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Conceptos básicos de electroneumática
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*3UHGH '6FKRO]
(OHFWURQHXPiWLFD1LYHO%iVLFR
73•)HVWR'LGDFWLF
Nº de artículo. 90 877Descripción E.PNEUM.GS.LBH.Denominación D.LB-TP201-ESEdición 01/2001Gráficos D. SchwarzenbergerEditores Dr. F. EbelAutores G. Prede, D. ScholzTraducción I. SahunLayout OCKER Ingenieurbüro
© Copyright by Festo Didactic GmbH & Co., D-73770 Denkendorf 1999
Sin nuestra expresa autorización, queda terminantemente prohibida lareproducción total o parcial de este documento, así como su uso indebi-do y/o su exhibición o comunicación a terceros. De los infractores seexigirá el correspondiente resarcimiento de daños y perjuicios. Quedanreservados todos los derechos inherentes, en especial los de patentes,de modelos registrados y estéticos
Parte de esta publicación puede ser duplicada para fines exclusiva-mente didácticos. por personas autorizadas en este sentido.
)HVWR'LGDFWLF•73
&RQWHQLGR
&RQWHQLGR 3UHIDFLR &DStWXOR± ,QWURGXFFLyQ 1.1 Aplicaciones de la neumática.................................................................... 6
1.2 Términos básicos de ingeniería de control ............................................... 8
1.3 Sistemas de control neumáticos y electroneumáticos ............................ 14
1.4 Ventajas de los controles electroneumáticos.......................................... 17
&DStWXOR±)XQGDPHQWRVGHODHOHFWULFLGDG 2.1 Corriente continua y corriente alterna ..................................................... 20
2.2 La ley de Ohm ......................................................................................... 22
2.3 Función de un solenoide ......................................................................... 24
2.4 Función de un condensador.................................................................... 26
2.5 Función de un diodo ................................................................................ 27
2.6 Mediciones en circuitos eléctricos........................................................... 28
&DStWXOR±&RPSRQHQWHV\FRQMXQWRVGHODVHFFLyQGHFRQWUROGHVHxDOHVHOpFWULFDV
3.1 Fuente de alimentación ........................................................................... 36
3.2 Pulsadores y selectores .......................................................................... 37
3.3 Sensores para medición del desplazamiento y la presión...................... 39
3.4 Relés y contactores ................................................................................. 49
3.5 Controles lógicos programables.............................................................. 55
3.6 Estructura global de la parte de procesamiento de señales ................... 56
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&RQWHQLGR
&DStWXOR±9iOYXODVGLVWULEXLGRUDVDFFLRQDGDVHOpFWULFDPHQWH 4.1 Funciones ................................................................................................ 60
4.2 Construcción y modo de funcionamiento ................................................ 62
4.3 Tipos de electroválvulas y datos de rendimiento .................................... 74
4.4 Datos característicos de las bobinas....................................................... 83
4.5 Conexión eléctrica de bobinas de solenoide........................................... 86
&DStWXOR±'HVDUUROORGHXQVLVWHPDGHFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR
5.1 Procedimiento para desarrollar un sistema de control............................ 90
5.2 Procedimiento para el diseño del proyecto ............................................. 92
5.3 Aplicación de ejemplo: proyecto de un dispositivo elevador................... 96
5.4 Procedimiento para instalar el sistema de control ................................ 109
&DStWXOR±'RFXPHQWDFLyQGHXQVLVWHPDGHFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR
6.1 Diagrama de desplazamiento................................................................ 115
6.2 Diagrama secuencial de funciones ....................................................... 119
6.3 Esquema del circuito neumático ........................................................... 127
6.4 Esquema del circuito eléctrico............................................................... 144
6.5 Esquema de conexiones de los terminales........................................... 158
&DStWXOR±0HGLGDVGHVHJXULGDGHQORVVLVWHPDVGHFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR
7.1 Peligros y medidas de protección ......................................................... 170
7.2 Efectos de la corriente eléctrica en el cuerpo humano ......................... 172
7.3 Medidas para protección contra accidentes con la corriente eléctrica . 175
7.4 Panel de control y elementos indicadores............................................. 176
7.5 Protección de equipos eléctricos contra influencias ambientales......... 181
)HVWR'LGDFWLF•73
&RQWHQLGR
&DStWXOR±6LVWHPDVGHFRQWUROSRUUHOpV 8.1 Aplicaciones de sistemas de control por relés en electroneumática .... 186
8.2 Control directo e indirecto ..................................................................... 186
8.3 Operaciones lógicas .............................................................................. 189
8.4 Memorización de señales...................................................................... 192
8.5 Temporización ....................................................................................... 198
8.6 Control secuencial con memorización de señal por válvulas de doblesolenoide ............................................................................................... 199
8.7 Circuito para evaluación de elementos de control ................................ 208
8.8 Ejemplo: Control secuencial para un dispositivo elevador.................... 211
&DStWXOR±'LVHxRGHORVPRGHUQRVVLVWHPDVGHFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR
9.1 Tendencias y desarrollos en electroneumática..................................... 236
9.2 Actuadores neumáticos......................................................................... 237
9.3 Sensores................................................................................................ 245
9.4 Procesamiento de señales .................................................................... 246
9.5 Válvulas distribuidoras........................................................................... 247
9.6 Modernos conceptos de instalación...................................................... 251
9.7 Ahorro en la instalación de tubos .......................................................... 262
9.3 Ahorro en el cableado ........................................................................... 264
9.9 Neumática proporcional ........................................................................ 271
$SpQGLFH Índice ................................................................................................... 281
Estándares .......................................................................................... 291
73•)HVWR'LGDFWLF
3UHIDFLR
3UHIDFLRLa electroneumática se utiliza con éxito en muchas áreas de la automa-tización industrial. La mayoría de los sistemas de producción, montaje yembalaje de todo el mundo están accionados por sistemas de controlelectroneumático.
Los cambios en los requerimientos, junto con los avances técnicos hantenido un impacto considerable en el aspecto de los controles. En lasección de control de las máquinas, los relés han ido sustituyéndose porcontroles lógicos programables para cumplir con la creciente demandade una mayor flexibilidad. Los modernos controles electroneumáticostambién plantean nuevos conceptos en la sección de potencia paracumplir con las necesidades de la práctica industrial actual. Ejemplos deesta tendencia son los terminales de válvulas, las redes con bus decampo y la neumática proporcional.
En la introducción de este tema, este libro de texto presenta primero laestructura y el modo de funcionamiento de los componentes utilizadospara desarrollar un sistema de control electroneumático. A continuación,los siguientes capítulos enfocan el aspecto de planificación del proyectoy la realización de controles electroneumáticos utilizando diversosejemplos. Finalmente, el último capítulo trata de las tendencias y desa-rrollos en Electroneumática.
Sus comentarios sobre este libro serán bien recibidos y nos compro-metemos a considerar sus sugerencias, críticas e ideas de mejora.
Noviembre del 2000 – Los Autores
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
&DStWXOR
,QWURGXFFLyQ
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
$SOLFDFLRQHVGHODQHXPiWLFDLa neumática trata del uso del aire comprimido. En muchos casos, elaire comprimido se utiliza para realizar trabajos mecánicos, es decir,para producir movimiento y para generar fuerzas. Los accionamientosneumáticos tienen la tarea de convertir en movimiento la energía alma-cenada en el aire comprimido.
Los cilindros (denominados también en ocasiones 'actuadores') son losaccionamientos neumáticos más utilizados. Se caracterizan por su ro-busta construcción, una amplia gama de tipos, instalación sencilla y unabuena relación precio/prestaciones. Por todas estas ventajas, la neumá-tica se utiliza en un amplio campo de aplicaciones.
)LJ&LOLQGUROLQHDOQHXPiWLFR\
DFWXDGRUJLUDWRULRQHXPiWLFR
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
Algunas de las muchas aplicaciones de la neumática son:
n Manipulación de piezas (operaciones de sujeción, posicionamiento,separación, apilado, rotación)
n Envase y embalaje
n Llenado
n Apertura y cierre de puertas (p. ej. de autobuses y trenes)
n Conformado de metales (embutido y prensado)
n Estampación
En la estación de proceso de la Fig. 1.2, la mesa de indexación girato-ria, los dispositivos de alimentación, sujeción y expulsión y los acciona-mientos para las diversas herramientas son neumáticos.
(MHPSORGHDSOLFDFLyQ
)LJ(VWDFLyQGHSURFHVDPLHQWR
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
7pUPLQRVEiVLFRVGHLQJHQLHUtDGHFRQWUROLos accionamientos neumáticos sólo pueden realizar trabajo de formaútil si sus movimientos son precisos y se realizan en el momento ade-cuado y en la secuencia correcta. La coordinación de la secuencia demovimiento es la tarea que realiza el control.
La ingeniería de control trata del diseño y estructura de los controles. Lasiguiente sección trata de los términos básicos utilizados en ingenieríade control.
Control – control en bucle abierto – es el proceso que se realiza en unsistema en el que una o más variables en forma de variables de entradaejercen su influencia sobre otras variables en forma de variables de sa-lida, de acuerdo con las leyes que caracterizan al sistema. La caracte-rística que distingue al control en bucle abierto es la secuencia abiertade la acción, a través de los elementos de transferencia individuales o lacadena de control.
El término 'control en bucle abierto' se utiliza ampliamente no tan sólopor el proceso de control, sino también para la planta como conjunto.
Un dispositivo cierra botes metálicos con una tapa. El proceso de cierrese inicia accionando un pulsador en el puesto de trabajo. Al soltar elpulsador, el cilindro que ha efectuado el cierre regresa a su posición deorigen.
En este control, el estado del pulsador (accionado / no accionado) es lavariable de entrada. La posición del cilindro de cierre es la variable desalida. El bucle de control es 'abierto' puesto que la variable de salida(posición del cilindro) no tiene influencia en la variable de entrada (posi-ción del pulsador).
&RQWURO',13DUWH
(MHPSORGHDSOLFDFLyQ
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
Los controles deben evaluar y procesar la información (por ejemplo,pulsador presionado/no presionado). La información se representa porseñales. Una señal es una variable física, por ejemplo:
n La presión en un determinado punto de un sistema neumático
n La tensión en un determinado punto de un circuito eléctrico
)LJ'LVSRVLWLYRGHPRQWDMHSDUDWDSDVHQERWHV
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
10
10
10
0No
2
2
2
3
3
3
4
4
4
1Sí
5
5
5
bar
6
6
7
7
7
Presión
Posición de la aguja
Indicación
Presión
6HxDOYDULDEOHItVLFD
,QIRUPDFLyQD$QDOyJLFD
E'LJLWDO
F%LQDULD
Tiempo
Tiempo
Tiempo
Tiempo
012 3 4 5
67
8
Presiónbar
Presión de alimentación
3
)LJ6HxDOHLQIRUPDFLyQ
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
Una señal es la representación de una información. La representaciónse hace por medio del valor o del recorrido del valor de la variable física.
Una señal analógica es una señal en la cual la información está asigna-da punto a punto a un margen de valor continuo del parámetro de laseñal (DIN 19226, Parte 5).
En el caso de un manómetro, cada valor de presión (parámetro de in-formación) está asignado a un determinado valor mostrado (= informa-ción). Si la señal sube o baja, la información cambia continuamente.
Una señal digital es una señal con un número finito de márgenes devalores del parámetro de información. Cada margen de valores estáasignado a un elemento específico de información (DIN 19226, Parte 5).
Un sistema de medición de presión con un display digital muestra lapresión en incrementos de 1 bar. Para un margen de presión de 7 bar,hay 8 posibles indicaciones de valor (de 0 a 7 bar). Es decir, hay ochoposibles márgenes de valor para el parámetro de información. Si la se-ñal sube o baja, la información cambia en incrementos.
Una señal binaria es una señal digital con sólo dos márgenes de valorespara el parámetro de información. Estos se denominan normalmente '0'y '1' (DIN 19226, Parte 5).
Un piloto de control indica si un sistema neumático está correctamentealimentado con aire comprimido. Si la presión de alimentación (= señal)está por debajo de 5 bar, el piloto de control se apaga (estado 0). Si lapresión está por encima de 5 bar, el piloto de control se enciende (esta-do 1).
6HxDODQDOyJLFD(MHPSORGHDSOLFDFLyQ
6HxDOGLJLWDO
(MHPSORGHDSOLFDFLyQ
6HxDOELQDULD
(MHPSORGHDSOLFDFLyQ
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&DStWXOR
Los controles pueden dividirse en diferentes categorías según el tipo derepresentación de la información en controles analógicos, digitales ybinarios (DIN 19226, Parte 5).
Controles
Controlesanalógicos
Controlesdigitales
Controlesbinarios
Un control lógico genera señales de salida a través de la asociaciónlógica de señales de entrada.
El dispositivo de montaje de la Fig. 1.3 se amplía para que pueda seraccionado desde dos posiciones. Las dos señales de entrada se enla-zan. El cilindro avanza tanto si se presiona el pulsador 1, el 2, o ambos.
Un control secuencial se caracteriza por su funcionamiento paso a pa-so. Un paso sólo puede ejecutarse cuando se ha cumplido el anterior yademás se cumplen ciertos criterios.
Estación de taladrado. El primer paso es la sujeción de la pieza de tra-bajo. Así que el émbolo ha alcanzado la posición final delantera, estepaso ha sido completado. El segundo paso es avanzar el taladro. Unavez completado este movimiento (vástago del cilindro de avance de labroca en posición final delantera), se ejecuta el tercer paso, y así suce-sivamente.
&ODVLILFDFLyQGHORVFRQWUROHVSRUHOWLSRGH
UHSUHVHQWDFLyQGHODLQIRUPDFLyQ
)LJ&ODVLILFDFLyQGHORV
FRQWUROHVSRUHOWLSRGHUHSUHVHQWDFLyQGHOD
LQIRUPDFLyQ
&RQWUROOyJLFR
(MHPSORGHDSOLFDFLyQ
&RQWUROVHFXHQFLDO
(MHPSORGHDSOLFDFLyQ
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
Un control puede ser dividido en las funciones de entrada de señales,procesamiento de las señales, salida de la señal y ejecución de las ór-denes. La influencia mutua de estas funciones se muestra en el diagra-ma de desplazamiento de las señales.
n Las señales de entrada se combinan con funciones lógicas (proce-samiento de las señales). Las señales de entrada son de muy bajapotencia, así como su procesamiento. Ambas funciones son parte dela sección de control de las señales.
n En la etapa de salida de la señal, las señales se amplifican de baja aalta potencia. La salida de la señal forma el enlace entre la secciónde señales de control y la sección de potencia.
n La ejecución de la orden se realiza en nivel de potencia – es decir,para conseguir elevadas velocidades (por ejemplo, para la rápida ex-pulsión de la pieza de una máquina) o para ejercer una elevada fuer-za (por ejemplo, para un prensado). La ejecución de la orden perte-nece a la sección de potencia de un sistema de control.
Ejecución de la orden
Señal de salida
Procesamientode las señales
Entrada de señales
Se
cció
n d
ep
ote
nci
aS
ecc
ión
de
co
ntr
ol
de
las
señ
ale
s
Los componentes en el esquema de un circuito de un control puramenteneumático deben disponerse de forma que quede claro el flujo de lasseñales. De abajo hacia arriba: elementos de entrada (tales como lasválvulas de accionamiento manual), elementos de enlace lógico (talescomo válvulas de simultaneidad), elementos de salida de señal (válvu-las de potencia, tales como válvulas de 5/2 vías) y finalmente la ejecu-ción de las órdenes (tales como los cilindros y actuadores).
)OXMRGHVHxDOHVHQXQVLVWHPDGHFRQWURO
)LJ)OXMRGHVHxDOHVHQXQVLVWHPDGHFRQWURO
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
6LVWHPDVGHFRQWUROQHXPiWLFRV\HOHFWURQHXPiWLFRVTanto los controles neumáticos como los electroneumáticos tienen unasección de potencia neumática (Véase Fig. 1.7 y 1.8). La sección decontrol de señales varía según el tipo.
n En un control neumático se utilizan componentes de mando neumáti-cos, es decir, varios tipos de válvulas, secuenciadores, barreras deaire, etc.
n En un control electroneumático, la sección de control se realiza concomponentes eléctricos, por ejemplo, con pulsadores de entradaeléctricos, detectores de proximidad, relés o con un control lógicoprogramable.
Las válvulas distribuidoras forman el interface entre la sección de con-trol de señales y la sección de potencia neumática en ambos tipos decontrol.
)LJ)OXMRGHVHxDOHV\
FRPSRQHQWHVGHXQVLVWHPDGHFRQWUROQHXPiWLFR
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
)LJ)OXMRGHVHxDOHV\FRPSRQHQWHVGHXQVLVWHPDGHFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
A diferencia de los sistemas de control puramente neumáticos, los sis-temas electroneumáticos no se representan en un sólo esquema delcircuito, sino en dos circuitos separados – uno para la parte eléctrica yotro para la parte neumática. Por esta razón, el flujo de señales no sedesprende inmediatamente de la disposición de los componentes entodo el esquema del circuito.
La Fig. 1.9 muestra la estructura y modo de funcionamiento de un con-trol electroneumático.
n La sección de control de las señales eléctricas conmuta las electro-válvulas distribuidoras.
n Las válvulas distribuidoras controlan el avance y retroceso de un ci-lindro neumático.
n La posición del émbolo se transmite en forma de señal eléctrica a lasección de control por medio de los detectores de proximidad.
(VWUXFWXUD\PRGRGHIXQFLRQDPLHQWR
GHXQFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR
)LJ(VWUXFWXUDGHXQPRGHUQRFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
9HQWDMDVGHORVFRQWUROHVHOHFWURQHXPiWLFRVLos controles electroneumáticos tienen las siguientes ventajas frente alos sistemas de control neumáticos:
n Alta fiabilidad (menos piezas móviles sujetas a desgaste).
n Menor esfuerzo de planificación y puesta a punto, en especial paracontroles complejos.
n Menores costes de instalación, en especial cuando se utilizan com-ponentes modernos, tales como los terminales de válvulas.
n Fácil intercambio de información entre varios controles.
Los controles electroneumáticos se han afirmado en la práctica indus-trial moderna, con lo que la utilización de sistemas de control puramenteneumáticos ha quedado limitada a aplicaciones de características espe-cíficas (p. ej. en entornos con riesgo de explosión o de incendio, etc.).
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&DStWXOR
)HVWR'LGDFWLF•73
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&DStWXOR
)XQGDPHQWRVGHODHOHFWULFLGDG
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
&RUULHQWHFRQWLQXD\FRUULHQWHDOWHUQDUn circuito eléctrico simple consiste en una fuente de tensión, una cargay líneas de conexión.
Físicamente, los portadores de carga – los electrones – se mueven através del circuito eléctrico a través de los conductores eléctricos desdeel polo negativo de la fuente de tensión hacia el polo positivo. Este mo-vimiento de portadores de carga se denomina corriente eléctrica. Lacorriente sólo puede circular si el circuito está cerrado.
Hay dos tipos de corriente – corriente continua y corriente alterna:
n Si la fuerza electromotriz de un circuito eléctrico transcurre siempreen el mismo sentido, la corriente siempre fluye también en el mismosentido. Esto se denomina corriente continua (CC en Español o DCcomo denominación universal en Inglés), o en general un circuito CC.
n En el caso de un circuito de corriente alterna (CA en Español o ACcomo denominación universal en Inglés), la tensión y la intensidadcambian de sentido y de potencial a determinados períodos de tiem-po.
Inte
nsi
dad I
Inte
nsi
dad I
Tiempo t Tiempo t
&RUULHQWHFRQWLQXD &RUULHQWHDOWHUQD)LJ&RUULHQWHFRQWLQXD\
FRUULHQWHDOWHUQDWUD]DGDVHQUHODFLyQDOWLHPSR
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
La Fig. 2.2 muestra un circuito sencillo de CC consistente en una fuentede tensión, líneas eléctricas, un interruptor de control y una carga (aquíuna lámpara piloto).
Cuando se cierra el circuito de control, la corriente fluye a través de lacarga. Los electrones se mueven desde el polo negativo al positivo de lafuente de tensión. El sentido del flujo de “positivo” a “negativo” se plan-teó antes de que se descubriera la existencia de los electrones. Estadefinición aún se utiliza en la práctica actualmente. Se denomina elVHQWLGRWpFQLFR del flujo de la corriente.
)LJ&LUFXLWR&&
6HQWLGRWpFQLFRGHOIOXMRGHODFRUULHQWH
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&DStWXOR
/DOH\GH2KPLa corriente eléctrica es el flujo de portadores de carga en un determi-nado sentido. La corriente sólo puede fluir en un material que dispongade un número suficiente de electrones libres. Los materiales que cum-plen con estos criterios se denominan conductores eléctricos. Los mate-riales tales como el cobre, el aluminio y la plata son normalmente bue-nos conductores de la electricidad.
Todos los materiales ofrecen una resistencia a la corriente eléctrica.Esto lo produce cuando los electrones que se mueven libremente cho-can con los átomos del material conductor, inhibiendo su movimiento.La resistencia es baja en los conductores eléctricos. Los materiales conuna resistencia especialmente alta se denominan aislantes. Los mate-riales basados en la goma y los plásticos se utilizan para aislamiento dehilos y de cables eléctricos.
El polo negativo de una fuente de tensión tiene un exceso de electro-nes. El polo positivo tiene déficit de electrones. Esta diferencia produceuna fuente de IHP (fuerza electromotriz).
La ley de Ohm expresa la relación entre la tensión (o Voltaje), la intensi-dad y la resistencia. Plantea que en un circuito de una determinada re-sistencia, la intensidad es proporcional a la tensión, es decir:
n Si aumenta la tensión, aumenta la intensidad.
n Si disminuye la tensión, disminuye la intensidad.
V = Voltaje; Unidad: Volt (Voltio) (V)
V = RÂI R = Resistencia; Unidad: Ohm (Ohmio) (Ω)
I = Intensidad Unidad: Ampere (Amperio) (A)
&RQGXFWRUHVHOpFWULFRV
5HVLVWHQFLDHOpFWULFD
)XHU]DHOHFWURPRWUL]
/DOH\GH2KP
)LJ/H\GH2KP
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En mecánica, la potencia puede definirse a través del trabajo. Cuandomás rápido se hace un trabajo, mayor es la potencia necesaria. Así quela potencia es “el trabajo dividido por el tiempo”
En el caso de una carga en un circuito eléctrico, la energía eléctrica seconvierte en energía cinética (por ejemplo en un motor eléctrico), en luz(en una lámpara eléctrica) o en energía térmica (como en un calentadoreléctrico, una lámpara eléctrica), Cuanto más rápidamente se conviertela energía, tanto mayor es la potencia eléctrica. Aquí también la po-tenbcia significa energía convertida por unidad de tiempo. La potenciaaumenta con la intensidad y con el voltaje.
La potencia eléctrica de una carga de denomina también la potenciaeléctrica absorbida.
P = Potencia; Unidad: Watt (Watio) (W)
P V I= ⋅ V = Voltaje; Unidad: Volt (Voltio) (V)
I = Intensidad; Unidad: Ampere (Amperio) (A)
Potencia de una bobina
La bobina del solenoide de una electroválvula se alimenta con 24 V CC.La resistencia de la bobina es de 60 Ohm. ¿Cuál es la potencia?
La intensidad se calcula por medio de la ley de Ohm:
IV
R
VA= = =
24
600 4
Ω.
La potencia eléctrica es el producto de la intensidad y el voltaje:
P V I V A W= ⋅ = ⋅ =24 0 4 9 6. .
3RWHQFLDHOpFWULFD
)LJ3RWHQFLDHOpFWULFD
(MHPSORGHDSOLFDFLyQ
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&DStWXOR
)XQFLyQGHXQVROHQRLGHCuando una corriente eléctrica atraviesa un conductor, se induce uncampo magnético. La fuerza del campo magnético es proporcional a laintensidad de la corriente. Los campos magnéticos atraen el hierro, elníquel y el cobalto. La atracción aumenta con la fuerza del campo mag-nético.
II
Bobina con núcleo de aire Bobina con núcleo de hierroy entrehierro de aire
Un solenoide tiene la siguiente estructura:
n El conductor de corriente es devanado en forma de bobina. El sola-pamiento de las líneas de fuerza de todos los bucles, hace aumentarla fuerza del campo magnético resultante en el sentido principal delcampo.
n En el centro se sitúa un núcleo de hierro. Cuando fluye la corriente,el hierro se magnetiza también. Esto permite que se induzca uncampo magnético significativamente mayor con la misma intensidad(en comparación con una bobina con núcleo de aire).
Estas dos medidas aseguran que un solenoide ejerce una gran fuerzaen los materiales férricos (= que contienen hierro)
)LJ%RELQDHOpFWULFD\OtQHDV
GHIXHU]DPDJQpWLFDV
(VWUXFWXUDGHXQVROHQRLGH
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
En los mandos electroneumáticos, los solenoides se utilizan preferen-temente para controlar la conmutación de válvulas, relés y contactores.Una muestra de ello son las válvulas de control distribuidoras conmuelle de retorno:
n Si fluye corriente a través de la bobina del solenoide, se activa elémbolo de la válvula.
n Si se interrumpe la circulación de la corriente, un muelle devuelve elémbolo de la válvula a su posición inicial.
Si se aplica una tensión alterna a una bobina, circulará una corrientealterna (véase Fig. 2.1). Esto significa que la intensidad y el campomagnético están cambiando constantemente. El cambio en el campomagnético induce una corriente en la bobina. la corriente inducida seopone a la corriente que ha inducido el campo magnético. Por esta ra-zón, una bobina ofrece una "resistencia" a una corriente alterna. Esta sedenomina reactancia. La reactancia aumenta con la frecuencia de latensión y la inductancia de la bobina. La inductancia se mide en Henrios(H):
1 1 1HVs
As= = Ω
En el caso de circuitos de corriente continua, la intensidad, el voltaje y elcampo magnético sólo cambian cuando se interrumpe la corriente. Poresta razón , la reactancia sólo se aplica cuando se cierra el circuito (seaplica tensión).
Además de la reactancia, una bobina tiene resistencia óhmica. Estaresistencia se aplica tanto a los circuitos de CA como de CC.
$SOLFDFLRQHVGHORVVROHQRLGHV
5HDFWDQFLDHQFLUFXLWRVGH&$
5HDFWDQFLDHQFLUFXLWRVGH&&
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&DStWXOR
)XQFLyQGHXQFRQGHQVDGRUUn condensador consiste en dos placas metálicas con una capa ais-lante (dieléctrica) entre ellas. Si el condensador se conecta a una fuentede tensión CC (cerrando el interruptor S1 en la Fig. 2.6), fluye momen-táneamente una corriente de carga. Por ello, se cargan eléctricamenteambas placas. Si entonces se interrumpe el circuito, la carga permane-ce almacenada en el condensador. Cuanto mayor es la capacitancia deun condensador , tanto mayor será la carga eléctrica que puede alma-cenar para una determinada tensión.
La capacitancia de mide en Faradios (F):
1 1FAs
V=
Si un condensador cargado se conecta a un consumidor (cerrando elinterruptor S2 en la Fig. 2.6, el condensador se descarga. La corrientefluye a través de la carga hasta que el condensador se descarga total-mente.
Corriente de carga Corriente de descarga
S2S1
mA mA
V
)LJ)XQFLyQGHXQFRQGHQVDGRU
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
)XQFLyQGHXQGLRGRLos diodos son componentes eléctricos que dejan fluir la corriente en unsólo sentido:
n En el sentido del flujo, la resistencia es tan baja, que la corrientepuede circular sin resistencia alguna.
n En el sentido inverso, la resistencia es tan alta que la corriente nopuede circular.
Si se inserta un diodo en un circuito de CA, la corriente sólo puede cir-cular en un sentido. la corriente se rectifica
El efecto de un diodo en un circuito eléctrico es comparable al efecto deuna válvula de antirretorno en un circuito neumático.
V
I
R
Tiempo t
Tiempo t
VoltajeV
IntensidadI
)LJ)XQFLyQGHXQGLRGR
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
0HGLFLRQHVHQFLUFXLWRVHOpFWULFRVMedir significa comparar una variable desconocida (por ejemplo, la po-sición del vástago de un cilindro) con una variable conocida (por ejem-plo, la escala de una cinta métrica). Un dispositivo de medición (en elejemplo, una regla) permite hacer tales mediciones. El resultado – elvalor medido – consiste en un valor numérico y una unidad (por ejem-plo, 30,4 cm).
La intensidad, la tensión y la resistencia se miden normalmente conmultímetros. Estos instrumentos pueden ajustarse para diversas moda-lidades de medición:
n Intensidad y tensión CA, intensidad y tensión CC
n Intensidad, tensión y resistencia
El multímetro sólo puede medir correctamente si se ajusta a la modali-dad de medición adecuada.
Los dispositivos para medir la tensión se denominan también voltíme-tros. Los dispositivos para medir la intensidad se denominan tambiénamperímetros.
+
_
C x
A C O MA / m A!
1 0 A
u
!4 0 0 m A
M A X
5 0 0 V M A X
!
7 5 0 V
1 00 0V .. . . .
V
T T L
O F F
A
m Am V
V
n F
Fu
Au
T T L
D A T A H O L D
P E A K H O L D
DC. . . . . .
A C
A U T O
R A N G E
_
+0 1 0 2 0 3 0 4 0
D C
V
0HGLFLyQ
)LJ0XOWtPHWUR
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
¡Antes de hacer ninguna medición, asegurarse de que el voltaje delequipo en el que se va a trabajar no sobrepasa los 24 V! Las medicio-nes en partes del equipo que funcionan a tensiones más elevadas (talescomo 230 V) sólo deben ser realizadas por personas con la formación yconocimientos adecuados. Los métodos de medición incorrectos pue-den poner en riesgo la vida humana. Por favor, léanse las precaucionesde seguridad en los capítulos 3 y 7.
Cuando haga mediciones en un circuito eléctrico, siga los siguientespasos.
n Desconecta la fuente de tensión del circuito.
n Ajuste el multímetro a la modalidad deseada (Voltímetro o Amperí-metro, CA o CC, Resistencia)
n Verifique el punto cero en los instrumentos de aguja. Ajústelo si esnecesario.
n Cuando mida tensión o intensidad en CC, verifique la correcta polari-dad. (La punta "+" del instrumento, debe unirse al polo positivo de lafuente de tensión).
n Seleccione la escala mayor.
n Conecte la fuente de tensión.
n Observe la aguja o el display y vaya bajando a escalas inferiores.
n Registre la medición para la mayor desviación de la aguja (margende medición menor).
n En los instrumentos de aguja, mire siempre perpendicularmente a laaguja para evitar los errores de paralaje.
£3HOLJUR
3URFHGLPLHQWRSDUDPHGLFLRQHVHQFLUFXLWRVHOpFWULFRV
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
Para la medición de tensiones, el dispositivo medidor (voltímetro) seconecta en paralelo a la carga. La caída de tensión a través de la cargacorresponde a la caída de tensión a través del dispositivo de medición.Todo voltímetro tiene una resistencia interna. Para evitar una mediciónpoco precisa, la corriente que fluye a través del voltímetro debe ser lomás pequeña posible, así que la resistencia interna del voltímetro debeser lo más alta posible
HV
Voltímetro
V
Para la medición de la intensidad, el dispositivo de medición (amperí-metro), se conecta en serie con la carga. Toda la corriente fluye a travésdel dispositivo
Cara amperímetro tienen su resistencia interna. Para minimizar el errorde medición, la resistencia del amperímetro debe ser lo más pequeñaposible.
H
A
Amperímetro
V
0HGLFLyQGHWHQVLyQ
)LJ0HGLFLyQGHODWHQVLyQ
0HGLFLyQGHODLQWHQVLGDG
)LJ0HGLFLyQGHODLQWHQVLGDG
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
La resistencias de una carga en un circuito CC puede medirse directa-mente o bien indirectamente.
n Las mediciones indirectas miden la intensidad que atraviesa la cargay la tensión entre los extremos de la carga (Fig. 2.11a). Las dosmediciones pueden hacerse simultáneamente o una tras otra. Laresistencia en este caso se mide utilizando la ley de Ohm.
n Para la medición directa, la carga se separa del resto del circuito(Fig. 2.11b). El dispositivo de medición (óhmetro) se ajusta al modode medición de resistencias y se conecta a los terminales de la car-ga. El display indica el valor de la resistencia.
Si la carga es defectuosa (por ejemplo, la bobina magnética de una vál-vula está quemada), la medición de la resistencia o bien produce unvalor cero (cortocircuito) o un valor infinito (circuito abierto).
$WHQFLyQ Para las mediciones de la resistencia de una carga encircuitos de AC, debe usarse el método directo.
Intensidad I
H HV V
A
VoltajeV
R = VI
0HGLFLyQGHODUHVLVWHQFLD
)LJ0HGLFLyQGHODUHVLVWHQFLD
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
Los instrumentos de medida no pueden medir voltaje, intensidad y re-sistencia con cualquier grado de precisión que se desee. El propio dis-positivo de medición influye en el circuito que está midiendo, y ningúndispositivo de medición puede indicar un valor absolutamente preciso.El error de indicación permisible de un instrumento se da en porcentajedel límite superior del margen efectivo. Por ejemplo, para un instru-mento con una precisión de 0,5, el error de indicación no puede excederdel 0,5% del valor superior del margen efectivo.
Error de indicación
Para medir la tensión de una pila, se utiliza un instrumento de mediciónde la Clase 1,5 . El margen de medición se establece una vez a 10 V yotra a 100 V. ¿Cuál es el error de indicación máximo permisible para losdos márgenes efectivos de medida?
MargenError de indicación
permisibleError en porcentaje
V10 V0,15100
1,5V10 =⋅ %1,66100
V9
0,15=⋅
V100 V1,5100
1,5V100 =⋅ %16,6100
V9
1,5=⋅
El ejemplo muestra claramente que el error permisible es inferior para elmargen menor. Además, el instrumento puede leerse con mayor preci-sión. Por esta razón, debe ajustarse a la escala menor posible.
)XHQWHVGHHUURU
(MHPSORGHDSOLFDFLyQ
7DEOD&iOFXORGHOHUURU
GHLQGLFDFLyQ
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
0 0
5 5
10 10100 100
50 50
0 0
10V 10V100V 100V
9V 9V
Margen 10V Margen 100V)LJ0HGLFLyQGHODWHQVLyQGHXQDSLODDMXVWDQGRGLIHUHQWHVPiUJHQHV
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
&DStWXOR
&RPSRQHQWHV\FRQMXQWRVGHODVHFFLyQGHFRQWUROGHVHxDOHVHOpFWULFDV
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
)XHQWHGHDOLPHQWDFLyQLa sección de control de señales en un mando electroneumático se ali-menta de potencia a través de la red principal. Para ello, el control tieneuna fuente de alimentación (véase Fig. 3.1). Los conjuntos individualesde la fuente de alimentación tienen las siguientes tareas:
n El transformador reduce la tensión de funcionamiento. La tensión dela red (p. ej. 230 V) se aplica a la entrada del transformador. En lasalida del transformador se dispone de una tensión más baja (p. ej.24 V).
n El rectificador convierte la tensión de CA en tensión de CC. El con-densador en la salida del rectificador alisa la tensión.
n El regulador de tensión en la salida de la fuente de alimentación esnecesario para asegurar que la tensión eléctrica permanece cons-tante independientemente del flujo de corriente.
Transformador EstabilizadorRectificador
Fuente de alimentación
$WHQFLyQ Dada su elevada tensión de entrada, las fuentes de ali-mentación son parte de la instalación de potencia (segúnDIN/VDE 100). Deben observarse las normas de seguri-dad para las instalaciones de potencia. Las fuentes dealimentación sólo pueden ser manipuladas por personasautorizadas.
)LJ3DUWHVTXHFRPSRQHQXQD
IXHQWHGHDOLPHQWDFLyQSDUDXQPDQGR
HOHFWURQHXPiWLFR
3UHFDXFLRQHVGHVHJXULGDG
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
3XOVDGRUHV\VHOHFWRUHVPara aplicar una corriente a una carga o para interrumpir un circuito seutilizan interruptores. Según su comportamiento, estos interruptores sedividen en pulsadores y selectores.
n Los selectores son interruptores que quedan mecánicamente encla-vados en la posición seleccionada. La posición de conmutación per-manece inalterable hasta que se selecciona la otra posición. Ejem-plo: Selector de modo Automático/Manual.
n Los pulsadores son interruptores que sólo mantienen la posición deaccionamiento mientras el interruptor está activado (presionado).Ejemplo: Pulsador de Marcha.
En el caso de un interruptor normalmente abierto, el circuito se hallaabierto mientras el interruptor se halle en su posición inicial (no accio-nado). El circuito se cierra presionando el pulsador – la corriente fluyehacia la carga. Cuando se libera la leva, el muelle devuelve el interrup-tor a su posición inicial, interrumpiendo el circuito.
3
4
Forma de accionamiento(pulsador)
Contacto interior
Contacto exterior
,QWHUUXSWRUQRUPDOPHQWHDELHUWR
)LJ&RQWDFWRQRUPDOPHQWHDELHUWR±VHFFLyQ\VtPEROR
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
En este caso, el circuito está cerrado cuando el interruptor se halla ensu posición inicial. El circuito se interrumpe presionando el pulsador.
1
2
Contacto exterior
Forma de accionamiento(pulsador)
Contacto interior
El interruptor conmutador combina las funciones de los contactos nor-malmente abierto y normalmente cerrado en un sólo dispositivo. Losinterruptores conmutadores se utilizan para cerrar un circuito y abrir otroen una sola operación. Ambos circuitos se abren o se cierran momentá-neamente durante la conmutación (según el solapamiento).
4
1
2
Contacto(cerrado en reposo)
Contacto(abierto en reposo)
Contactosinteriores
Tipo de accionamiento(Pulsador)
,QWHUUXSWRUQRUPDOPHQWHFHUUDGR
)LJ&RQWDFWR
QRUPDOPHQWHFHUUDGR±VHFFLyQ\VtPEROR
,QWHUUXSWRUFRQPXWDGRU
)LJ,QWHUUXSWRUFRQPXWDGRU
±VHFFLyQ\VtPEROR
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
6HQVRUHVSDUDPHGLFLyQGHOGHVSOD]DPLHQWR\ODSUHVLyQLos sensores tienen la tarea de medir información y transferirla a laparte de procesamiento de las señales de forma que pueda ser fácil-mente procesada. En los mandos electroneumáticos, los sensores seutilizan principalmente para las siguientes tareas:
n Para detectar la posición avanzada o retraída del vástago en cilin-dros neumáticos
n Para detectar la presencia y posición de las piezas
n Para medir y supervisar la presión
Los finales de carrera se activan cuando una parte de la máquina o unapieza se hallan en una determinada posición. Normalmente, el accio-namiento se realiza por medio de una leva. Normalmente los finales decarrera son contactos conmutadores. Por esta razón pueden conectarse–según se necesite– como contactos normalmente abiertos, contactosnormalmente cerrados o contactos conmutadores.
1
5
6
4 Contacto(normalmentecerrado)
1 Muelle2 Cuerpo3 Leva de apertura positiva4 Pasador de guía5 Muelle de acción brusca6 Muelle de presión de contacto7 Contacto interno
7
Contacto(normalmente abierto)
2
3
4
1
2
41
2
41
2
41
2
Contacto conmutadorContacto
normalmente abiertoContacto
normalmente cerrado
)LQDOHVGHFDUUHUD
)LJ)LQDOGHFDUUHUDPHFiQLFRFRQVWUXFFLyQ\SRVLELOLGDGHVGHFRQH[LyQ
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
A diferencia de los finales de carrera mecánicos, los detectores de pro-ximidad funcionan sin contactos internos y sin que haya una fuerza ex-terna que los accione.
Por ello, los detectores de proximidad tienen una larga vida útil y unaelevada fiabilidad de conmutación. Hay que distinguir entro los siguien-tes tipos de detectores de proximidad:
n Detectores Reed (con contacto interno)
n Detectores de proximidad inductivos
n Detectores de proximidad capacitivos
n Detectores de proximidad ópticos
Los detectores Reed son sensores de proximidad accionados magnéti-camente. Consisten en dos contactos Reed dentro de un tubo de cristalcon gas inerte. El campo de un imán hace que los contactos se cierren,permitiendo que fluya la corriente. En los detectores Reed que actúancomo contactos normalmente cerrados los contactos Reed se cierranpor pequeños imanes. Este campo magnético es anulado por el campomagnético considerablemente mayor de los imanes de conmutación.
Los detectores Reed tienen una larga vida útil y tiempos de conmuta-ción muy rápidos (aprox. 0,2 ms). Están libres de mantenimiento, y nodeben utilizarse en entornos sujetos a potentes campos magnéticos (porejemplo, en las cercanías de soldadores por resistencia).
'HWHFWRUHVGHSUR[LPLGDG
'HWHFWRUHV5HHG
)LJ'HWHFWRU5HHG
FRQWDFWRQRUPDOPHQWHDELHUWR
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
Los detectores de proximidad inductivos, capacitivos y ópticos son sen-sores electrónicos. Normalmente tienen tres hilos para su conexionado.
n Hilo para alimentación de tensión
n Hilo para la masa
n Hilo para la señal de salida
En estos sensores, no hay contactos internos que se muevan física-mente. En lugar de esto, la salida queda unida a la tensión de la ali-mentación o a la masa (= tensión de salida 0V).
Hay dos tipos de sensores electrónicos, en relación con la polaridad dela tensión de salida.
n En los sensores de conmutación a positivo (PNP), la tensión de sali-da es cero cuando no se detecta pieza. La proximidad de una pieza ode una parte de la máquina hace conmutar la salida, aplicándole elpositivo de la tensión de alimentación. En estos sensores, la carga seconecta entre la salida y el negativo
n En los sensores de conmutación a negativo (NPN) la tensión de sali-da también es cero cuando no se detecta pieza. La proximidad deuna pieza o de una parte de la máquina hace conmutar la salida,aplicándole el negativo de la tensión de alimentación. En estos sen-sores, la carga se conecta entre la salida y el positivo.
En ambos tipos de sensores, pueden haber ejecuciones con función decontacto normalmente abierto (no hay tensión cuando no hay pieza cu-briendo el sensor) o normalmente cerrado (hay tensión, positiva si esPNP y negativa si es NPN, cuando no hay pieza cubriendo el sensor).
6HQVRUHVHOHFWUyQLFRV
6HQVRUHVGHFRQPXWDFLyQDSRVLWLYR\DQHJDWLYR
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
Un sensor de proximidad inductivo consiste en un oscilador eléctrico (1),un flip-flop (2) y un amplificador (3). Cuando se aplica una tensión, eloscilador genera un campo magnético alterno de alta frecuencia que seemite en la parte frontal del sensor. Si una pieza conductora de electri-cidad (p. ej. metálica) entra en este campo, el oscilador se atenúa. Uncircuito consistente en un flip-flop y un amplificador evalúan el compor-tamiento del oscilador y emiten una señal de salida.
Los sensores de proximidad inductivos pueden utilizarse para la detec-ción de materiales conductores. Además de metales, esto incluye p. ej.el grafito.
MetalSímbolo
Principio de funcionamiento
Diagrama de bloques
1
1 Oscilador2 Flip-Flop3 Amplificador
2 3
6HQVRUHVGHSUR[LPLGDGLQGXFWLYRV
)LJ6HQVRUGHSUR[LPLGDG
LQGXFWLYR
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
Un sensor de proximidad capacitivo consiste en un condensador y unaresistencia eléctrica que forman en conjunto un oscilador RC, y un cir-cuito para la evaluación de la frecuencia. Entre el ánodo y el cátodo delcondensador se genera un campo electrostático. Se forma un campo decorrientes parásitas en el frente del sensor. Si se introduce un objeto eneste campo, varía la capacidad del condensador. El oscilador se atenúa.El circuito que hay detrás conmuta la salida.
Los sensores de proximidad capacitivos no sólo reaccionan a materialesconductores (como los metales), sino también ante aislantes de granrigidez dieléctrica (como plásticos, vidrio, cerámica, fluidos y madera).
SímboloPrincipio de funcionamiento
Diagrama de bloques
1
1 Oscilador2 Flip-flop3 Amplificador
2 3
6HQVRUGHSUR[LPLGDGFDSDFLWLYR
)LJ6HQVRUGHSUR[LPLGDGFDSDFLWLYR
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
Los sensores de proximidad ópticos utilizan medios ópticos y electróni-cos para la detección de objetos. Se utiliza luz roja o infrarroja. Los dio-dos semiconductores emisores de luz (LEDs) son fuentes de luz roja einfrarroja particularmente fiables. Son pequeños y robustos, tienen unalarga vida útil y pueden modularse fácilmente. Los fotodiodos y fototran-sistores se utilizan como receptores. La luz roja tiene la ventaja que elrayo de luz puede verse durante el ajuste de los ejes ópticos del sensorde proximidad. También pueden utilizarse fibras ópticas de polímerodada la baja atenuación de la luz de su longitud de onda.
Hay que distinguir tres tipos diferentes de sensores de proximidad:
n Barreras de luz
n Sensores ópticos de retroreflexión
n Sensores ópticos de reflexión directa
La barrera de luz tiene el emisor y el receptor separados e indepen-dientes. Se disponen de forma tal que el rayo transmisor esté dirigido alreceptor. La salida conmuta cuando se interrumpe el rayo de luz.
Emisor Receptor
SímboloPrincipio de funcionamiento
Emisor Receptor
6HQVRUGHSUR[LPLGDGySWLFR
%DUUHUDVGHOX]
)LJ%DUUHUDGHOX]
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
En el sensor de retroreflexión, el emisor y el receptor están dispuestosen el mismo cuerpo. Exteriormente se instala un reflector catadióptricode tal forma, que el rayo de luz emitido por el emisor se refleja casi porcompleto en el receptor. La salida conmuta cuando se interrumpe elrayo de luz.
Símbolo
Principio de funcionamiento
Emisor Emisor
Receptor Receptor
Reflectorcatadióptrico
Reflectorcatadióptrico
En el sensor de reflexión directa o sensor difuso, el emisor y el receptorestán dispuestos en el mismo cuerpo. Si la luz del emisor choca contraun objeto mínimamente reflectante, es reflejada hacia el receptor quehace conmutar la salida. Por su principio de funcionamiento, los senso-res de reflexión directa sólo pueden utilizarse con determinados mate-riales relativamente reflectantes (p. ej. superficies pulidas o pintadas).
Símbolo
Principio de funcionamiento
Emisor Emisor
Receptor Receptor
6HQVRUGHUHWURUHIOH[LyQ
)LJ6HQVRUGHUHWURUHIOH[LyQ
6HQVRUGHUHIOH[LyQGLUHFWD
)LJ6HQVRUGHUHIOH[LyQGLUHFWD
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
Hay varios tipos de sensores sensibles a la presión:
n Presostatos con contacto mecánico (señal de salida digital)
n Presostatos con conmutación electrónica (señal de salida digital)
n Sensores electrónicos de presión con señal de salida analógica
En el presostato accionado mecánicamente, la presión actúa en la su-perficie de un cilindro. Si la presión sobrepasa la fuerza del muelle, elémbolo avanza y acciona el juego de contactos
6HQVRUHVGHSUHVLyQ
3UHVRVWDWRVPHFiQLFRV
)LJ3UHVRVWDWRDFFLRQDGRSRUpPEROR
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
Los presostatos de diafragma adquieren cada vez más importancia. Enlugar de accionar un contacto mecánico, la salida es conmutada elec-trónicamente. Unidos al diafragma se disponen sensores sensibles a lapresión a la fuerza. La señal del sensor es evaluada por un circuitoelectrónico. Así que la presión sobrepasa un cierto valor, la salida con-muta.
El diseño y el modo de funcionamiento de un sensor de presión de es-tas características se demuestra utilizando como ejemplo el sensoranalógico de Festo SDE-10-10V/20mA .
La Fig. 3.13a muestra la célula de medición piezorresistiva de un sensorde presión. la resistencia variable 1 cambia su valor cuando se aplicapresión al diafragma. A través de los contactos 2, la resistencia se co-necta al dispositivo de evaluación electrónico, que genera la señal desalida.
La Fig. 3.13b representa el conjunto de la disposición constructiva delsensor.
La Fig. 3.13c ilustra las características del sensor, representando la co-rrelación entre la presión y la señal de salida eléctrica. Un aumento dela presión produce un aumento de la tensión en la salida del sensor.Una presión de 1 bar produce una tensión de 1 V, una presión de 2 baruna tensión de 2 V y así sucesivamente.
3UHVRVWDWRVHOHFWUyQLFRV
6HQVRUHVGHSUHVLyQDQDOyJLFRV
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
1 2 3 4 5 6 7
3
1
2
2
2
4
4
6
6
8
bar
10
10
VoltajeV
V
Presión p
1 Resistencias2 Contactos3 Diafragma
12 Tapa3 Gel de silicona4 Junta tórica
Cuerpo 5 Célula de medición6 Amplificador7 Conector
P3
1
2
)LJ&RQVWUXFFLyQ\FXUYD
FDUDFWHUtVWLFDGHXQVHQVRUDQDOyJLFRGHSUHVLyQ
)HVWR6'(9P$
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
5HOpV\FRQWDFWRUHVUn relé es un interruptor accionado electromagnéticamente. Cuando seaplica una tensión a la bobina del solenoide, se genera un campo mag-nético. Esto hace que la armadura sea atraída hacia el núcleo de la bo-bina. la armadura acciona los contactos del relé, abriéndolos o cerrán-dolos, según la ejecución. Un muelle de retorno devuelve la armadura asu posición cuando se interrumpe la corriente de la bobina.
11 21
12 2214 24
Núcleo dela bobina
Aislamiento
Contacto
Muelle de retorno Bobina del relé
Armadura
124A1 A2
A1
A2
La bobina de un relé puede conmutar uno a varios contactos. Ademásdel tipo de relé descrito arriba, hay otros tipos de interruptores acciona-dos electromagnéticamente, tales como los relés de remanencia, lostemporizadores y, cuando se trata de soportar elevadas intensidades,los contactores.
&RQVWUXFFLyQGHXQUHOp
)LJ&RQVWUXFFLyQGHXQUHOp
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
En los sistemas de control electroneumático, los relés se utilizan paralas siguientes funciones:
n Multiplicación de señales
n Retardo y conversión de señales
n Asociación de información
n Aislamiento del circuito de mando del principal
En controles puramente eléctricos, los relés se utilizan también paraaislamiento de circuitos AC y DC.
El relé de remanencia responde a pulsos de corriente:
n La armadura del relé se activa cuando se aplica un pulso positivo.
n La armadura del relé se desactiva cuando se aplica un pulso negati-vo.
n Si no se aplica ninguna señal de entrada, se mantiene la posiciónanterior (remanencia).
El comportamiento de un relé de remanencia es análogo al de una vál-vula neumática biestable o de doble pilotaje, que responde a los impul-sos de la presión de mando.
$SOLFDFLRQHVGHORVUHOpV
5HOpGHUHPDQHQFLD
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
Hay dos tipos de temporizadores: a la conexión y a la desconexión.El temporizador a la conexión se activa transcurrido un tiempo tras laaplicación de la tensión y se desactiva inmediatamente al cortarse latensión. En el temporizador a la desconexión, el tiempo empieza a con-tar a partir del momento en que se corta la tensión. Véanse las Fig. 3.15, 3.16. El tiempo de retardo td es regulable.
+24V
+24V
7HQVLyQHQODERELQDGHOUHOpF
E
D
&RQWDFWR
0V
0V
S1
S1
K1
1 2
K1
K1
1Y1A1
A1
3 17
17
18
4 18
A2
A2
17 27
18 28
Tiempo
TiempoAbierto
Cerrado
R2 C1
D1
R1
td
7HPSRUL]DGRU
)LJ7HPSRUL]DGRUDODFRQH[LyQD&LUFXLWRGHWDOODGRE&LUFXLWRVLPSOLILFDGRF&RPSRUWDPLHQWRGHODVHxDO
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
Cuando se cierra S1, la corriente fluye por la resistencia variable R1hacia el condensador C1. El diodo D1 –conectado en paralelo– no per-mite que la corriente fluya en este sentido. La corriente también fluye através de la resistencia de descarga R2 (que inicialmente no tiene im-portancia). Cuando el condensador C1 se ha cargado hasta la tensiónde conmutación de K1, el relé se activa.
Cuando se abre S1, el circuito se interrumpe y el condensador se des-carga rápidamente a través del diodo D1 y la resistencia R2. Con ello, elrelé regresa inmediatamente a su posición inicial.
La resistencia variable permite ajustar la corriente de carga del conden-sador, permitiendo así ajustar el tiempo que tarda en alcanzarse la ten-sión de conmutación de K1. Si se ajusta una elevada resistencia, fluiráuna pequeña corriente, con lo que aumentará el tiempo. Si la resistenciaes baja, fluirá una elevada corriente y el tiempo de retardo será corto.
+24V
7HQVLyQHQODERELQDGHOUHOp
&RQWDFWR
0V
S1 K1
1 2
K1 1Y1A1
A1
3 17
4 18
A2
A2
17 27
18 28
Tiempo
TiempotV
Abierto
Cerrado
+24V
F
E
D
0V
S1
K1
17
18
R2 C1
D1
R1
3ULQFLSLRGHIXQFLRQDPLHQWR
)LJ7HPSRUL]DGRUDOD
GHVFRQH[LyQD&LUFXLWRGHWDOODGR
E&LUFXLWRVLPSOLILFDGRF&RPSRUWDPLHQWRGHOD
VHxDO
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
Los contactores funcionan de la misma forma que los relés. Las caracte-rísticas típicas de un contactor son:
n Doble conmutación (contactos dobles)
n Contactos de acción positiva
n Cámaras cerradas (cámaras para protección del arco)
Estas características constructivas permiten que los contactores puedanconmutar intensidades mucho más elevadas que los relés.
7
6
4
5
3
21
1411
A2A1
11 21
14 24
1 Bobina2 Núcleo de hierro (imán)3 Armadura4 Elemento de conmutación móvil con contactos5 Elemento de conmutación estático con contactos6 Muelle de presión7 Muelle de presión de contactos
A1
A2
)RUPDFRQVWUXFWLYDGHXQFRQWDFWRU
)LJ)RUPDFRQVWUXFWLYDGHXQFRQWDFWRU
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
Un contactor tiene múltiples elementos de conmutación, normalmenteentre cuatro y diez contactos. En contactores –al igual que en los relés–hay varios tipos con combinaciones contactos normalmente abiertos,normalmente cerrados, conmutadores, contactos retardados, etc. Loscontactores que sólo conmutan contactos auxiliares (contactos de con-trol) se denominan relés contactores. Los contactores con contactosprincipales y auxiliares se denominan contactores de potencia.
Los contactores se utilizan para las siguientes aplicaciones:
n Con contactores de potencia, en los contactos principales se inte-rrumpen potencias entre 4 y 30 kW.
n Las funciones de control y las relaciones lógicas se conmutan pormedio de contactos auxiliares.
En los controles electroneumáticos, las intensidades eléctricas y la po-tencia son muy bajas. Por esta razón, pueden realizarse los mandoscon relés auxiliares. En general, si no hay motores eléctricos no se ne-cesitan contactores de potencia.
$SOLFDFLRQHVGHORVFRQWDFWRUHV
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
&RQWUROHVOyJLFRVSURJUDPDEOHVLos controles lógicos programables (PLC) se utilizan para el procesa-miento de señales en sistemas de control. Este PLC es particularmenteadecuado para sistemas de control con varias entradas y salidas y querequiera una compleja combinación de señales.
Programa del PLC
Módulo de entradas
Unidad Central Módulo desalidas
Sensores Actuadores
)LJ3/&)HVWR
)LJ&RPSRQHQWHVGHXQVLVWHPD3/&
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
La Fig. 3.19 es un diagrama de bloques que ilustra los componentes deun sistema PLC. El elemento principal (la CPU) es un sistema micropro-cesador. El programa del microprocesador determina:
n Qué entradas son interrogadas (I1, I24 etc.)
n Cómo están asociadas estas señales
n Qué salidas (O1, O2 etc.) reciben los resultados de este procesa-miento de señales.
De esta forma, el comportamiento del control, no viene determinado porel cableado (hardware), sino por el programa (software).
(VWUXFWXUDJOREDOGHODSDUWHGHSURFHVDPLHQWRGHVHxDOHVLa parte de procesamiento de señales de un control electroneumáticocontra de tres bloques. Su estructura se muestra en la Fig. 3.20.
n Entrada de señales se realiza por medio de sensores, pulsadores ointerruptores. La Fig. 3.20 muestra dos sensores de proximidad paralas señales de entrada.
n Procesamiento de señales normalmente se realiza por un sistemade relés o un control lógico programable. No son frecuentes otros ti-pos de control. En la Fig. 3.20 el control se realiza por un sistema derelés.
n Salida de señales se realiza a través de electroválvulas distribuido-ras para el control de los actuadores.
(VWUXFWXUD\PRGRGHIXQFLRQDPLHQWR
GHXQ3/&
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
La Fig. 3.20 muestra una representación esquemática de una secciónde control de señales en un sistema de control electroneumático, en elque se utilizan relés para el procesamiento de las señales.
n Los componentes para la entrada de señales (en la Fig. 3.20: losinterruptores de proximidad inductivos 1B1 y 1B2) están conectadosa través de las entradas del control (I1, I2 etc.) a las bobinas de losrelés (K1, K2 etc.)
n El procesamiento de las señales se realiza por medio del cableadoadecuado de los diversos contactos de los relés.
n Los componentes para la salida de señales (en la Fig. 3.20: los sole-noides de electroválvulas distribuidoras 1Y1 y 1Y2) están conectadasa las salidas del control (O1, O2 etc.). Estas son accionadas a travésde los contactos de los relés.
)LJ6HFFLyQGHFRQWUROGHVHxDOHVHQXQVLVWHPDGHPDQGRSRUUHOpVFLUFXLWRHVTXHPiWLFRQRHVWDQGDUL]DGR
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
La Fig. 3.21 muestra la sección de control de señales de un sistema decontrol electroneumático, en el que se utiliza un PLC para el procesa-miento de las señales.
n Los componentes para la entrada de señales (en la Fig. 3.21 los inte-rruptores de proximidad inductivos 1B1 y 1B2 están conectados a lasentradas del PLC (I1, I2).
n El sistema microprocesador programable del PCL realiza todas lastareas de procesamiento de las señales.
n Los componentes de la salida de señales (en la Fig. 3.21: los sole-noides de las electroválvulas distribuidoras 1Y1 y 1Y2) están conec-tadas a las salidas del PLC (O1, O2 etc.). Están accionadas por cir-cuitos electrónicos que son la parte de potencia del sistema micro-procesador.
Los sistemas de control electroneumático con relés se trata en el Capí-tulo 8 y los sistemas de control electroneumático con PLCs se trata enel Capítulo 9.
)LJ6HFFLyQGHFRQWUROGH
VHxDOHVFRQFRQWUROOyJLFRSURJUDPDEOH3/&
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
&DStWXOR
9iOYXODVGLVWULEXLGRUDVDFFLRQDGDVHOpFWULFDPHQWH
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
)XQFLRQHVUn sistema de control electroneumático trabaja con dos formas deenergía:
n Energía eléctrica en la sección de control de las señales
n Aire comprimido en la sección de potencia
Las válvulas distribuidoras accionadas eléctricamente (electroválvulas)forman el interface entre las dos partes de un control electroneumático .Son activadas por las señales de salida de la sección de control y distri-buyen el aire en la sección de potencia. Las tareas más importantes delas electroválvulas distribuidoras son:
n Abrir y cerrar la alimentación del aire
n Control de avance y retroceso de los cilindros
La Fig. 4.1a muestra una electroválvula que controla el movimiento deun cilindro de simple efecto. Tiene tres conexiones y dos posiciones deconmutación:
n Si no se aplica tensión a la bobina del solenoide de la electroválvula,la cámara posterior del cilindro permanece a descarga. El vástagodel cilindro está retraído.
n Si se aplica tensión al solenoide, la válvula distribuidora conmuta y lacámara recibe presión. El vástago del cilindro avanza.
n Cuando se interrumpe la corriente, la válvula conmuta de nuevo. Lacámara del cilindro se descarga y el vástago retrocede.
$FFLRQDPLHQWRGHXQFLOLQGUR
GHVLPSOHHIHFWR
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
El cilindro de doble efecto de la Fig. 4.1b es accionado por una electro-válvula distribuidora con cinco conexiones y dos posiciones.
n Si no hay tensión aplicada a la bobina del solenoide, la cámara iz-quierda del cilindro está a descarga y la cámara derecha bajo pre-sión. el vástago está retraído.
n Si se aplica tensión a la bobina del solenoide, la electroválvula distri-buidora conmuta. La cámara izquierda queda a presión, mientras quela cámara derecha se descarga. El vástago avanza.
n Cuando se interrumpe la corriente, la válvula conmuta de nuevo y elvástago retrocede.
)LJ$FFLRQDPLHQWRGHXQFLOLQGURQHXPiWLFRD6LPSOHHIHFWRE'REOHHIHFWR
$FFLRQDPLHQWRGHXQFLOLQGURGHGREOHHIHFWR
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
&RQVWUXFFLyQ\PRGRGHIXQFLRQDPLHQWRLas electroválvulas distribuidoras se activan por medio de solenoides.Estas pueden dividirse en dos grupos :
n Las válvulas con retorno por muelle (monoestables) sólo están acti-vadas mientras fluye corriente a través del solenoide.
n las válvulas de doble bobina (biestables) mantienen la última posi-ción aunque deje de fluir corriente por el solenoide.
En posición inicial, todos los solenoides de una electroválvula distribui-dora están sin tensión y por lo tanto inactivos. Una válvula de doble so-lenoide no tiene una posición estable definida ya que no tiene muelle deretorno.
Las electroválvulas distribuidoras también se distinguen por el númerode conexiones y el número de posiciones de conmutación. La denomi-nación de la válvula resulta del número de conexiones y de posiciones,por ejemplo:
n Electroválvula de 3/2 vías con muelle de retorno (monoestable)
n Electroválvula de 5/2 vías de doble bobina (biestable)
La sección siguiente explica la construcción y el modo de funciona-miento de los principales tipos de válvulas.
La Fig. 4.2 muestra dos secciones transversales de una electroválvulade 3/2 vías de accionamiento directo.
n En su posición inicial, la conexión de utilización 2 está unida a la co-nexión de descarga 3 por la ranura en el inducido (véase el detalle)(Fig. 4.2a.
n Si se excita el solenoide, la fuerzas del campo magnético fuerzan alinducido hacia arriba contra la fuerza del muelle (Fig. 4.2b). La juntade asiento inferior abre y el aire de la conexión 1 puede fluir hacia laconexión de trabajo 2. La junta de asiento superior cierra, cerrando elpaso entre las conexiones 1 y 3.
n Si la bobina del solenoide se desexcita, el inducido regresa a su po-sición inicial por efecto del muelle de retorno (Fig. 4.2a). El paso en-tre las conexiones 2 y 3 se abre y el paso entre las conexiones 1 y 2se cierra. El aire comprimido se descarga a través del tubo del indu-cido por la conexión 3.
3RVLFLyQLQLFLDO
'HQRPLQDFLyQGHODVFRQH[LRQHV
(OHFWURYiOYXODGHYtDVFRQWURODGD
GLUHFWDPHQWH
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
El accionamiento manual A, permite abrir el paso entre las conexiones 1y 2 aunque el solenoide no esté excitado. Al girar el tornillo, la leva ex-céntrica acciona el inducido. Girando de nuevo el tornillo, el inducidoregresa a su posición inicial.
$FFLRQDPLHQWRPDQXDO
)LJ(OHFWURYiOYXODGHYtDVFRQDFFLRQDPLHQWRPDQXDOQRUPDOPHQWHFHUUDGD
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
La Fig. 4.3 muestra una electroválvula de 3/2 vías normalmente abierta.La Fig. 4.3a muestra la válvula en su posición inicial y la Fig. 4.3b enposición accionada. En comparación con la posición inicial de la válvulacerrada (Fig. 4.2) las conexiones de alimentación y de escape estáninvertidas.
)LJ9iOYXODGHYtDVFRQDFFLRQDPLHQWRPDQXDOQRUPDOPHQWHDELHUWD
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
En las electroválvulas pilotadas, el émbolo de la válvula es accionadoindirectamente.
n El inducido del solenoide abre o cierra un conducto derivado de laconexión 1.
n Si el inducido está abierto, el aire comprimido de la conexión 1 ac-ciona el émbolo de la válvula.
La Fig. 4.4 explica el modo de funcionamiento del control por pilotaje.
n Si la bobina se desactiva, el inducido es presionado contra el asientoinferior por el muelle. La cámara de la parte superior del émbolo que-da a descarga (Fig. 4.4 a).
n Si la bobina se excita, el solenoide tira del inducido hacia abajo. Lacámara del lado superior del émbolo recibe presión (Fig. 4.4b).
(OHFWURYiOYXODGLVWULEXLGRUDSLORWDGD
)LJ(OHFWURYiOYXODGLVWULEXLGRUDSLORWDGD
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
La Fig. 4.5 muestra dos secciones transversales de una electroválvulade 3/2 vías pilotada .
n En su posición inicial, la superficie del émbolo sólo está sujeta a lapresión atmosférica, de forma que el muelle de retorno empuja elémbolo hacia arriba (Fig. 4.5a). Las conexiones 2 y 3 están unidas.
n Si se excita la bobina del solenoide, la cámara inferior del émbolo dela válvula se une con la conexión de presión 1 (Fig. 4.5b). La fuerzaen la superficie superior del émbolo de la válvula aumenta, presio-nando el émbolo hacia abajo. La unión entre las conexiones 2 y 3 secierra, mientras que la unión entre 1 y 2 se abre. La válvula perma-nece en esta posición mientras esté excitada la bobina del solenoide.
n Si la bobina del solenoide se desexcita, la válvula conmuta de nuevoa su posición inicial.
Se necesita una presión mínima de alimentación (presión de mando)para accionar una válvula pilotada contra la fuerza del muelle. Esta pre-sión se indica en las especificaciones de la válvula y se halla – según eltipo – entre 2 y 3 bar.
(OHFWURYiOYXODGHYtDVSLORWDGD
)LJ(OHFWURYiOYXODSLORWDGDGH
YtDVQRUPDOPHQWHFHUUDGDFRQDFFLRQDPLHQWR
PDQXDO
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
Cuanto mayor sea el caudal nominal de una válvula distribuidora, mayorserá el flujo de aire que puede suministrar.
En el caso de una electroválvula accionada directamente, el caudal ha-cia el actuador debe pasar por el asiento del inducido (véase Fig. 4.2).Para asegurar un caudal suficiente, se necesita un inducido relativa-mente grande. Esto, a su vez, requiere un muelle de retroceso grande –contra el cual el solenoide debe ejercer su fuerza. Esto exige compo-nentes de tamaños relativamente grandes y por lo tanto un elevadoconsumo de potencia .
En una electroválvula pilotada, el caudal hacia el actuador pasa por laetapa principal (Fig. 4.5). El émbolo de la válvula recibe presión a travésdel conducto de aire. Es suficiente un pequeño caudal, así que el indu-cido también puede ser menor que el de una válvula de accionamientodirecto. El consumo de potencia y la generación de calor son tambiénmenores.
Las ventajas en relación con el consumo de potencia, tamaño de lossolenoides y disipación de calor ha llevado al uso casi exclusivo deelectroválvulas pilotadas en los sistemas de control electroneumático.
&RPSDUDFLyQHQWUHYiOYXODVSLORWDGDV\GHDFFLRQDPLHQWRGLUHFWR
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
La Fig. 4.6 muestra las dos posiciones de conmutación de una electro-válvula de 5/2 vías pilotada.
n En su posición inicial, el émbolo se halla en su tope izquierdo (Fig.4.6a). Las conexiones 1 y 2, así como las 4 y 5 se hallan unidas.
n Si se excita la bobina del solenoide, la corredera de la válvula semueva hacia el tope derecho (Fig. 4.6b). En esta posición, las cone-xiones 1 y 4, así como las 2 y 3 se hallan unidas.
n Si el solenoide se desexcita el muelle de retorno devuelve la correde-ra de la válvula a su posición inicial.
n El aire de pilotaje es suministrado a través de la conexión 84.
(OHFWURYiOYXODGHYtDVSLORWDGD
)LJ(OHFWURYiOYXOD
GHYtDVSLORWDGD
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
La Fig. 4.7 muestra las tres posiciones de conmutación de una electro-válvula distribuidora de 5/3 vías.
n En su posición inicial, las bobinas de los solenoides están desexcita-das y la corredera de la válvula se halla en posición media por lafuerza de dos muelles. Las conexiones 2 y 3, así como las 4 y 5 sehallan unidas. La conexión 1 se halla cerrada.
n Si se excita el solenoide izquierdo, el émbolo de la válvula se despla-za a su tope derecho (Fig. 4.7b). Las conexiones 1 y 4, así como las2 y 3 quedan unidas.
n Si se excita la bobina del solenoide derecho, el émbolo se desplaza asu tope izquierdo (Fig. 4.7c). En esta posición, las conexiones 1 y 2,así como las 4 y 5 quedan unidas.
n Cada posición se mantiene mientras esté excitada la correspondientebobina. Si ninguna de las bobinas se halla excitada, la válvula regre-sa a su posición media inicial.
(OHFWURYiOYXODGHYtDVSLORWDGDFRQSRVLFLyQGHUHSRVRDGHVFDUJD
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
)LJ(OHFWURYiOYXODGHYtDVGREOHSLORWDMHSRVLFLyQPHGLDDGHVFDUJD
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
Las electroválvulas distribuidoras con posiciones (tales como las de 3/2o 5/2 vías) permiten hacer avanzar o retroceder un cilindro. Las electro-válvulas distribuidoras con tres posiciones (tales como las de 5/3 vías)tienen una posición media que ofrece opciones adicionales para el ac-cionamiento del cilindro. Esto puede explicarse utilizando el ejemplo detres válvulas de 5/3 vías con diferentes posiciones medias. Observare-mos el comportamiento del cilindro actuador cuando la válvula distribui-dora se halle en posición media.
n Si se utiliza una válvula de 5/3 vías en la que las conexiones de tra-bajo estén a descarga (escape), el émbolo del cilindro no ejerce nin-guna fuerza en el vástago del cilindro. El vástago puede moverse li-bremente.
n Si se utiliza una válvula de 5/3 vías en la que las conexiones de tra-bajo estén cerradas (bloqueadas), el émbolo del cilindro se mantieneen su posición. Esto se aplica también si el vástago no se halla enuno de sus extremos (Fig. 4.8b)
n Si se utiliza una válvula de 5/3 vías en la que las conexiones de tra-bajo se hallan bajo presión, el vástago avanzará con una fuerza re-ducida (Fig. 4.8c).
,QIOXHQFLDGHODSRVLFLyQPHGLD
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
)LJ,QIOXHQFLDGHODSRVLFLyQPHGLDHQHOHFWURYiOYXODV
GHYtDV
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
La Fig. 4.9 muestra dos secciones transversales de una electroválvulapilotada de 5/2 vías de doble bobina.
n Si el émbolo de la válvula se halla en su tope izquierdo, las conexio-nes 1 y 2, así como las 4 y 5 están unidas (Fig. 4.9a).
n Si se excita la bobina izquierda (14), el émbolo se desplaza hacia laderecha, con loa que las conexiones 1 y 4, así como las 2 y 3 seunen (Fig. 4.9b).
n Si la válvula debe volver a su posición inicial, no es suficiente condesexcitar la bobina izquierda. Además, hay que excitar la bobina de-recha (12).
Si ninguna de las dos bobinas está excitada, el rozamiento mantiene elémbolo de la válvula en la última posición seleccionada. Esto vale tam-bién si se excitan ambas bobinas al mismo tiempo, ya que se oponenuna a otra con la misma fuerza.
(OHFWURYiOYXODSLORWDGDGHYtDVGHGREOHERELQD
)LJ(OHFWURYiOYXODSLORWDGDGHYtDVGHGREOHERELQD
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
7LSRVGHHOHFWURYiOYXODV\GDWRVGHUHQGLPLHQWRLas electroválvulas distribuidoras se fabrican en una amplia gama devariantes y tamaños para cubrir diferentes necesidades de la prácticaindustrial.
Cuando se selecciona la válvula adecuada, es útil tener en cuenta losdos siguientes puntos:
n Primero establecer el tipo de válvula que se necesita según la tarea yla reacción exigida en caso de fallo de tensión (por ejemplo, unaelectroválvula de 5/2 vías con muelle de retorno).
n Segundo, utilizar el catálogo del fabricante para establecer qué vál-vula cumple con las prestaciones y rendimiento exigido. Además, hayque tener en cuenta no sólo el coste inicial de la válvula, sino tam-bién los costes de la instalación, mantenimiento, recambios, etc.
Las Tablas 4.1 y 4.2 resumen los tipos de electroválvulas más corrien-temente utilizadas, con sus símbolos y aplicaciones.
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
7LSRGHYiOYXOD 6tPEROR $SOLFDFLRQHV
Electroválvula de 2/2vías pilotada, retorno pormuelle
2
112 Función de cierre
Electroválvula de 3/2vías pilotada, retorno pormuelle, normalmentecerrada 3
2
112
Cilindros de simpleefecto
Electroválvula de 3/2vías pilotada, retorno pormuelle, normalmenteabierta 3
2
110
Cilindros de simpleefecto (bajo presiónsin tensión)
Electroválvula de 4/2vías pilotada, retorno pormuelle
Electroválvula de 4/2vías pilotada, retorno pormuelle
3
4 2
114
4 2
5
1
314
Cilindros de dobleefecto o actuadoresgiratorios
Electroválvula de 5/3vías pilotada, conmuelles de retorno(cerrada, a descarga o apresión en reposo)
35
4 2
1
14 12
35
4 2
1
14 12
35
4 2
1
14 12
Cilindros de dobleefecto o actuadoresgiratorios con paradaintermedia, conrequerimientosespeciales en el casode un fallo de tensión.
7DEOD$SOLFDFLRQHV\VtPERORVSDUDHOHFWURYiOYXODVGLVWULEXLGRUDVFRQPXHOOHGHUHWRUQRPRQRHVWDEOHV
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
7LSRGHYiOYXOD 6tPEROR $SOLFDFLRQHV
Electroválvula de 4/2vías pilotada, doble bobi-na
Electroválvula de 5/2vías pilotada, doble bobi-na
3
4 2
1
14 12
4 2
351
14 12
Cilindros de dobleefecto o actuadoresgiratorios
Si no hay disponible una válvula con todas las propiedades requeridas,a menudo puede utilizarse una válvula con un número de conexionesdiferente.
n Las electroválvulas de 4/2 vías y de 5/2 vías realizan casi la mismafunción (escape único o escapes separados). Son intercambiables.
n Para realizar la función de una válvula de 3/2 vías de doble bobina,puede cerrarse con un tapón una de las conexiones de utilización deuna válvula de 4/2 o de 5/2 vías.
Un sistema de control electroneumático debería diseñarse de forma quelas piezas no se dañaran por un movimiento incontrolado en el caso deun fallo de tensión o de la rotura de un cable. El comportamiento de uncilindro neumático en tales circunstancias puede determinarse por laelección de una válvula distribuidora u otra:
n Una electroválvula distribuidora de 3/2 o de 5/2 vías conmuta a suposición inicial ante un fallo de tensión, con lo que el cilindro quecontrola regresa a su posición inicial.
n Una válvula de 5/3 vías también conmuta a su posición inicial ante unfallo de tensión. Si las conexiones de trabajo están a escape en suposición inicial, el cilindro queda libre de esfuerzo. Si ambas cone-xiones quedan bajo presión, el cilindro avanza con una fuerza redu-cida. Si las conexiones quedan cerradas, se interrumpe el movi-miento del cilindro.
n Una válvula de doble solenoide retiene su posición actual. El vástagodel cilindro termina el movimiento que estuviera realizando o perma-nece en la posición final en que se hallaba.
7DEOD$SOLFDFLRQHV\VtPERORSDUD
YiOYXODVGHGREOHERELQD
)DOORGHWHQVLyQ\URWXUDGHFDEOH
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
Las electroválvulas distribuidoras son generalmente de diseño modular.Se componen de los siguientes elementos:
n La electroválvula distribuidora propiamente dicha
n Uno o dos solenoides para su accionamiento
n Una o dos conectores para las señales de mando a las bobinas
La Fig. 4.10 muestra un ejemplo de este diseño modular.
'LVHxRPRGXODUGHHOHFWURYiOYXODVGLVWULEXLGRUDV
)LJ'LVHxRPRGXODUGHXQDHOHFWURYiOYXODGLVWULEXLGRUD)HVWR
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
Los datos característicos de una válvula vienen determinados por lacombinación de los tres elementos (Fig. 4.11). Los componentes mecá-nicos de una válvula afectan principalmente a las características neu-máticas, mientras que la bobina del solenoide y el conector del cableinfluyen en las características eléctricas.
)LJ'DWRVFDUDFWHUtVWLFRVGHXQDYiOYXODGLVWULEXLGRUD
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
Para permitir adaptarse a las diferentes formas de instalación, las elec-troválvulas distribuidoras están disponibles con dos configuracionesdiferentes de las conexiones.
n En una válvula de montaje directo (en línea) todas las conexionesneumáticas están roscadas, de forma que los racores y los silencia-dores pueden montarse directamente en la válvula. Las válvulaspueden montarse individualmente, pero también pueden montarsevarias válvulas en una placa base única.
n En las válvulas para placa base, todas las conexiones se hallan en elmismo lado y los agujeros de las conexiones en el cuerpo de la vál-vula no están roscados. Las válvulas para placa base se montan in-dividualmente o en grupo sobre placas base individuales o agrupa-das.
'LVSRVLFLyQGHODVFRQH[LRQHVGHXQDYiOYXOD
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
La Fig. 4.12 muestra un bloque distribuidor con placas base agrupadas.En primer plano aparece una electroválvula de doble bobina, detrás dela cual hay dos electroválvulas de simple bobina. La primera posición esde reserva y está sellada con una placa ciega. Las conexiones de losactuadores son visibles en la cara lateral derecha de la placa base.
Las conexiones comunes de alimentación y escape se hallan en la carafrontal de la placa final (en la parte posterior, no visibles en la foto).
(MHPSORGHDSOLFDFLyQ
)LJ0RQWDMHGHHOHFWURYiOYXODV
GLVWULEXLGRUDVHQSODFDEDVH)HVWR
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
Algunas placas base están estandarizadas según ISO. Tienen dimen-siones estándar, permitiendo con ello que en una misma placa base ISOpuedan montarse válvulas de diferentes fabricantes.
A menudo es ventajoso utilizar válvulas no estandarizadas y específicasde un fabricante. Este es especialmente el caso si las válvulas específi-cas son más compactas que las válvulas equivalentes ISO y puedeninstalarse con costos inferiores.
En la Tabla 4.3 se resumen los datos característicos y condiciones defuncionamiento de tres válvulas de 5/2 vías.
7LSRGHYiOYXOD(OHFWURYiOYXODSLORWDGDGHYtDVFRQUHWRUQRSRU
PXHOOH(OHFWURYiOYXODSLORWDGDGHYtDVFRQUHWRUQRSRUPXHOOH\DOLPHQWDFLyQDX[LOLDUGHOSLORWDMH
(OHFWURYiOYXODSLORWDGDGHYtDVFRQUHWRUQRSRU
PXHOOH
Distribución de lasconexiones
Válvula en placa base Válvula en placa base conaire de pilotaje auxiliar
Válvula individual
Símbolo gráfico
4 2
5
1
314
4 2
5
1
314
4 2
5
1
314
Tamaño nominal 4,0 mm 4,0 mm 14,0 mm
Caudal nominal 500 l/min 500 l/min 2000 l/min
Margen de presión2,5 a 8 bar
0,9 a 8 bar(aire de pilotaje auxiliar:
2,5 a 8 bar)2,5 a 10 bar
Tiempo de respuestaActivación/Desactivación
20/30 ms 20/30 ms 30/55 ms
9iOYXODV,62
'DWRVFDUDFWHUtVWLFRVGHODVHOHFWURYiOYXODVGHYtDV7DEOD'DWRVFDUDFWHUtVWLFRVQHXPiWLFRVGHHOHFWURYiOYXODVGLVWULEXLGRUDV)HVWR
73•)HVWR'LGDFWLF
&DStWXOR
Si hay que utilizar una válvula de gran caudal o de pequeño caudal,depende el tamaño del cilindro que se controla.
Un cilindro con una gran superficie de émbolo o con movimientos dealta velocidad, exige la utilización de una válvula con un elevado caudal.Un cilindro con un émbolo pequeño o que tenga que desplazarse lenta-mente puede ser controlado con una válvula de poco caudal. El tamañonominal y el caudal nominal de una válvula son medidas de las caracte-rísticas de caudal de una válvula.
Para determinar el caudal nominal de una válvula, hay que hallar la sec-ción transversal más pequeña que tiene que atravesar el aire. La co-rrespondiente sección transversal se convierte en un área circular. Eldiámetro de este área es el tamaño nominal de la válvula.
Un gran tamaño nominal produce un elevado caudal y un pequeño ta-maño nominal un reducido caudal.
El caudal nominal de una válvula se mide bajo condiciones especifica-das. Durante la medición hay que mantener una presión de 6 bar en laentrada de la válvula y una presión de 5 bar en la salida.
Teniendo en cuenta sus caudales, las válvulas descritas en la Tabla 4.3con un tamaño nominal de 4 mm son las más utilizadas para cilindroscon un diámetro de émbolo de hasta 50 mm. Por otro lado, las válvulascon tamaño nominal de 14 mm son adecuadas para cilindros con gran-des diámetros de émbolo, en los que se espera que el vástago alcanceelevadas velocidades de avance y retroceso.
El margen de presión es el margen de la presión de alimentación en elque la válvula puede funcionar, el límite superior de presión viene de-terminado por la resistencia del cuerpo de la válvula y el límite inferiorpor la etapa de pilotaje (véase la sección 4.2).
Si la válvula acciona un actuador que sólo funciona a baja presión (porejemplo, un generador de vacío, la presión no será suficiente para ac-cionar la etapa de pilotaje de una válvula distribuidora. Por ello la vál-vula distribuidora deberá tener una alimentación aparte para el pilotaje.
7DPDxRQRPLQDO\FDXGDOQRPLQDO
0DUJHQGHSUHVLyQ
)HVWR'LGDFWLF•73
&DStWXOR
Los tiempos de respuesta indican el lapso de tiempo que transcurreentre el accionamiento del contacto y la conmutación de la válvula.
Con válvulas de retorno por muelle, el tiempo de respuesta desde laposición inicial a la posición de accionamiento, es generalmente máscorto que el tiempo de conmutación en sentido inverso.
Un tiempo de respuesta largo ralentiza el rendimiento de un sistemaelectroneumático, ya que se tarda más en aplicar presión y en descar-gar el aire de los cilindros neumáticos.
'DWRVFDUDFWHUtVWLFRVGHODVERELQDVUna electroválvula distribuidora puede ser dotada con diferentes tiposde bobinas de solenoides. El fabricante de la válvula a menudo ofreceuna o más series de válvulas para cada tipo de válvula distribuidora, condimensiones adecuadas al tamaño de la válvula. La elección de unabobina se hace basándose en sus datos eléctricos característicos (Ta-bla 4.4).
7LSRGHERELQD &RUULHQWHFRQWLQXD'& &RUULHQWHDOWHUQD$&Tensiones Normal 12, 24, 42, 48 V 24, 42, 110, 230 V, 50 Hz
Especial Bajo demanda Bajo demanda
Variaciones de tensión máx. ± 10 % máx. ± 10 %
Fluctuación de la frecuencia – máx. ± 5 %a la tensión nominal
Consumo a tensiones nor-males
4,1 W a 12 V4,5 W a 24 V
Llamada: 7.5 VASostenimiento: 6 VA
Factor de potencia – 0,7
Ciclo de trabajo 100 % 100 %
Grado de protección IP 65 IP 65
Pasamuros del cable PG9 PG9
Temperatura ambiente de – 5 a + 40 °C de – 5 + 40 °C
Temperatura del fluido de –10 a + 60 °C de –10 a + 60 °C
Tiempo promedio de llamada 10 ms 10 ms
7LHPSRVGHUHVSXHVWD
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La especificación de tensión en la Tabla 4.4 indica la tensión a la quehay que alimentar las bobinas. Las bobinas se eligen según la tensiónde las señales de la sección de control del sistema electroneumático. Sila sección de control funciona a 24 V DC, por ejemplo, deberá elegirseel correspondiente tipo de bobina.
Para asegurar el correcto funcionamiento de la bobina, la tensión sumi-nistrada por la sección de control de las señales deberá hallarse entreciertos límites. Para una bobina del tipo 24 V, los límites son los si-guientes:
Tensión mínima: Vmin = 24 V ⋅ (100% - 10%) = 24 V ⋅ 0.9 = 21,6 V
Tensión máxima: Vmax = 24 V ⋅ (100% + 10%) = 24 V ⋅ 1,1 = 26,4 V
Si la sección de señales de control funciona con corriente alterna y porlo tanto se utilizan bobinas de tensión alterna, la frecuencia de la co-rriente alterna deben hallarse dentro de un margen especificado. Paralas bobinas de corriente alterna (AC) descritas en la tabla se permitenvariaciones del 5% por encima o por debajo de los 50 Hz; en otras pala-bras, el margen de frecuencia permitido se halla entre 47,5 y 52,5 Hz.
Cuando se determina la potencia que debe tener la fuente de alimenta-ción de la sección de control de señales, deben tenerse en cuenta losdatos de potencia (consumo y factor de potencia) de las bobinas.Es aconsejable elegir una fuente de alimentación que no se sobrecar-gue incluso en el caso de que todas las bobinas se activen simultánea-mente.
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)HVWR'LGDFWLF•73
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Cuando se activa un solenoide, fluye una corriente a través de la bobi-na. La temperatura de la bobina aumenta debido a la resistencia óhmi-ca. El ciclo de trabajo indica en porcentaje máximo de tiempo de funcio-namiento que puede soportar la bobina. Una bobina de un solenoidecon un ciclo de trabajo del 100% puede estar permanentemente activa-da.
Si el ciclo de trabajo es inferior al 100%, la bobina se calentaría dema-siado en funcionamiento continuo. El aislamiento se fundiría y la bobinase destruiría. El ciclo de trabajo se especifica en relación con un tiempode funcionamiento de 10 minutos. Si, por ejemplo, el ciclo de trabajo deuna bobina es del 60%, esta no puede estar excitada más de 6 minutospara un tiempo de funcionamiento de 10 minutos.
La clase de protección indica hasta qué grado está protegida la bobinaante la entrada de polvo y agua. Las bobinas descritas en la Tabla 4.4tienen una clase de protección IP 65, es decir, están protegidas contrala entrada de polvo y pueden funcionar en un entorno en el que esténexpuestos a chorros de agua. Los diferentes grados de protección estánexplicados con detalle en el capítulo 7.
La especificación del montaje de los cables se refiere a las conexioneseléctricas de las bobinas de los solenoides (véase sección 4.5).
El funcionamiento fiable de la bobina de un solenoide sólo puede ga-rantizarse si la temperatura ambiente y la temperatura del medio, esdecir, la temperatura del aire comprimido se halle dentro de límites es-pecificados.
Cuando se excita la bobina de un solenoide, se genera su campo mag-nético y por lo tanto la potencia del solenoide, pero con un retardo. Eltiempo de llamada promedio indica el lapso de tiempo entre el instanteen que la corriente fluye por la bobina y el momento que se levanta elinducido. El tiempo promedio de llamada es típicamente entre 10 y 30milisegundos.
Cuanto más largo es el tiempo de llamada, mayor será el tiempo derespuesta de la válvula distribuidora accionada.
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&RQH[LyQHOpFWULFDGHERELQDVGHVROHQRLGHLa bobina de una electroválvula distribuidora se conecta a la sección decontrol de señales de un sistema electroneumático a través de cablesbifilares. Normalmente hay un conector entre el cable y el solenoide.Cuando se inserta el conector hay que atornillarlo para proteger loscontactos de la entrada de polvo y agua. El tipo de conector, de zócalo yde cable están especificados en la documentación técnica de la bobina(como el PG9 en la Tabla 4.4).
El circuito eléctrico que activa una bobina se abre o se cierra por uncontacto en la sección de control. Cuando el contacto se abre, la co-rriente que fluye por la bobina disminuye bruscamente. Como resultadodel rápido cambio en la intensidad de la corriente, junto con la inductan-cia de la bobina se induce brevemente una tensión muy alta en la bobi-na. Al abrir el contacto puede producirse un arco. Incluso tras un perío-do de tiempo relativamente corto, puede deteriorarse el contacto. Porello es necesario un circuito de protección
La Fig. 4.13 muestra un circuito de protección de una bobina DC. Mien-tras el contacto está cerrado, fluye una corriente I1 a través del solenoi-de y ninguna corriente a través del diodo (Fig. 4.13a). Cuando se abre elcontacto, el flujo de corriente en el circuito principal se interrumpe (Fig,4.13b). El diodo ahora conduce, con lo cual se disipa la energía alma-cenada en la bobina.
Como resultado del circuito de protección, la corriente IM ya no está su-jeta a un descenso brusco, sino que se ve reducida de forma continuadadurante un cierto período de tiempo. El pico de tensión inducido es con-siderablemente inferior, asegurando que ni el contacto ni la bobina re-sultarán dañados.
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)HVWR'LGDFWLF•73
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I1
I = 01
I = IM 1
IM
I = 0D
I = ID M
D
E
+24V
+24V
0V
0V
Además del circuito de protección necesario para el funcionamiento dela válvula, pueden integrarse otras funciones auxiliares en la conexióndel cable, por ejemplo:
n Piloto indicador (luce cuando la bobina del solenoide está activada)
n Retardo a la conmutación (para poder hacer temporizaciones)
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El circuito de protección y las funciones auxiliares se integran en el zó-calo del cable o en forma de piezas intercaladas, por ejemplo, la juntailuminada (Fig. 4.14). Hay que elegir los cables y zócalos adaptadoresadecuados para ajustarse a la tensión a la que funciona la sección decontrol (por ejemplo 24 V DC).
Las clavijas, los zócalos y adaptadores se sellan para evitar que entrepolvo o humedad a través del conector. Si el adaptador, la bobina y elcable de la válvula tienen diferentes clases de protección, se consideraque la válvula en su conjunto tiene la menor de las tres clases de pro-tección.
Si está previsto utilizar electroválvulas distribuidoras en entornos some-tidos a riesgo de explosión, será necesario utilizar bobinas especialesantideflagrantes, aprobadas para estas aplicaciones. Estas bobinas ge-neralmente tiene cables embebidos sin conector.
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