una válvula de asiento longitudinal y no de una de. corredera longitudinal. La conexión 2 (8) es aireada por separado por la conexión 3 (S). Esta electroválvula también es una válvula con servopilotaje y accionamiento manual auxiliar.

(SI (BI (PI (A) (R) 3 2 1 4 5

(S) (B) (P) (A) (R)

3

120

2

1

4

5

Esta combinación de válvulas está compuesta de cuatro válvulas de 2/2 vías. En posición normal están cerradas todas las conexiones. Los conductos no tienen purga de aire. La activación es eléctrica. En su posrcion normal estas válvulas mantienen las posicrones correspondientes de cilindros de doble efecto. Sus aplicaciones son el posicionamiento y la parada de emergencia.

4

2

(A)(BJ

f

l(P)

Posición normal:

Todas las salidas están bloqueadas. Los muelles mantienen este estado.

121

4.4.9 Electroválvula de 5/4 vías

4 2 IA1I81

rm~ll::'hllll~ SIRIISI3

11PI

La válvula conmuta cuando la bobina Y1 recibe una señal eléctrica. El paso está abierto entre las conexiones 1 (P) Y 4 (A); el aire evacúa de la conexión 2 (B) hacia la conexión 3 (S). El cilindro se desplaza en una dirección. La interrupción de la señal en Y1 activa de inmediato la función de bloqueo, con lo que la presión queda aplicada en el cilindro.

4 2 IAIIBI

~~

11:.:1

&l'1~f$ 51RJ(S13

11PI

í'

11PI

122

La válvula ocupa otro estado de conmutación cuando la bobina Y2 recibe una señal. De este modo queda abierto el paso de las conexiones 1 (P) hacia 2 (B) Y de 4 (A) hacia 5 (R). El cilindro se desplaza en la dirección opuesta. La interrupción de la señal en Y2 activa de inmediato la función de bloqueo. cilindro mantiene la posición correspondiente (estando bajo presión).

El

4 2 (AllB)

~~"~:'hl"l~ S(RI (S13 l(PI

?

l(PI

Si las bobinas Y1 e Y2 reciben una señal, se produce la cuarta posición de conmutación. En esta posición todos los émbolos dejan libre el paso, con lo que todos los conductos evacúan aire. El cilindro acoplado detrás de la válvula asume una posición arbitraria sin presión. Por interrupción de ambas señales todas las válvulas vuelven a su posición normal quedando bloqueados los conductos por acción de los muelles.

123

4.5

Convertidor de señales neumático-eléctrico PE

Una señal neumática en la entrada X desplaza un pequeño émbolo que activa un microinterruptor. Este emisor de señales eléctricas actúa alternativamente como interruptor normalmente cerrado o abierto o como conmutador. Al interrumpir la señal de entrada en X el émbolo vuelve a su posición normal por acción de un muelle, con lo que queda libre el emisor de señales eléctricas. El margen de presiones abarca desde 0,8 bar hasta 10 bar.

x

Embolo

x Microinterruptor (conmutador)

La siguiente gráfica muestra una construcción

diferente. -

•x El margen de presiones abarca desde 1,5 bar hasta 8 bar.

124

Con la unidad que se muestra en esta pagina pueden convertirse señales neumáticas en señales eléctricas en un sistema de baja presión. Un actuador de mando neumático actúa sobre un microinterruptor que funciona alternativamente como interruptor normalmente abierto o cerrado. El actuador de mando neumático funciona de la siguiente manera: El aire comprimido (de baja presión de 0,1 hasta 0,25 bar) entra por la conexión 1 (P). El aire sale al exterior a través de la salida de evacuación 3 (r). Si la entrada X recibe una señal neumática una lámina es desplazada hacia arriba, con lo que se bloquea el paso de 1 (P) hacia 3 (R). Ello significa que el aire a presión proveniente de 1 (P) actúa sobre la membrana, la que a su vez actúa sobre el interruptor. Este mantiene su posición mientras que la señal de entrada continúe en X. El margen de respuesta de la señal en X es de 0,5 mbar hasta 250 mbar. El consumo de aire constante en estado normal es de 0,7 hasta 2 l/rnin.

3 Evacuación de aire Lámina

l(P)

Membrana Microinterruptor

1

1(~~

2 4

125

4.6

Convertidor de señales neumático-eléctrico PE para sistemas de baja presión

4.7

Convertidor de señales neumático-eléctrico (presostato)

Este interruptor regulable neurnáticarnente (por presión) tiene la función de convertir señales neumáticas en señales eléctricas. Si la entrada X recibe una señal, la membrana actúa sobre un empujador. No obstante, ello solo ocurre si la presión en la entrada X es mayor a la fuerza que se haya ajustado en el muelle. Dicho ajuste se efectúa mediante un tornillo. Si la presión es mayor que la fuerza del muelle, una palanca actúa sobre un microinterruptor conmutador. La señal eléctrica ~e salida se mantiene mientras que la señal de entrada en X tenga la presión necesaria.

2

4

x El margen de presiones abarca desde 1 hasta 10 bar. Todos los convertidores de señales funcionan con las tensiones usuales de corriente contínua o alterna. La bobina o el microinterruptor tienen que incorporarse según la aplicación concreta del convertidor.

126

Capítulo 5 Normas de seguridad

127

La Federación de Electrotécnicos Alemanes (VDE) ha establecido diversas normas de seguridad. Estas normas se clasifican de la siguiente manera: Prescripciones Reglas Recomendaciones

Prescripciones

Se trata de normas de carácter obligatorio. En ellas se establecen los requisitos que deben cumplirse para no poner en peligro ni a las personas ni a los equipos técnicos.

Reglas

Estas son normas que deberían acatarse para garantizar equipos técnicos.

Recomendaciones

Se trata de propuestas cuyo acatamiento se refieren a aspectos de seguridad.

Las normas VDE (prescripciones de carácter obligatorio) más importantes son las siguientes

VDE

0100

VDE

0113

VDE

40050

Otras normas

la fiabilidad

de los

es optativo. Las recomendaciones

no

Medidas de seguridad para evitar contactos con tensiones demasiado elevadas. Normas referidas al equipamiento eléctrico de máquinas con tensiones nominales de hasta 1000 V. Tipos de protección de elementos operativos.

Publicaciones lEC Normas VDI Pliegos de condiciones

Normas de seguridad de las mutuas profesionales

(normas internacionales) (idénticas a las normas VDE, aunque más detalladas) (normas sobre elementos operativos de las empresas con prescripciones determinadas relacionadas al equipamiento eléctrico)

(medidas de prevención de accidentes)

Las personas que se dedican a la técnica de mandos y, en especial, a la así llamada tecnología mixta, deberían estar familiarizados con los requisitos mínimos de seguridad en el sector de la electricidad.

128

Las partes de un equipo que se encuentran bajo tensión eléctrica suelen estar protegidas mediante aislamiento para evitar contactos involuntarios. Si el aislamiento está dañado es posible que se produzcan contactos peligrosos con los cuerpos metálicos de los equipos respectivos. Tensiones superiores a 65 V son peligrosas para el ser humano (para animales a partir de 24 V). La norma VDE establece que los equipos con más de 65 V a tierra deberán estar provistos de las medidas de seguridad que se explican a continuación.

5.1

Un aislamiento protector recubre todas las piezas eléctricas que están al alcance del ser humano. Los elementos en cuestión pueden estar recubiertos de un cuerpo de plástico resistente a golpes o bien pueden estar concebidos de tal manera que las partes eléctricas estén encapsuladas y aisladas de su entorno metálico mediante elementos de aislamiento incorporados.

5.1.1 Aislamiento protector

Cuerpo de material aislante Interruptor Aislamiento entre motor y engranaje.

Empuñadura

Interruptor encapsulado con material aislante

129

VOE 0100 Medidas de protección para evitar contactos con alta tensión

5.1.2 Bajo voHaje de protección

Se trata de una reducción de la tensión hasta valores de =42 V (tratándose de juguetes, dicha.tensión es dé =24 V). El bajo voltaje de protección se obtiene mediante transformadores o elementos galvánicos. Muchos mandos eléctricos o electrónicos funcionan con tensiones de = 24V. No obstante, no cumplen con los requisitos exigidos de un bajo voltaje de protección ya que muchas veces las piezas respectivas de las máquinas en cuestión están conectadas a la red de 24 V- del mando. Esta conexión suele ser necesaria para que en casos de averías no se produzcan conmutaciones equivocadas de las máquinas. En muchas ocasiones hay también piezas de las máquinas que están conectadas al conductor de protección de la red de 220/380 V-o En esos casos están separadas galvánicamente la corriente de alta intensidad y el circuito de baja tensión.

3/MP",

50Hz

380/220V

Ll------·-------------.-------------

L2~r_--------------,_------~----

---¡

N

I

lA~.

/L ._.' Transformador

I

para

baja tensión

'

I

/.

I

Rectificador para baja tensión '

L. N

5.1.3 Separación protección

de

p

Incorporación de un transformador entre la red y la unidad consumidora (máxima tensión de la red = 380 V). En la salida del transformador no hay tensión a tierra. No obstante, esta separación de protección solo surte efecto si en la salida no hay conexión a tierra. Al transformador solo deberá conectarse una unidad consumidora de rnáx. 16 A de corriente nominal.

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::

I

l------u

L~.~._j _.--_.

__

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®\ Transformador

130

Para efectuar la conexión a neutro es necesario que la red cuente con un punto de conexión en estrella puesta a tierra y con un conductor de protección conectado a dicho punto. Si se produce un contacto entre el cuerpo y el aparato o equipo eléctrico se provoca un cortocircuito, con lo que son activadas las unidades protectoras contra sobretensión.

5.1.4 Conexión a neutro

3/Mp ...... 50Hz J80/220V

~--""r---r==+----------------~--------------L1 ~ __~"~ __~==~ -r~

L2

~--~ ..~--t=~T---~-----------r-+~~---------L3

I

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I

I

t:

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I

_l RS

La protección por puesta a tierra transforma un contacto con el cuerpo en un cortocircuito. La corriente de defecto conducida por la conexión a tierra activa las unidades protectoras contra sobretensión.

3x380/220V

r-~""~~F=~~~~-----------------------------L1

~--~"~--t===~--+-~---------------------------L2 ~--~"~--F===~--+-~~----------~-------------L3

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I

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I

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I

131

5.1.5 Puesta a tierra

5.1.6 Sistema ,de conductores de protección

En este tipo de protección, todas las partes de un equipo que pueden entrar en contacto con el cuerpo humano están conectadas entre s! mediante conductos de protección y, además, están conectadas a tierra. Este sistema de protección es admisible solo en determinados tipos de equipos.

5.1.7 Circuito de protección por desconexión de tensión de defecto

En caso de producirse un contacto con el cuerpo humano, el circuito de protección por desconexión de corriente de defecto provoca una desconexión inmediata (0,1 segundos) de todos los polos de la unidad de trabajo. La tensión de defecto llega a un interruptor de seguridad que está acoplado entre la unidad consumidora y la conexión auxiliar a tierra.

L1 L2---

L3 -------------------------+---f---+----

Interruptor de seguridad

~

J- -- ========= -_.- -.

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I . . I

-r ~.

I )-

--

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Unea de seguridad

- Conexión auxiliar a tierra

132

En caso de producirse un contacto con el cuerpo humano, el circuito de protección por desconexión de corriente de defecto provoca una desconexión inmediata (0,2 segundos) de todos los polos de la unidad de trabajo. Esta protección por desconexión de corriente de defecto es una medida de seguridad relativamente fiable y puede incluirse en muchos tipos de mandos.

Interruptor de seguridad

Convertidor de corriente total

j_~ I

Pulsador de control

---I==~=\_

L._. __

133

5.1.8 Circuito de protección por desconexión de corriente de defecto

5.2

VDE 0113 y DIN 57 113

Normas para el equipamiento eléctrico de máquinas de mecanizado y procesamiento con tensiones de alimentación de hasta 1000 V. Estas normas son muy expHcitas y se refieren al equipamiento eléctrico de máquinas aisladas fijas y móviles y de máquinas incluidas en cadenas de fabricación y sistemas de transporte. A continuación nos limitaremos a comentar las normas más importantes para el montaje de mandos.

5.3

Paro de emergencia e interruptor principal

En caso de peligro tiene que poder pararse la máquina inmediatamente e interrumpirse la conexión de todo el equipo y la red eléctrica. Al respecto deberá considerarse lo siguiente: 1. Si fuese necesario contar con una iluminación, ésta no deberá desconectarse con el paro de emergencia. 2. Las herramientas sujetadas magnéticamente no deben desprenderse máquina al accionarse el paro de emergencia.

de la

3. Los sistemas auxiliares y de frenada (por ejemplo para inmovilizar la máquina) no deben perder su función con el paro de emergencia. 4. Si fuese necesario, el paro de emergencia deberá activar movimientos de retorno. No obstante, dichos movimientos solo deberán producirse si no implican un peligro para personas. 5. Si el accionamiento del paro de emergencia es manual y directo, deberá efectuarse mediante un botón pulsador. Si el accionamiento es indirecto, está permitido utilizar cuerdas o pedales de emergencia. 6. El elemento que activa el paro de emergencia deberá ser de color rojo vivo. La superficie debajo de dicho elemento deberá ser de color amarillo para que se produzca un contraste entre los colores. 7. Toda máquina tiene que estar equipada con un interruptor de emergencia principal que permita desconectar todo el equipo durante los trabajos de limpieza, mantenimiento y reparación o durante períodos de inactividad prolongados. El interruptor en cuestión debe ser manual y deberá estar caracterizado con 1 y O para la conexión y desconexión respectivamente. Además deberá mantener su posición en cada caso. Asimismo, la posición de desconexión tiene que poderse bloquear de tal manera que no sea posible poner en marcha el equipo ni manualmente ni a distancia. En caso de haber varias tomas, los interruptores principales deberán bloquearse mútuamente para evitar cualquier peligro.

134

Ejemplos de unidades de control: Detectores de final de carrera, limitadores de carrera, sensores con convertidor, electroválvulas. Ejemplos de unidades de mando: Pulsadores de entrada, pulsadores manuales. Ejemplos de indicadores: Testigos, unidades indicadoras accionadas electromagnéticamente. Características comunes: Todas estas unidades son de fácil acceso y están ubicadas en lugares secos y limpios protegidos contra humedad, polvo, aceite, medios refrigerantes y daños térmicos y mecánicos. Estas características de seguridad ya tienen que tomarse en cuenta durante la fase de diseño de máquinas y equipos ya que, posteriormente, ofrecen mayor seguridad en caso de una ruptura de un cable o de un cortocircuito en el mando. Los interruptores de final de carrera y los limitadores de carrera no deberán dañarse en caso de ser rebasados a causa de un fallo. Precisamente es este un aspecto que con frecuencia no es tomado en cuenta por el fabricante de maquinaria (especialmente en aquellos casos en los que no se realiza una homologación del tipo de máquina). Los interruptores de final de carrera tienen que estar protegidos contra contactos involuntarios. En consecuencia, siempre se los ubicará de tal manera que no permitan una acumulación de suciedad y virutas que podrían interferir en las secuencias del mando.

Criterios adicionales para máquinas en cadenas de fabricación Los elementos de mando de los finales de carrera deberlan ser preferentemente de ruptura brusca. Los finales de carrera han de componerse o de un interruptor conmutador (normalmente abierto o normalmente cerrado) o bien de un interruptor individual normalmente cerrado y un interruptor individual normalmente abierto. Si fuesen necesarios otros interruptores adicionales, es factible recurrir a contactores electromagnéticos auxiliares o a relés. Los interruptores múltiples tienden a fallar después de mucho uso, dependiendo del esfuerzo eléctrico o mecánico al que hayan sido sometidos. Este es un factor que el fabricante debería tomar en cuenta al elegir entre los diversos mandos que le son ofrecidos en el mercado. Un mando con interruptores múltiples suele ser menos costoso, aunque también es menos fiable que un mando con relés. Además, un sistema con interruptores múltiples ofrece más problemas durante los trabajos de mantenimiento porque su configuración no es tan clara como la de los relés.

135

5.4

Unidades de control, unidades de mando e indicadores

N.....·.•.•...().:.:.•...•.•. r.·... .•.•.•.•.

·.rna.·.·.: .•..· .•.... ·.•.· .•.

Colores para indicar condiciones operativas

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Color

Estado operativo

Ejemplos de aplicación

Rojo

Estados anormales

Indica que la máquina ha sido detenida por acción de algún elemento de seguridad (p. ej. por una sobrecarga, por haberse rebasado un contacto del interruptor de carrera o por otra causa). Indicación para desconectar la máquina (p. ej. en casos de la máquina (p. ej. en casos de sobrecargas).

Amarillo

Atención o cuidado

Un parámetro (corriente, temperatura) se acerca al límite admisible o señal para el ciclo automático

La máquina está lista

La máquina está lista Todos los equipos auxiliares listos para funcionar. Las (diversas) unidades se encuentran en posición normal y la presión hidráulica o la tensión de un transformador han alcanzado los valores necesarios etc .. Ha concluido el ciclo de trabajo y la máquina está lista para iniciar un ciclo nuevo.

Tensión eléctrica puesta en los circuitos. Normalmente en funcionamiento

Interruptor principal en posición de activación. Selección de la velocidad o de la dirección del giro. Funcionamiento de todos los motores o de las unidades auxiliares. La máquina está en funcionamiento.

Verde

Blanco (incoloro)

Azul

136

J.•.

e.:.•.: .•.: .•.• .•. ·.·.·.:.G.·.: ...:.·.'.··.·.·.' ..:.u.·.·.•.·.·.r.·.· •..

Cualquier función a la que no se refiera uno de los colores.

....

Colores de pulsadores

Color

Orden

Estado operativo previsto

Rojo

Paro, desactivación

Interrupción de la marcha de uno o varios motores. Interrupción del funcionamiento de unidades de una máquina. Desactivación de sistemas de sujeción electromagnéticos. Interrupción del ciclo de trabajo (si el operario activa el pulsador durante un ciclo, la máquina para después de terminar el ciclo). Desactivación en casos de peligro (p. ej. desactivación en caso de calentamiento peligroso).

Para de emergencia

Verde o negro

Arranque, activación, pulsar

Tensión puesta en los circuitos de mando (estado de listo para funcionar). Arranque de uno o varios motores para las funciones auxiliares. Arranque de unidades de la máquina. Activación de la unidad de ajuste electromagnética. Pulsación manual (accionamiento simple al ajustar).

Amarillo

Activación de un movimiento de retorno no previsto en el ciclo operativo normal o activación de un movimiento para anular un estado peligroso.

Retorno de unidades de la máquina al punto de partida del ciclo si éste aún no habla concluido. Pulsando la tecla amarilla pueden desactivarse funciones antes activadas

Blanco o negro

Cualquier función a la que no se refiera uno de los colores anteriores.

Control de funciones auxiliares que no están relacionadas directamente con el ciclo de trabajo. Desbloqueo de relés (parte posterior) .

137

Colores recomendados testigos luminosos

para

Ejemplos de aplicación y observaciones

Color y aplicación

Significado del luminoso

Función del pulsador

Rojo Indicador

Véase observación

Paro (no se trata del paro de emergencia)

Amarillo Indicador

Atención o cuidado

Activación de una operación para evitar estados peligrosos

Un parámetro (corriente. temperatura) se acerca al valor máximo permisible. El accionamiento del pulsador amarillo puede anular funciones.

Verde Indicador

Aprobación de la activación del proceso de arranque.

Arranque de la máquina o del equipo.

- Funcionamiento normal Arranque de uno o varios motores para accionamiento auxiliar manual - Arranque de unidades mecánicas - Excitación de sistemas de ajuste electromagnéticos

Azul Indicador

Cualquier significado al que no se refiera uno de los colores anteriores o el color blanco

Cualquier función a la que no se refiera uno de los colores anteriores o el color blanco

Control de funciones auxiliares

Blanco (claro) Confirmación

Confirmación constante que indica un circuito eléctrico recibe corriente o que se ha activado o preseleccionado una función o movimiento.

Cerrar un circuito o activación o preselección

Cualquier preselección u operación de arranque

138

-

En los grupos, elementos o sistemas eléctricos sobre las máquinas y las instalaciones, los sistemas de control se consideran circuitos eléctricos secundarios. Las conexiones de tierra, esto es las conexiones de masa, nunca han de producir un arranque involuntario de la máquina ni impedir la interrupción de la operación de ésta. Esto puede realizarse, por ejemplo, conectando unilateralmente a tierra el circuito eléctrico secundario o el sistema de control. Una conexión a tierra por el lado de tensión del mando produce la excitación del elemento de protección contra sobrecarga previo y elimina la tensión en el circuito eléctrico secundario. Si además se tiene en cuenta la regla según la cual el sistema de mando ha de ponerse en funcionamiento siempre alimentándole la tensión precisa, I nos damos cuenta de que la conexión a tierra de la máquina impide necesariamente la puesta en funcionamiento involuntaria de la misma. Se conoce que las medidas de protección, la conexión a neutro y el circuito de protección, en los sistemas de mando de máquinas casi siempre son la solución más fácil de realizar. Si por cualquier circunstancia se exigiera que el circuito eléctrico secundario o el circuito eléctrico de mando no tuviesen que estar conectados a tierra unilateralmente, el circuito secundario sin conexión a tierra ha de estar dotado de un sistema de control del aislamiento con arreglo a la norma VDE 100/5.73. Para el equipamiento eléctrico, cuyos circuitos eléctricos de mando incorporaran más de 5 bobinas electromagnéticas (contactores, relés, válvulas, etc.) es recomendable utilizar un transformador especial de mando para la alimentación. Este transformador de mando especial se conecta detrás del interruptor principal, preferiblemente entre dos conducciones externas de la red de corriente trifásica. Esta solución mejora también los niveles de seguridad al producirse un fallo de fase. Los circuitos eléctricos de mando que operaran sin el transformador de mando se incorporan entre la conducción externa y la conducción intermedia. Aquellas operaciones que no debieran realizarse simultáneamente (por ejemplo, circuito contactor inversor) tienen que estar bloqueadas una respecto a la otra. El ciclo operativo individual no deberá iniciarse si no se cumplen antes todas las exigencias de seguridad del personal de operación y de la máquina. Cuando se trate de sistemas de mando para cuya operación se precise de las dos manos, ello no deberá realizarse solamente con un enlace en Y. En este caso, el circuito ha de estar dotado de elementos temporizadores que aseguren que ambos (o, en su caso, más de dos elementos) pulsadores han de apretarse al mismo tiempo. Esta solución "bimanual" de seguridad ha de ser lo suficientemente "inteligente" para impedir que el sistema funcione bloqueando (con una cinta adhesiva, p. ej.) uno de los dos pulsadores. Las máquinas con un ciclo controlado automáticamente deben estar dotadas de un sistema de control manual o de un sistema de accionamiento simple a pulsación para fines de comprobación, ajuste o puesta a punto. En operación controlada automáticamente, los transmisores de instrucciones para el control manual tienen que estar desactivados. De la misma forma, en operación manual ha de quedar excluida la posibilidad de un arranque automático. Las normas DIN 57113NDE 0113 especifican otros aspectos referentes a los sistemas eléctricos en máquinas.

139

5.5 Circuitos eléctricos secundarios y dispositivos de bloqueo

5.6

DIN 40050, Protección de sistemas mecánicos eléctricos

Esta norma explica cómo proteger al personal contra accidentes por contacto con elementos de tensión eléctrica o elementos mecánicos incorporados en cajas. Además, esta norma se refiere también a cómo proteger a los equipos mecánicos contra la infiltración de cuerpos extraños sólidos y de agua.

5.7

Especificación del tipo de protección

La especificación del tipo de protección se compone siempre en primer lugar de las dos mayúsculas IP (para International Protection) y de dos dígitos para el grado de protección. Por lo que se refiere a los dos dígitos, el primero de ellos indica el grado de protección contra infiltración de cuerpos extraños y contra contactos físicos; el segundo dígito especifica el grado de protección contra la infiltración de agua. La tabla I indica el nivel de protección especificado con el primer dígito, y la tabla II especifica el nivel de protección referente al segundo dígito. Ejemplo: I P 2 1 Este ejemplo significa que el equipo está protegido contra contactos táctiles en los elementos de tensión o los elementos mecánicos interiores, así como contra la penetración de cuerpos extraños con más de 12 mm de diámetro y contra la precipitación vertical de gotas de agua.

Grados de protección contra contactos físicos e infiltración de cuerpos extraños

Tabla I

Grado de protección Primer dígito

Denominación

Explicación

O

Sin protección

No ofrece protección especial a las personas en caso de contactos involuntarios de piezas que están bajo corriente o que se mueven. Las unidades de trabajo no están protegidas contra infiltración de cuerpos extraños.

1

Protección contra cuerpos extraños grandes

Protección en caso de contactos involuntarios (con la mano, por ejemplo) de piezas móviles bajo tensión. No ofrece protección en casos de contactos voluntarios. Protección contra infiltración de cuerpos extraños sólidos con diámetros superiores a 50 mm.

2

Protección contra cuerpos extraños medianamente grandes

Protección en caso de contacto de los dedos con piezas móviles que están bajo tensión. Protección contra infiltración de cuerpos extraños sólidos con diámetros superiores a 12 mm.

140

Primer dígito

Grado de protección Denominación

Explicación

3

Protección contra cuerpos extraños pequeños

Protección en caso de contacto con piezas móviles bajo tensión con herramientas, alambres u objetos similares de diámetros superiores a 2,5 mm. Protección contra infiltración de cuerpos extraños sólidos con diámetros superiores a 2,5 mm.

4

Protección contra cuerpos extraños granulados

Protección en caso de contacto con piezas móviles bajo tensión con herramientas, alambres u objetos similares de diámetros superiores a 2,5 mm. Protección contra infiltración de cuerpos extraños sólidos con diámetros superiores a 1 mm.

5

Protección contra depósitos de polvo

Protección total en caso de contacto con piezas móviles bajo tensión. Protección contra depósito dañino de polvo. Esta protección no evita totalmente la infiltración de polvo, aunque sí evita que entren tales cantidades de polvo que inhiban las funciones operativas.

6

Protección contra infiltración de polvo

Protección total en caso de contacto con piezas móviles bajo tensión. Protección contra infiltración de polvo.

141

Protección contra agua

Tabla 11

Segundo dfgito

Grado de protección Denominación

Explicación

O

Sin protección

No ofrece ninguna protección en especial

1

Protección contra goteo perpendicular

Gotas de agua que.caen perpendicularmente no deben causar daños.

2

Protección contra goteo oblrcuo

Gotas de agua que caen en ángulo de hasta 15° en relación con el eje perpendicular no deben causar daños.

3

Protección contra rocío de agua

Agua que cae en un ángulo de hasta 60° en relación con el eje perpendicular no debe causar daños.

4

Protección contra salpicadura de agua

Agua que salpica de todas direcciones no debe causar daños.

5

Protección contra chorro de agua

Un chorro de agua proveniente de una tobera y dirigido desde cualquier ángulo contra el elemento operativo no debe causar daños.

6

Protección al sumergir

Si la unidad operativa es sumergida en agua a una presión determinada durante un determinado tiempo, no debe permitirse la infiltración de agua en cantidades dañinas 1.

7

Protección al zambullir

y

Si la unidad operativa es sumergida en agua a una presión determinada y durante un tiempo no determinado, no debe permitirse la infiltración de agua en cantidades dañinas 1.

1 En determinados tipos de máquinas no debe producirse infiltración alguna de agua. Las instrucciones respectivas están incluidas en las especificaciones respectivas de la máquina.

142

Capítulo 6 Bases de la neumática

143

?S,'.·,· .•',a.:,'.:,'.','.se,'..','.:.•

6.1

Propiedades del aire comprimido

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.

Puede que sea sorprendente que la neumática se haya difundido tan rápidamente y en tan poco tiempo. Este fenómeno se debe, entre otras cosas, a que en ciertos problemas de automatización es más sencillo y más económico utilizar el aire que ningún otro fluido. La neumática tiene las siguientes ventajas: Cantidad:

El aire comprimible está disponible en cualquier parte y en cantidades prácticamente inagotables.

Transporte:

El aire comprimido puede transportarse por tuberías a distancias largas. No es necesario prever el retorno del aire.

Acumulación:

Un compresor no tiene que funcionar constantemente. El aire comprimido puede almacenarse en un acumulador, desde donde puede recurrirse a él. Además, también es posible transportar el aire comprimido en botellas.

Temperatura:

El aire comprimido es indiferente a las oscilaciones de la temperatura. De esta manera es factible trabajar de modo seguro incluso con temperaturas extremas.

Explosiones:

El aire comprimido no ofrece peligro de explosión o de incendio. En consecuencia, no es necesario adoptar costosas medidas de seguridad contra explosiones.

Limpieza:

El aire comprimido es limpio, por lo que no se produce contaminación alguna por fugas de aire en las tuberías o en las unidades de trabajo. Precisamente esta característica es indispensable en la industria alimenticia, maderera, textil y en fábricas de curtidos.

Montaje:

Los elementos de trabajo son fáciles de montar, por lo que los sistemas neumáticos no son costosos.

Velocidad:

El aire comprimido es un medio de trabajo sumamente veloz, por lo que es factible alcanzar altas velocidades de trabajo (la velocidad operativa de cilindros neumáticos es de 1 hasta 2 mis).

Regulación:

La potencia y la velocidad de los elementos neumáticos pueden ser regulados sin escalonamiento.

Seguridad a sobrecargas:

Las herramientas neumáticas y los elementos de trabajo pueden someterse a esfuerzos hasta quedar inmovilizados, por lo que son seguros frente a sobrecargas.

144

Para delimitar con precrsion los posibles campos neumática, es preciso conocer también sus desventajas:

de

aplicación

de

la

Acondicionamiento:

El aire que se usará en un sistema neumatico requiere de acondicionamiento previo puesto que no debe contener suciedad o humedad (ya que de lo contrario se ocasionaría un desgaste de los elementos neumáticos ).

Compresión:

El aire, dado que es comprimible, no permite obtener velocidades homogéneas y constantes de los cilindros.

Fuerza:

Los sistemas neumáticos solo son económicos hasta determinadas potencias. Dado el límite usual de la presión de trabajo (700 kPa = 7 bar), el límite económico se ubica entre 200000 y 300000 N (2000 hasta 3000 kp) según la distancia y la velocidad.

Evacuación de aire:

La evacuación de aire produce ruidos. Sin embargo, dicho problema ha podido ser solucionado en buena parte mediante el uso de silenciadores.

Costos:

El aire comprimido es un medio energético relativamente costoso. No obstante, buena parte de los elevados costos energéticos son compensados por la economía de los elementos y por el rendimiente (número de ciclos).

La superficie del globo terrestre está cubierta por una capa de aire. Se trata de una mezcla de gases indispensable para la vida cuya composición es la siguiente: Nitrógeno aprox. 78 %; oxígeno aprox. 21% El aire contiene además pequeñas proporciones de dióxido de carbono, argón, hidrógeno, neón, helio, criptón y xenón. Para comprender más fácilmente las reglas y las características de la neumática, primero se explicarán las magnitudes físicas involucradas y su clasificación en el sistema de valores cuantificables. La mayoría de los países del mundo están intentando ponerse de acuerdo sobre un sistema de valores único con el fin de procurar una mayor claridad y una situación más definida en esta especialidad. Concretamente, se trata del SI, es decir, del Sistema Internacional de Unidades. Las tablas que se presentan a continuación tienen la finalidad de establecer una relación entre el "sistema de valores" utilizado en nuestro país hasta la actualidad y el nuevo Sistema Internacional de Unidades.

145

6.2

Bases físicas

Unidades

Unidades y nombres Magnitud

Dimensión

Longitud

I

Sistema de unidades técnico

Sistema de unidades SI

metro (m)

metro (m)

kp .

m

Masa

S2

kilogramo (kg)

m Tiempo

t

segundo (s)

Temperatura

T

grados centígrados

Intensidad de corriente eléctrica

I

amperio (A)

Intensidad luminosa

Iv

candela (cd)

Cantidad de materia

n

Mol (mol)

segundo (s)

eC)

Kelvin (K) amperio (A)

Unidades derivadas Unidades derivadas y nombres Magnitud Fuerza

Dimensión IF

Sistema de Unidades técnico kilopondio (kp)

Sistema de unldedes SI Newton (N) 1N=~g~

s

Superficie

a

metros cuadrados (m2)

metros cuadrados (m2)

Volumen

V

metros cúbicos (m3)

metros cúbicos (m3)

(m3/s)

(m3/s)

atmósfera (at)

pascaí (Pa)

(kp/cmz)

1 Pa =

Caudal

Presión

V (Q) p

1N m

-:=2

Bar (bar) 1 Bar = 105 Pa = 100 kPa (102 kPa) Entre el sistema internacional de unidades y el sistema de unidades técnicas continúa habiendo relaciones. Concretamente a través de la ley de Newton Fuerza = masa . aceleración F = m . a, siendo a la aceleración de caída g = 9,81 mIs.2

146

Para estas magnitudes existen valores de conversión entre los dos sistemas de unidades: 1

Masa

1 kg

Fuerza

1 kp = 9,81 N Tratándose de cálculos aproximados, puede aplicarse la siguiente equivalencia: 1 kp = 10 N

Temperatura

Temperatura termodinámica: Punto cero

Presión

=

9,81

1°C O°C

= =

1 K (Kelvin) 273 K (Kelvin)

Además de las unidades de presión incluidas en las tablas anteriores (atm en el sistema de unidades técnicas y bar y Pa en el sistema internacional de unidades) siguen utilizándose frecuentemente otras unidades para la presión. Para completar la información, incluimos a continuación una lista completa: 1. Atmósfera (at) (presión absoluta en el sistema de unidades técnico) 1 at = 1 kp/cm2 = 0,981 bar (98,1 kp) 2. Pascal, Pa Bar, bar (presión absoluta en el sistema internacional de unidades) 1 Pa

=rrr=

10-5 bar

1N

5

1 bar

=

10 N -----=z-

m

=

1O~ Pa

=

1,02 at

3. Atmósfera física, atrn (presión absoluta en el sistema de unidades físico) 1 atm = 1,033 at = 1,013 bar (101,3 kPa) 4. mm de columna de agua, mm CA

10000 mm CA

=

1 at

=

0,981 bar (98,1 kPa)

5. mm de columna de mercurio, mm Hg (equivalente a la unidad de presión Torr) 1 mm Hg = 1 Torr 1 at = 736 Torr, 100 kPa (1 bar) = 750 Torr

Dado que en la tierra todo está sometido a la presión atmosférica, no es posible percatarse de dicha presión. En consecuencia, la presión atmosférica pamb respectiva es considerada como valor de referencia y cualquier desviación es considerada una sobrepresión pe.

147

aá~$ d~ Ji h~timit¡Bi: .

',:.:.:.:.:.:.'.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:.:-',:.:.:.:.:,:.:

6.3

::

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::

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:: . :::

'F~~!9' Pi.ij~Ptlº

Acondicionamiento del aire

6.3.1 Impurezas

En la práctica existen diversos casos en los que es importante que el aire cumpla con determinados requisitos. En muchos casos, las impurezas causadas por partículas de suciedad u óxido, por restos de aceites de engrase y por humedad, provocan problemas en los sistemas neumáticos e incluso la destrucción de los elementos neumáticos. En el separador incorporado detrás del refrigerador posterior se elimina el condensado. La separación fina, el filtrado y demás formas de acondicionamiento del aire se realizan en las inmediaciones del elemento de trabajo. La humedad es un factor que merece especial importancia. El agua (la humedad) entra en la red neumática con el aire aspirado por el compresor La cantidad de humedad es determinada principalmente por la humedad relativa del medio la que, por su parte, depende de la temperatura del medio ambiente y de las condiciones climáticas. 3

La humedad absoluta es la cantidad de agua contenida en 1 m de aire. La cantidad de saturación es aquella cantidad de agua que puede absorber 1 m3 a la temperatura respectiva. En ese caso, la humedad relativa es de 100% (temperatura de punto de condensación). El diagrama muestra la saturación del agua en función de la temperatura. humedad absoluta humedad relativa

100 %

=

cantidad de saturación

Ejemplo: Siendo el punto de condensación 1 m3 de aire es de 17,3 gramos.

igual a 293 K (20°C), el contenido de agua de

Solución del problema en la neumática: Filtrado del aire aspirado en el compresor. Secado del aire comprimido.

Métodos: • Secado del aire aspirado • Secado por frío

148

Uso de compresores

sin aceites.

Curva del punto de condensación

91m3 50 o

V /~

10O

,_,_

L

5

3O

t

O

2

,_

/

Contenido 1 de agua la It

f

5 1 3

f

2

1/

l/

1 0,5

o,3

I

o,2

I

J

I

O,1 -40

-20

O

20

40

60

80

100 -c

233

253

273

293

313

333

353

373 K

Temperatura

Siendo el punto de condensación 1 m3 de aire es de 50 gramos.

...

igual a 313 K (20°C), el contenido de agua de

149

Ejemplo

6.3.2 Filtro de aire comprimido con válvula reguladora de presión

Funcionamiento de la purga automática de agua

El filtro de aire comprimido tiene la función de eliminar cualquier impureza y agua condensada. Para que el aire comprimido pueda ingresar en la copa del filtro (1) tiene que pasar a través de las ranuras de la chapa guía (2). D e este modo se produce una rotación del aire comprimido. Los líquidos y las partículas de impurezas de mayor tamaño son expulsadas por efecto de la fuerza centrífuga y se acumulan en la parte inferior de la copa del filtro. A continuación, el aire comprimido es filtrado en el filtro de material sinterizado (4) (amplitud media de los poros = 40 ,um), en el que se eliminan más partículas de impurezas. Es recomendable cambiar o limpiar el filtro de vez en cuando, dependiendo del grado de suciedad del aire comprimido que se use. El aire limpio fluye hacia el aceite a través de la válvula reguladora de presión y, desde ahí, hacia la unidad de trabajo. El condensado acumulado en la parte inferior de la copa (1) tiene que ser evacuado por medio de la válvula de purga (3) cuando alcance el nivel máximo. Si las candidades de condensado fuesen considerables, es recomendable utilizar un sistema automático de purga de agua.

El agua condensada es evacuado a través del filtro. De vez en cuandc deberá vaciarse el depósito, puesto que de lo contrario es factible que el anua sea arrastrada por el aire comprimido y llegue hasta las unidades de trabajo. En la siguiente página se muestra un dispositido de purga automático. El condensado proveniente del filtro llega a la cámara del flotador (3) a través del tubo de conexión (1). Al aumentar la cantidad del condensado sube el flotador (2). Cuando éste llega a determinada altura actúa sobre una palanca que abre una tobera (10). El taladro (9) permite el paso del aire comprimido a la otra cámara, lo que tiene como consecuencia que la membrana (6) ejerza una presión sobre la válvula de purga (4). La válvula de purga (4) se abre, con lo que el condensado puede evacuar a través del taladro (7). Al bajar el nivel de condensado, la membrana (2) vuelve a cerrarse la tobera (10). El aire restante evacúa al exterior a través de la tobera (5). El vástago (8) permite purgar manualmente.

150

Filtro con válvula reguladora

Purga automática de agua

4 - ---

~-

1-

" f f

I

~

{ 7

"

151

6.3.3 Unidad combinada

de mantenimiento

Esta unidad elementos: • • •

de

mantenimiento

es

una

combinación

de

los

Filtro de aire comprimido Regulador de aire comprimido Lubricador de aire comprimido

Unidad de mantenimiento

J.

_

_: <---

152

.-

-

-:

siguientes

•.:.::•:..•::.::.: .•¡"'::.':':.'::.':.:.""'.::'.::'.~.:,:.:::.::::...:\¡/.••.

~¡ .Fa::::\ •..•.:'n:;:\;¡¡.·u::}·m:::::;:::' i.i:i¡:;;¡ '. :::: .., ~n '''ft::::::::::::::::::::::::::::::::::

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-:....

Aspectos a considerar: 3

1. El tamaño de la unidad depende del paso total de aire expresado en m /h. Si el paso de aire es demasiado pequeño disminuye considerablemente la presión en las unidades de trabajo. En consecuencia deberían considerarse los valores indicados por el fabricante. 2. La presión de trabajo no deberá ser superior al valor indicado en la unidad de mantenimiento. La temperatura del medio ambiente no deberá exceder los 50°C (valores máximos para piezas de materiales plásticos).

Esquema de conexionado

(unidad de mantenimiento)

i-------l 1

Trabajos de mantenimiento

Revisión de la unidad

necesarios:

a. Filtro de aire comprimido: Controlar regularmente del nivel de agua condensada, ya que no debería rebasarse el nivel máximo indicado en la ventanilla. De lo contrario es posible que el agua condensada acumulada pase al conducto de aire comprimido. Para evacuar el agua condensada, abrir el tornillo de purga. En caso de suciedad, limpiar el cartucho del filtro. b. Válvula reguladora de aire comprimido: No precisa de mantenimiento pre y cuando esté acoplada detrás del filtro.

siem-

c. Lubricador de aire comprimido: Revisar el nivel de aceite en el indicador y, en caso necesario, rellenar la cantidad precisa. No utilizar tricloroetileno para limpiar el filtro de material plástico e el recipiente del lubricador. Solo utilizar lubricantes de aceites minerales.

153

154

Capítulo 7 Elementos neumáticos

155

7.1 Elementos neumáticos de funcionamiento lineal (cilindros)

En muchos casos es sumamente complicado generar un movimiento linea! con elementos mecánicos accionados por motores eléctricos.

Cilindros de simple efecto

Los cilindros de simple efecto son accionados unilateralmente por medio de aire comprimido. Estos cilindros solo pueden efectuar trabajos en un sentido. En consecuencia, solamente se necesita aire para un sentido del movimiento. El movimiento del cilindro en sentido contrario se efectúa con un muelle o mediante alguna fuerza externa. La fuerza del muelle incorporado tiene que ser capaz de poner al cilindro en su posición normal con la suficiente velocidad. La carrera de los cilindros de simple efecto con muelle incorporado está limitada tan solo por la longitud de la camisa del cilindro. En consecuencia, existen cilindros de simple efecto de hasta aproximadamente 100 mm. Estas unidades de trabajo son utilizadas especialmente para sujetar, expulsar, prensar, elevar, alimentar etc ..

156

Las juntas son de materiales flexibles (perbunán) embebidas en un émbolo de plástico o de metal. Durante los movimientos, las juntas se deslizan sobre la superficie interior de la camisa del cilindro. En la versión que muestra el segundo esquema, la carrera de trabajo está a cargo del muelle mientras que el retroceso se efectúa con aire comprimido. Aplicación: frenos de camión Ventaja: efecto de frenada incluso en casos de interrupción de la alimentación de energía.

11

I

~x 0/'1\1\1 tí fí

VVVv

Cilindros de émbolo

tí ~

Tratándose de cilindros de doble efecto, los movimientos en ambos sentidos se producen por efecto del aire comprimido. Tanto el movimiento de avance como el de retroceso tienen una fuerza determinada. Los cilindros de doble efecto se aplican especialmente en aquellos casos en los que es necesario que la fuerza de trabajo actúe en ambos sentidos. En principio la carrera de estos cilindros es ilimitada, aunque deberá tomarse en cuenta el posible pandeo o flexión del vástago durante el movimiento de avance. En estos cilindros también se utilizan juntas de labios y membranas.

Ul=-¿

157

Cilindros de doble efecto

7.1.1 Cálculo de los parámetros de los cilindros

Las fuerzas de los cilindros dependen de la presión del aire, de la superficie de aplicación de la carga sobre el émbolo y del coeficiente de fricción de los elementos de estanqueidad (y, además, de la fuerza de los muelles en el caso de los cilindros de simple efecto).

Cilindros de simple efecto Fn

=

(A· p) - (FR

+

FF)

Cilindros de doble efecto Avance:

Fnv

=

Retroceso:

FnR

= [ (A - AST) . p]

(A. p) - FR - FR

A una presión entre 4 hasta 8 bar la fricción asciende a aproximadamente hasta 20% de la fuerza por unidad de superficie. El consumo de aire es determinado del aire. P1 . V

=

3

por el volumen del cilindro y por la presión

P2· VZ

La yelocidad del émbolo es determinada por la sección más pequeña de los conductos de alimentación, por la presión del aire, por el diámetro del cilindro y por la carga que experimenta el vástago por efecto de la pieza que se está manipulando.

158

Cilindros de simple efecto Magnitudes conocidas:

7.1.2 Ejemplos de cálculos

D

= 63 mm = 10% = 5% P = 6 bar H = 100 mm

Incógnita: Fn, consumo de aire

FR FF

1 mm = 10-3 m 1 bar = 105 Pa

Conversión:

Fn

=

Fn

=

A . P - (FR + FF)

D2n D2n -4- . P - (-4- . P . 0,1

D2n + -4- . P . 0,05)

D2n D2n D2n . p - O 15 . -. p =085 -. P 4 '4 '4

Fn = --

Fn

=

0,85 .

(63

-3)2

. 10 4

. n . 6 . 105

Fn = 1589 N

Consumo de aire Boyle-Mariott: P1 . V = P2 . Vz P1 presión normal 1 bar V cantidad necesaria de aire P2 presión absoluta = sobrepresión + presión normal 7 bar Vz cilindro en estado de final de carrera

Pl . V

V

=

=

P2'

P2 . Vz

Vz

Pl (0,063 [mf

V =

7 [bar] . 0,1 [m] .

.n

4

1 [bar] V = 0,002182 m3 = 2 . 10-3 m3

159

Velocidad del émbolo En el diagrama puede leerse la velocidad. siguientes criterios: Carga exterior:

1000 N

Válvula accionadora:

R 1/8

R 1/4

Velocidad según diagrama:

45 mm/s

180 mrn/s

Magnitudes conocidas:

D

d H p

=

FR

Fnv

=

A . P . - FR

Fnv

=

0,9 .

FnR

=

(a - AST) . p. FR

FnR

=

0,9 A . P - AST . P

FnR

=

1106 N

160

Además deberán considerarse

=

A . P - 0,1 Ap

(63 . 10.3)2 .

it:

4

=

Incógnita: Fnv. FnR, consumo de aire

63 mm 35 mm 100 mm 6 bar 10%

=

. 6 . 105

D2.n; 0,9 -4. P

=

1683 N

(A· AST) . P - 0,1 Ap

=

D2.n; D2.n; 0,9 -4. P - -4-

. P

los

Consumo de aire

Pl . Vl

VZv VZR

=

P2 . VZv

volumen volumen

p: . V 1

=

Pl Vl

presión normal 1 bar cantidad necesaria de aire para el avance

P2

cantidad necesaria de aire para el retroceso presión absoluta = sobrepresión + presión normal: 7 bar

del cilindro para el avance del cilindro para el retroceso

P2 . VZv

P2 . VZv Pl (0,063 [m]) 2][ _7____,_[b_a~r]_'_0-,---, 1-::-c[,,-m~]:-__ 4 1 [bar]

Vl = 2,182' Pl . V2

=

=

0,002182 m3

1O-3m3

P2 . VZR

(D2][ P2 . H . (4

d2][) 4 )

Pl ((0,063 [m])2 . ][ V2

=

7 [bar] . 0,1 [m]

(

4

(0,035 [m])2 . n) 4 )

1 [bar]

V2

= 0,001509 = 1,509 . 10-3 m3

Velocidad del émbolo En el diagrama puede leerse la velocidad del émbolo de cilindros efecto. Además deberán considerarse los siguientes criterios: Carga exterior:

1000 N

Válvula accionadora:

R 1/8

R 1/4

Velocidad según diagrama:

50 rnrn/s

200 rnrn/s

de doble

161

7.2 Válvulas 7.2.1 Generalidades

Los mandos neumáticos están compuestos por elementos señalizadores, elementos de control y unidades de trabajo. Los elementos señalizadores y de control inciden sobre el ciclo de las unidades de trabajo. Dichos elementos son denominados válvulas. Las válvulas son unidades para controlar o regular el arranque, el paro, la dirección, la presión y el paso del medio proveniente de una bomba o de un acumulador. El concepto de válvula es genérico y, en concordancia con el uso del concepto a nivel internacional, se aplica a cualqulertlpo constructivo, ya sean válvulas de corredera, de bola, de plato, grifos etc.. Tal es la definición establecida por la norma DIN / ISO 1219 en concordancia con una recomendación del CETOP (Comité Europeo de Transmisiones Oleo-hidráulicas y Neumáticas). Según dicha norma, las válvulas son clasificadas en 5 grupos: 1. Válvulas de veas 2. Válvulas de cierre 3. Válvulas limitadoras y reguladoras de presión 4. Válvulas reguladoras de caudal 5. Uaves de paso

7.2.2Válvulas de vías

Las válvulas de vías inciden en la dirección del flujo de aire, especialmente en las funciones de arranque, parada y paso.

Representación de las válvulas

En los esquemas se utilizan símbolos que representan las válvulas. Estos símbolos no ofrecen información alguna sobre su construcción, sino que más bien solamente muestran la función que asume la válvula respectiva. Las posiciones de conmutación de las válvulas son representadas por un cuadrado: La cantidad de los cuadrados yuxtapuestos indica la cantidad de posiciones de una válvula. En el interior de los cuadrados se indica la función y el efecto de la válvula. Las conexiones son indicadas mediante líneas y las flechas muestran la dirección del flujo. Los bloqueos se marcan con líneas transversales dentro de los cuadrados. Las conexiones entre conductos están indicadas con puntos. Las conexiones (de alimentación y retorno) se incluyen en los cuadrados que muestran la posición normal o inicial. Las otras posiciones se obtienen desplazando los cuadrados hasta que coincidan los conductos con las conexiones. Las posiciones de conmutación pueden estar indicadas con las letras minúsculas a, b, e ... y con O. Si la válvula tiene tres posiciones, la intermedia es la normal.

162

Tratándose de válvulas con muelle de retorno, la posición normal es aquella en la que las partes móviles de la válvula asumen una posición determinada si la válvula no está conectada. La posición inicial es aquella que asumen las partes móviles de la válvula cuando ésta está acoplada a un sistema en el que está conectada la presión de la red o la tensión eléctrica. El programa de maniobras empieza en la posición inicial. Conductos de escape de aire sin conexión recuperable). Triángulo situado junto al símbolo.

a tubería

(aire de retorno

Conductos de escape de aire con conexión a tuberfa recuperable). Triángulo no situado directamente junto al símbolo.

no

(aire de retorno

Las conexiones están marcadas con letras mayúsculas para facilitar la correcta identificacion de las conexiones en válvulas. Concretamente, se aplican las siguientes mayúsculas respectivamente: Conductos de trabajo Conexión a energía Escape de aire Conductos de control

2,4 1 3, 5, 7 (10), 12, 14

(A, B, C) (P) (R, s, T) (Z, Y, X)

~-

Válvulas de vfas: resumen

Denominación

Posición normal

Válvula de 2/2 vías

cerrada

Símbolo

~

Válvula de 2/2 vías

abierta

Válvula de 3/2 vías

cerrada

1

$ ~

Válvula de 3/2 vías

abierta ~ 2

Válvula de 3/3 vías

posición intermedia bloqueada

ILI,~tl'\ I 163

,-,

Ejefilento~ beül'llátiBóS

..........................

'

-

; ;.;-:<::::::-:-:

)

.

.•...•.. ?••••..•.••••..••.••...•..•..•.•..•......•......•...•.•••. •.F.•..••. ·•~.•.·s. .··.··.l .• ·.·.J.d.••·.•·.•.a.·.·.··.P.·.t.l.Si ·.(>.· •. ••· .•••. D.· •. · •.

~

Denominación

Posición normal

Válvula de 4/2 vías

1 conducto entrada de aire 2 conductos de salida de aire

aU1

posición intermedia bloqueada

1I

Símbolo

1

I

I Válvula

de 4/3 vías

I

l,

3

II~~lxl 3

1

-

En posición intermedia

i

Válvula de 4/3 vías

salida de aire en A y B; posición de ajuste

I Válvula de 5/2 vías

® rmm 1

3

513

I !

I I I

I Válvula

de 613 vías

IJ X1~lt t ~I

i

L

La denominación de una válvula depende de la cantidad controladas y de la cantidad de posiciones.

II~

de las conexiones

El primer dígito de la especificación indica la cantidad de vías, es decir, la cantidad de conexiones controladas. El segundo dígito indica las posiciones de la válvula. Ejempio Válvula eje 3/2 vías: 3 conexiones controladas, 2 posiciones (2 cuadrados) Válvula de 4/3 vías: 4 conexiones controladas, 3 posiciones (3 cuadrados)

164

Según la aplicación es factible equipar a las válvulas con los más diversos tipos de accionamiento. Los sírnbolos que se refieren a los accionamientos se dibujan lateral y horizontalmente junto a los cuadrados.

7.2.3 Accionamiento válvulas

de las

1. Accionamiento física

por fuerza

2. Accionamiento

mecánico

t-l

Símbolo básico

-r

Pulsador

Palanca

Fe

Pedal

Fe

Pulsador

-i

Muelle

MC

Rodillo ~

Rodillo con retorno en vacío ~

165

3. Accionamiento

eléctrico Electroimán con 1 arrollamiento activo

Con 2 arrollamientos activos en el mismo sentido

~

azC

Con 2 arrollamientos activos en sentidos opuestos

~

4. Accionamiento por presión -accionamiento directo

Aumento de la presión

Disminución de la presión

Presión diferencial

-Accionamiento

indirecto Presión sobre la válvula principal a través de la válvula auxiliar de servopilotaje

Depresión sobre la válvula principal a través de la válvula auxiliar de servopilotaje

5. Accionamiento

combinado Electroimán y válvula auxiliar de servopilotaje

Electroimán o válvula auxiliar de servopilotaje

166

~

~

-C~

--c ~

Ejemplo 1: Válvula de 3/2 vías, accionamiento reposición por muelle.

por botón,

Ejemplo 2: Válvula de 4/2 vías, accionamiento directa, reposición por muelle.

por presión

Diferenciación según la duración del período de activación: 1. Accionamiento constante Accionamiento ininterrumpido de la válvula, ya sea manual, mecánico, neumático o eléctrico, ininterrumpido hasta la reposición. La reposición puede ser manual o por efecto de un muelle. 2.. Accionamiento momentáneo (impulso) Conmutación de la válvula por un impulso. La conmutación se produce solo al recibir la válvula un impulso proveniente de un elemento emisor de señales.

El principio constructivo de la válvula incide directamente en la duración de su vida útil, en su potencia, sus posibles accionamientos y conexiones y en su tamaño. Clasificación según el tipo constructivo: Válvulas de asiento

Válvulas de asiento esférico Válvulas de asiento de plato

Válvulas de compuerta

Válvuas Válvulas Válvulas (Válvula

de corredera de corredera longitudinal de corredera plana longitudinal de plato giratorio)

167

Características constructivas de las válvulas de vías

7.2.4 Símbolos neumáticos según DIN/ISO 1219 y símbolos especiales no normalizados Transformación

0= 0=

Compresor

de energía Bomba a vacío

Motor neumático de accionamiento un solo sentido de flujo

constante con

Motor neumático de accionamiento dos sentidos de flujo

constante con

Motor neumático con regulación del volumen de expulsión y una dirección de flujo

Motor neumático con regulación del volumen de expulsión y 2 direcciones de flujo

Motor neumático con limitación del campo de giro

168

()= ~

0= ~

f)=

Cilindro de simple efecto y recuperación por fuerza externa

Cilindro de simple efecto y recuperación por muelle

11 ~ I

tlVl.~l~ YVVV_ ~~~nnl\~ r

[[I

Cilindro de doble efecto y un vástago

i ~

1

_"

--

Cilindro de doble efecto y doble vástago pasante

1

~

I

~ I

(11

Cilindro diferencial de un vástago

Cilindro de doble efecto con amortiguador en los dos lados

i

regulable

~

1=

,ij~(§

-Cilindro telescópico de simple efecto; recuperación por fuerza externa

I

Cilindro telescópico de doble efecto

I

I

Multiplicador de presión de una clase de fluido

¡

:

¡

:

I

:

~I

1 J

I~

~ I

Multiplicador de presión para aire y líquido

Convertidor de presión p.e]. neumática-hidráulica

~I

~~ : ~ III

[J[J

169

7.2.5 Control y regulación

de energfa

Válvula de 2/2 vfas Posición normal cerrada

Válvulas de vías

~

1

Válvula de 2/2 vfas Posición normal abierta

~

Válvula de 3/2 vfas Posición normal cerrada

~

Válvula de 3/2 vfas Posición normal abierta

~ 2 Válvula de 3/3 vfas Posición intermedia cerrada

If II,~tl~J

Válvula de 4/2 vías

~

Válvula de 4/3 vfas Posición intermedia cerrada

1

3

4

2

U II~~IXI 1

Válvula de 4/3 vías Posición intermedia de descarga

WlXJ 1

Válvula de 5/2 vías

3

3

W 5 13

170

IAlr~!lw

Válvula de 5/3 vías Posición intermedia cerrada

513

Válvula de vías con posiciones intermedias y dos posiciones finales

~

Válvula de vías, símbolo simplificado, por ejemplo con 4 conexiones

~1

3

Válvulas de cierre Válvula de antirretorno sin muelle

-Ó-

-
Válvula de .mtlrretorno con muelle

-Válvula de .mtlrretorno pilotada

-~

~

Válvula selectora

~

Válvula de descarga rápida de aire

Válvula de simultaneidad (sin normalizar)

~'

J 3

H

171

Válvulas reguladoras de presión Válvula limitadora de presión regulable

rp.rjIv

Válvula de secuencia, regulable

I

LJ

/

1--Válvula de secuencia con escape de aire (función de 3 vías), regulable (sin normalizar)

rr-~+--'

!?.L

I

l___j

I

1__

2

.

_

Válvula reguladora de presión sin orificio para escape de aire, regulable f-------------------,f-----------------

Vá!vula reguladora de presión con orificio para escape de aire. regulable

----

Válvulas reguladoras de caudal Válvula de estrangulamiento regulable

no

V

Válvula de diafragma

A

Válvula de estrangulamiento accionamiento arbitrario

regulable;

Válvula de estrangulamiento accionamiento manual

regulable;

Válvula de estrangulamiento regulable, accionamiento mecánico con muelle de recuperación

172

-~

9Q ,"-

"

,

..

* "

~

<,

"-,

~

Uaves de paso Uave de paso, símbolo simplificado

Válvula de estrangulamiento

Válvulas reguladoras de caudal con válvula de antirretorno en paralelo

I~I

y antirretorno, regulable

Válvula de diafragma y antirretorno, regulable

~

7.2.6 Transmisión

O

Fuente de energía

Conducto de trabajo

Conducto de mando

----

Conducto de escape

-------

Conducto flexible

Conducto eléctrico

Unión fija de conductos

~

~

+

-L

173

de energia

+

Cruce de conductos

Purga de aire

__:¡:_

Escape sin conexión a tubo

V

Escape con conexión a tubo

y

Toma de presión tapada

~

~I~

Toma de presión con conducto

Acoplamiento mecánico

rápido acoplado; sin válvulas de cierre

Acoplamiento rápido acoplado; con válvulas de cierre mecánico

Acoplamiento

rápido desacoplado;

Acoplamiento rápido desacoplado; cerrado por válvula de cierre

Unión giratoria de un solo paso

174

~-

~I-+-

~

conducto abierto

--)--i

conducto

-- <)-1

-e-

Unión giratoria de dos pasos

=e=

Silenciador

~

Acumulador neumático

---c:J--

-0-

Filtro -

Purga de E ccionamiento

-y -y

manual

Purga automática -Filtro con purga automática

T V

Secador

Lubricador

Unidad de mantenimiento (filtro, válvula reguladora de presión, lubricador y manómetro); símbolo simplificado

Refrigerador

-<>~

-+ 175

Accionamiento de elementos mecánicos Eje con giro en una dirección

~

Eje con giro en dos direcciones

=+=

Retención con fiador y muesca

Enclavamiento (símbolo de mando del desenclavamiento)

~

--º-l-f 't

Basculador

~

Mecanismo de articulación sencillo

Mecanismo de articulación con palanca transversal

Mecanismo de articulación con punto fijo

Tipos de accionamiento Accionamiento físico

Símbolo básico

Pulsador

Palanca

176

ff =fF ~

~

~

Fe

Empujador o palpador

c:C

Muelle

MC

Accionamiento

mecánico

Accionamiento

eléctrico

eL

Rodillo

Rodillo escamoteable con efecto en una sola dirección

~

Antena (sin normalizar) ~

Sistema electromagnético un arrollamiento activo

con

Sistema electromagnético con 2 arrollamientos que actúan en sentidos opuestos

Motor eléctrico de giro contínuo

Motor posicionador

eléctrico

-r

«.. ®fe

€Yfc 177

Accionamiento

por presión Accionamiento

directo por aumento de la presión

Accionamiento

directo por disminución de la presión

Accionamiento

por secciones diferentes

Centrado por presión

Centrado por muelle

-c-C ~

-C~ ~~

~~

Accionamiento indirecto por aumento de la presión (servopilotaje)

-c

Accionamiento presión

~

indirecto por disminución de la

Accionamiento por aumento de la presión mediante amplificador (sin normalizar)

~

Accionamiento indirecto por aumento de la presión y mediante amplificador (sin normalizar)

~

Accionamiento por aumento de la presión; efecto alternativo (sin normalizar)

+-1

178

Accionamiento Electroimán y válvula auxiliar de servopilotaje

~

Electroimán o válvula auxiliar de servopilotaje

Electroimán o accionamiento muelle de recuperación

n

manual con

~

Símbolo general

+ Indicar explicación en nota al pié de página

179

combinado

7.2.7 Elemento,s complementarios Manómetro

Manómetro diferencial

Amplificador

Amplificador (por ejemplo de 0,5 mbar a 100 mbar)

~ Q

Amplificador de caudal ~

Válvula de 3/2 vías con amplificador 0,1 bar a 6 bar)

Convertidores de señales (sin normalizar)

)\\

(por ejemplo de

3

~

Eléctrico-Neumático ~

Neumático-Eléctrico

14

~

180

4

Contadores Contador de sustracción

Contador diferencial

~

O

~ 14

10

~

10

Contador de adición

Termómetro

cp

Caudalímetro (caudal)

-0-

Contador totalizador (volumen)

--@-

Contacto eléctrico por presión

_!~ 2

4

181

Sensor de presión

~ Sensor de temperatura

~

Sensor de caudal

Indicador

--v--0

7.2.8 Interruptores de contacto / Simbolos especiales Elementos de conmutación (Sin norma)

Detector réflex

~

Tobera en general; en especial: tobera para barrera de aire

1-

1)

Tobera receptora de barrera de aire

~

Detector por obturación de fuga

e

Barrera de aire en horquilla

(¡SE Lfl~

182

Capítulo 8 Símbolos eléctricos

183

8.1

Símbolos de interruptores según DIN 40900 (marzo de 1988)

Elementos de interrupción / conmutación Activador; interruptor normalmente abierto ~

~

Desactivador; interruptor normalmente cerrado

Conmutador;

conexión alternativa

Activador; interruptor normalmente abierto con tres posiciones

(

\1 t

I I

Interruptores / conmutadores especiales

~nterruPtor normalmente abierto (sin recuperación automática) ~

Interruptor normalmente cerrado (sin recuperación automática) ~

184

I

Interruptor normalmente cerrado 1 abre antes que 2

I

J-------~

Interruptor normalmente abierto 1 cierra antes que 2

,(-----J I

Conmutador sin interrupción conmutador secuencial

~

4-

Conmutador sin interrupción conmutador secuencial sfmbolo de alternativa

\

7

Interruptor gemelo normalmente cerrado

~u

Interruptor gemelo normalmente abierto

Contacto pasajero contacto en ambas direcciones

~

Contacto pasajero contacto solo en dirección de la flecha

~

~

185

Interruptores con retardo de contacto o de interrupción de contacto

4'

Interruptor normalmente cerrado; abre con retardo

~

Interruptor normalmente abierto; cierra con retardo

'+<

~

i

Interruptor normalmente cerrado; cierra con retardo

~ Interruptor normalmente abierto; abre con retardo

Interruptores con accionamiento

+

~

I

Pulsador con interruptor normalmente abierto; accionamiento manual; símbolo general

f-l I

Pulsador con interruptor normalmente abierto; accionamiento manual presionando

Interruptor normalmente cerrado; accionamiento manual tirando

E\ ~v-{ I

Interruptor normalmente abierto; accionamiento manual girando

186

I

t-~

}-- -

Accionamiento por balancín

Otros accionamientos,

r :':

p.ej. pedal

Accionamiento manual, p.ej. llave tubular

()---

Sensor, símbolo general; accionamiento manual, p.ej. leva

0---

1--.

.

--._---_-

_.~---

Muesca de retención

.--y- -

I .-__ 0_-

Bloqueo en una dirección

Bloqueo en dos direcciones

Accionamiento

motriz, símbolo general

Accionamiento motriz por cilindro

---~__ ~

.t:"":::::-_

O-[8--I

Accionamiento

por elevación manual

0--187

Accionamientos electromecánicos y electromagnéticos

Accionamiento, símbolo general, p.ej. relé, contactor electromagnético

~

Accionamiento de características especiales; símbolo general

~

Cerrojo de cambio con desenclavamiento electromecánico

-$-

Accionamiento electromecánico, p.ej. con indicación de un arrollamiento activo

cp

Accionamiento electromecánico con indicación de un arrollamiento activo; símbolo alternativo

tz:J

Accionamiento electromecánico con dos arrollamientos de efecto sincronizado

~

Accionamiento electromecánico con dos arrollamientos de efecto sincronizado; símbolo alternativo

Accionamiento electromecánico con dos arrollamientos de efecto sincronizado; símbolo alternativo

188

ap qn A~

AQ

Accionamiento electromecánico con dos arrollamientos de efecto opuesto

~

Accionamiento electromecánico con dos arrollamientos de efecto opuesto; sfmbolo alternativo

~

Accionamiento electromecánico indicación de la resistencia de c.c., p. ej. 500 ohmios

c$D

con

Accionamiento electromecáncio con indicación de un parámetro eléctrico, p. ej. intensidad máxima de corriente.

Relé térmico

~

cp

189

Accionamientos electromecánicos para relés y contactores electromagnéticos

Accionamiento electromecánico retardo a la conexión

con

Accionamiento electromecánico retardo a la desconexión

con

~

Q

Accionamiento electromecánico con retardo a la conexión y desconexión

~

Relé de apoyo

~

Relé de adherencia por magnetismo residual

~

s:!==J

Relé de c.a.

Accionamiento electromecánico dos posiciones activas

con

$

Accionamiento electromecánico activas; sfmbolo alternativo

con dos posiciones

9-v-

Accionamiento

excitado

190

electromecánico

~~

Interruptor normalmente abierto con recuperación automática, en estado de excitación

I

_. I

~v---\cp---v--~ I

o

c?-y-~~-~~9

Relé biestable

tm:?--\

Relé intermitente

Relé con accionamiento relé temporizador

I ~

1I111~

Contactar electromagnético

__

I

9--)-)-1-

Contactar electromagnético o relé con cuatro contactos normalmente abiertos y uno normalmente cerrado

Relé de impulsos de corriente

(

11

retardado

Relé con desconexión retardada relé temporizador

I

I

I

I

~--T-1-l -=?--Y-1-l I

I

I

191

~

Relé temporizador; el contacto normalmente cerrado abre y cierra sin retardo; los contactos normalmente abiertos cierran con retardo

UI

Q---rl1

Relé temporizador; un contacto normalmente cerrado abre y cierra sin retardo, un contacto normalmente cerrado abre con retardo, el contacto normalmente abierto cierra con retardo

~--------------------------------+---------------------------Válvula de accionamiento electromagnético Electroválvula abierta

Acoplamiento de accionamiento electromagnético, acoplado

Imán de elevación

Imán giratorio

192

-o-

8.2 Transformadores según

Alternatlvas'"

DIN 40714

Bobina de inductancia ~

~

~

Transformador con 2 devanados separados

~

~ Transformador con 3 devanados separados ~

Transformador económico

Bobina de inductancia de regulación contfnua

H ~

Transformador de regulación escalonada ~

1) Los símbolos que se refieran al mismo elemento pueden usarse alternativamente

193

8.3

Testigos, indicadores y alarmas según DIN 40708

Sfmbolo general, en especial bombilla

Testigos luminosos

,$

Idem, intermitente

~

Idem con control de intensidad

Idem con lámpara de neón

Indicadores con reposición automática

Indicador de aguja, ventanilla

jf ~

$

Contador

Bocina Sfmbolo general

Idem con indicación del tipo de corriente

Sirena

I

Símbolo general

I

194

8.4

Tipos de tensión y de corriente, tipos de 'conmutación DIN 40710

Tensión, corriente Corriente contínua Símbolo general Idem, simbolo alternativo

Símbolo general

rv

Con indicación de la frecuencia

f'.....)

_

..

rv

Corriente contínua o alterna r-------.-- .. Corriente mixta

Corriente alterna

~ ---_.

-Impulsos eléctrico

Impulsos de corriente

...JL

Impulso triangular

_A_

Impulso inductivo

.J\.r

Conexión en serie

Conexión en paralelo

Conexión en puente

Tipos generales de conexión

I

I 11

Sistema de corriente trifásica

Conexión en triángulo

Conexión en estrella

y

195

8.5

Líneas y conexiones DIN 40711

Líneas (incluyendo cables y segmentes)

Línea en general

Relación de la longitud de la línea 3:1

Idem; este símbolo se utiliza si es necesario hacer una diferenciación

----

Línea móvil (a pulso)

Línea con indentificación de la aplicación

[nea

para conexión a tierra, a neutro y

conexión de protección

Conexiones de líneas

-t

Conexión conductora de líneas

Conexión fija

Conexión retirable (p. ej. borne)

196

+

-L

+

-l-

Instrumento de medición, símbolo general sin indicación de la magnitud medida

~

Instrumento de medición, símbolo general sin indicación de la magnitud medida, desviación hacia ambos lados

CD

8.6

Instrumentos de medición DIN 40716

8.7

Máquinas DIN 40715

-Medidor de intensidad de corriente con indicación en amperios

Medidor de tensión de corriente con indicación en milivoltios -----Medidor de tensión para tensión de corriente . contínua y alterna

Medidor múltiple con unidades para tensión, intensidad y resistencia

Generador de corriente contínua, símbolo general

Generador de corriente trifásica, símbolo general

Motor de corriente contínua, símbolo general

Motor de corriente trifásica, símbolo general

0 8 ®

8 ®

® ® @

197

8.8

Letras de identificación del tipo de elemento operacional DIN 40719 Parte 2 üunio de 1978)

Identifi- Tipo de elemento / Ejemplos cación

A

Grupos de elementos, grupos parciales Amplificadores* con válvulas o transistores, amplificadores electromagnéticos*, láser, maser, combinación de aparatos, grupos de elementos y grupos parciales de elementos que conforman una unidad constructiva y que no pueden ser clasificados especfficamente en una de las demás letras de identificación, tales como tarjetas, bastidores, elementos incorporados, placas enchufables, módulos, unidades de mando locales etc..

S

Convertidores de magnitudes no eléctricas a magnitudes eléctricas o viceversa Sensores termoeléctricos, termo-células, células fotoeléctricas, dinamómetros, convertidores de cristal, micrófonos, grabadoras, altavoces, emisor de campo giratorio, sincros, convertidores de medición, elementos térmicos, termómetro de resistencia, fotorresistencias, cajas de medición de presión, cajas de medición de dilatación, bandas extensométricas, transmisores piezoeléctricos, transmisores de revoluciones, transmisores de velocidad, emisores de impulsos, alternadores tacométricos, convertidores digitales de trayectos y ángulos, iniciadores de proximidad, sondas Hall, transmisores de presión, cantidad, densidad, nivel, temperatura.

C

Condensadores

D

Elementos binarios, sistemas de retardo Unidad de memoria, elementos combinados, conductos de retardo, elementos biestables, elementos monoestables, memorias de núcleos, registros generales, aparatos con memoria en cintas magnéticas, memorias en discos, equipos con técnica de control, mando y cálculo binario y digital, circuitos integrados con funciones binarias y digitales, retardadores, bloqueadores de señales, elementos temporizadores, funciones de almacenamiento y memoria como p.ej. memorias de tambor y de cintas magnéticas, registros de desplazamento, enlaces lógicos como p.ej. enlace Y u 0, sistemas digitales, contadores de impulsos, reguladores y calculadores digitales.

*) Observación: A nivel nacional se utiliza la letra N para estos elementos. Dicha letra no está ocupada por la nomenclatura lEC.

198

E

Diversos Sistemas de iluminación, sistemas de calefacción, aparecen en otro lugar de esta nomenclatura. Filtros eléctricos, vallas eléctricas, sistemas recipientes de compensación.

F

sistemas que no de

ventilación,

Sistemas de protección Fusibles (fusibles finos, fusibles roscados) sistemas de descarga de sobretensión, conductores de sobretensión, interruptores de protección en telecomunicación, relés de protección, cortacircuitos bimetálicos. Activadores magnéticos, presostatos, interruptores por fuerza centrifuga, sistemas electrónicos de control de señales, de confirmación de señales, de control de líneas, de funcionamiento, interruptores protectores de líneas de instalación.

G

Generadores, fuentes de alimentación de corriente Generadores giratorios, convertidores de frecuencia giratorios, acumuladores eléctricos, osciladores, osciladores de cuarzo, generadores y convertidores estáticos, sistemas de carga, equipos de alimentación, cadenciómetros.

H

Sistemas de aviso Sistemas de aviso óptico y acústico, señales luminosas, sistemas para aviso de tiempo y de peligro, sistemas de aviso de secuencias, sistemas de registro de maniobras, relés de trampilla.

J

Sin ocupar

K

Relés, contactores .electromagnéticos Contactores electromagnéticos secundarios, relés temporizadores,

L

Inductancias Bobinas de estrangulamiento,

M

de potencia, contactores relés intermitentes y relés Reed.

bloqueadores de ondas.

Motores

199

N

Amplificadores, reguladores Equipos de la técnica analógica de control y regulación, reguladores electrónicos y electromecánicos, amplificadores operacionales, amplificadores adaptadores de impedancias, convertidor de impedancias, reguladores y calculadoras analógicos, circuitos integrados con funciones analógicas, transductores.

P

Equipos de medición y de control Sistemas de medición con indicación, impresión y contaje, emisores de impulsos, relojes, sistemas de medición con indicación y registro binario y digital (indicadores, registradores, contadores), contadores rnecarucos, indicadores binarios de estado, oscilógrafos, visualizadores de datos, simuladores, adaptadores de control, tomas de medición, control y alimentación

Q

Elementos de conmutación para corriente de alta intensidad Disyuntores, cortacircuitos, interruptores en circuito de corriente principal, interruptores en sistemas de protección, interruptores rápidos, seccionadores bajo carga, conmutadores en estrella-triángulo, cambiadores de polos, rodillos de contacto, separadores, conmutadores de célula, separadores de seguridad, seccionadores de carga, interruptores de instalaciones, interruptores de seguridad para motores.

R

Resistencias Resistencias regulables, potenciómetros, reóstatos de regulación, resistencias de circuitos secundarios, conductores térmicos, resistencias fijas, reóstatos de arranque, resistencias de frenado, conductores con coeficiente de temperatura negativo, resistencias de medición, resistencias en derivaciones.

S

interruptores, conmutadores, selectores Interruptores de mando, pulsadores, interruptores de final de carrera, selectores, contactos por conmutación numérica, acoplador de pasos, unidades de emisión de órdenes, módulos incorporados, teclas, pulsadores giratorios, pulsadores luminosos, interruptores de confirmación de mando, conmutadores de puntos de medición, rodillos de mando, copiadoras, selectores decádicos, codificadores, teclas de funciones, discos selectores, selectores giratorios.

T

Transformadores Transformadores de tensión, tranformadores de transformadores de la red, de separación y de mando.

200

corriente,

U

Moduladores, convertidores de magnitudes eléctricas en otras magnitudes eléctricas Discriminadores, demoduladores, convertidores de frecuencia, codificadores, inversores, decodificadores telegráficos, moduladores de frecuencia, demoduladores de frecuencia, convertidores de intensidad-tensión, convertidores de frecuencia-tensión, convertidores analógico-digitales, convertidores digital-analógicos, separadores de niveles de señales, convertidores de corriente contínua - tensión contínua, convertidores de paralelo-serie, convertidores serie-paralelo, convertidores de codificación, optocopladores, equipos de mando a distancia.

V

Válvulas, semiconductores Válvulas de electrones, válvulas de descarga de gases, diodos, transistores, tiristores, válvulas indicadoras. válvulas amplificadoras, tiratrones, convertidores de mercurio, diodos Zener, diodos tipo Esaki, diodos capacitivos, trtacs.

W

Vías de transmisión, guíaondas, antenas Hilos de conexión, cables, regletas colectoras, guíaondas, acoplamientos ajustados de guíaondas, dipolos, antenas parabólicas, conductores de luz, conductores coaxiales, telefonía y radiofonía por onclas portadoras en líneas de alta tensión, líneas de telecomunicación.

X

Bornes, enchufes Enchufes separadores, enchufes' de control, regletas de bornes, regletas de soldadura, enchufes coaxiales, terminales, terminales de medición, enchufes múltiples, distribuidores de enchufes, distribuidores, enchufes de cables, enchufes de programación, distribuidores de regletas cruzadas, jacks.

y

Unidades mecánicas accionadas eléctricamente Frenos, embragues, válvulas neumáticas, motores regulables, elevadores, ventilaciones de frenos, electroimanes de bloqueo, bloqueos mecánicos, potenciómetros, imanes permanentes, teletipos, máquinas de escribir eléctricas, impresoras, trazadores,

Z

Terminales, bobinas híbridas, filtros Correctores, limitadores, compensadores, terminales en horquilla Reguladores dinámicos, filtros de cristal, filtros R/C y UC, sistemas antiparasitarios y antichispas, filtros activos, filtros de alta frecuencia, filtros de baja frecuencia, filtros de banda, desviaciones de frecuencias, sistemas de amortiguación.

201

íAl ~

8.9

Tipos de esquemas de distribución

Los esquemas eléctricos representan instalaciones y equipos eléctricos en concordancia con los símbolos establecidos en las normas lEC o DIN. Para el experto, el esquema de distribución es el documento de trabajo más importante para el montaje de mandos eléctricos y, además, para su mantenimiento y reparación. Los esquemas varían algo de país en país, aunque se están desplegando esfuerzos por obtener esquemas homogéneos a nivel internacional. Con el fin de representar las funciones de los equipos y el flujo de la corriente de sistemas completos se utilizan diversos tipos de esquemas. En este capítulo se explicarán los más importantes.

8.9.1 Esquema de conexiones efectivas

El esquema de conexiones efectivas incluye todos los detalles (equipos, Uneas). Sin embargo, este tipo de esquema no refleja la distribución espacial de cada una de las unidades. Estos esquemas se utilizan, por ejemplo, en el sector de la electricidad del automóvil, en el de los aparatos electrodomésticos y para cableados simples de equipos individuales instalados en fábricas. Si el equipo tiene un sistema de conexionado complicado, el esquema de conexiones efectivas se vuelve demasiado complicado y ditrcilmente permite reconocer las secuencias funcionales.

3BOV

50Hz

ll----~--------~-----------

l2----~~r-----r-~--------L3----~~~----r--+--~----l F2

220 V LI

L2

------------, u

v

w

I I I

r I I

I I

L

I

I

I

'1----+

L_-tJ .L S2

Giro hacia la izquierda

202

-¡--_j

..J... SI

Paro

I

..L 53

Giro hacia la derecha

En los esquemas de circuitos eléctricos no se muestran los contextos técnicos entre cada una de las unidades, a diferencia del esquema de conexiones efectivas. En estos esquemas tampoco se toma en cuenta la distribución espacial de cada una de las unidades, con lo que por lo general es posible que las Ifneas sean rectas y se produzcan pocos cruces. De este modo el esquema es fácil de leer y ofrece informaciones claras sobre el funcionamiento del mando respectivo. Además, el trabajo de diseño es más sencillo y también es más fácil encontrar errores. Los esquemas de circuitos eléctricos ubican las diversas unidades (contactos normalmente abiertos o cerrados, relés) en los circuitos necesarios para el funcionamiento del mando. Dichas unidades pueden estar repartidas en todo el esquema. Para mayor claridad, todas las unidades están provistas de un número o de una letra. Además, el esquema es dividido en un circuito de mando y un circuito de potencia.

Circuito de mando

Circuito de potencia

Ll--~--------------------

J80V

50Hl

LI U

~" Fl

F2 [

J [ ~ []

23

1

I I

24 K~

Klc=:r

Kl

-

K2

u

v

w

Para identificar a los emisores de señales se utiliza la letra S o los números correlativos 1, 2, 3 ... . (en el ejemplo de la pág. 193: S1-DESCONEXION, S2-GIRODER., S3-GIRO IZQ.).

203

8.9.2 Esquema de circuitos eléctricos

Los relés o contactares electromagnéticos son identificados con una K y con los números 1, 2, 3 ... (ejemplo K1 y K2), siendo accionados varios interruptores normalmente abiertos o cerrados por dichos relés. También se utilizan números para diferenciar los contactos. 11 21 31

El contacto normalmente cerrado es identificado con

122232 1323

y el normalmente abierto con

33

14 24 34

Es decir 1, 2 para el contacto normalmente cerrado y 3, 4 para el contacto normalmente abierto. El primer dígito es una numeración correlativa.

La identificación de las unidades siempre se coloca en el lado izquierdo del símbolo respectivo. La lectura del esquema no ofrece problemas ya que el circuito de potencia está separado del circuito de mando y, además, porque cada una de las unidades y de las funciones están debidamente identificadas. Por esta razón es recomendable que los esquemas electroneumáticos sean concebidos corno esquemas de circuitos.

8.9.3 Esquemas generales

Estos esquemas exigen ciertos conocimientos técnicos mínimos puesto que incluyen símbolos abreviados que son muy diferentes a las símbolos utilizados en los esquemas de circuitos. Los esquemas generales solo incluyen el circuito principal o de potencia.

tI!

/11

~

51

51 K1, K2 F1, F2 M

204

Interruptor principal Relés Fusibles Motor

K2CJ-

En este esquema se muestran los conductos dentro de un elemento o las conexiones entre grupos de elementos de un sistema.

8.9.4 Esquema de conexionado

Este esquema es utilizado como plano de conexiones externas. Los conductos se juntan y se vuelven a ramificar delante del elemento exterior. En este esquema, los elementos están ubicados en concordancia con su ubicación real.

8.9.5 Esquema de conexión entre elementos

205

206

Capítulo 9 Conexiones básicas (electroneumática)

207

9.1

Control de un cilindro de simple efecto

El émbolo de un cilindro de simple efecto deberá avanzar cuando se accione un pulsador. Al soltarlo, el cilindro deberá retroceder a su posición normal.

A

3

+T slE

Yl

r t]

K1

Sl

L 14

Kl

Yl A2

1! solución: Cerrando el interruptor S1 se cierra el circuito. En la bobina Y1 se produce un campo magnético. El inducido abre el paso al aire comprimido. El aire fluye de (1) hacia (2), con lo que el cilindro avanza hasta el final de carrera. Soltando el pulsador S1 se interrumpe el circuito, con lo que desaparece el campo magnético en la bobina Y1. La válvula de 3/2 vías conmuta a su posición inicial y el cilindro retrocede a su posición normal.

208

2!! solución: En esta segunda solución, el relé K1 es accionado por el interruptor S1. El contacto normalmente abierto del relé K1 activa la bobina Y1 (activación indirecta). Por lo demás, las funciones son idénticas a las de la primera solución. Se deberá optar por la segunda solución si la señal de 81 no es suficiente para activar la bobina Y1 o si se continúa trabajando con otra tensión (220 V). Además también deberá conmutarse a través del relé si fuese necesario incluir enlaces y bloqueos. Tratándose de mandos con varios relés K1, K2, K3, etc., la lectura del esquema será más sencilla si se indica en qué circuito se encuentran los contactos respectivos. En los mandos que se ofrecen a continuación posibilidades.

se presentan siempre ambas

209

9.2 Control de un cilindro de doble efecto

Al igual que en el mando descrito anteriormente, también en este caso deberá avanzar un cilindro al accionar el pulsador y, al volver a soltarlo, dicho cilindro deberá retroceder a su posición normal.

A

YI

YI 1

3

5 I 3

+T Slf-

+

1

Kl

SIE-

L 14

Al

YI A2

Solución: El control del cilindro de doble efecto se efectúa mediante una válvula de 4/2 vías o con una de 5/2 vías. Accionando el pulsador 51 se excita la bobina Y1 y el sistema de servopilotaje neumático actúa sobre la válvula de vías. El cilindro avanza hasta el final de carrera. Al soltar el pulsador 51, el muelle de recuperación de la válvula de vías cumple con su función, con lo que el cilindro retrocede a su posición normal.

210

El cilindro está en su posicion normal. El avance hacia el final de carrera deberá poder activarse desde dos puntos.

A

A

2 Yl

Yl 3

+

513 1-

r SlE--

2

4

r

S~J

slE-

r

L

r S2E-

Kl\14

Al Kl

Y1 A2

Solución: Con los pulsadores S1 o 82 se excita la bobina Y1. La válvula de vías (3/2 5/2 vías) conmuta, con lo que el cilindro avanza hasta el final de carrera. Soltando los pulsadores se interrumpe la señal en Y1, con lo que conmuta nuevamente la válvula y el cilindro vuelve a su posición normal.

ó

211

9.3 Circuitos paralelos (cilindro de simple o doble efecto)

9.4 Circuitos en serie (cilindro de simple o doble efecto)

El cilindro está en su posición normal. El cilindro deberá avanzar si se accionan dos pulsadores.

A

A

Y1

Y1 1

3

5

+T

+1

~E-I

E Sl

-j

K1

1 3

L 14

( I

S2E-

S2E-

Y1

Kl

A1

Y1 A2

Solución: Activando los pulsadores 81 y 82, se cierra el circuito, con lo que se produce la excitación de la bobina Y1 y la conmutación de la válvula. El cilindro avanza hasta el final de carrera. Soltando el pulsador St o S2, Y1 ya no recibe señal. De este modo, el cilindro puede volver a su posición normal, dado que en ese estado la válvula vuelve a conmutar.

212

Al accionarse el pulsador 81, el cilindro deberá avanzar hasta el final de carrera. El cilindro deberá mantener esa posición hasta que se active el retroceso con el pulsador 82.

A

A

3

513

·-l-r

----L

--r

KI

K2 14

~

Y2

KI

'3

14

VI

Solución: Pulsando 81 se excita la bobina Y1 y la válvula (de 3/2 ó 5/2 vías) conmuta. El cilindro avanza y mantiene su posición de final de carrera hasta que la bobina Y2 reciba una señal de S2. Cuando se produce dicha señal, se excita la bobina Y2 y el cilindro vuelve a su posición normal por efecto de la válvula de 3/2 6 5/2 vías.

213

9.5 Control indirecto bilateral

9.6

Control del retroceso automático de un cilindro

El cilindro deberá avanzar hasta el final de carrera cuando se acciona un pulsador. Una vez alcanzada la posición de final de carrera, el cilindro deberá retroceder automáticamente.

A

52

4

Y2

Y1 513 +

f Slt

S2()-

r

f'J

sIr

14

Al Kl

K:?

Kl

S20

L 14

Al

~

Y2

Solución: Pulsando 51 se excita la bobina Y1, con lo que el cilindro avanza hasta el final de carrera. Una vez alcanzada esa posición, el cilindro actúa sobre el final de carrera S2. Este interruptor excita la bobina Y2, con lo que el cilindro puede retroceder a su posición normal, siempre y cuando se haya soltado el pulsador 51.

214

Al activarse un interruptor, el cilindro deberá avanzar y retroceder hasta que deje de activarse dicho interruptor. Entonces, el cilindro deberá retroceder a su posición normal.

51

A

S2

513

1

í

1'.2

Kl 14

14

Yl

Solución: En ambos extremos del cilindro hay un final de carrera de accionamiento mecánico (S1 y S2). Estos interruptores emiten respectivamente una señal para el avance y otra para el retroceso. No obstante, S 1 emite su señal solamente si está activado S3. En ese estado, el cilindro avanza y retrocede. Al desconectar el interruptor S3, la bobina Y1 ya no recibe señal, con lo que el cilindro se detiene en su posición normal.

215

9.7 Movimentos oscilantes de un cilindro de doble efecto

9.8

Circuito de autorretenci6n

En los mandos electroneumáticos son necesarios los circuitos de autorretenclón si tienen que memorizarse las señales eléctricas. Si dicha memoria se realiza mediante un circuito de autorretención en la parte eléctrica, es factible utilizar válvulas neumáticas con reposición por muelle. Tratándose de mandos más complejos (cadenas secuenciales), es posible prever la función de memoria en la parte neumática, en la parte eléctrica o en ambas, dependiendo de la aplicación concreta. . En la técnica de mando se habla de dos tipos de circuitos de autorretención: de ACTIVACIONprioritaria o de DESACTIVACIONprioritaria.

MARCHA

1 E-

A2 ACTIVACION prioritaria

DESACTIVACION prioritaria

Funcionamiento del circuito de autorretenci6n: Con el pulsador MARCHA se excita el relé K1, con lo que cierran los contactos. Para que el relé mantenga su estado de excitación al soltar el pulsador MARCHA, se conecta en paralelo al pulsador MARCHA un contacto normalmente abierto del relé K1. Esta conexión en paralelo evita que el relé K1 desconecte si cesa la señal del pulsador MARCHA. Para desactivar el circuito de autorretención es necesario incluir un pulsador de PARO. Este pulsador, en el circuito "ACTIVACION prioritaria", está conectado en serie con el contacto normalmente abierto del relé K1. Un contacto normalmente abierto del relé K1 mantiene el estado de autorretención, en conexión en paralelo en el circuito "DESACTIVACION prioritaria", al igual como viéramos ya en el circuito anterior. No obstante, en este caso el interruptor de PARO se encuentra conectado en serie con el interruptor de MARCHA. La incorporación del interruptor de PARO decide sobre la predominancia respectiva. Si el interruptor de PARO está conectado en serie con el contacto auxiliar normalmente abierto, siempre predominará la señal MARCHA. Si el interruptor de PARO está conectado en serie con el interruptor de MARCHA,entonces predominará el circuito de DESACTIVACION.

216

El émbolo de un cilindro de simple o doble efecto deberá avanzar y mantener su posición en el final de carrera hasta que una segunda señal provoque su retroceso a posición normal.

A

3

Kl

24

Yl

A2

Solución: Con el pulsador S1 (MARCHA) se excita el relé K1. Un contacto normalmente abierto del relé K1 está conectado en paralelo con dicho pulsador S1. Ese contacto mantiene la alimentación del relé K1. El contacto normalmente abierto K1 23/24 excita la bobina Y1. El cilindro avanza hasta el final de carrera. Con el pulsador S2 (PARO) se interrumpe el circuito hacia el relé K1. Todas las funciones del relé K1 vuelven a su posición normal. De este modo también se interrumpe el circuito de la bobina Y1. En este estado actúa el muelle de recuperación de la válvula de vías, con lo que el cilindro vuelve a su posición normal.

217

9.9

Control de un cilindro de simple o doble efecto con autorretención

9.10 Control del retroceso automático con detector de final de carrera

El cilindro deberá avanzar hasta el final de carrera al activarse un interruptor de MARCHA. Al alcanzar dicha posición, deberá retroceder automáticamente a su posición normal. Para ello deberá haber cesado la activación del pulsador de MARCHA.

52

A

r Kl

Kl

24

Yl

A2

Solución: El cilindro avanza hasta el final de carrera por activación del pulsador S1 (MARCHA). Si el cilindro ha llegado al final de la carrera y si el pulsador S1 ya no está activado, el cilindro retrocede por efecto del final de carrera S2. El estado de autorretención es cancelado cuando actúa el final de carrera. El relé K1 conmuta a su estado normal, el contacto normalmente abierto de K1 abre el circuito hacia la bobina Y1. La bobina de la válvula de 5/2 vías conmuta, con lo que el cilindro puede retroceder.

218

Los mandos que prevean una secuencia determinada en el tiempo, tienen que estar provistos de un relé temporizador. Existen mandos determinados únicamente por el tiempo, mientras que otros son controlados combinadamente tanto por el tiempo como por el recorrido.' Los relés temporizadores, que en la actualidad suelen ser relés electrónicos, tienen dos estados temporizadores básicos. Concretamente, puede tratarse de relés con respuesta retardada o con desconexión retardada.

Relé temporizador con respuesta retardada Diagrama de tiempo le

1~--~----------~-----

:81 ENTRADA 04---~----------~--~

1~---r-----'~----r----8AUDA

O~--~----~----~--Iv

tv

Tiempo de retardo ajustado Tiempo de la señal de entrada

219

9.11 Mandos con temporización

9.12 Control de un cilindro de doble etecto con temporización (respuesta retardada)

El cilindro deberá avanzar si se acciona el pulsador Sl (impulso corto). El cilindro deberá mantener su posición de final de carrera durante 10 segundos y entonces retroceder automáticamente. La consulta sobre la posición del cilindro se efectúa mediante un interruptor de final de carrera.

S2

A

4

Y2

Yl ') 1 3

r:

.. SlE-\

r

I

1 Al

Kl

A2

Al K2

I1,3 K2-

Kl

S2°

MARCHA

T

..... ....,.......1

L 18

14

*

Y2

Solución: Activando manualmente el pulsador Si (MARCHA) se excita el relé K1. El contacto normalmente abierto 13,14 del relé K1 está conectado con la bobina electromagnética Yt. La electroválvula conmuta al cerrarse dicho contacto. El cilindro avanza hasta el final de carrera, donde actúa sobre el final de carrera S2. Este interruptor actúa por su parte sobre el relé temporizador R2 (respuesta retardada). El contacto normalmente abierto 17,18 del relé temporizador excita la bobina electromagnética Y2 de la válvula de vías después de transcurridos 10 segundos. La válvula conmuta, por lo que el cilindro retrocede a su posición normal.

220

Control temporizado con autorretenci6n (respuesta retardada) A

52 I

513

+

-+--¡ --'-L 51E

K1

14

---'r---+-L 520-

K1

24

En este mando con autorretención las funciones son las mismas que en el mando explicado anteriormente. Sin embargo, en este caso, la función de memoria se encuentra en la parte eléctrica (autorretención).

221

Relé temporizador con desconexión retardada Diagrama de tiempo e

ENTRADA SAUDA

o~~~--------~---------o~--L------------+------~--~ tv

222

tv

Tiempo de retardo ajustado

te

Tiempo de la señal de entrada

El cilindro deberá avanzar si se acciona un pulsador (impulso corto). El cilindro deberá mantener su posición de final de carrera durante 10 segundos y entonces retroceder automáticamente. La consulta sobre la posición del cilindro se efectúa mediante un interruptor de final de carrera.

A

52

4

Yl

Y2 513

+

13

Slt

520-

Kl 14

ACTIVACION

K2-)-

35 36

Al Yl

Kl A2

Solución: El pulsador S1 excita el relé K1; el contacto normalmente abierto 13,14 del relé K1 actúa sobre el electroimán de Y1. Este impulso hace conmutar la válvula de 5/2 vías, con lo que el cilindro 1.0 avanza hasta el final de carrera. El electroimán de Y2 no recibe corriente ya que el contacto normalmente cerrado del relé temporizador K2 abre al recibir tensión el relé. Solo cuando se acciona el final de carrera S2 desaparece la señal de entrada y después del tiempo ajustado de 10 segundos abre el contacto 35,36 del relé temporizador K2 conectando con la bobina Y2. De este modo conmuta la válvula de 5/2 vías y el cilindro de doble efecto retrocede a su posición normal.

223

9.13 Control de un cilindro de doble efecto con temporización (desconexión retardada)

Control en función del tiempo con autorretención (desconexión retardada)

S2 I

513

+--~~--~----~------~~-13

Kl 14

K2-)-

23 52&

Kl

24

17 18

Solución: La electroválvula asume su posicron normal por efecto del muelle. En consecuencia, es necesario contar con un sistema de autorretención, lo que se realiza mediante el contacto normalmente abierto 13,14 del relé Kl. El contacto normalmente abierto 17,18 del relé K2 desconecta la autorretención después del tiempo ajustado (10 segundos). De este modo el cilindro 1.0 puede retroceder a su posición normal.

224

Capítulo 10 Confección de un esquema de distribución

225

Un esquema de distribución

puede confeccionarse

de dos maneras:

1. Método intuitivo 2. Método sistemático En ambos casos se sobreentiende que tiene que existir un problema de mando que se quiera solucionar mediante un esquema. Cuando se opta por el primero de los dos métodos, se recurre exclusivamente a la intuición y experiencia. Si el mando es más complejo, se requiere de cierta experiencia y de mucho tiempo. Cuando se aplica el segundo método que se rige por reglas definidas, tiene que procederse de forma sistematizada, lo que presupone el conocimiento de las reglas en cuestión. En todo caso, cualquiera de los dos métodos mando de funcionamiento seguro.

debería desembocar

en un

En consecuencia es recomendable preferir el segundo método cuando se intente proyectar un mando electroneumático, ya que acatándose las reglas del caso ofrece una garantía del buen funcionamiento y, además, una mayor claridad de los esquemas respectivos.

: ,~

226

10 10.11Q1.1

En el capftulo 8 fueron presentados y explicados sistemáticamente los mandos básicos. El sistema que se aplicó en ellos debería acatarse también cuando se diseñen mandos más complicados. Para explicar la confección sistemática de un esquema recurriremos al ejemplo de un mando con dos cilindros.

10.1 Confección de un esquema de distribución según una sistemática

Los paquetes son transportados por una cadena de rodillos. Al llegar a la máquina, son elevados por el cilindro A. El cilindro B se encarga de desplazarlos hacia una segunda cadena de rodillos. El cilindro B solo deberá retroceder cuando el cilindro A haya retrocedido a su posición normal.

10.1.1Ejemplo: Elevador

de paquetes

Plano de situación

Cilindro A

Diagrama de pasos 2

4

5·1 52

Cilindro A 51

B1,,55

54 CIlindro B O

Bl

227

Este mando deberá memoria neumática. 10.1.2 1!! Solución (memoria neumática)

solucionarse

tanto

con

memoria

eléctrica

como

con

Primer paso Dibujar los cilindros A y B con válvulas de 4/2 ó 5/2 vías; accionamiento eléctrico bilateral. Identificar la situación de los iniciadores eléctricos (B1, B2).

S2

82

I

Segundo

paso

Dibujar el circuito de mando y el circuito principal.

~--+-i--\ Ma~!\

--'--L K1 14

113

K5 14

A1 Y1

K1 A2

En el circuito de mando el relé K1 es excitado por acción del pulsador de MARCHA S5 y del iniciador B1 (K5). En el circuito principal un contacto del relé K1 cierra el circuito. El electroimán de Y1 es excitado, conmuta y el cilindro A avanza.

228

Tercer paso Dibujar la segunda línea del circuito de mando y del circuito principal.

S2

Y2

Y1

5

i

T

Y4

Y3 5

1 3"

1 3

L

r

I

ssti

82

K2

Kl

520-

14

14

Marcha

13

K5 14

Al

Al

A2

A2

*

Y1

Cuando el cilindro A llega al final de carrera, actúa sobre un final de carrera. Este, por su parte, actúa sobre el relé K2. Un contacto normalmente abierto de K2 excita la bobina Y3, con lo que conmuta la válvula y avanza el cilindro B.

229

L

Y3

Cuarto paso Dibujar la tercera línea en el circuito de mando y en el circuito principal.

52

82

I

+--~~----.-----~--------~~------~------~~-13 K1

55E~ 520-

14

Marcha

13 K2

13 K3

14

14

13 K5 14

El cilindro B desplaza los paquetes en dirección a la segunda cadena de rodillos. Cuando el cilindro B llega al final de carrera, actúa sobre el iniciador B2. Esto provoca la excitación del relé K3 y un contacto normalmente abierto de este relé excita la bobina Y2. De este modo el cilindro A puede retroceder.

230

Quinto paso Dibujar la cuarta línea del circuito de mando y del circuito principal.

52

82

I

Y4

Y2

Y1

5 1 3

5 1 3

+

¡

85E Marcha

820

13 S1~0-1

13 K2

K1 14

13 K3

14

13 K5 14

Al retroceder el cilindro A, actúa sobre el final de carrera 81. Un contacto normalmente abierto del relé K4 excita el electroimán y 4. En consecuencia, retrocede el cilindro 8 y actúa nuevamente sobre el iniciador 81. Cuando llega un paquete nuevo, queda cerrado el circuito de mando mediante 85 y 81 (K5), con lo que empieza una secuencia nueva.

231

13 K4

14

14

8

Y2

Y1

Y3

S1

S5Ei K5

S20-

~

82

Y4

5 , 3 +

Bl

5 1

-T L L

r

1'3

'13

0-

K1\

K3

K2

14

K4 14

14

14

f

14

~

232

Y3

~Y2

~

Y4

10.1.3 2!! Solución (memoria eléctrica) Primer paso Dibujar los cilindros A y B con válvulas de 4/2 ó 5/2 vías; accionamiento eléctrico unilateral. Definición de la ubicación de los interruptores eléctricos de final de carrera.

52

B

I

233

e1

82

Segundo paso Dibujar el circuito de mando y el circuito principal para el primer relé y para la bobina electromagnética Y1.

82

VI

5

1

5 1 3

3

¡

23 Kl

E

S5

Marcha

24

13 K4 14

Al

Al K4

Kl A2

Yl A2

El iniciador B1 (K4), el cual es activado por el cilindro B, y el pulsador de activación S5 cierran el circuito de corriente con el relé K1. Esta línea es conectada en paralelo con otra línea que lleva hacia el contacto normalmente abierto del relé K1. De esta manera el relé K1 queda autorretenido. Un contacto normalmente abierto del relé K1, que está conectado con la bobina Y1 en el circuito principal, provoca la conmutación de la válvula de 5/2 vías. El cilindro A avanza.

234

Tercer paso Dibujar el relé K2 y la bobina electromagnética

Y2.

82

5

+

____'_r

3

--+-L---+s,ll

Ma:~~\ K4

1

In

Kl

14

K2

0-

81 14

\ 23 K2

Kl

24

14

Al

Al

A2

A2

Kl

El final de carrera es activado por el cilindro A y actúa sobre el relé K2. Un contacto normalmente abierto del relé K2 que está conectado en paralelo con el final de carrera S2, activa la función de autorretención. En el circuito principal otro contacto normalmente abierto del relé K2 está conectado a la bobina Y2. El cilindro B avanza.

235

24

Cuarto paso Dibujar el iniciador 82 para desconectar

51

A

el relé K1.

Bl

B

52

82

I

l___ ~ 41 Y2

'1

5

1

5

3

1 3

1-

r lo S2 r

l

SSt

K'I14

K2

0

13

1

Marcha

13

14

23

23

B2 S

K2

K1

24

24

K4

A1

K2

K1 A2

A1

K3 A2

A2

El cilindro B avanza y el sensor B2 excita el relé K3. El contacto conectado en serie del relé K3 abre. De este modo se cancela la función de autorretenclón. El relé K1 ya no recibe tensión y en la bobina Y1 cesa la señal. En consecuencia puede retroceder el cilindro A.

236

Quinto paso Dibujar el final de carrera S1 para desconectar el relé 1<2.

82

'(2

Y1

5 1 3

5 1 3 +

13 K1

SStl

14

S2

0-

13

23 Kl

K2 14

24

Marcha 13 K4

Al

K1

K3 A2

El final de carrera S1 (normalmente cerrado) es dibujado delante del relé 1<2. Cuando el cilindro A actúa sobre S1, el final de carrera S1 (normalmente cerrado) interrumpe el circuito hacia el relé K2. De este modo queda cancelada la función de autorretención; el contacto normalmente abierto del relé 1<2, incluido en el circuito principal, interrumpe la corriente hacia la bobina electromagnética Y2. En consecuencia, la válvula de 5/2 vías conmuta y el cilindro B retrocede a su posición normal. Con el pulsador de activación S5 se activa el relé K1, con lo que puede empezar una nueva secuencia.

237

23 K2

24

238

Capítulo 11 Anexo

239

11.1 Indice bibliográfico

11.2 Normas

1.

Bases de los mandos neumáticos Festo Didactic, Esslingen Hasebrink / Kobler

2.

Introducción a la neumática Festo Didactic, Esslingen Meixner / Kobler

3.

Libro de tablas de la electrotécnica Editorial Medios Didácticos Europeos

4.

Electrotécnica Editorial Medios Didácticos Europeos

ISO 1219

Sistemas, equipos y símbolos de la técnica de fluidos

DIN 19226

Técnicas de regulación y control Conceptos y denominaciones

DIN 19237

Técnica de mandos, conceptos

DIN 40 719

Parte 6: Reglas y gráficas para diagramas de funciones

DIN 40 708

Indicadores

DIN 40 710

Tensión y tipos de corriente; tipos de conmutación

DIN 40 713

Símbolos de conexionados

DIN 40 714

Transformaciones

DIN 40 716

Instrumentos de medición

DIN 40 719

Parte 2: Letras de identificación tipos de elementos de trabajo

DIN 40 050

Tipos de protección

VDE 100

Medidas de seguridad contra contactos con alta tensión

DIN 57113/ VDE 0113

Equipamiento de máquinas procesadoras tensiones de la red de hasta 1000 V

240

(proyecto de norma)

para los

para elementos de trabajo eléctricos involuntarios

con

'='_ -eAPOLO

CRAFICAS