MANUAL DE OLIMPIADAS MODIFICADO 03.09.12 Ok.pdf

8/16/2019 MANUAL DE OLIMPIADAS MODIFICADO 03.09.12 Ok.pdf

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MANUAL DE PREPARACIÓNPARA OLIMPIADASNACIONALES DE

MECATRÓNICALa preparación para Olimpiadas Nacionales de Mecatrónica siempre es importante tanto para los

participantes como para los entrenadores, por esta razón se creó este documento, con algunas

experiencias, recomendaciones y sobre todo la teoría avanzada que se debe estudiar y preparar.

Autores:Ing. Carlos A. Mejía SierraIng. Juan C. Álvarez GiraldoIng. Leonardo Rodríguez Ortiz


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MANUAL DE PREPARACIÓN PARA OLIMPIADAS NACIONALES DE MECATRÓNICAC. Mejía, J. Giraldo, L. Rodríguez

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ACERCA DE LOS AUTORES.

Juan Camilo Álvarez Giraldo y Carlos Alberto Mejía Sierra, son Ingenieros Mecatrónicosde la Universidad San Buenaventura sede Bogotá, ambos se han destacado por el buen

desempeño de sus labores académicas durante el desarrollo de los estudios de pregrado.

Participaron como representantes de esta universidad durante el desarrollo de las VIII

Olimpiadas Nacionales de mecatrónica desarrolladas en Octubre- Noviembre de 2009; allí

resultaron campeones luego de superar a diferentes equipos a nivel Regional y Nacional.

En Junio de 2010 representaron a Colombia, como país invitado, en las competencias de

mecatrónica de los Skills USA, realizadas en Kansas City. Allí midieron sus conocimientos y

habilidades con equipos representantes de diferentes estados y equipos mexicanos.

Todas estas experiencias sumadas con el largo proceso de preparación, dieron pie pararecopilar los diferentes aspectos que los llevaron hasta este punto en un manual que

sirviera como punto de partida para futuros participantes y a su vez permita elevar el nivel

de las competencias realizadas.

Carlos Alberto se dedica actualmente al desarrollo de labores de investigación al interior

de la Universidad San Buenaventura, mientras que Juan Camilo trabaja para el sector

privado en el desarrollo y mantenimiento de máquinas industriales.

Leonardo Rodríguez Ortiz, Ingeniero Mecatrónico de la Universidad Santo Tomás deBucaramanga, y Magíster en Administración de Empresas de la Universidad San Pablo CEU

de Madrid, España. Sus trabajos, capacitaciones e investigaciones se enfocan en gran

parte en el sector de la Automatización Industrial gracias a la experiencia de 5 años

trabajando para Festo en diferentes áreas, desde el 2008 trabaja para el sector educativo

dedicado a la enseñanza de temas como programación de PLC, tecnologías para la

automatización, sistemas de visualización, sistemas modulares de producción, entre otros.

Se desempeña como docente e Investigador de la Universidad San Buenaventura, allí ha

desarrollado proyectos relacionados con la línea de Robótica y Automatización industrial.

Acompañó, dirigió y aconsejó a los participantes de las olimpiadas, y así mismo sirvió

como guía para el desarrollo de este manual.

Leonardo Trabaja actualmente en el desarrollo del programa de Especialización en

Automatización de Procesos Industriales y así mismo potenciando nuevos trabajos

investigativos en este mismo campo. [email protected]


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INTRODUCCIÓN

La resolución de circuitos neumáticos, electro-neumáticos y sistemas controlados por PLC

de una manera eficiente y eficaz, es una habilidad que se adquiere a través del

entrenamiento constante, soportados firmemente en la lógica desarrollada durante la

mayoría de los ciclos básicos de ingenierías en materias como algoritmos y programación,

adquisición de datos, sistemas digitales, micro controladores, entre otras. En este mismo

sentido, es de vital importancia que la persona interesada que pretenda participar en las

olimpiadas Nacionales de Mecatrónica, posea conocimientos previos en las áreas

implicadas y conozca de manera precisa, los fundamentos de la neumática y la electro-

neumática.

Siguiendo este orden de ideas, el presente documento no pretende consolidarse como

una guía de estudio para las mencionadas áreas a las que se hacen alusión, ya que para

ello, se requieren las bases teóricas adecuadas para profundizar ampliamente en diseño,

cálculo, selección, etc. Ahora bien el objetivo principal de este manual es el de brindar al

interesado una guía de la forma en que se deben abordar las competencias desde diversos

puntos críticos como son: Trabajar en contra del tiempo, competir contra equipos de

diferentes regiones, desarrollo de ejercicios con un determinado número de elementos

(restricción de elementos), el trabajo en grupo y las jornadas extenuantes.


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I. GUÍA DE ESTUDIOS Y REFERENCIAS

A medida que el capitulo avance, se desarrollarán ejemplos para demostrar los

procedimientos y para lograr un mejor entendimiento, también al finalizar cada tema, se

darán unas recomendaciones para el desarrollo de las pruebas en las Olimpiada tanto

para los grupos como para las personas encargadas de la preparación.

1. NEUMÁTICA Y ELECTRONEUMÁTICA

Para diseñar e implementar los circuitos neumáticos y electroneumáticos se debe tener

unas bases bien fundamentadas para poder aplicar los métodos de resolución de

problemas que se tratarán en este capítulo; para comenzar, se debe tener en cuenta que

todo circuito neumático y electroneumático están integrados por elementos que

intervienen en el proceso como lo son: Elementos de Alimentación, de Entrada, de

Procesamiento, de Maniobra, y de trabajo; por esta razón se debe tener un conocimiento

previo acerca de la simbología de dichos elementos, al igual que de la norma ISO 1219;

adicional a esto todos los circuitos deben seguir una secuencia funcional que se obtiene

del análisis del problema y se presenta como una solución que debe contener todos los

pormenores requeridos; la secuencia que deben seguir los circuitos se simbolizan

generalmente con letras y signos, para así identificar el proceso que se esté llevando a

cabo en cada paso de la secuencia y se describen en un diagrama de funciones que es

igualmente evaluado dentro de las pruebas en ciertos casos.


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Para diseñar e implementar estos circuitos existen 2 métodos sencillos de aplicar, los

cuales son, Método Cascada y Método Paso a Paso, estos métodos sirven para agilizar la

resolución de problemas ya que tienen unos pasos sencillos de seguir para llegar a un

resultado eficaz y concreto en el menor tiempo posible, pero no basta con aplicar estos

métodos ya que estos están diseñados para resolver problemas que tienen que ver solo

con la secuencia, es decir, se requiere un proceso de diseño adicional para incluir dentro

del circuito elementos tales como temporizadores, contadores, presóstatos, reguladores

de caudal y presión, válvulas selectoras entre otras; por tal razón se debe tener un previo

entrenamiento con el diseño intuitivo ya que este método aunque es el más prolongado

de realizar es el mejor para lograr resolución de problemas con los elementos

anteriormente mencionados y el que complementará los métodos que se describirán en el

presente documento. Es recomendable para la persona o grupo de personas que quieran

presentarse a las olimpiadas nacionales de mecatrónica resolver ejercicios solo basándose

en un método intuitivo para poder obtener las destrezas necesarias para aplicar los

métodos. A través del este método se genera una habilidad mental para predecir

posibles fallos y soluciones a problemas de la vida real y de tipo competencia a través de

la práctica constante. Se recomienda la utilización de la última versión del FuidSim de

Festo para complementar el proceso de preparación y para aplicar las explicaciones que se

abordarán a continuación, la herramienta permite el acceso a toda la simbología de los

elementos tanto neumáticos como electroneumáticos, simulaciones de los circuitos

diseñados, a la aplicación de diagramas de funciones, entre otras cosas. El manual de

funcionamiento del software y una versión de demostración puede descargarse de

manera gratuita en www.fluidisim.com.

En el presente capitulo se explicarán los métodos de Cascada y Paso a Paso para ambos

sistemas ayudados por ejemplos de situaciones reales, también se implementarán

elementos como temporizadores, contadores, presóstatos entre otros, que deben estar

implícitos en la secuencia para poder obtener una solución avanzada en dicha situación.


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1.1 Neumática

En este campo de las olimpiadas se pretende evaluar la solución a problemas de

automatización basados completamente en la neumática, en este campo se usan

elementos que se accionan o controlan por medio del uso del aire comprimido, por tal

razón no se tendrán ningún elemento de tipo electrónico; para resolver problemas de

índole neumática, se pueden implementar diferentes métodos como los ya mencionados,

usando válvulas neumáticas, accionamientos manuales (pulsadores, interruptores, etc.),

accionamientos físicos (finales de carrera, sensores magnéticos, etc.), accionamientos por

aire comprimido (temporizadores, contadores, etc.), entre otros elementos neumáticos.

Para solucionar los problemas basados en diseños neumáticos, se debe tener en cuenta

las formas de analizar los problemas descritos al inicio del capítulo 1, y desarrollar

habilidad suficiente para ofrecer soluciones con rapidez; en las olimpiadas, se evalúa tanto

el funcionamiento del circuito como la ubicación y sentido que tengan los elementos

neumáticos como por ejemplo el orden de conexión de las válvulas reguladoras de caudal,

así como el diseño preliminar del circuito, el diagrama de funcionamiento y simbología de

los elementos en papel (en algunas ocasiones).

1.1.1. Método Cascada

Este método se basa en la separación por grupos de la secuencia a realizar; los grupos

están compuestos por movimientos de los actuadores (las reglas para división de grupos

se explicarán más adelante). Y cada grupo es sostenido por una válvula 5/2 usada como

memoria para poder obtener 2 salidas que alimentan 2 grupos independientemente; cada

vez que conectamos una válvula 5/2 a la anterior se obtiene un grupo adicional; la

conexión de los grupos con las válvulas se representa en la Figura 1, una rápida observación

de este esquema permite deducir fácilmente el origen del nombre de este método.


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Figura 1: Configuración para grupos en Método Cascada. a) 2 Grupos, b) 3 Grupos.

Se pueden lograr configuraciones y conexiones similares para este método, se sugiere al

lector experimentar diferentes formas y “casarse” con la que le resulte más conveniente,

de esta manera podrá afrontar montajes o configuraciones de manera rápida y sencilla.

El número de válvulas necesarias para implementar una solución resulta siempre igual al

número de grupos menos 1. Para diseñar un circuito neumático basados en el método

cascada, se deben seguir las siguientes instrucciones:

1. Analizar el problema y establecer el número de actuadores referenciándolos con

letras a cada uno, es decir, para el primer actuador se re ferenciaría con la letra ‘A’,

para el segundo con la letra ‘B’, y así sucesivamente y a su vez identificar los sensores;

para estos se usa la letra ‘S’, y para diferenciarlos, se enumeran de manera

consecutiva, ‘S0’ para el primer sensor, ‘S1’ para el segundo y así sucesivamente. Por

ejemplo para un circuito neumático que contiene 2 cilindros y 4 sensores (Figura 2) se

obtiene el siguiente esquema:


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Figura 2: Actuadores y Válvulas de Control Neumático.

2. Determinar la secuencia correcta a diseñar teniendo en cuenta que para el

desplazamiento hacia afuera de los actuadores se simboliza con el signo más (+), y

para el retorno de los actuadores se simboliza con el signo menos (-) como se muestra

en la Figura 3. Por ejemplo, suponiendo una secuencia para el caso anterior:

A+ B+ B- A-

Figura 3: Símbolos usados para diseño de circuitos.

3. Dividir la secuencia en grupos teniendo en cuenta que: un grupo no puede contener

más de un movimiento del mismo actuador (p.e. no se puede tener A+ y A- en el

mismo grupo) y además, cada grupo debe contener la mayor cantidad de

movimientos de actuadores posible. Para el caso del ejemplo anterior se tendrían 2

grupos.


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4. Identificar cuáles son los sensores que hacen los cambios de grupos y al mismo

tiempo generan el primer movimiento del grupo simbolizado con una flecha por

debajo con la referencia del sensor correspondiente, y también identificar que

sensores generan los movimientos internos del grupo simbolizados con una flecha por

arriba con la referencia del sensor adecuado. Así:

Nótese en la ecuación que, las señales de cambio de grupo S0 y S3 están debidamente

identificadas con líneas en la parte inferior, mientras que las señales que producen

movimientos en los grupos S1 , S2 y START están identificadas con líneas en la parte

superior de la misma.

5. Establecer el número de válvulas de memoria (5/2) que se necesitan para generar los

grupos obtenidos con la siguiente fórmula:

En donde: es el número de válvulas y es el número de grupos; teniendo que

para este caso se tendrá una sola válvula de memoria y su configuración se muestra

en Figura 1¡Error! No se encuentra el origen de la referencia..a.

6. Ya teniendo el numero de válvulas de memoria y los cambios de movimiento se

procede a crear el esquema general de funcionamiento del circuito teniendo en

cuenta las siguientes condiciones:

Las válvulas de control se deben alimentar directamente de la red como se

muestra en la parte central de la Figura 2.


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Los cambios de grupo son generados usando la señal del final de carrera o válvula

de entrada correspondiente, tomando la alimentación desde la línea del grupo

inmediatamente anterior.

Figura 4: Esquema de conexión para cambios de grupos.

La señal de pilotaje para el primer movimiento de los grupos se toma directamente

de la línea de grupo. Los movimientos subsecuentes del grupo se realizan desde la

línea correspondiente y pasando por la señal de entrada previamente identificada

En el caso de este ejemplo, para el primer movimiento se utilizará un pulsador

“START” alimentado del primer grupo.

Figura 5: Primer movimiento de grupos

Y por último se conectan los movimientos internos de cada grupo con los finales de

carrera alimentados por la línea correspondiente al grupo del movimiento.


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Figura 6: Esquema Completo de un Circuito Neumático

Siguiendo estos pasos y condiciones se debe llegar a obtener un diseño preliminar de la

secuencia principal que debe cumplir el circuito y queda listo para el acople de elementos

de control como lo son: válvulas selectoras, temporizadores, contadores, presóstatos

entre otros (siempre y cuando el ejercicio lo demande).

Ejemplo 1:

Se supone un problema donde se necesitan tres (3) cilindros con seis (6) sensores finales

de carrera y que los cilindros cumplan la siguiente secuencia: A+ B+ B- C+ C- A-

No de Cilindros = 3 (A, B, C)

No de Sensores = 6 (S0, S1, S2, S3, S4, S5)


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Figura 7: Actuadores y Válvulas de Control, Ejemplo 1

Grupos = 3

Cambios de Grupo y Movimientos =

Numero de Válvulas de Memoria = 2 (Figura 1.b)

Señales de cambios de Grupo =

Figura 8: Señales de Cambio de Grupo, Ejemplo 1

A+ B+ / B- C+ / C- A-I II III


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Pilotaje del primer movimiento de los grupos =

Figura 9: Señal del Primer Movimiento de Los Grupos

Movimientos Secundarios en los Grupos =

Figura 10: Configuración Secuencia Principal, Ejemplo 1


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Ya teniendo la secuencia principal completa, se debe proceder a acoplar en los puntos

específicos los elementos de control que puedan existir en el proceso.

Nota: Se recuerda al lector que existe una amplia teoría respecto a este método para

resolución de problemas neumáticos, y que esta particular manera de representar las

ecuaciones, movimientos y designación de elementos han surgido de la experiencia y

debe considerarse como parte del proceso de preparación de las olimpiadas. Este método

acá explicado está pensado para ofrecer soluciones en el menor tiempo posible y la

explicación no incluye la nomenclatura de elementos de acuerdo a norma ISO 1219.

1.1.2. Método Paso A Paso (Extendido)

Este método consiste en obtener tantos grupos como movimientos se tenga dentro de

una secuencia, este método ofrece un menor tiempo de respuesta ya que los

movimientos son generados por una válvula 3/2 de memoria alimentada directamente de

la red; pero tiene la desventaja de usar mas válvulas de memoria en comparación al

método cascada y no se puede usar cuando se tengan solo dos movimiento ya que cada

salida debe borrar la anterior y se bloquearían.

Para este método se usaran válvulas 3/2 biestables normalmente cerradas como memoria

para los pasos alimentadas directamente de la red como se había mencionado

anteriormente; una válvula de memoria por cada paso como se muestra en la Figura 11, si

por alguna razón no se disponen de esa cantidad de válvulas de tipo 3/2, puede utilizarse

una válvual de tipo 5/2 bloqueando uno de sus terminales (bloquear el terminal 2 para

obtener una válvula 3/2 normalmente Abierta, y el terminal 4 para obtener una válvula

3/2 normalmente cerrada)


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Figura 11: Configuración para pasos de Método Paso a Paso.

Teniendo lo anterior en cuenta, procedemos a diseñar el circuito siguiendo las

instrucciones descritas a continuación.

1. Analizar el problema e identificar el numero de actuadores con su respectiva

simbología como se describió en el método cascada, e identificar los sensores

igualmente con su respectiva simbología; suponiendo el ejemplo descrito en el

método cascada, con dos cilindros y cuatro sensores, se obtiene el mismo esquema

de la Figura 2.

2. Se deduce la secuencia adecuada a diseñar como se hizo en el segundo paso del

método cascada.

3. Dividir la secuencia en tantos pasos como movimientos tenga el proceso e identificar

que sensor acciona el paso dependiendo del último movimiento y con esto se puede

saber el número de válvulas de memoria que es igual al número de pasos; para el

ejemplo del método cascada, se simbolizaría así:


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4. Ya teniendo el numero de válvulas de memoria y los cambios de movimiento se

procede a crear el esquema general de funcionamiento del circuito teniendo en

cuenta las siguientes condiciones:

Las válvulas de control se deben alimentar directamente de la red como se

muestra en la Figura 2.

Los pasos son activados usando la señal del final de carrera o válvula de entrada

correspondiente, y son alimentados directamente de la red, pero los finales de

carrera deben alimentarse de la línea del paso anterior y la válvula de memoria del

último paso debe estar normalmente abierta; el pulsador de “START”, debe

conectarse en serie con el final de carrera del primer paso.

Figura 12: Esquema de conexión para cambios de Pasos

Ya teniendo la señal de pilotaje de cada paso, se procede a conectar a cada paso el

movimiento correspondiente generado por la válvula de control de cada cilindro.


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Figura 13: Esquema Completo de Circuito Neumático, Método Paso a Paso

Siguiendo estos pasos y condiciones se debe llegar a obtener un diseño preliminar de la

secuencia principal que debe cumplir el circuito y queda listo para acoplarle elementos de

control como lo son: válvulas selectoras, temporizadores, contadores, presóstatos entre

otros.

Ejemplo 2:

Aplicando el Método Paso a Paso a las condiciones del Ejemplo 1, se tendría:



La configuración de los cilindros, válvulas de control y sensores se puede observar en

la Figura 7 .

Pasos = 6, Cambios de Pasos y Movimientos =


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Numero de Válvulas de Memoria = 6

Figura 14: Esquema de conexión para cambio de Pasos, Ejemplo 2

Señales de cambios de Pasos =

Figura 15: Señales de Cambio de Pasos, Ejemplo 2

Conexión de Válvulas de Control dependiendo de los pasos:


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Figura 16: Configuración Secuencia Principal, Ejemplo 2



1.1.3. Método paso a paso Simplificado

Existe una posibilidad para la simplificación del método paso a paso recientemente

explicado, y consiste en la combinación de la separación por grupos del método cascada

con el circuito de control del método paso a paso, entonces la solución se reduciría a

dividir en grupos y considerar cada grupo como un “paso” de la secuencia total. Para

lograr una mayor comprensión considérese el siguiente ejemplo.

Ejemplo 3:

Aplicando el Método Paso a Paso a las condiciones del Ejemplo 1, se tendría:



La configuración de los cilindros, válvulas de control y sensores se puede observar en la

Figura 7 .



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Numero de Válvulas de Memoria = 3 (Figura 11)

Señales de cambios de Pasos =

Figura 17: Señales de Cambio de Pasos, Ejemplo 3.

Pilotaje del primer movimiento de los grupos =

Figura 18: Señal del Primer Movimiento de los Grupos, Ejemplo 3.

Movimientos Secundarios en los Grupos =


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Figura 19: Configuración Secuencia Principal, Ejemplo 3.



Nota: Se recuerda al lector que existe una amplia teoría respecto a este método para

resolución de problemas neumáticos, y que esta particular manera de representar las

ecuaciones, movimientos y designación de elementos han surgido de la experiencia y

debe considerarse como parte del proceso de preparación de las olimpiadas. Este método

acá explicado está pensado para ofrecer soluciones en el menor tiempo posible y la

explicación no incluye la nomenclatura de elementos de acuerdo a norma ISO 1219.

1.1.4. Elementos Complementarios de Control

Los elementos de control, son aquellos que sirven para realizar tareas adicionales

importantes dentro de la secuencia, como por ejemplo contar ciclos, retrasar o activar

durante cierto tiempo un actuador, seleccionar entre un camino u otro para decidir un


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ciclo, entre otras cosas; normalmente estos elementos ocasionan confusiones a la hora de

usarlos, pues en muchos casos se requiere de lógica e intuición para usarlos de manera

eficiente, por esta razón se deben estudiar estos tipos de elementos más a fondo ya que

son el complemento que necesitan las secuencias para generar un proceso completo para

las pruebas; los elementos de control que se explicarán aquí serán: Reguladores de

Caudal, Válvula Reguladora De Presión, válvulas de secuencia, Temporizadores y

Contadores.

Reguladores de Caudal

Son elementos que sirven para regular la velocidad de movimiento de los actuadores para

hacer que el actuador se mueva más lento de lo normal para poder obtener un control

más prolongado de este; se utilizan siempre para regular la salida de aire de un actuador

(salvo casos en donde la prueba indique lo contrario); están compuestos por una válvula

unidireccional y una válvula estranguladora de caudal para obtener la regulación en una

sola dirección como se muestra en la Figura 20.

Figura 20: Válvula Reguladora de Caudal.

La dirección de estrangulación de la válvula según la Figura 20 es de izquierda a derecha, ya

que la válvula unidireccional no deja pasar el aire, la única opción que queda es a través

de la válvula de estrangulación; pero si se alimenta inversamente, la válvula unidireccional

dejará pasar el aire y no se realizará regulación alguna; si se toma el ejemplo que se

desarrolló durante la explicación del método cascada, y se supone que se necesita regular

la salida de ‘A’ y el retorno de ‘B’, se obtendrá el esquema mostrado en la Figura 21.


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Figura 21: Ejemplo con Reguladores de Caudal.

Nota: Fíjese que se han dispuesto ambas válvulas para que regulen en aire que sale de los

actuadores esto asegura un movimiento lento mientras la presión se mantiene. En

FluidSim la válvula se debe girar 270° después de agregarla para que quede configurada

correctamente.

Válvula Reguladora de Presión

La válvula reguladora de presión, como su nombre lo dice es un elemento que regula la

presión de alimentación de los actuadores cuando requiera que no superen una presión

nominal, estas válvulas normalmente están acompañadas de un manómetro que indica la

presión de salida de las válvulas como se indica en la Figura 22. Para la correcta conexión se

debe conectar la alimentación de la válvula al pin 1, el pin 3 siempre es el escape de la

válvula para liberar la presión que excede la regulación, y el pin 2 es el pin de salida de la

válvula hacia el actuador.


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Figura 22: Válvula de Regulación de Presión.

Si se toma el ejemplo que se desarrolló durante la explicación del método cascada, y se

supone que se necesita regular la salida del cilindro ‘B’ para evitar que supere cierta

presión para no romper alguna pieza del proceso, se obtendría el esquema mostrado en la

Figura 23.

Figura 23: Ejemplo con Regulador de Presión

Nota: Para regular adecuadamente la presión de trabajo de estos elementos durante las

pruebas de montaje, se sugiere conectar el elemento directamente a la alimentación de

presión, y abrir o cerrar completamente la perilla de regulación hasta alcanzar el valor de

paso deseado, posteriormente puede integrarse apropiadamente al resto del circuito.


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Válvula de Secuencia

Las válvulas de secuencia son un tipo especial de válvulas de presión que permiten realizar

una medición de presión en un punto específico del circuito (generalmente en la

alimentación de los actuadores), para permitir o impedir el paso de aire en otro punto

específico del circuito.

Figura 24: Válvula de Secuencia (Válvula con Presóstato)

Para la correcta conexión, deberá conectarse el terminal 12 en el punto en el que se desea

realizar la medición de presión, y a través de las terminales 1 y 2 se debe interrumpir el

ducto del circuito que se requiera, así por ejemplo, si se requiere que un cilindro retroceda

sólo después de que ha llegado hasta el fin de su recorrido y ha cumplido don una presión

específica durante su avance, se puede plantear la siguiente solución:

Figura 25: Circuito de ejemplo Válvula de Secuencia.


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Nota: Para regular adecuadamente la presión de trabajo de estos elementos durante las

pruebas de montaje, se sugiere conectar el elemento directamente a la alimentación de

presión, luego cerrar completamente el regulador de la válvula de secuencia, y

posteriormente establecer el valor de presión del sistema al valor de regulación adecuado,

finalmente se abre el regulador hasta que permita el paso de aire y se integra al circuito.

Temporizadores

Son elementos de control que sirven para mantener una señal durante cierto tiempo, o

para retrasar el movimiento, a estos temporizadores se les llama: válvulas de tiempo

muerto normalmente cerradas, o normalmente abierta, dependiendo del uso que se le


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quiera dar; para entender esto mejor en la Figura 26 se puede observar mejor el

significado.

Figura 26: Temporizadores, a) Normalmente Cerrado (NC) y b) Normalmente Abierto (NA)

En donde el pin número 1 es la entrada de alimentación del temporizador, el número 2 es

la salida del temporizador y el número 10 es el pin de activación del temporizador. En la

Figura 26 se puede observar que el temporizador consta de una válvula reguladora de

caudal, un almacenador de aire comprimido, y una válvula 3/2 con retorno de muelle; la

diferencia entre los dos temporizadores es la condición de la válvula 3/2.

Figura 27: Ejemplo con temporizador normalmente cerrado.

Para entender el uso de los temporizadores primero se debe tener claro que se necesita,

si se necesita retrasar una señal, o mantenerla por cierto tiempo. Suponiendo que en el

Ejemplo que se desarrollo en la explicación del método cascada, se requiere que después

que salga el actuador ‘B’, se demore un tiempo determinado antes de volver a entrar; el


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temporizador que se debe usar es uno normalmente cerrado y ubicado en el punto en

donde se genera la señal para retornar el cilindro como se muestra en la Figura 27 .

Nota: el establecimiento de los tiempos de retarde en neumática, suele ser una cuestión

de prueba y error, si durante el desarrollo de las pruebas se cuenta con un temporizador

que cuenta con un sistema para visualizar el tiempo ajustado entonces se recomienda

utilizarlo, de lo contrario se deben realizar pruebas constantes hasta llegar al tiempo

deseado.

Contadores

Son elementos de control importantes a la hora de conocer el número de ciclos, piezas

entre otras cosas, consisten en una válvula que se acciona después de cierto número de

pulsos generados en uno de los pines de dicha válvula, el símbolo usado es el que se

muestra en la Figura 28; y se usa para controlar procesos por determinados ciclos o

producción de piezas.

Figura 28: Contador Neumático

En donde el pin número 1 es la entrada de alimentación del contador, generalmente se

alimenta desde la red neumática, el número 2 es la salida del contador´, el número 12 es

el pin de entrada de los pulsos que se necesitan contar y el número 10 es el pin que

reinicia el conteo (Reset).

Para usar los contadores es necesario saber en qué parte del proceso se necesita contar y

también saber que se debe controlar después de llegado al límite del conteo del proceso.

Suponiendo que en el Ejemplo que se desarrollo en la explicación del método cascada, se


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requiere que el proceso sea continuo hasta completar 2 ciclos completos; por esta razón,

se debe colocar el pin número 12 en la última señal del ciclo, que debe ser la señal que

activa el retorno del cilindro ‘A’, para así controlar la posición de una válvula 3/2 que

ayuda a hacer el proceso continuo como lo muestra la Figura 29, y para reiniciar el

contador se conecta la señal de Reset del contador directamente al pulsador “START”

para así reiniciar el contador cada vez que se necesite iniciar la secuencia.

Figura 29: Ejemplo Contador de ciclos.

1.1.5. Recomendaciones

A la hora de realizar las pruebas de neumática en las Olimpiadas Nacionales de

Mecatrónica, hay que tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

Por lo general las competencias son en parejas, por lo tanto es recomendable

dividirse el trabajo para utilizar la menor cantidad de tiempo posible en realizar el

diseño y montaje de los circuitos neumáticos. Mientras una persona se dedica al

diseño del circuito neumático, la otra puede estar haciendo las conexiones estándares

como lo son los actuadores, reguladores de caudales, válvulas de control entre otros.


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Siempre tener en cuenta la dirección en que se colocan los elementos como los

reguladores de caudal, reguladores de presión entre otros, y la correcta ubicación de

estos.

Tener siempre presente la regulación de presión que se obtiene de la unidad de

mantenimiento del sistema, ya que en muchas pruebas se pide alguna presión de

alimentación en la red.

Todas las válvulas biestables no siempre están conmutadas de la forma correcta, o

como se necesite que estén conmutadas para el proceso ya que estas pueden haber

sido utilizadas con anterioridad, por tanto se recomienda conmutar cada válvula al

estado que se requiera dependiendo en que parte del proceso se va a utilizar.

Empezar el diseño con la secuencia a seguir, para ir verificando que las cosas

funcionen, así asegurar puntos vitales en las pruebas.

Después de tener la secuencia completa, continuar con los elementos

complementarios de control.

Para los montajes de estos circuitos se recomienda revisar el estado del

funcionamiento de los elementos como sensores, pulsadores, válvulas y mangueras

de conexión, ya que estos pueden hacer que el equipo pierda un tiempo valioso a la

hora de rectificar el funcionamiento del circuito final, a la hora de revisar posibles

errores nunca de por sentado el buen funcionamiento de ningún elemento, de ser

posible genere planes de revisión rápidos, centrando cada participante en elementos

específicos.

Se recomienda rectificar todas las posibles fugas que contenga el circuito, ya que este

inconveniente puede hacer perder puntos valiosos.

Realizar tantos ejercicios como sea posible antes de presentarse a las pruebas; es

recomendable regirse por las pruebas que se presentan en el segundo capítulo de

este documento.

Para los problemas con restricción de elementos, primero se debe analizar si los

elementos cumplen con los requerimientos de algún método especifico, y usar


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siempre todos los elementos que se tengan a la mano a la hora de realizar la prueba,

ya que si existe el elemento dentro de los materiales es porque el jurado calificador

estará al tanto que no sobre ningún elemento (de todas maneras puede hacer caso

omiso de esta recomendación si la prueba indica lo contrario, o si no se especifica que

se debe utilizar todo)

A la hora de la revisión de las pruebas realizadas, dejar que los jurados realicen todos

los movimientos que ellos crean pertinentes para probar el circuito de resultado, no

hacer ninguna prueba por cuenta de los participantes, ya que esto puede traer

efectos secundarios negativos en el resultado de las pruebas realizadas.

1.2. Electroneumática

Este pilar de las competencias abarca la solución de secuencias automáticas y manuales

basadas en señales eléctricas de 24 voltios, por este motivo todos los elementos de

control que se usan pueden ser interpretados como contactos normalmente abiertos o

cerrados, los cuales son accionados de manera mecánica (pulsadores, interruptores,

selectores, finales de carrera, etc.), de manera eléctrica (relevos, solenoides,

temporizadores, contadores, etc.) y por fenómenos físicos (Sensores magnéticos, sensores

inductivos, presóstato, caudalímetro, etc.).

Es de gran importancia comprender la forma de comandar las acciones que se pretenden

realizar a través de los enclavamientos y los relevos con memoria pues estos serán los

encargados de controlar cada paso de la secuencia, además de que la comprensión del

funcionamiento de ellos será de gran ayuda en las pruebas con controladores lógicos

programables (PLC).

En las competencias, esta parte es evaluada de dos formas diferentes pero siempre

teniendo como base los mismos principios, la primera forma es a través del diseño y

montaje de una secuencia, y la segunda es a través del diseño y la simulación en el

computador de un sistema usando FluidSim. En este orden de ideas se hace estrictamente

necesario que el participante sepa identificar y usar los elementos físicos que se


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32

involucran en el montaje (Bloque de válvulas, bloque de pulsadores-interruptores-

indicadores visuales, sensores de todos los tipos, temporizadores, contadores, y otros,

pertenecientes a los equipos de enseñanza de Festo Didactic)1.

1.2.1. Método Cascada

El método Cascada en Electroneumática tiene la misma teoría base que el método

cascada en neumática (la separación de la secuencia en grupos se realiza de la misma

manera); pero para el caso de los circuitos electroneumáticos, se usan relevos para activar

o desactivar un grupo.

Para diseñar un circuito electroneumático, es necesario realizar los siguientes pasos, para

llegar a un resultado óptimo:

1. Analizar el problema e identificar los actuadores y sensores a utilizar en el diseño, con

su respectiva simbología descrita en el primer paso del método cascada en

neumática.

2. Establecer la secuencia de movimientos de los actuadores, estableciendo los signos

de los movimientos como se muestra en la Figura 3. Por ejemplo:

A+ B+ B- A-

3. Dividir la secuencia en grupos teniendo en cuenta la teoría explicada para la creación

de grupos en neumática.

1 Se recomienda a los participantes revisar en la página de festo didactic, (www.festo.com/didactic), por los

sistemas de enseñanza para neumática y electroneumática, cuyas referencias son TP101, TP102, TP201 y

TP202, de esta manera el grupo puede hacerse una idea de cómo lucen los elementos, y evitar sorpresas

durante las competencias.

http://www.festo.com/didactichttp://www.festo.com/didactichttp://www.festo.com/didactichttp://www.festo.com/didactic


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33

4. Se establece que elemento o sensor es el encargado de hacer el cambio de un

movimiento a otro con una flecha por encima indicando el sensor correspondiente, y

con una flecha por debajo el encargado de hacer cambio de grupo. Ejemplo:

5. Se establece el numero de relevos necesarios para la secuencia básica con la

aplicación de la siguiente fórmula:

En donde: es el número de relevos y es el número de grupos; teniendo que para

este caso se tendrá dos 1 relevo.

6. Se ponen los actuadores cada uno con su válvula 5/2 activadas

electromagnéticamente, se realiza toda la conexión neumática, se ponen los sensores

de cada elemento y se identifican los solenoides de las válvulas como se muestra en la

Figura 30.

Figura 30: Actuadores y Válvulas de Control Electroneumático

7. Se comienza a diseñar la secuencia de principio a fin, comenzando por instalar la

fuente, y diseñando la alimentación del primer grupo (Primer relevo) con las


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condiciones tomadas de la secuencia de cambios de grupos y teniendo en cuenta que

hay que hacer que tenga memoria cada uno de los relevos que se calcularon

anteriormente. Posteriormente el segundo grupo se hace el mismo esquema con

memoria sin embargo se agrega la condición de cambio de grupo, la memoria debe

ser interrumpida en todos los casos por el relevo siguiente. Sin embargo el último

debe ser interrumpido por el último sensor de cambio. La configuración para que

tengan memoria los relevos es el mostrado en Figura 31:

Figura 31: Configuración para obtener Relevos con memoria

De modo que al oprimir el pulsador ‘START’ el relevo se

energiza y atreves del contacto normalmente abierto

quede energizado

8. Se Realizan las líneas de alimentación de cada grupo teniendo en cuenta que cada

línea va alimentada de la fuente a través de un contacto normalmente abierto del

relevo de cada grupo, la última línea de alimentación de grupo está conectada a la

fuente a través de contactos normalmente cerrados de todos los relevos involucrados

en la selección de grupos.


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9. Se procede a realizar la etapa de conexiones de las electroválvulas de la siguiente

manera, el primer movimiento de cada grupo se conecta directamente a la línea de

alimentación del respectivo grupo, los siguientes movimientos del grupo se conectan

a la línea en serie con el sensor o elemento encargado del cambio de movimiento.

Ejemplo 4:

Suponiendo el mismo Ejemplo 1 con la misma secuencia (A+ B+ B- C+ C- A-), pero

resolviéndolo con el método cascada con electroneumática, se tendría:

No. Cilindros = 3 (A, B, C)


Figura 32: Actuadores y Válvulas de Control, Ejemplo 4.

Grupos = 3

Cambios de Grupo y Movimientos =

Relevos de Cambio de Grupo = 2

A+ B+ / B- C+ / C- A-I II III


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Se hace la etapa de control únicamente con dos relevos (K0 y K1) teniendo en cuenta

que el cambio de grupo quita la memoria del primer grupo y que la memoria del

segundo grupo la des-energiza el sensor del cilindro C afuera, como se muestra en

Figura 33.

Figura 33: Relevos de Cambio de grupos, Ejemplo 4.

Por último se hace la parte de accionamiento de las válvulas, la cual se debe hacer de

la siguiente forma:

Se hace una línea para cada grupo, cada línea va unida a la fuente a través de un

contacto abierto de cada relevo consecutivamente y la última línea al no tener

relevo se una a través de contactos cerrados de cada relevo así:


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Figura 34: Cambios de Grupos, Ejemplo 4.

El primer movimiento de cada grupo se conecta directamente a la línea de la

siguiente forma:

Figura 35: Primero Movimiento de los grupos, Ejemplo 3.


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38

Los siguientes movimientos se hacen teniendo en cuenta el sensor o el elemento

que hace el cambio de movimiento como lo muestra la Figura 36:


Al finalizar estos pasos, se tiene la secuencia completa, y ahora si se podrán acoplar todos

los elementos de control que pueda tener el proceso.

1.2.2. Método Paso a Paso

Al igual que el método cascada, el método paso a paso tiene la misma teoría base de la

aplicada en electroneumática solo que este método para electroneumática es mucho más

largo de realizar que el método cascada, este método consiste en dividir la secuencia por

cada movimiento que se genere. Siguiendo los pasos descritos a continuación se debe

llegar al resultado esperado:

1. Analizar el problema e identificar los actuadores y sensores a utilizar en el diseño, con

su respectiva simbología descrita en el primer paso del método cascada en

neumática.

2. Establecer la secuencia de movimientos de los actuadores, estableciendo los signos

de los movimientos como se muestra en la Figura 3. Por ejemplo:


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A+ B+ B- A-

3. Se calcula el numero de relevos con la siguiente ecuación:

En donde: es el número de válvulas y es el número de movimientos; teniendo que

para este caso se tendrán cuatro (cuatro) relevos.

4. Se ponen los actuadores cada uno con su válvula 5/2 activadas

electromagnéticamente, se realiza toda la conexión neumática, se ponen los sensores

de cada elemento y se identifican los solenoides de las válvulas, como se muestra en

la Figura 30.

5. Se inicia energizando el primer relevo (Primer movimiento) a través del pulsador de

inicio y se memoriza la activación del relevo, el encargado de interrumpir la señal de

memoria es el relevo del siguiente movimiento. Para los otros movimientos se replica

el esquema pero la activación estará dependiendo de los elementos que hacen

cambio de movimientos. Es importante tener en cuenta que un paso habilita el

siguiente y deshabilita el anterior.

Figura 37: Configuración de relevos paso a paso, electroneumática

6. Se procede a realizar la etapa de conexión de las electroválvulas, en donde se conecta

el respectivo relevo del movimiento al respectivo solenoide de la válvula.


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Figura 38: Configuración de pasos y movimientos, electroneumática

Ejemplo 5:

Suponiendo el mismo Ejemplo 1 con la misma secuencia (A+ B+ B- C+ C- A-), pero

resolviéndolo con el método cascada con electroneumática, se tendría:

No. Cilindros = 3 (A, B, C)


La configuración de los cilindros, válvulas de control y sensores se puede observar en

la Figura 32.


Numero de relevos = 6


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Se hace la etapa de control activando y desactivando cada paso.

Figura 39: Configuración Pasos, Ejemplo 5.

Etapa de control de válvulas:

Figura 40: Activación y Desactivación de Válvulas de control, Ejemplo 5.

Diseño final:


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Al finalizar estos pasos, se tiene la secuencia completa, y ahora si se podrán acoplar todoslos elementos de control que pueda tener el proceso.

1.2.3. Elementos Complementarios de Control

En la realización de los montajes automático o semiautomático se hacen necesarios en

muchos casos usar elementos que ayudan a controlar variables como el tiempo y números

de repeticiones. Sin embargo a continuación se tratará del uso de los temporizadores y de

los contadores, en donde se mostrarán ejemplos sencillos para comprender su uso y

posteriormente se hará un ejercicio de mayor complejidad para entender a que se hace

referencia cuando se dice que se necesita lógica e intuición (se omiten válvulas de presión

y otras, pues en el caso de electroneumática estos sensores funcionan de manera similar a

los utilizados para la detección de las posición del cilindro y por ende la integración de los

mismos al resto del circuito resulta bastante sencilla).

Temporizadores

En electro-neumática la temporización se hace a través de relevos con retardos, para

nuestro estudio nos concentraremos en el relevo con retardo a la conexión (on delay o

con desaceleración de arranque) y relevo con retardo a la desconexión (off delay o con

desaceleración de caída). Es importante tener presente cual es el modo de operación de


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cada uno, pues se les puede poner contactos normalmente cerrados o abiertos, es decir,

que se pueden usar de muchas formas.

Retardo a la conexión: Una vez que el relevo es energizado empieza a correr el tiempo

(funciona con flanco de subida), transcurrido éste, los contactos que se encuentren

relacionados con el relevo conmutan. Es importante que la señal de alimentación del

relevo no se pueda cortar durante el conteo del tiempo pues no se activa, por eso se

sugiere usar el método para memorizar la señal de los relevos. Un ejemplo sencillo es

el de retardar el tiempo de salida de un cilindro como se muestra en la Figura 42:

Figura 42: Configuración del retardo a la conexión en electroneumática

En el ejemplo anterior se usó un interruptor para mantener la señal activa, sin embargo,

se pudo haber usado un pulsador y memorizarlo. Se sugiere hacer el anterior montaje

para ver realmente el funcionamiento de este retardo.

Retardo a la desconexión: Una vez que el relevo se energiza lo contactos relacionados

a éste conmutan, en el momento que se des energiza comienza a correr el tiempo, y

una vez transcurrido los contactos vuelven a su estado normal. En el ejemplo

mostrado en la Figura 43 en el momento que se conmute el interruptor el cilindro


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saldrá, cundo se vuelva a conmutar el interruptor pasarán 5 segundos antes que el

cilindro retorne a su posición.

Figura 43: Configuración del retardo a la desconexión en electroneumática

Contadores:

Los contadores son normalmente usados para contabilizar el número de repeticiones de

un movimiento determinado, en electro-neumática se usa a través de un relevo el cual

tiene un indicador que muestra el número de repeticiones, este funciona por flanco

ascendente y tiene reset para volver a ceros los parámetros. El principal parámetro a

tener en cuenta en el contador es el set point o denominación de la conexión, esto hace

referencia a el numero de la repetición en la cual los contactos relacionados al relevo

contador conmutan.

En las competencias se usan de diversas formas, sin embargo la más compleja resulta

cuando se pide que cierta parte de la secuencia se tenga que realizar un número

determinado de veces y después seguir con el resto de la secuencia.


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Figura 44: Contadores en electroneumática

El contador inicia en el valor seleccionado y con cada flanco ascendente se decrementa en

uno el valor, hasta llegar a cero y conmutar los contactos. En este ejemplo se debe

presionar el pulsador de “START” 5 veces para sacar el actuador, y después se hace

necesario presionar el Reset para retornar el cilindro.

Ejemplo 6:

Secuencia necesaria:

Se requiere que antes que entre ‘A’ el cilindro ‘B’ debe entrar y salir un número

determinado de veces por un contador; cada vez que el cilindro B este afuera debe

esperar 5 segundos antes de entrar.

La solución a este ejemplo esta mostrada en la Figura 45, y es necesario usar la

configuración de cilindros y válvulas de control mostrados en la Figura 30. En donde KC es el

relevo del contador y KT es el relevo del temporizador.


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Figura 45: Solución ejemplo de elementos de control electroneumáticos

1.2.4. Recomendaciones

A la hora de realizar las pruebas de electroneumática en las Olimpiadas Nacionales de

Mecatrónica, hay que tener en cuenta las siguientes recomendaciones:

Si se realiza pruebas sobre el simulador, realizar secuencia básica y después de tener

la secuencia funcionando proceder a crear nuevo archivo en el cual se copia y se pega

lo que se tiene hasta ese punto, con el fin de que todas las modificaciones que se

realicen se hagan sobre otro archivo y asegurar en todo momento poder presentar la

secuencia básica, que en resumidas cuentas es clave en la puntuación.

Tener mucho cuidado con las márgenes de las hojas y conexiones erróneas que

existan en la simulación, ya que pueden calificar que no salga ningún error o mensaje

en la simulación.

Poner unidades de mantenimiento si son necesarias, y ajustar bien las presiones del

compresor y las unidades de mantenimiento según lo requerido.


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Para agregar una válvula en FluidSim lo más recomendable es acceder al menú:

Neumática/Válvulas/Válvulas de vías de uso frecuente/accionadas por solenoides

(Activadas Electroneumáticamente). Con esto ahorramos tiempo en la puesta a punto

de la válvula (Silenciadores, tipos de accionamiento, muelles, etc).

Para los montajes de estos circuitos se recomienda revisar el estado del

funcionamiento de los elementos como sensores, pulsadores y electroválvulas y

relevos y cables de conexión, ya que estos pueden hacer que el equipo pierda un

tiempo valioso a la hora de rectificar el funcionamiento del circuito final.

Es importante tener claro la simbología de todos los sensores pues se califica que se

haya usado el sensor que se pide, a continuación se mostrarán algunos de los

sensores más usados y la forma de incluirlos.

Presóstatos: En FluidSim a la hora de usar los presóstatos se hace necesario incluir

una parte mecánica que se encuentra en el pilar de neumática/sensores e

instrumentación de medidas, este elemento que se selecciona de este subgrupo es

el que se conectara a la parte neumática del sistema. Otra parte se incluye en la

parte de control, pero el elemento que se agrega se hace desde los sensores e

instrumentos de medidas de componentes eléctricos. Este procedimiento también

se debe realizar con caudalímetros y otros sensores de este tipo. Estos elementos

siempre se debe tener en cuenta la presión de configuración que deban tener según

la función a realizar.

Cuando se habla de finales de carrera, es posible que pidan contactos especiales

como contactos Reed, por esta razón una vez que el contacto normalmente abierto

se encuentre referenciado al final de carrera se debe hacer doble clic y según como

se muestra en la Figura 46 seleccionar el tipo de contacto.


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Figura 46: Configuración de Contactos Reed.

Sensor Capacitivo, inductivo, óptico y magnético: Todos estos sensores se conectan

de la misma forma, referenciando el sensor a un punto de la carrera del cilindro.

Figura 47: Ejemplo de Conexión electroneumática de un Sensor Capacitivo.


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1.2.5. Fundamentos para la Nomenclatura ISO 1219

Aunque existe diferente material respecto a la manera como se debe realizar la

nomenclatura de elementos en un circuito neumático, se ofrece la siguiente guía y

ejemplos a manera de información que puede ser fácilmente trasladada al desarrollo de

las pruebas:

La nomenclatura de un circuito neumático debe realizarse a partir de los

actuadores, identificándolos primero con un número seguido por la letra A. el

número identificará el grupo que comanda dicho actuador, así por ejemplo 2A

significa el actuador del grupo dos; si llegado el caso se tiene más de un

actuador por grupo se procede como sigue: 2A1, 2A2, etc.

Una vez designados los actuadores se procede a designar aquellas válvulas y

sensores que están directamente conectados a este, tenga en cuenta que para

el caso de válvulas se utiliza la letra V, para el caso de sensores y otros

elementos de entrada se utiliza la letra S, y para otros elementos (grupos de

válvulas, temporizadores, válvulas de secuencia, filtros, etc.) se utiliza la letra Z.

Entonces, las válvulas que están conectadas al actuador pertenecerán a ese

mismo grupo (en nuestro ejemplo el grupo 2) y de allí en adelante con el

consecutivo; así por ejemplo, se pueden tener las válvulas 2V1, 2V2, 2V3, etc., y

los sensores 1S1, 1S2, 1S3 etc. Procure dentro de lo posible realizar asignar el

consecutivo más bajo al elemento que se encuentre más abajo dentro del

circuito y aumente el índice a medida que se acerca a los actuadores.

Finalmente se designan aquellos elementos que no están directamente

conectados a un actuador en específico, para estos se utilizan las mismas letras

de designación ya explicadas y se utiliza el grupo cero 0.

Obsérvese la siguiente figura a manera de ejemplo ilustrativo de lo anteriormente

explicado, se recomienda realizar una revisión de los circuitos de ejemplo que contiene el

Fluidisim (inclusive en su versión de demostración), para observar diferentes maneras de


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designar los elementos siguiendo estas normas básicas, así mismo y a manera de práctica,

se recomienda realizar una nueva nomenclatura de los ejercicios hasta ahora realizados.

Figura 48: Circuito Neumático de acuerdo a ISO 1219.


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II. PRUEBAS TIPO COMPETENCIA

Este capítulo está orientado a desarrollar las destrezas y habilidades del participante a la

hora de enfrentarse a las pruebas que se presentan durante la competencia, por esta

razón es necesario que las siguientes se realicen regidas por los formatos de calificación

incluyendo todas las restricciones que se presentan a nivel de elementos y tiempos de

desarrollo. Gran parte de este compendio de retos han sido parte de olimpiadas y

eliminatorias anteriores por lo que deben servir como refuerzo para la preparación del

grupo competidor.

Este se encuentra dividido en los diferentes temas antes vistos, sin embargo es bueno que

se seleccione una prueba de cada tema y sea aplicada en un mismo día, con el fin de de

dar un mayor acercamiento a la realidad a la que se enfrentaran.

Se ha procurado mantener la estructura, y redacción de las pruebas intactas, así que se

recomienda fuertemente que el grupo en preparación realice un desarrollo de la prueba a

conciencia tomando el tiempo límite y realizando una simulación completa como si se

tratase de una competencia, de esta manera podrá sacar el máximo provecho de este

limitado compendio.


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1. Pruebas Neumáticas.

1.1. Prueba Número 1.

Problema

Lo que en un principio parecía un inconveniente de fácil solución se ha complicado, es por

esta razón que la empresa XMS requiere de sus servicios y conocimientos. Una prensa

sencilla de avance regulado y funcionando a 4 bar cuyo control se realiza únicamente

medi

Inicialmente la prensa contaba con dos pulsadores, uno que la hacía avanzar y otro que

cumplía con el retroceso, debido a una mala manipulación de la máquina, el pulsador de

retroceso se ha dañado. Así que es necesario realizar una reparación que cumpla con una

tarea similar, así que el departamento de mantenimiento sugiere que con un solo

pulsador (válvula 3/2 Normalmente Cerrada) se cumplan ambas funciones de la siguiente

manera:

— Al pulsar una vez el cilindro debe avanzar

— Al pulsar una segunda vez el cilindro debe retroceder

— El circuito queda listo para iniciar de nuevo

Cabe recordar que el tiempo del cual se dispone es de 45 minutos, en el banco de trabajo

usted encontrará los elementos disponibles, cuya lista se muestra a continuación.

— Cilindro de doble Efecto.

— 2 válvulas reguladoras de caudal.

— 3 válvulas 5/2 biestables.

— 2 válvulas 5/2 monoestables.

— Válvula 3/2 selectora.

— Válvula 3/2 Normalmente cerrada accionada por pulsador

— 6 Conexiones “T” para manguera 4.


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Problema

En un proceso de doblado al interior de una reconocida empresa elaboradora de perfiles

metálicos, se realiza una secuencia sencilla la cual involucra dos actuadores neumáticos

Encargados de transformar una lámina metálica en un producto terminado tal y como se

ilustra en las figuras adjuntas.

Así entonces al accionar un pulsador neumático, sucede lo siguiente:

1. avanza el actuador 1A, llegando hasta el final de su recorrido

2. Avanza el Actuador 1B, hasta llegar al final de su recorrido

3. Retrocede el actuador 1B

4. Finalmente retrocede el actuador 1A, para que el producto sea retirado


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Misión y Limitantes

Realizar un circuito neumático que cumpla con la secuencia descrita y adicionalmente

como requerimiento adicional de la empresa es necesario asegurar que una vez que el

cilindro 1B avanza permanezca en esa posición por un tiempo regulable para asegurar que

el producto final no se deforme, pasado este tiempo la secuencia continuará hasta

finalizar. Al accionar el pulsador de inicio de nuevo la secuencia debe repetirse siguiendo

estos mismos pasos.

Recuerde que para realizar esta labor su grupo dispone únicamente de 45 minutos, y de

los elementos que se encuentran en el banco de trabajo.


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Problema

Las condiciones ambientales al interior de las instalaciones de una empresa, hacen que

sea estrictamente necesaria la utilización de sistemas neumáticos para la automatización

de sus máquinas. En esta ocasión se requiere que su grupo de trabajo diseñe y construya

un circuito (neumático), que funcione de acuerdo a lo siguiente:

1) La secuencia debe iniciar

cuando se accione el pulsador

neumático (válvula 3/2 NC).

Designada como Pul1

2) Al hacer esto, el cilindro

demarcado con 1A1 avanza y

retrocede un total de 3 veces

para depositar el material hasta llenar el Envase

3) Posteriormente y al terminar el proceso de llenado se debe accionar el pulsador

Neumático (válvula 3/2 NC) designado como Pul2, para que el cilindro 2A1 avance para

poner un nuevo envase.

4) Finalmente el cilindro 2A1 retrocede automáticamente y el sistema queda listo para

iniciar de nuevo.

Consideraciones Adicionales


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– El pulsador marcado con Pul2, no debe realizar ninguna acción hasta que el

actuador 1A1 termine su secuencia.

– El circuito debe permitir la regulación independiente de la velocidad de avance

de los actuadores.

– Recuerde que para realizar esta labor su grupo dispone únicamente de 45

minutos, y de los elementos que aparecen listados a continuación.

2 pulsadores neumático 3/2 NC

4 válvulas 5/2 biestables

3 reguladores de Caudal unidireccionales.

1 Contador Neumático con Preselección, NC

1 válvula triple AND

2 Cilindros neumáticos de doble efecto

3 finales de carrera neumáticos NC

Mangueras de diferentes tamaños.

6 conexiones en “T” para manguera de 4 mm


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Problema

Unos de nuestros clientes desea

realizar un proceso de sellado en una

pieza plástica.

Para lo cual debe sujetarla con un

cilindro y realizar el proceso de

sellado con otro cilindro que cargara

la herramienta.

Para el arranque del sistema es necesario que el operario realice la

activación del sistema con un accionamiento bimanual, y confirmando que

el sistema se encuentra en la adecuada posición de inicio.

El proceso de mecanizado es exitoso solo si se realiza la operación de

sellado esperando un tiempo en el recorrido final de la herramienta.

Posteriormente de esta operación el cilindro que sujeta la operación debe

retroceder.

El sistema debe permitir graduar la presión de ingreso de la herramienta y

la velocidad de avance y retroceso de los cilindros.


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De la misma manera el sistema debe tener una paro de emergencia que me

permita volver los cilindros a posición inicial en el momento de obturar el

pulsador de emergencia.

Tarea:

Realice el diseño del sistema adecuado para la aplicación.

Realice el montaje del sistema

Realice las suficientes pruebas para la entrega al cliente final.

Puntos de evaluación:

Se evaluará el conocimiento de la simbología según la norma ISO 1219, lautilización de los elementos especificados, el funcionamiento del sistema y el

tiempo utilizado para la implementación.

Utilización diagrama Espacio- Fase

Uso secuencia literal

Plano de la situación Se evaluará el funcionamiento de la secuencia.

Se evaluara si el sistema presenta fugas.

Se evaluara montaje del sistema.


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2. Pruebas Electroneumáticas.


Problema:

El departamento de proyectos de la empresa XMS tiene una importante entrega que

realizar de la cual depende el futuro de nuevas y benéficas negociaciones, sin embargo,

debido a problemas externos dispone únicamente de 45 minutos para realizar un sistema

para una máquina de selección que cumpla con las siguientes especificaciones:

1. Sistema de seguridad compuesto de dos pulsadores, el proceso únicamente

arranca cuando ambos son pulsados simultáneamente, adicionalmente y para

evitar inconvenientes de seguridad, el sistema no puede arrancar si el operario

pulsa cualquiera y tarda más de un segundo en pulsar el siguiente.

2. Ciclo continuo de selección y expulsión, realizado por un sistema de dos

actuadores que describen la siguiente secuencia A+/A-/B+/B-, una y otra vez sin

detenerse.

3. El cilindro A, debe avanzar lento y retroceder lo más rápido posible.

Al revisar en la bodega del departamento encuentra, que para la realización de este

proyecto únicamente dispone de los elementos listados a continuación

— Dos sensores magnéticos de contactos REED Normalmente abiertos

— Dos pulsadores con 2 contactos normalmente abiertos y dos contactos

normalmente cerrados cada uno

— Una electroválvula 5/2 monoestable

— Una electroválvula 5/2 biestable

— Dos temporizadores eléctricos con retardo a la conexión

— Un temporizador eléctrico con retardo a la desconexión.

— Tres relevos triples (3 contactos NC y NA cada uno).

— Dos actuadores de doble efecto.

— 2 Válvulas OR

— 2 válvulas AND


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— 1 válvula de escape rápido

— 5 válvulas reguladoras de caudal

— Fuente de aire comprimido y Fuente 24 VDC

Basado en la información anterior puede usted encontrar una manera de sacar adelante

esta negociación, arreglando este inconveniente????

Simule su solución utilizando FluidSim y los elementos listados


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Problema:

Un dispositivo para almacenamiento momentáneo en un proceso de fabricación de esferas luce como

aparece en la siguiente ilustración

Al accionar un pulsador eléctrico NA, debe ocurrir lo siguiente:

1. El actuador 1A avanza expulsando la esfera hacia el siguiente actuador

2. Al llegar al final de su recorrido retrocede

3. Una vez que 1A ha terminado su movimiento, el cilindro 1B avanza para depositar la esfera en el

contenedor de la parte superior.

4. Al llegar al final de su recorrido, el actuador 1B retrocede.

El actuador Neumático de Giro 1C, se encarga de dosificar las esferas una a una realizando un movimiento

hasta el final de su recorrido y de vuelta. Este movimiento se realizará siempre y cuando exista pieza en el

contenedor (sensor óptico de detección de piezas activo) y no se encuentre ninguna esfera en el punto 4 del

diagrama (Para saber si se encuentra o no una esfera allí la máquina cuenta con un interruptor NA que se

activa cuando la palanca no tiene peso alguno, es decir, cuando no se encuentra una esfera en la palanca)


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Misión y Limitantes.

Elaborar un circuito Electroneumático utilizando el Fluid SimP versión 4 que cumpla con los requerimientos

anteriormente descritos, y teniendo en cuenta adicionalmente las siguientes limitantes.

1. Los sensores para detección de posición de los cilindros de doble efecto deben ser de tipo

magnético.

2. Los sensores para detección de posición del actuador de giro deben ser de tipo inductivo

3. Si ocurre algún fallo en la alimentación eléctrica, todos los actuadores deben volver a su posición

inicial.

4. El sensor óptico y el interruptor para detección de esfera deben ser ubicados en el plano y para

efectos de simulación se activarán de manera manual (haciendo clic sobre ellos).

5. El tiempo de la prueba no puede ser superior a 45 minutos.


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Un cilindro neumático de doble efecto provisto de una canastilla se utiliza para la

inmersión de materiales en un baño que hace parte de un proceso de galvanizado. La

tarea de su grupo consiste entonces en el diseño de un circuito para esta labor, teniendo

en cuenta que este debe funcionar de la siguiente manera:

- Al presionar un pulsador de inicio, el

cilindro retenedor sujeto como lo

sugiere la figura avanza para sumergir

la canastilla dentro del baño

- Al llegar al final de su recorrido, el cilindro retrocede, sacando la canastilla del baño. Elcilindro llegará hasta la mitad del recorrido y avanzará de nuevo para sumergir la

canastilla una segunda vez.

- Al alcanzar de nuevo la posición final el cilindro debe retroceder completamente para

retirar la canastilla y así culminar esta etapa del proceso de galvanizado.

Es decir, el sistema debe cumplir con la tarea descrita por el diagrama espacio-fase de la

figura.

S1

S2

S3

S1

S2

S3

Bath1Bath1

agrama e spac o - ase


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Consideraciones Adicionales

– Los sensores utilizados para el diseño tienen que ser de tipo óptico

– El circuito debe permitir la regulación de la velocidad de avance y de retroceso

del actuador neumático, aplicando restricción al aire de escape de las cámaras

de los actuadores.

– Recuerde que para realizar esta labor su grupo dispone únicamente de 45

minutos,

– En caso de una eventual falla de la energía, el sistema debe asegurar que la

canastilla será retirada del baño

– Tenga presente que el plano del sistema a presentar no debe admitir ningún

error cuando se desee correr la simulación.


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4 2

5

1

3

Y1 Y2

S3 S1

4 2

5

1

3

Y3 Y4

S2

Retenedor Cil. Llenado.


Montaje en Banco.

Su grupo de trabajo ha sido encomendando para la completa revisión y puesta a punto de un circuito

electroneumatico que hace parte de una máquina que cumple una labor de llenado sencilla.

El departamento de proyectos le ha entregado a su grupo el siguiente plano:

El cual va acompañado del esquema neumático que también se presenta a continuación.

El equipo está consciente de que el circuito

presenta un problema que le impide cumplir de

manera adecuada con su labor, pues si se pone a

funcionar el circuito la secuencia descrita es la

siguiente:

+24V

0V

K1

A1

A2

K1

3

4

K2

1

2

E1

3

4

K2

A1

A2

S3

T3

1

2

Y3Y1 Y2

Y4

K2

3

4

T3

3

4

S1

3

4

K3

A1

A2

K3

3

4

T3 5

A1

A2

S2

1 2 4 6 7 8 9 10

7 86 10 97


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- Al presionar el pulsador de arranque, el cilindro retenedor avanza.

-En ese mismo instante inicia un temporizado de 5 segundos.

- Al finalizar el temporizado el cilindro de llenado inicia su carrera de avance.

- Una vez el cilindro de llenado llega a su posición final, entonces el cilindro retenedor regresa a su posición

inicial y finalmente al llegar al final de su recorrido este hace retornar el cil de llenado a su posición inicial

La tarea de su grupo consistirá en realizar el montaje electroneumático respetando al máximo el esquema

neumático y la ubicación de los sensores, pero realizando las correcciones necesarias para que el circuito

cumpla con la siguiente secuencia al oprimir el pulsador de arranque.

-Avanza cilindro Retenedor

-Al llegar al final avanza el cilindro de llenado

-Una vez al final, retrocede el cilindro retenedor.

-Comienza un temporizado de 5 segundos

-Transcurrido el tiempo regresa el cilindro de llenado a su posición inicial, y el sistema queda listo para

iniciar.


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Un dispositivo de ensamble sencillo compuesto de tres actuadores luce como lo muestra la figura a

continuación:

Al accionar un pulsador eléctrico NA, el sistema de actuadores debe realizar los movimientos

correspondientes al diagrama de espacio fase que aparece a la derecha. Es decir:

5. El actuador 1A avanza con la pieza base para el ensamble

6. Al llegar al final, el cilindro 2A avanza para insertar la primera pieza.

7. Una vez que 2A termina su recorrido, el cilindro 3A avanza para culminar el ensamble.

8. Al finalizar el recorrido de 3A, regresa junto con el cilindro 1A a su posición inicial.9. Concluido este último movimiento el cilindro 2A retorna a su posición de reposo, dejando el

sistema listo para iniciar de nuevo.

Consideraciones Adicionales.


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Elaborar un circuito Electroneumático utilizando el Fluid SimP versión 4 que cumpla con los requerimientos

anteriormente descritos, y teniendo en cuenta adicionalmente las siguientes limitantes.

6. Los sensores para detección de posición de los cilindros deben ser de tipo magnético.

7. Se pueden utilizar como máximo 7 relevos con dos contactos abiertos, y 2 contactos cerrados cadauno.

8. Si ocurre algún fallo en la alimentación eléctrica, todos los actuadores deben volver a su posición

inicial

9. Solo se permite un pulsador de inicio con contacto NA, para dar inicio al sistema.

El tiempo de la prueba no puede ser superior a 45 minutos.


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MANUAL DE PREPARACIÓN PARA OL

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MANUAL DE OLIMPIADAS MODIFICADO 03.09.12 Ok.pdf