Actuadores neumáticos Manual TP 220 Con CD-ROM Festo Didactic 559881 ES Utilización prevista El sistema para la enseñanza de Festo Didactic ha sido concebido exclusivamente para la formación y el perfeccionamiento profesional en materia de sistemas y técnicas de automatización industrial. La empresa que ofrece clases a aprendices y/o estudiantes deberá velar por que se adopten las medidas de seguridad descritas en el presente manual y que establecen las normas legales. Festo Didactic se exime explícitamente de cualquier responsabilidad en relación con daños sufridos por aprendices/estudiantes de la empresa y/o por terceros, ocasionados durante la utilización del presente conjunto de equipos con fines que no corresponden al plan didáctico, a menos que Festo haya causado dichos daños intencionadamente o por negligencia grave. Nº de artículo: Datos actualizados en: Autores: Gráficos: Maquetación: 559881 01/2008 Frank Ebel, Jürgen Hasel Frank Ebel, Doris Schwarzenberger 10/2007 © Festo Didactic GmbH & Co. KG, D-73770 Denkendorf, 2008 Internet: www.festo-didactic.com e-mail: [email protected] Sin nuestra expresa autorización, queda terminantemente prohibida la reproducción total o parcial de este documento, así como su uso indebido y/o su exhibición o comunicación a terceros. De los infractores se exigirá el correspondiente resarcimiento de daños y perjuicios. Quedan reservados todos los derechos inherentes, en especial los de patentes, de modelos registrados y estéticos. El usuario autorizado puede reproducir partes de la obra únicamente con fines didácticos. 2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Índice Prólogo ___________________________________________________________ 7 Introducción _________________________________________________________ 9 Indicaciones de seguridad y utilización ___________________________________ 11 Equipo didáctico tecnológico para electroneumática (TP 200) ________________ 13 Objetivos didácticos del nivel avanzado (TP 220) ___________________________ 15 Atribución de ejercicios en función de los objetivos didácticos ________________ 16 Componentes del nivel avanzado (TP 220) ________________________________ 18 Atribución de componentes en función de los ejercicios _____________________ 22 Información didáctica para el instructor __________________________________ 24 Estructura metódica de los ejercicios ____________________________________ 25 Denominación de los componentes ______________________________________ 26 Contenido del CD-ROM ________________________________________________ 27 Parte A – Ejercicios Ejercicio 1 Configuración de una red de aire comprimido (teoría) ________________________ 3 Ejercicio 2 Dimensionamiento de la parte neumática funcional (teoría) ___________________ 9 Ejercicio 3 Dimensionamiento de la parte neumática funcional en función de la duración necesaria de los movimientos (teoría) ____________________________________ 15 Ejercicio 4 Dimensionamiento de cilindros en función de la velocidad necesaria y de la presión existente (teoría) ________________________________________ 23 Ejercicio 5 Dimensionamiento de los tubos de conexión de cilindros (teoría) _____________ 27 Ejercicio 6 Análisis de la velocidad de los movimientos de actuadores lineales (práctica) ___ 33 Ejercicio 7 Reducción de costos mediante presiones diferentes de avance/retroceso (teoría) 53 Ejercicio 8 Reducción de costos evitando fugas (teoría) ______________________________ 59 Ejercicio 9 Análisis de los movimientos de actuadores lineales (práctica) ________________ 63 Ejercicio 10 Descripción de la amortiguación de final de carrera de actuadores lineales (teoría) __________________________________________ 81 Ejercicio 11 Cálculo de momentos de inercia de las masas (teoría) _______________________ 87 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 3 Índice Ejercicio 12 Análisis de los movimientos de actuadores giratorios (práctica) _______________ 93 Ejercicio 13 Descripción del funcionamiento y de la activación del músculo neumático (práctica) ______________________________________ 107 Ejercicio 14 Selección de un músculo neumático (teoría) _____________________________ 119 Ejercicio 15 Comparación entre cilindros estándar y músculos neumáticos (práctica)_______ 123 Ejercicio 16 Comportamiento de controles neumáticos en caso de un corte de alimentación de energía (práctica) __________________ 133 Parte B – Fundamentos teóricos 4 1. 1.1 1.2 1.3 La neumática en la automatización _______________________________B-3 Informaciones generales ________________________________________B-3 Campos de aplicación de la neumática ____________________________B-4 Comparación con otras formas de energía __________________________B-6 2. 2.1 2.2 2.3 2.4 Economía de aparatos neumáticos _______________________________B-9 Costos del aire comprimido ___________________________________ B-10 Un ejemplo de utilización correcta de aire comprimido _____________ B-12 Un ejemplo de utilización incorrecta de aire comprimido ____________ B-13 Costos originados por fugas en redes de aire comprimido ___________ B-15 3. 3.1 3.2 3.3 Distribución de aire comprimido y unidades de mantenimiento _____ Distribución de aire __________________________________________ Dimensionamiento de los tubos ________________________________ Unidad de mantenimiento _____________________________________ B-17 B-17 B-20 B-24 4. 4.1 4.2 4.3 Actuadores neumáticos ______________________________________ Actuadores lineales __________________________________________ Actuadores giratorios ________________________________________ Músculo neumático __________________________________________ B-33 B-34 B-41 B-45 5. 5.1 5.2 5.3 Optimización de la parte funcional _____________________________ Estructura y configuración de un sistema de aire comprimido ________ Cilindro de trabajo ___________________________________________ Reducción de costos mediante válvulas más pequeñas _____________ B-51 B-51 B-55 B-64 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Índice Parte C – Soluciones Ejercicio 1 Configuración de una red de aire comprimido. Solución _____________________ C-3 Ejercicio 2 Dimensionamiento de la parte neumática funcional. Solución ________________ C-7 Ejercicio 3 Dimensionamiento de la parte neumática funcional en función de la duración necesaria de los movimientos. Solución _________________________________ C-11 Ejercicio 4 Dimensionamiento de cilindros en función de la velocidad necesaria y de la presión existente. Solución______________________________________ C-17 Ejercicio 5 Dimensionamiento de los tubos de conexión de cilindros. Solución ___________ C-19 Ejercicio 6 Análisis de la velocidad de los movimientos de actuadores lineales. Solución __ C-23 Ejercicio 7 Reducción de costos mediante presiones diferentes para avance y retroceso. Solución ______________________________________ C-37 Ejercicio 8 Reducción de costos evitando fugas. Solución ____________________________C-41 Ejercicio 9 Análisis de los movimientos de actuadores lineales. Solución _______________C-43 Ejercicio 10 Descripción de la amortiguación de final de carrera de actuadores lineales. Solución _______________________________________ C-55 Ejercicio 11 Cálculo de momentos de inercia de las masas. Solución ____________________ C-59 Ejercicio 12 Análisis de los movimientos de actuadores giratorios. Solución ______________ C-63 Ejercicio 13 Descripción del funcionamiento y de la activación del músculo neumático. Solución ______________________________________ C-71 Ejercicio 14 Selección de un músculo neumático. Solución ____________________________ C-77 Ejercicio 15 Comparación entre cilindros estándar y músculos neumáticos. Solución _______ C-79 Ejercicio 16 Comportamiento de controles neumáticos en caso de un corte de alimentación de energía. Solución ___________________ C-83 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 5 Índice Parte D – Anexo Sistema de almacenamiento __________________________________________ D-2 Técnicas de fijación _________________________________________________ D-3 Tubos flexibles de material sintético ___________________________________ D-4 Hojas de datos Tubo flexible de material sintético PUN, calibración exterior __ Válvula de cierre HE __________________________________ Unidad de filtro y regulador LFR/LFRS, serie D, metálica _____ Depósito de aire comprimido CRVZS _____________________ Electroválvula de 5/3 vías _____________________________ Músculo neumático DMSP-10-..., con conexión prensada ____ Electroválvula de 3/2 vías, válvula de respuesta rápida______ Actuador giratorio DSR-16-... ___________________________ Generador de funciones _______________________________ Detector de posición SMT-8-SL, para montaje en ranura en T _ Válvula de estrangulación y antirretorno, tipo GR-M5x2 _____ Actuador lineal DGC-18-...-GF, con guía deslizante __________ 6 (3/5.2-15) __ 151496 (2/5.2-7) ___ 152894 (3/1.2-3) ___ 152894 (3/6.2-2) ___ 152912 (2/1.1-48) __ 541132 (1/5.6-10) __ 544311 (2/3.2-61) __ 544312 (1/4.1-38) __ 544313 ___________ 544315 (1/10.2-20) _ 548589 (4.2/21-1) __ 548634 (1/3.1-26) __ 548641 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Prólogo El sistema para la enseñanza en materia de sistemas y técnica de automatización industrial se rige por diversos planes de estudios y exigencias que plantean las profesiones correspondientes. Los equipos didácticos están clasificados según los siguientes criterios: • Equipos didácticos básicos para la adquisición de conocimientos tecnológicos básicos generales • Equipos didácticos tecnológicos, que abordan temas de importancia sobre la técnica de control y regulación • Equipos didácticos de funciones, que explican las funciones básicas de sistemas automatizados • Equipos didácticos de aplicaciones, que permiten estudiar en circunstancias que corresponden a la realidad práctica Los equipos didácticos abordan los siguientes temas técnicos: neumática, electroneumática, controles lógicos programables, hidráulica, electrohidráulica, hidráulica proporcional y técnicas de accionamiento eléctrico. © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 7 Prólogo Los equipos didácticos tienen una estructura modular, por lo que es posible dedicarse a aplicaciones que rebasan lo previsto por cada uno de los equipos didácticos individuales. Por ejemplo, es posible trabajar con controles lógicos programables para actuadores neumáticos, hidráulicos y eléctricos. Todos los equipos didácticos tienen la misma estructura: • Hardware (equipos técnicos) • Teachware (material didáctico para la enseñanza) • Software • Seminarios El hardware incluye componentes y equipos industriales que han sido adaptados para fines didácticos. La concepción didáctica y metodológica del «teachware» considera el hardware didáctico ofrecido. El «teachware» incluye lo siguiente: • Manuales de estudio (con ejercicios y ejemplos) • Manuales de trabajo (con ejercicios prácticos, informaciones complementarias, soluciones y hojas de datos) • Transparencias para proyección y vídeos (para crear un entorno de formación activo) Los medios de estudio y enseñanza se ofrecen en varios idiomas. Fueron concebidos para la utilización en clase, aunque también son apropiados para el estudio autodidacta. El software incluye programas de estudio en la red (WBT), software de simulación y software de programación para controles lógicos programables. Los contenidos que se abordan mediante los equipos didácticos tecnológicos se completan mediante una amplia oferta de seminarios para la formación y el perfeccionamiento profesional. 8 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Introducción El presente manual de trabajo forma parte del sistema para la enseñanza en materia de sistemas y técnica de automatización industrial de Festo Didactic GmbH & Co. KG. El sistema constituye una sólida base para la formación y el perfeccionamiento profesional de carácter práctico. El TP 220 es complemento de los equipos didácticos TP 201 y TP 202, agregando temas básicos sobre actuadores neumáticos. Los contenidos didácticos se centran en la selección y el dimensionado de diversos tipos de actuadores modernos, considerando sus cualidades específicas y teniendo en cuenta diversos criterios de economía y seguridad. Para efectuar el montaje de los sistemas de control, debe disponerse de un puesto de trabajo fijo, equipado con un panel de prácticas perfilado de Festo Didactic. El panel perfilado tiene 14 ranuras en T paralelas a una distancia de 50 milímetros. La fuente de corriente continua utilizada es una unidad de alimentación a prueba de cortocircuitos (entrada: 230 V, 50 Hz; salida: 24 V, máx. 5 A). La alimentación de aire comprimido puede estar a cargo de un compresor móvil con silenciador (230 V, aprox. 50 l/min., máximo 800 kPa = 8 bar). La presión de funcionamiento deberá ser, como máximo, de p = 600 kPa = 6 bar. Para un funcionamiento óptimo, la presión de funcionamiento del sistema de control deberá ser de máximo p = 500 kPa = 5 bar con aire sin lubricar. Para realizar los ejercicios prácticos se necesitan componentes incluidos en los conjuntos TP 101, TP 201 y TP 202. La teoría necesaria para entender su funcionamiento consta en la parte B del presente manual. Además, se ofrecen hojas de datos correspondientes a todos los componentes (cilindros, válvulas, aparatos de medición). © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 9 Introducción 10 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Indicaciones de seguridad y utilización Por motivos de seguridad, es recomendable respetar las siguientes indicaciones: • Los tubos flexibles que se sueltan estando sometidos a presión, pueden causar accidentes. Por lo tanto, deberá desconectarse de inmediato la alimentación de presión. Festo Didactic recomienda el uso de gafas protectoras al resolver las tareas de los conjuntos didácticos TP 100 (neumática) y TP 200 (electroneumática). • Los tubos flexibles deberán tener la longitud apropiada para que la unión entre dos conexiones sea la más corta posible. • Primero conectar los tubos flexibles y sólo a continuación conectar el aire comprimido. • ¡Atención! Al conectar el aire comprimido, es posible que los cilindros avancen o retrocedan inesperadamente • No accionar a mano las válvulas con rodillo. Utilice para ello una herramienta. • Los detectores de final de carrera deberán montarse lateralmente en relación con la leva (no efectuar un montaje frontal). • No deberá superarse la presión máxima de funcionamiento (consultar hojas de datos). • Montaje de los circuitos neumáticos: Utilizar los tubos flexibles de 4 mm / 6mm de diámetro exterior para conectar los componentes. Al hacerlo, introducir el racor hasta el tope. No es necesario asegurarlo adicionalmente. • Antes del desmontaje, deberá desconectarse la alimentación de la presión. • Desmontaje de tubos flexibles neumáticos: Presione sobre el anillo de desbloqueo de color azul para retirar el tubo flexible. • Deberán tenerse en cuenta las indicaciones correspondientes a cada componente que constan en las hojas de datos, incluidas en la parte D. © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 11 Indicaciones de seguridad y utilización • Las placas de montaje de los equipos están dotadas con las variantes de fijación A, B o C: Variante A, sistema de retención por encastre Para componentes ligeros, no sometidos a cargas (por ejemplo, válvulas de vías). Los componentes se montan encajándolos en las ranuras de panel perfilado. Para desmontar los componentes debe accionarse la leva azul. Variante B, sistema giratorio Componentes medianamente pesados sometidos a cargas bajas (por ejemplo, actuadores). Estos componentes se sujetan al panel perfilado mediante tornillos con cabeza de martillo. Para sujetar o soltar los componentes se utilizan las tuercas moleteadas de color azul. Variante C, sistema atornillado Para componentes que soportan cargas altas o componentes que no se retiran con frecuencia del panel perfilado (por ejemplo, válvula de cierre con unidad de filtro y regulador). Estos componentes se fijan mediante tornillos de cabeza cilíndrica y tuercas en T. • Para evaluar los sistemas de control montados, se utiliza el generador de funciones. Este generador de funciones se utiliza con los siguientes fines: – Medición los tiempos de los movimientos del actuador lineal y del actuador giratorio – Accionamiento de la válvula de respuesta rápida. 12 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Equipo didáctico tecnológico para electroneumática (TP 200) El equipo didáctico tecnológico TP 200 incluye una gran cantidad de material didáctico y de seminarios. Este equipo didáctico se dedica únicamente al tema de los sistemas de control electroneumáticos. Los componentes individuales del equipo didáctico TP 200 también pueden formar parte del contenido de otros equipos didácticos. Componentes esenciales del TP 200 • • • • • • Mesa de trabajo fija con panel perfilado de Festo Didactic Compresor (230 V, 0,55 kW, máximo 800 kPa = 8 bar) Conjuntos de elementos o componentes individuales Material didáctico opcional Modelos prácticos Instalaciones de laboratorio completas Material didáctico Manuales de estudio Manuales de trabajo Electroneumática, nivel básico. Fundamentos de la técnica de control neumático Nivel básico TP 201 Nivel avanzado TP 202 Nivel avanzado TP 220 «Teachware» opcional Juegos de transparencias para proyección Símbolos magnéticos, plantillas Programa de estudio Electroneumática Modelos seccionados 1 + 2 con estuches para su almacenamiento ® Software de simulación FluidSIM Neumática ® Software de medición Fluid Lab -P © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 13 Equipo didáctico tecnológico para electroneumática (TP 200) Seminarios P111 Fundamentos de la neumática y de la electroneumática P121 Reparación y localización de fallos en instalaciones neumáticas y electroneumáticas IW-PEP Reparación y mantenimiento de sistemas de control. Controles neumáticos y electroneumáticos EP-AL Electroneumática para la formación profesional KONST1 Configuración eficiente de equipos en términos energéticos. Parte 1 KONST2 Configuración eficiente de equipos en términos energéticos. Parte 2 Las fechas y lugares de los seminarios, así como los precios de los cursos constan en el folleto actualizado del plan de seminarios. Los materiales didácticos disponibles constan en los catálogos y en Internet. Los equipos didácticos de la tecnología de automatización industrial se actualizan y amplían constantemente. Los juegos de transparencias, las películas, los CD-ROM y DVD y los manuales se ofrecen en varios idiomas. 14 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Objetivos didácticos del nivel avanzado (TP 220) • Configuración de una red de aire comprimido • Dimensionamiento de la parte funcional neumática • La velocidad de los movimientos en función de los tubos flexibles y racores seleccionados • Reducción de costos mediante presiones diferentes para el avance y el retroceso • Reducción de costos evitando fugas • Características de los movimientos de actuadores lineales • Cálculo de momentos de inercia de las masas • Características de los movimientos de actuadores giratorios • Funcionamiento, activación y selección de músculos neumáticos • Comparación entre cilindros estándar y músculos neumáticos • Comportamiento de sistemas de control neumáticos en caso de un corte de alimentación de energía © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 15 Atribución de ejercicios en función de los objetivos didácticos Ejercicio 1 2 3 4 • • • 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Objetivos didácticos Los estudiantes saben cómo dimensionar redes de aire comprimido • Los estudiantes conocen la influencia que la configuración de la red de aire comprimido en el fluido constituido por aire comprimido • Los estudiantes saben utilizar diagramas para dimensionar la parte funcional de un determinado control neumático Los estudiantes saben utilizar nomogramas para dimensionar los tubos flexibles conectados a cilindros • Los estudiantes conocen la influencia que tienen los racores en la velocidad de los movimientos de un cilindro • Los estudiantes conocen la influencia que tienen la longitud y el diámetro de los tubos flexibles en la velocidad de los movimientos de un cilindro • Los estudiantes saben que utilizando presiones diferentes para el avance y el retroceso, es posible disminuir el consumo de aire comprimido • Los estudiantes conocen las consecuencias que tienen las fugas en relación con los costos • Los estudiantes conocen los parámetros que inciden en las características de los movimientos de cilindros • Los estudiantes saben adoptar medidas de optimización, dependiendo de cada aplicación • Los estudiantes conocen la diferencia entre estrangulamiento del aire de alimentación y del aire de escape Los estudiantes conocen diversos tipos de amortiguación en las posiciones finales • • Los estudiantes saben utilizar el software para seleccionar amortiguadores para una aplicación determinada 16 • © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Atribución de ejercicios en función de los objetivos didácticos Ejercicio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Objetivos didácticos Los estudiantes pueden calcular los momentos de inercia de las masas de diversos cuerpos, utilizando una herramienta de software • Los estudiantes conocen la importancia que tiene el momento de inercia de las masas cuando se eligen actuadores giratorios • Los estudiantes conocen los parámetros que inciden en las características de los movimientos de actuadores giratorios Los estudiantes conocen la estructura y el funcionamiento del músculo neumático • • Los estudiantes pueden nombrar aplicaciones típicas del músculo neumático • Los estudiantes pueden seleccionar un músculo neumático para una aplicación específica, utilizando la correspondiente herramienta de software Los estudiantes conocen las ventajas y desventajas de los músculos neumáticos • • Los estudiantes pueden evaluar el comportamiento de controles neumáticos en caso de un corte de la alimentación de energía • Los estudiantes conocen diversas condiciones marginales en una situación de PARADA DE EMERGENCIA • Los estudiantes saben cómo utilizar válvulas reguladoras desbloqueables en sistemas de control • Los estudiantes conocen las consecuencias que tienen los errores en sistemas de control neumáticos © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 • 17 Componentes del nivel avanzado (TP 220) Los componentes incluidos en este equipo didáctico de nivel avanzado fueron concebidos para el perfeccionamiento profesional en materia de la técnica de control electroneumática. Los conjuntos de los equipos didácticos (TP 201, TP 202 y TP 202) contienen todos los componentes necesarios para alcanzar los objetivos didácticos definidos y pueden ampliarse ilimitadamente con otros conjuntos de componentes del sistema para la enseñanza de la técnica de automatización. Conjunto de componentes del nivel avanzado (TP 220; Nº de artículo: 541184) 18 Denominación N° de art. Cantidad Electroválvula de 3/2 vías, normalmente cerrada, válvula de respuesta 544312 1 Electroválvula de 5/3 vías, centro cerrado 541132 1 Válvula reguladora, doble 548634 2 Depósito de aire comprimido 152912 1 Válvula de cierre con unidad de filtro y regulador 152894 1 Generador de funciones 544315 1 Peso, 0,175 kg 548581 2 Peso, 2 kg 548582 1 Piezas pequeñas complementarias 544316 1 Tubo flexible de material sintético 3 x 0,5, 5 m 197118 1 Tubo flexible de material sintético 4 x 0,75, 10 m 151496 1 Tubo flexible de material sintético 6 x 1, 5 m 152963 1 Actuador lineal 548641 1 Detector de posición, electrónico 548589 1 Músculo neumático 544311 1 Actuador giratorio 544313 1 rápida © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Componentes del nivel avanzado (TP 220) Piezas pequeñas complementarias (544316) Denominación N° de art. Cantidad Racor rápido roscado, con bloqueo, para diámetro exterior del tubo 153420 1 Racor rápido en T, para diámetro exterior del tubo flexible de 4 mm 153366 2 Racor rápido en T, reductor, 153369 1 153325 1 153328 4 153347 4 153257 1 153251 2 flexible de 6 mm doble para diámetro exterior del tubo flexible de 6 mm y simple para diámetro exterior del tubo flexible de 4 mm Racor rápido, para diámetro exterior del tubo flexible de 6 mm Racor rápido con casquillo enchufable reductor, casquillo de diámetro exterior de 4 mm, para diámetro exterior del tubo flexible de 3 mm Racor rápido en L con casquillo enchufable, casquillo de diámetro exterior de 4 mm, para diámetro exterior del tubo flexible de 4 mm Casquillo enchufable reductor, casquillo de diámetro exterior de 6 mm y casquillo de diámetro exterior de 4 mm Casquillo enchufable, casquillo de diámetro exterior de 4 mm © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 19 Componentes del nivel avanzado (TP 220) Símbolos de los componentes Denominación Símbolo 2 Electroválvula de 3/2 vías, normalmente cerrada, válvula de respuesta rápida 1M1 1 3 1M1 14 Válvula de 5/3 vías, centro cerrado 4 2 5 3 12 1M2 1M1 1 1M1 1M2 Válvula reguladora, doble 1 2 Depósito de aire comprimido Válvula de cierre con unidad de filtro y regulador 1 2 3 Generador de funciones con contador y cronómetro 20 G © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Componentes del nivel avanzado (TP 220) Símbolos de los componentes (continuación) Denominación Peso Símbolo m Actuador lineal Detector de posición, electrónico Músculo neumático Actuador giratorio © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 21 Atribución de componentes en función de los ejercicios Nota Las tareas 1 hasta 5 y 7, 8, 10, 11 y 14 son tareas de teoría, en las que deben hacerse cálculos, algunos de ellos utilizando herramientas de software. Componentes de TP 220 Ejercicios 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Componentes Electroválvula de 3/2 vías, normalmente cerrada, válvula de respuesta rápida 1 1 Válvula de 5/3 vías, centro cerrado 1 Válvula reguladora, doble 1 2 Depósito de aire comprimido Válvula de cierre con unidad de filtro y 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 regulador Generador de funciones con contador y cronómetro Peso, 0,175 kg 2 Peso, 2 kg Actuador lineal Detector de posición, electrónico 1 1 1 1 1 Músculo neumático Actuador giratorio 22 1 1 1 1 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Atribución de componentes en función de los ejercicios Componentes de TP 201 Ejercicios 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Componentes 2 electroválvulas de 3/2, cerradas en 1 posición normal Electroválvula de 5/2 vías biestable 1 1 1 1 Electroválvula de 5/2 vías 1 Cilindro de doble efecto 2 Regulador de caudal 2 2 1 2 Sensor de presión 1 1 Cilindro de simple efecto 1 Válvula de cierre con unidad de filtro y regulador 1 1 Detector de posición, electrónico 2 2 2 Relé triple 1 1 1 1 1 1 Entrada de señales eléctricas 1 1 1 1 1 1 Bloque distribuidor 1 1 1 1 1 1 12 13 15 16 Componentes de TP 202 Ejercicios 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 14 Componentes Pulsador de PARADA DE EMERGENCIA 1 Válvula antirretorno desbloqueable 2 Componentes de TP 101 Ejercicios 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Componentes Válvula reguladora de presión, con manómetro 1 Manómetro 2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 1 23 Información didáctica para el instructor • Objetivos didácticos El objetivo didáctico general del manual de ejercicios es el de enseñar a dimensionar la parte funcional neumática, demostrar el comportamiento de actuadores neumáticos y la seguridad de controles electroneumáticos en caso de un corte de la alimentación de energía. La interacción directa entre la teoría y la práctica asegura un rápido progreso de los estudios. Los objetivos didácticos detallados constan en la tabla matricial. Los objetivos didácticos concretos e individuales están relacionados con cada ejercicio específico. • Asignación aproximada de tiempo El tiempo necesario para desarrollar los ejercicios depende de los conocimientos previos de los alumnos. Con una formación previa como mecánico o electricista, la duración es de aproximadamente una semana. Con una formación previa como técnico o ingeniero, deben preverse más o menos dos días. • Componentes necesarios Las tareas y los componentes se corresponden. Para las tareas 6, 9, 12, 13, 15 y 16 se necesitan los componentes del nivel avanzado TP 220. Los elementos adicionales necesarios para configurar los sistemas de control correspondientes a los niveles básicos TP101 y TP 201 y al nivel avanzado TP 202 constan en el esquema matricial que muestra los componentes y las tareas. Todas las tareas de los ejercicios del nivel avanzado pueden resolverse efectuando el montaje necesario en un panel de prácticas perfilado. • Tareas de teoría Las tareas 1 hasta 5 y 7, 8, 10, 11 y 14 son tareas de teoría en las que deben realizarse cálculos, algunos de ellos utilizando herramientas de software. 24 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Estructura metódica de los ejercicios La estructura metódica es la misma para los 16 ejercicios. Los ejercicios están organizados de la siguiente manera: • Título • Objetivos didácticos • Descripción del problema • Esquema de situación • Tarea a resolver • Hojas de trabajo Las soluciones propuestas en la parte C están organizadas de la siguiente manera: • Descripción de la solución • Esquema de distribución © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 25 Denominación de los componentes Los nombres de los componentes incluidos en los esquemas de distribución siguen la norma DIN-ISO 1219-2. Todos los componentes incluidos en un circuito llevan el mismo número principal de identificación. Dependiendo del componente específico, se agregan letras de identificación. Si un circuito incluye varios componentes iguales, éstos están numerados correlativamente. Los ramales sometidos a presión están identificados con la letra P y se numeran por separado. Cilindros: Válvulas: Bobinas : Detectores: Señales de entrada: Accesorios: Ramales de presión: 26 1A1, 2A1, 2A2, ... 1V1, 1V2, 1V3, 2V1, 2V2, 3V1, ... 1M1, 1M2, 2M1, ... 1B1, 1B2, ... 1S1, 1S2, ... 0Z1, 0Z2, 1Z1, ... P1, P2, ... © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Contenido del CD-ROM El CD-ROM de compañamiento incluye material didáctico complementario. Los archivos de formato pdf contienen las partes A (ejercicios) y C (soluciones). Contenido del CD-ROM: • Instrucciones de utilización • Hojas de datos • Aplicaciones industriales • Herramientas de software • Vídeos Instrucciones de utilización Instrucciones para la utilización apropiada de los diversos componentes incluidos en el equipo didáctico. Estas instrucciones son útiles al efectuar el montaje y poner en funcionamiento los respectivos componentes. Hojas de datos Las hojas de datos correspondientes al equipo didáctico están guardadas en archivos con formato pdf. Aplicaciones industriales Se ofrecen representaciones gráficas de aplicaciones industriales. Estas gráficas pueden ilustrar algunas de las tareas contenidas en el manual. Pueden utilizarse, por ejemplo, para completar las presentaciones de los proyectos. Herramientas de software Las herramientas de software que son necesarias para solucionar algunas tareas, están incluidas en el CD-ROM. Nota Para actualizar el software y para acceder a otras herramientas de software, acuda en Internet a: www.festo.com Ingeniería Selección y dimensionamiento Videos El material didáctico del equipo tecnológico se completa con vídeos de aplicaciones industriales. Las breves secuencias muestran la utilización de los componentes en aplicaciones industriales reales. © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 27 28 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Parte A – Ejercicios Ejercicio 1 Configuración de una red de aire comprimido (teoría) ________________________ 3 Ejercicio 2 Dimensionado de la parte neumática funcional (teoría) _______________________ 9 Ejercicio 3 Dimensionado de la parte neumática funcional en función de la duración necesaria de los movimientos (teoría) __________________________ 15 Ejercicio 4 Dimensionado de cilindros en función de la velocidad necesaria y de la presión existente (teoría) ________________________________________ 23 Ejercicio 5 Dimensionado de los tubos de conexión de cilindros (teoría) _________________ 27 Ejercicio 6 Análisis de la velocidad de los movimientos de actuadores lineales (práctica) ___ 33 Ejercicio 7 Reducción de costos mediante presiones diferentes para avance y retroceso (teoría)_________________________________________ 53 Ejercicio 8 Reducción de costos evitando fugas (teoría) ______________________________ 59 Ejercicio 9 Análisis de los movimientos de actuadores lineales (práctica) ________________ 63 Ejercicio 10 Descripción de la amortiguación de final de carrera de actuadores lineales (teoría) __________________________________________ 81 Ejercicio 11 Cálculo de momentos de inercia de las masas (teoría) _______________________ 87 Ejercicio 12 Análisis de los movimientos de actuadores giratorios (práctica) _______________ 93 Ejercicio 13 Descripción del funcionamiento y de la activación del músculo neumático (práctica) _________________________________________ 107 Ejercicio 14 Selección de un músculo neumático (teoría) _____________________________ 119 Ejercicio 15 Comparación entre cilindros estándar y músculos neumáticos (práctica)_______ 123 Ejercicio 16 Comportamiento de controles neumáticos en caso de un corte de alimentación de energía (práctica) _________________________ 133 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 A-1 A-2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Ejercicio 1 Configuración de una red de aire comprimido (teoría) Objetivos didácticos Los estudiantes – saben cómo dimensionar redes de aire comprimido – conocen la influencia que tiene la configuración de la red de aire comprimido en el rendimiento de un sistema neumático Descripción del problema La finalidad de una red de aire comprimido de óptima configuración consiste en hacer llegar el aire comprimido de modo óptimo hasta las unidades consumidoras. Es decir, • sin que se reduzca su calidad (agua, óxido, partículas de suciedad, etc.), • sin que disminuya la cantidad de aire (fugas) y • sin pérdidas de presión (dimensiones demasiado pequeñas). Ello significa que debe hacerse todo lo posible para que el aire comprimido generado en el compresor y debidamente preparado, llegue hasta las unidades consumidoras sin sufrir modificaciones. Para garantizar una distribución fiable y correcta del aire, deben tenerse en cuenta varios aspectos. En ese sentido, las dimensiones de la red de tuberías tiene la misma importancia que el material utilizado, las resistencias al flujo, el tendido correcto y el mantenimiento. Tratándose de una instalación nueva, siempre debe considerarse la posibilidad de un posible mayor consumo de aire y, por lo tanto, una posterior ampliación de la red. Las dimensiones de la tubería principal, definidas según la demanda de aire actual, deberían prever ese posible mayor consumo en el futuro. La futura ampliación es sencilla si originalmente se instalaron tapones ciegos y válvulas de bloqueo. Esquema de situación Representación esquemática de una red de aire comprimido © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 A-3 Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido (teoría) Tareas a resolver A-4 1. Determine el diámetro de las tuberías utilizando para ello el nomograma. 2. Determine las resistencias en la red de aire comprimido en función de las longitudes equivalentes. 3. Determine la longitud total de la red de aire comprimido. © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido (teoría) Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido Nombre: Fecha: Valores conocidos de la red de aire comprimido Hoja 1 de 4 Valores conocidos Consumo actual Aumento planificado Fugas máximas admisibles Consumo total Presión de funcionamiento mín. Caída admisible de la presión Δp Longitud total de la red principal Resistencias en la tubería principal = 50 % = 10 % = = = = 1000,0 m3/h 500,0 m3/h 150,0 m3/h 1650,0 m3/h = = = 700,0 kPa 10,0 kPa 400,0 m Es necesario determinar las longitudes equivalentes de las resistencias: • Codos normales (90°) 30 unidades • Empalmes en T 20 unidades • Correderas o válvulas de bola 20 unidades • Válvulas de paso 5 unidades © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 A-5 Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido (teoría) Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido Nombre: Fecha: Determinación del diámetro del tubo Hoja 2 de 4 Paso 1 – Determine el diámetro provisional recurriendo al nomograma "Determinación del diámetro del tubo". Instrucciones para el uso del nomograma "Determinación del diámetro del tubo" 1. Dibuje una recta desde el eje A (longitud del tubo) hasta el eje B (caudal). 2. Prolongue la recta hasta que se cruce con el eje 1 (C). 3. Dibuje una segunda recta desde el eje E (presión de funcionamiento) hasta el eje G (pérdida de presión). Así se obtiene un punto de intersección en el eje 2 (F). 4. Dibujando una tercera recta, una los puntos de intersección de los ejes 1 y 2. Esta tercera recta atraviesa el eje D (diámetro interior del tubo). Diámetro provisional = ............ mm Paso 2 – Determine las longitudes equivalentes de las resistencias, recurriendo al nomograma "Determinación de longitudes sustitutivas". Utilice como valor del diámetro el diámetro provisional que obtuvo en el paso 1. Codo normal (90°) Piezas en T Correderas o válvulas de bola Válvulas de paso Longitud equivalente total Longitud total 30 unidades 20 unidades 20 unidades 5 unidades de ............ m = ............ m de............ m = ............ m de............ m = ............ m de............ m = ............ m = ............ m = ............ m Paso 3 – Determine el diámetro definitivo recurriendo al nomograma "Determinación del diámetro del tubo". Diámetro definitivo = ............ mm A-6 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido (teoría) Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido Nombre: Fecha: Nomograma "Determinación del diámetro del tubo" Hoja 3 de 4 3 Caudal [m /h] Longitud del tubo [m] Eje 1 Diámetro del tubo [mm] Eje 2 Pérdida de presión Presión de funcionamiento [102 kPa (bar)] 2 [10 kPa (bar)] 10 20 500 400 0,03 50 100 10000 200 5000 300 0,04 250 0,05 0,07 200 2 150 2000 500 4 1000 1000 0,2 500 7 70 50 100 0,3 10 15 20 200 5000 0,15 5 100 2000 0,1 3 0,4 0,5 40 50 0,7 30 20 25 10 20 1,0 1,5 15 10 A © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 B C D E F G A-7 Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido (teoría) Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido Nombre: Fecha: Nomograma "Determinación de longitudes sustitutivas" Hoja 4 de 4 A 1 1,5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 Pulgada B 80 m 60 50 40 30 Longitud equivalente 20 4 10 8 5 6 5 4 1 3 2 2 3 1 0,8 0,6 0,5 0,4 0,3 C 0,2 15 20 30 40 50 60 80 100 150 200 mm 400 Diámetro nominal 1: Válvula de paso; 2: Válvula angular: 3: Pieza en T; 4: Corredera; 5: Codo normal A-8 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Parte C-– Soluciones Ejercicio 1 Configuración de una red de aire comprimido. Solución _____________________ C-3 Ejercicio 2 Dimensionado de la parte neumática funcional. Solución ____________________ C-7 Ejercicio 3 Dimensionado de la parte neumática funcional en función de la duración necesaria de los movimientos. Solución__________________________________________ C-11 Ejercicio 4 Dimensionado de cilindros en función de la velocidad necesaria y de la presión existente. Solución______________________________________ C-17 Ejercicio 5 Dimensionado de los tubos de conexión de cilindros. Solución ______________ C-19 Ejercicio 6 Análisis de la velocidad de los movimientos de actuadores lineales. Solución __ C-23 Ejercicio 7 Reducción de costos mediante presiones diferentes para avance y retroceso. Solución ______________________________________ C-37 Ejercicio 8 Reducción de costos evitando fugas. Solución ____________________________C-41 Ejercicio 9: Análisis de los movimientos de actuadores lineales. Solución _______________C-43 Ejercicio 10 Descripción de la amortiguación de final de carrera de actuadores lineales. Solución _______________________________________ C-55 Ejercicio 11 Cálculo de momentos de inercia de las masas. Solución ____________________ C-59 Ejercicio 12 Análisis de los movimientos de actuadores giratorios. Solución ______________ C-63 Ejercicio 13 Descripción del funcionamiento y de la activación del músculo neumático. Solución ______________________________________ C-71 Ejercicio 14 Selección de un músculo neumático. Solución ____________________________ C-77 Ejercicio 15 Comparación entre cilindros estándar y músculos neumáticos. Solución _______ C-79 Ejercicio 16 Comportamiento de controles neumáticos en caso de un corte de alimentación de energía. Solución ___________________ C-83 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 C-1 C-2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Ejercicio 1 Configuración de una red de aire comprimido. Solución Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido Nombre: Fecha: Valores conocidos de la red de aire comprimido Hoja 1 de 4 Valores conocidos Consumo actual Aumento planificado Fugas máximas admisibles Consumo total Presión de funcionamiento mín. Caída admisible de la presión Δp Longitud total de la red principal Resistencias en la tubería principal = 50 % = 10 % = = = = 1000,0 m3/h 500,0 m3/h 150,0 m3/h 1650,0 m3/h = = = 700,0 kPa 10,0 kPa 400,0 m Es necesario determinar las longitudes equivalentes de las resistencias: • Codos normales (90°) 30 unidades • Empalmes en T 20 unidades • Correderas o válvulas de bola 20 unidades • Válvulas de paso 5 unidades © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 C-3 Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido. Solución Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido Nombre: Fecha: Determinación del diámetro del tubo Hoja 2 de 4 Pasos a dar para obtener la configuración óptima de la red de aire comprimido Paso 1 – Determine el diámetro provisional recurriendo al nomograma "Determinación del diámetro del tubo". Diámetro provisional = 120 mm Paso 2 – Determine las longitudes equivalentes de las resistencias, recurriendo al nomograma "Determinación de longitudes sustitutivas". Utilice como valor del diámetro el diámetro provisional que obtuvo en el paso 1. Codo normal (90°) Piezas en T Correderas o válvulas de bola Válvulas de paso Longitud equivalente total Longitud total 30 unidades 20 unidades 20 unidades 5 unidades de 1,6 m de 16,0 m de 2,3 m de 49,0 m = = = = = 48,0 m 320,0 m 46,0 m 246,0 m 660,0 m = 1060,0 m Paso 3 – Determine el diámetro definitivo recurriendo al nomograma "Determinación del diámetro del tubo". Diámetro definitivo = 140 mm C-4 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido. Solución Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido Nombre: Fecha: Nomograma "Determinación del diámetro del tubo" Hoja 3 de 4 3 Caudal [m /h] Longitud del tubo [m] Eje 1 Diámetro del tubo [mm] Eje 2 Pérdida de presión Presión de funcionamiento [102 kPa (bar)] 2 [10 kPa (bar)] 10 20 500 400 0,03 50 100 10000 200 5000 300 0,04 250 0,05 0,07 200 2 150 2000 500 4 1000 1000 0,2 500 7 70 200 5000 0,15 5 100 2000 0,1 3 50 100 10 0,3 15 20 0,4 0,5 40 50 0,7 30 20 25 10 20 1,0 1,5 15 10 A © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 B C D E F G C-5 Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido. Solución Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido Nombre: Fecha: Nomograma "Determinación de longitudes sustitutivas" Hoja 4 de 4 A 1 1,5 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 Pulgada B 80 m 60 50 40 30 Longitud equivalente 20 4 10 8 5 6 5 4 1 3 2 2 3 1 0,8 0,6 0,5 0,4 0,3 C 0,2 15 20 30 40 50 60 80 100 150 200 mm 400 Diámetro nominal 1: Válvula de paso; 2: Válvula angular: 3: Pieza en T; 4: Corredera; 5: Codo normal C-6 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
