*3UHGH 6FKRO]

(OHFWURQHXPiWLFD1LYHO%iVLFR

73)HVWRLGDFWLF

N de artculo. 90 877Descripcin E.PNEUM.GS.LBH.Denominacin D.LB-TP201-ESEdicin 01/2001Grficos D. SchwarzenbergerEditores Dr. F. EbelAutores G. Prede, D. ScholzTraduccin I. SahunLayout OCKER Ingenieurbro

Copyright by Festo Didactic GmbH & Co., D-73770 Denkendorf 1999Sin nuestra expresa autorizacin, queda terminantemente prohibida lareproduccin total o parcial de este documento, as como su uso indebi-do y/o su exhibicin o comunicacin a terceros. De los infractores seexigir el correspondiente resarcimiento de daos y perjuicios. Quedanreservados todos los derechos inherentes, en especial los de patentes,de modelos registrados y estticosParte de esta publicacin puede ser duplicada para fines exclusiva-mente didcticos. por personas autorizadas en este sentido.

)HVWRLGDFWLF73

&RQWHQLGR

&RQWHQLGR

3UHIDFLR

&DStWXOR ,QWURGXFFLyQ

1.1 Aplicaciones de la neumtica.................................................................... 6

1.2 Trminos bsicos de ingeniera de control ............................................... 8

1.3 Sistemas de control neumticos y electroneumticos ............................ 14

1.4 Ventajas de los controles electroneumticos.......................................... 17

&DStWXOR)XQGDPHQWRVGHODHOHFWULFLGDG

2.1 Corriente continua y corriente alterna ..................................................... 20

2.2 La ley de Ohm ......................................................................................... 22

2.3 Funcin de un solenoide ......................................................................... 24

2.4 Funcin de un condensador.................................................................... 26

2.5 Funcin de un diodo ................................................................................ 27

2.6 Mediciones en circuitos elctricos........................................................... 28

&DStWXOR&RPSRQHQWHV\FRQMXQWRVGHODVHFFLyQGHFRQWUROGHVHxDOHVHOpFWULFDV

3.1 Fuente de alimentacin ........................................................................... 36

3.2 Pulsadores y selectores .......................................................................... 37

3.3 Sensores para medicin del desplazamiento y la presin...................... 39

3.4 Rels y contactores ................................................................................. 49

3.5 Controles lgicos programables.............................................................. 55

3.6 Estructura global de la parte de procesamiento de seales ................... 56

73)HVWRLGDFWLF

&RQWHQLGR

&DStWXOR9iOYXODVGLVWULEXLGRUDVDFFLRQDGDVHOpFWULFDPHQWH

4.1 Funciones ................................................................................................ 60

4.2 Construccin y modo de funcionamiento ................................................ 62

4.3 Tipos de electrovlvulas y datos de rendimiento .................................... 74

4.4 Datos caractersticos de las bobinas....................................................... 83

4.5 Conexin elctrica de bobinas de solenoide........................................... 86

&DStWXORHVDUUROORGHXQVLVWHPDGHFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR

5.1 Procedimiento para desarrollar un sistema de control............................ 90

5.2 Procedimiento para el diseo del proyecto ............................................. 92

5.3 Aplicacin de ejemplo: proyecto de un dispositivo elevador................... 965.4 Procedimiento para instalar el sistema de control ................................ 109

&DStWXORRFXPHQWDFLyQGHXQVLVWHPDGHFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR

6.1 Diagrama de desplazamiento................................................................ 115

6.2 Diagrama secuencial de funciones ....................................................... 119

6.3 Esquema del circuito neumtico ........................................................... 127

6.4 Esquema del circuito elctrico............................................................... 144

6.5 Esquema de conexiones de los terminales........................................... 158

&DStWXOR0HGLGDVGHVHJXULGDGHQORVVLVWHPDVGHFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR

7.1 Peligros y medidas de proteccin ......................................................... 170

7.2 Efectos de la corriente elctrica en el cuerpo humano ......................... 172

7.3 Medidas para proteccin contra accidentes con la corriente elctrica . 175

7.4 Panel de control y elementos indicadores............................................. 176

7.5 Proteccin de equipos elctricos contra influencias ambientales......... 181

)HVWRLGDFWLF73

&RQWHQLGR

&DStWXOR6LVWHPDVGHFRQWUROSRUUHOpV

8.1 Aplicaciones de sistemas de control por rels en electroneumtica .... 186

8.2 Control directo e indirecto ..................................................................... 186

8.3 Operaciones lgicas .............................................................................. 189

8.4 Memorizacin de seales...................................................................... 192

8.5 Temporizacin ....................................................................................... 198

8.6 Control secuencial con memorizacin de seal por vlvulas de doblesolenoide ............................................................................................... 199

8.7 Circuito para evaluacin de elementos de control ................................ 208

8.8 Ejemplo: Control secuencial para un dispositivo elevador.................... 211

&DStWXORLVHxRGHORVPRGHUQRVVLVWHPDVGHFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR

9.1 Tendencias y desarrollos en electroneumtica..................................... 236

9.2 Actuadores neumticos......................................................................... 237

9.3 Sensores................................................................................................ 245

9.4 Procesamiento de seales .................................................................... 246

9.5 Vlvulas distribuidoras........................................................................... 247

9.6 Modernos conceptos de instalacin...................................................... 251

9.7 Ahorro en la instalacin de tubos .......................................................... 262

9.3 Ahorro en el cableado ........................................................................... 264

9.9 Neumtica proporcional ........................................................................ 271

$SpQGLFH

ndice ................................................................................................... 281Estndares .......................................................................................... 291

73)HVWRLGDFWLF

3UHIDFLR

3UHIDFLR

La electroneumtica se utiliza con xito en muchas reas de la automa-tizacin industrial. La mayora de los sistemas de produccin, montaje yembalaje de todo el mundo estn accionados por sistemas de controlelectroneumtico.Los cambios en los requerimientos, junto con los avances tcnicos hantenido un impacto considerable en el aspecto de los controles. En laseccin de control de las mquinas, los rels han ido sustituyndose porcontroles lgicos programables para cumplir con la creciente demandade una mayor flexibilidad. Los modernos controles electroneumticostambin plantean nuevos conceptos en la seccin de potencia paracumplir con las necesidades de la prctica industrial actual. Ejemplos deesta tendencia son los terminales de vlvulas, las redes con bus decampo y la neumtica proporcional.En la introduccin de este tema, este libro de texto presenta primero laestructura y el modo de funcionamiento de los componentes utilizadospara desarrollar un sistema de control electroneumtico. A continuacin,los siguientes captulos enfocan el aspecto de planificacin del proyectoy la realizacin de controles electroneumticos utilizando diversosejemplos. Finalmente, el ltimo captulo trata de las tendencias y desa-rrollos en Electroneumtica.Sus comentarios sobre este libro sern bien recibidos y nos compro-metemos a considerar sus sugerencias, crticas e ideas de mejora.

Noviembre del 2000 Los Autores

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

&DStWXOR

,QWURGXFFLyQ

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

$SOLFDFLRQHVGHODQHXPiWLFD

La neumtica trata del uso del aire comprimido. En muchos casos, elaire comprimido se utiliza para realizar trabajos mecnicos, es decir,para producir movimiento y para generar fuerzas. Los accionamientosneumticos tienen la tarea de convertir en movimiento la energa alma-cenada en el aire comprimido.Los cilindros (denominados tambin en ocasiones 'actuadores') son losaccionamientos neumticos ms utilizados. Se caracterizan por su ro-busta construccin, una amplia gama de tipos, instalacin sencilla y unabuena relacin precio/prestaciones. Por todas estas ventajas, la neum-tica se utiliza en un amplio campo de aplicaciones.

)LJ&LOLQGUROLQHDOQHXPiWLFR\

DFWXDGRUJLUDWRULRQHXPiWLFR

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

Algunas de las muchas aplicaciones de la neumtica son:n Manipulacin de piezas (operaciones de sujecin, posicionamiento,

separacin, apilado, rotacin)n Envase y embalajen Llenadon Apertura y cierre de puertas (p. ej. de autobuses y trenes)n Conformado de metales (embutido y prensado)n Estampacin

En la estacin de proceso de la Fig. 1.2, la mesa de indexacin girato-ria, los dispositivos de alimentacin, sujecin y expulsin y los acciona-mientos para las diversas herramientas son neumticos.

(MHPSORGHDSOLFDFLyQ

)LJ(VWDFLyQGHSURFHVDPLHQWR

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

7pUPLQRVEiVLFRVGHLQJHQLHUtDGHFRQWURO

Los accionamientos neumticos slo pueden realizar trabajo de formatil si sus movimientos son precisos y se realizan en el momento ade-cuado y en la secuencia correcta. La coordinacin de la secuencia demovimiento es la tarea que realiza el control.La ingeniera de control trata del diseo y estructura de los controles. Lasiguiente seccin trata de los trminos bsicos utilizados en ingenierade control.

Control control en bucle abierto es el proceso que se realiza en unsistema en el que una o ms variables en forma de variables de entradaejercen su influencia sobre otras variables en forma de variables de sa-lida, de acuerdo con las leyes que caracterizan al sistema. La caracte-rstica que distingue al control en bucle abierto es la secuencia abiertade la accin, a travs de los elementos de transferencia individuales o lacadena de control.El trmino 'control en bucle abierto' se utiliza ampliamente no tan slopor el proceso de control, sino tambin para la planta como conjunto.

Un dispositivo cierra botes metlicos con una tapa. El proceso de cierrese inicia accionando un pulsador en el puesto de trabajo. Al soltar elpulsador, el cilindro que ha efectuado el cierre regresa a su posicin deorigen.En este control, el estado del pulsador (accionado / no accionado) es lavariable de entrada. La posicin del cilindro de cierre es la variable desalida. El bucle de control es 'abierto' puesto que la variable de salida(posicin del cilindro) no tiene influencia en la variable de entrada (posi-cin del pulsador).

&RQWURO,13DUWH

(MHPSORGHDSOLFDFLyQ

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

Los controles deben evaluar y procesar la informacin (por ejemplo,pulsador presionado/no presionado). La informacin se representa porseales. Una seal es una variable fsica, por ejemplo:n La presin en un determinado punto de un sistema neumticon La tensin en un determinado punto de un circuito elctrico

)LJLVSRVLWLYRGHPRQWDMHSDUDWDSDVHQERWHV

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

10

10

10

0No

2

2

2

3

3

3

4

4

4

1S

5

5

5

bar

6

6

7

7

7

Presin

Posicin de la aguja

Indicacin

Presin

6HxDOYDULDEOHItVLFD

,QIRUPDFLyQD$QDOyJLFD

ELJLWDO

F%LQDULD

Tiempo

Tiempo

Tiempo

Tiempo

012 3 4 5

678

Presinbar

Presin de alimentacin

3

)LJ6HxDOHLQIRUPDFLyQ

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

Una seal es la representacin de una informacin. La representacinse hace por medio del valor o del recorrido del valor de la variable fsica.Una seal analgica es una seal en la cual la informacin est asigna-da punto a punto a un margen de valor continuo del parmetro de laseal (DIN 19226, Parte 5).En el caso de un manmetro, cada valor de presin (parmetro de in-formacin) est asignado a un determinado valor mostrado (= informa-cin). Si la seal sube o baja, la informacin cambia continuamente.

Una seal digital es una seal con un nmero finito de mrgenes devalores del parmetro de informacin. Cada margen de valores estasignado a un elemento especfico de informacin (DIN 19226, Parte 5).Un sistema de medicin de presin con un display digital muestra lapresin en incrementos de 1 bar. Para un margen de presin de 7 bar,hay 8 posibles indicaciones de valor (de 0 a 7 bar). Es decir, hay ochoposibles mrgenes de valor para el parmetro de informacin. Si la se-al sube o baja, la informacin cambia en incrementos.

Una seal binaria es una seal digital con slo dos mrgenes de valorespara el parmetro de informacin. Estos se denominan normalmente '0'y '1' (DIN 19226, Parte 5).Un piloto de control indica si un sistema neumtico est correctamentealimentado con aire comprimido. Si la presin de alimentacin (= seal)est por debajo de 5 bar, el piloto de control se apaga (estado 0). Si lapresin est por encima de 5 bar, el piloto de control se enciende (esta-do 1).

6HxDODQDOyJLFD

(MHPSORGHDSOLFDFLyQ

6HxDOGLJLWDO

(MHPSORGHDSOLFDFLyQ

6HxDOELQDULD

(MHPSORGHDSOLFDFLyQ

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

Los controles pueden dividirse en diferentes categoras segn el tipo derepresentacin de la informacin en controles analgicos, digitales ybinarios (DIN 19226, Parte 5).

Controles

Controlesanalgicos

Controlesdigitales

Controlesbinarios

Un control lgico genera seales de salida a travs de la asociacinlgica de seales de entrada.El dispositivo de montaje de la Fig. 1.3 se ampla para que pueda seraccionado desde dos posiciones. Las dos seales de entrada se enla-zan. El cilindro avanza tanto si se presiona el pulsador 1, el 2, o ambos.

Un control secuencial se caracteriza por su funcionamiento paso a pa-so. Un paso slo puede ejecutarse cuando se ha cumplido el anterior yadems se cumplen ciertos criterios.Estacin de taladrado. El primer paso es la sujecin de la pieza de tra-bajo. As que el mbolo ha alcanzado la posicin final delantera, estepaso ha sido completado. El segundo paso es avanzar el taladro. Unavez completado este movimiento (vstago del cilindro de avance de labroca en posicin final delantera), se ejecuta el tercer paso, y as suce-sivamente.

&ODVLILFDFLyQGHORVFRQWUROHVSRUHOWLSRGHUHSUHVHQWDFLyQGHOD

LQIRUPDFLyQ

)LJ&ODVLILFDFLyQGHORV

FRQWUROHVSRUHOWLSRGHUHSUHVHQWDFLyQGHOD

LQIRUPDFLyQ

&RQWUROOyJLFR

(MHPSORGHDSOLFDFLyQ

&RQWUROVHFXHQFLDO

(MHPSORGHDSOLFDFLyQ

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

Un control puede ser dividido en las funciones de entrada de seales,procesamiento de las seales, salida de la seal y ejecucin de las r-denes. La influencia mutua de estas funciones se muestra en el diagra-ma de desplazamiento de las seales.n Las seales de entrada se combinan con funciones lgicas (proce-

samiento de las seales). Las seales de entrada son de muy bajapotencia, as como su procesamiento. Ambas funciones son parte dela seccin de control de las seales.

n En la etapa de salida de la seal, las seales se amplifican de baja aalta potencia. La salida de la seal forma el enlace entre la seccinde seales de control y la seccin de potencia.

n La ejecucin de la orden se realiza en nivel de potencia es decir,para conseguir elevadas velocidades (por ejemplo, para la rpida ex-pulsin de la pieza de una mquina) o para ejercer una elevada fuer-za (por ejemplo, para un prensado). La ejecucin de la orden perte-nece a la seccin de potencia de un sistema de control.

Ejecucin de la orden

Seal de salida

Procesamiento de las seales

Entrada de seales

Secc

in

depo

tenc

iaSe

cci

n de

con

trol

de la

s se

ale

s

Los componentes en el esquema de un circuito de un control puramenteneumtico deben disponerse de forma que quede claro el flujo de lasseales. De abajo hacia arriba: elementos de entrada (tales como lasvlvulas de accionamiento manual), elementos de enlace lgico (talescomo vlvulas de simultaneidad), elementos de salida de seal (vlvu-las de potencia, tales como vlvulas de 5/2 vas) y finalmente la ejecu-cin de las rdenes (tales como los cilindros y actuadores).

)OXMRGHVHxDOHVHQXQVLVWHPDGHFRQWURO

)LJ)OXMRGHVHxDOHVHQXQVLVWHPDGHFRQWURO

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

6LVWHPDVGHFRQWUROQHXPiWLFRV\HOHFWURQHXPiWLFRV

Tanto los controles neumticos como los electroneumticos tienen unaseccin de potencia neumtica (Vase Fig. 1.7 y 1.8). La seccin decontrol de seales vara segn el tipo.n En un control neumtico se utilizan componentes de mando neumti-

cos, es decir, varios tipos de vlvulas, secuenciadores, barreras deaire, etc.

n En un control electroneumtico, la seccin de control se realiza concomponentes elctricos, por ejemplo, con pulsadores de entradaelctricos, detectores de proximidad, rels o con un control lgicoprogramable.

Las vlvulas distribuidoras forman el interface entre la seccin de con-trol de seales y la seccin de potencia neumtica en ambos tipos decontrol.

)LJ)OXMRGHVHxDOHV\

FRPSRQHQWHVGHXQVLVWHPDGHFRQWUROQHXPiWLFR

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

)LJ)OXMRGHVHxDOHV\FRPSRQHQWHVGHXQVLVWHPDGHFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

A diferencia de los sistemas de control puramente neumticos, los sis-temas electroneumticos no se representan en un slo esquema delcircuito, sino en dos circuitos separados uno para la parte elctrica yotro para la parte neumtica. Por esta razn, el flujo de seales no sedesprende inmediatamente de la disposicin de los componentes entodo el esquema del circuito.

La Fig. 1.9 muestra la estructura y modo de funcionamiento de un con-trol electroneumtico.n La seccin de control de las seales elctricas conmuta las electro-

vlvulas distribuidoras.n Las vlvulas distribuidoras controlan el avance y retroceso de un ci-

lindro neumtico.n La posicin del mbolo se transmite en forma de seal elctrica a la

seccin de control por medio de los detectores de proximidad.

(VWUXFWXUD\PRGRGHIXQFLRQDPLHQWR

GHXQFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR

)LJ(VWUXFWXUDGHXQPRGHUQRFRQWUROHOHFWURQHXPiWLFR

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

9HQWDMDVGHORVFRQWUROHVHOHFWURQHXPiWLFRV

Los controles electroneumticos tienen las siguientes ventajas frente alos sistemas de control neumticos:n Alta fiabilidad (menos piezas mviles sujetas a desgaste).n Menor esfuerzo de planificacin y puesta a punto, en especial para

controles complejos.n Menores costes de instalacin, en especial cuando se utilizan com-

ponentes modernos, tales como los terminales de vlvulas.n Fcil intercambio de informacin entre varios controles.

Los controles electroneumticos se han afirmado en la prctica indus-trial moderna, con lo que la utilizacin de sistemas de control puramenteneumticos ha quedado limitada a aplicaciones de caractersticas espe-cficas (p. ej. en entornos con riesgo de explosin o de incendio, etc.).

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

&DStWXOR

)XQGDPHQWRVGHODHOHFWULFLGDG

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

&RUULHQWHFRQWLQXD\FRUULHQWHDOWHUQD

Un circuito elctrico simple consiste en una fuente de tensin, una cargay lneas de conexin.Fsicamente, los portadores de carga los electrones se mueven atravs del circuito elctrico a travs de los conductores elctricos desdeel polo negativo de la fuente de tensin hacia el polo positivo. Este mo-vimiento de portadores de carga se denomina corriente elctrica. Lacorriente slo puede circular si el circuito est cerrado.Hay dos tipos de corriente corriente continua y corriente alterna:n Si la fuerza electromotriz de un circuito elctrico transcurre siempre

en el mismo sentido, la corriente siempre fluye tambin en el mismosentido. Esto se denomina corriente continua (CC en Espaol o DCcomo denominacin universal en Ingls), o en general un circuito CC.

n En el caso de un circuito de corriente alterna (CA en Espaol o ACcomo denominacin universal en Ingls), la tensin y la intensidadcambian de sentido y de potencial a determinados perodos de tiem-po.

Inte

nsid

ad I

Inte

nsid

ad I

Tiempo t Tiempo t

&RUULHQWHFRQWLQXD &RUULHQWHDOWHUQD)LJ&RUULHQWHFRQWLQXD\FRUULHQWHDOWHUQDWUD]DGDV

HQUHODFLyQDOWLHPSR

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

La Fig. 2.2 muestra un circuito sencillo de CC consistente en una fuentede tensin, lneas elctricas, un interruptor de control y una carga (aquuna lmpara piloto).

Cuando se cierra el circuito de control, la corriente fluye a travs de lacarga. Los electrones se mueven desde el polo negativo al positivo de lafuente de tensin. El sentido del flujo de positivo a negativo se plan-te antes de que se descubriera la existencia de los electrones. Estadefinicin an se utiliza en la prctica actualmente. Se denomina elVHQWLGRWpFQLFR del flujo de la corriente.

)LJ&LUFXLWR&&

6HQWLGRWpFQLFRGHOIOXMRGHODFRUULHQWH

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

/DOH\GH2KP

La corriente elctrica es el flujo de portadores de carga en un determi-nado sentido. La corriente slo puede fluir en un material que dispongade un nmero suficiente de electrones libres. Los materiales que cum-plen con estos criterios se denominan conductores elctricos. Los mate-riales tales como el cobre, el aluminio y la plata son normalmente bue-nos conductores de la electricidad.

Todos los materiales ofrecen una resistencia a la corriente elctrica.Esto lo produce cuando los electrones que se mueven libremente cho-can con los tomos del material conductor, inhibiendo su movimiento.La resistencia es baja en los conductores elctricos. Los materiales conuna resistencia especialmente alta se denominan aislantes. Los mate-riales basados en la goma y los plsticos se utilizan para aislamiento dehilos y de cables elctricos.

El polo negativo de una fuente de tensin tiene un exceso de electro-nes. El polo positivo tiene dficit de electrones. Esta diferencia produceuna fuente de IHP (fuerza electromotriz).

La ley de Ohm expresa la relacin entre la tensin (o Voltaje), la intensi-dad y la resistencia. Plantea que en un circuito de una determinada re-sistencia, la intensidad es proporcional a la tensin, es decir:n Si aumenta la tensin, aumenta la intensidad.n Si disminuye la tensin, disminuye la intensidad.

V = Voltaje; Unidad: Volt (Voltio) (V)V = RI R = Resistencia; Unidad: Ohm (Ohmio) ()

I = Intensidad Unidad: Ampere (Amperio) (A)

&RQGXFWRUHVHOpFWULFRV

5HVLVWHQFLDHOpFWULFD

)XHU]DHOHFWURPRWUL]

/DOH\GH2KP

)LJ/H\GH2KP

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

En mecnica, la potencia puede definirse a travs del trabajo. Cuandoms rpido se hace un trabajo, mayor es la potencia necesaria. As quela potencia es el trabajo dividido por el tiempoEn el caso de una carga en un circuito elctrico, la energa elctrica seconvierte en energa cintica (por ejemplo en un motor elctrico), en luz(en una lmpara elctrica) o en energa trmica (como en un calentadorelctrico, una lmpara elctrica), Cuanto ms rpidamente se conviertela energa, tanto mayor es la potencia elctrica. Aqu tambin la po-tenbcia significa energa convertida por unidad de tiempo. La potenciaaumenta con la intensidad y con el voltaje.La potencia elctrica de una carga de denomina tambin la potenciaelctrica absorbida.

P = Potencia; Unidad: Watt (Watio) (W)P V I= V = Voltaje; Unidad: Volt (Voltio) (V)

I = Intensidad; Unidad: Ampere (Amperio) (A)

Potencia de una bobinaLa bobina del solenoide de una electrovlvula se alimenta con 24 V CC.La resistencia de la bobina es de 60 Ohm. Cul es la potencia?La intensidad se calcula por medio de la ley de Ohm:

I VR

V A= = =2460

0 4

.

La potencia elctrica es el producto de la intensidad y el voltaje:P V I V A W= = =24 0 4 9 6. .

3RWHQFLDHOpFWULFD

)LJ3RWHQFLDHOpFWULFD

(MHPSORGHDSOLFDFLyQ

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

)XQFLyQGHXQVROHQRLGH

Cuando una corriente elctrica atraviesa un conductor, se induce uncampo magntico. La fuerza del campo magntico es proporcional a laintensidad de la corriente. Los campos magnticos atraen el hierro, elnquel y el cobalto. La atraccin aumenta con la fuerza del campo mag-ntico.

I I

Bobina con ncleo de aire Bobina con ncleo de hierroy entrehierro de aire

Un solenoide tiene la siguiente estructura:n El conductor de corriente es devanado en forma de bobina. El sola-

pamiento de las lneas de fuerza de todos los bucles, hace aumentarla fuerza del campo magntico resultante en el sentido principal delcampo.

n En el centro se sita un ncleo de hierro. Cuando fluye la corriente,el hierro se magnetiza tambin. Esto permite que se induzca uncampo magntico significativamente mayor con la misma intensidad(en comparacin con una bobina con ncleo de aire).

Estas dos medidas aseguran que un solenoide ejerce una gran fuerzaen los materiales frricos (= que contienen hierro)

)LJ%RELQDHOpFWULFD\OtQHDVGHIXHU]DPDJQpWLFDV

(VWUXFWXUDGHXQVROHQRLGH

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

En los mandos electroneumticos, los solenoides se utilizan preferen-temente para controlar la conmutacin de vlvulas, rels y contactores.Una muestra de ello son las vlvulas de control distribuidoras conmuelle de retorno:n Si fluye corriente a travs de la bobina del solenoide, se activa el

mbolo de la vlvula.n Si se interrumpe la circulacin de la corriente, un muelle devuelve el

mbolo de la vlvula a su posicin inicial.

Si se aplica una tensin alterna a una bobina, circular una corrientealterna (vase Fig. 2.1). Esto significa que la intensidad y el campomagntico estn cambiando constantemente. El cambio en el campomagntico induce una corriente en la bobina. la corriente inducida seopone a la corriente que ha inducido el campo magntico. Por esta ra-zn, una bobina ofrece una "resistencia" a una corriente alterna. Esta sedenomina reactancia. La reactancia aumenta con la frecuencia de latensin y la inductancia de la bobina. La inductancia se mide en Henrios(H):

1 1 1H VsA

s= =

En el caso de circuitos de corriente continua, la intensidad, el voltaje y elcampo magntico slo cambian cuando se interrumpe la corriente. Poresta razn , la reactancia slo se aplica cuando se cierra el circuito (seaplica tensin).Adems de la reactancia, una bobina tiene resistencia hmica. Estaresistencia se aplica tanto a los circuitos de CA como de CC.

$SOLFDFLRQHVGHORVVROHQRLGHV

5HDFWDQFLDHQFLUFXLWRVGH&$

5HDFWDQFLDHQFLUFXLWRVGH&&

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

)XQFLyQGHXQFRQGHQVDGRU

Un condensador consiste en dos placas metlicas con una capa ais-lante (dielctrica) entre ellas. Si el condensador se conecta a una fuentede tensin CC (cerrando el interruptor S1 en la Fig. 2.6), fluye momen-tneamente una corriente de carga. Por ello, se cargan elctricamenteambas placas. Si entonces se interrumpe el circuito, la carga permane-ce almacenada en el condensador. Cuanto mayor es la capacitancia deun condensador , tanto mayor ser la carga elctrica que puede alma-cenar para una determinada tensin.La capacitancia de mide en Faradios (F):

1 1F AsV

=

Si un condensador cargado se conecta a un consumidor (cerrando elinterruptor S2 en la Fig. 2.6, el condensador se descarga. La corrientefluye a travs de la carga hasta que el condensador se descarga total-mente.

Corriente de carga Corriente de descarga

S2S1

mA mA

V

)LJ)XQFLyQGHXQFRQGHQVDGRU

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

)XQFLyQGHXQGLRGR

Los diodos son componentes elctricos que dejan fluir la corriente en unslo sentido:n En el sentido del flujo, la resistencia es tan baja, que la corriente

puede circular sin resistencia alguna.n En el sentido inverso, la resistencia es tan alta que la corriente no

puede circular.Si se inserta un diodo en un circuito de CA, la corriente slo puede cir-cular en un sentido. la corriente se rectificaEl efecto de un diodo en un circuito elctrico es comparable al efecto deuna vlvula de antirretorno en un circuito neumtico.

V

I

R

Tiempo t

Tiempo t

VoltajeV

IntensidadI

)LJ)XQFLyQGHXQGLRGR

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

0HGLFLRQHVHQFLUFXLWRVHOpFWULFRV

Medir significa comparar una variable desconocida (por ejemplo, la po-sicin del vstago de un cilindro) con una variable conocida (por ejem-plo, la escala de una cinta mtrica). Un dispositivo de medicin (en elejemplo, una regla) permite hacer tales mediciones. El resultado elvalor medido consiste en un valor numrico y una unidad (por ejem-plo, 30,4 cm).

La intensidad, la tensin y la resistencia se miden normalmente conmultmetros. Estos instrumentos pueden ajustarse para diversas moda-lidades de medicin:n Intensidad y tensin CA, intensidad y tensin CCn Intensidad, tensin y resistenciaEl multmetro slo puede medir correctamente si se ajusta a la modali-dad de medicin adecuada.Los dispositivos para medir la tensin se denominan tambin voltme-tros. Los dispositivos para medir la intensidad se denominan tambinampermetros.

+

_

C x

A C O MA / m A!

1 0 A

u

!4 0 0 m A

M A X

5 0 0 V M A X

!

7 5 0 V1 00 0V .. . . .

VT T L

O F F

A

m Am V

V

n FFu

AuT T L

D A T A H O L D

P E A K H O L D

DC. . . . . .

A C

A U T O

R A N G E

_

+0 1 0 2 0 3 0 4 0

D CV

0HGLFLyQ

)LJ0XOWtPHWUR

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

Antes de hacer ninguna medicin, asegurarse de que el voltaje delequipo en el que se va a trabajar no sobrepasa los 24 V! Las medicio-nes en partes del equipo que funcionan a tensiones ms elevadas (talescomo 230 V) slo deben ser realizadas por personas con la formacin yconocimientos adecuados. Los mtodos de medicin incorrectos pue-den poner en riesgo la vida humana. Por favor, lanse las precaucionesde seguridad en los captulos 3 y 7.

Cuando haga mediciones en un circuito elctrico, siga los siguientespasos.n Desconecta la fuente de tensin del circuito.n Ajuste el multmetro a la modalidad deseada (Voltmetro o Amper-

metro, CA o CC, Resistencia)n Verifique el punto cero en los instrumentos de aguja. Ajstelo si es

necesario.n Cuando mida tensin o intensidad en CC, verifique la correcta polari-

dad. (La punta "+" del instrumento, debe unirse al polo positivo de lafuente de tensin).

n Seleccione la escala mayor.n Conecte la fuente de tensin.n Observe la aguja o el display y vaya bajando a escalas inferiores.n Registre la medicin para la mayor desviacin de la aguja (margen

de medicin menor).n En los instrumentos de aguja, mire siempre perpendicularmente a la

aguja para evitar los errores de paralaje.

3HOLJUR

3URFHGLPLHQWRSDUDPHGLFLRQHVHQFLUFXLWRVHOpFWULFRV

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

Para la medicin de tensiones, el dispositivo medidor (voltmetro) seconecta en paralelo a la carga. La cada de tensin a travs de la cargacorresponde a la cada de tensin a travs del dispositivo de medicin.Todo voltmetro tiene una resistencia interna. Para evitar una medicinpoco precisa, la corriente que fluye a travs del voltmetro debe ser loms pequea posible, as que la resistencia interna del voltmetro debeser lo ms alta posible

HVVoltmetro

V

Para la medicin de la intensidad, el dispositivo de medicin (amper-metro), se conecta en serie con la carga. Toda la corriente fluye a travsdel dispositivoCara ampermetro tienen su resistencia interna. Para minimizar el errorde medicin, la resistencia del ampermetro debe ser lo ms pequeaposible.

H

AAmpermetro

V

0HGLFLyQGHWHQVLyQ

)LJ0HGLFLyQGHODWHQVLyQ

0HGLFLyQGHODLQWHQVLGDG

)LJ0HGLFLyQGHODLQWHQVLGDG

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

La resistencias de una carga en un circuito CC puede medirse directa-mente o bien indirectamente.n Las mediciones indirectas miden la intensidad que atraviesa la carga

y la tensin entre los extremos de la carga (Fig. 2.11a). Las dosmediciones pueden hacerse simultneamente o una tras otra. Laresistencia en este caso se mide utilizando la ley de Ohm.

n Para la medicin directa, la carga se separa del resto del circuito(Fig. 2.11b). El dispositivo de medicin (hmetro) se ajusta al modode medicin de resistencias y se conecta a los terminales de la car-ga. El display indica el valor de la resistencia.

Si la carga es defectuosa (por ejemplo, la bobina magntica de una vl-vula est quemada), la medicin de la resistencia o bien produce unvalor cero (cortocircuito) o un valor infinito (circuito abierto).

$WHQFLyQ Para las mediciones de la resistencia de una carga encircuitos de AC, debe usarse el mtodo directo.

Intensidad I

H HV V

A

VoltajeV

R = VI

0HGLFLyQGHODUHVLVWHQFLD

)LJ0HGLFLyQGHODUHVLVWHQFLD

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

Los instrumentos de medida no pueden medir voltaje, intensidad y re-sistencia con cualquier grado de precisin que se desee. El propio dis-positivo de medicin influye en el circuito que est midiendo, y ningndispositivo de medicin puede indicar un valor absolutamente preciso.El error de indicacin permisible de un instrumento se da en porcentajedel lmite superior del margen efectivo. Por ejemplo, para un instru-mento con una precisin de 0,5, el error de indicacin no puede excederdel 0,5% del valor superior del margen efectivo.

Error de indicacinPara medir la tensin de una pila, se utiliza un instrumento de medicinde la Clase 1,5 . El margen de medicin se establece una vez a 10 V yotra a 100 V. Cul es el error de indicacin mximo permisible para losdos mrgenes efectivos de medida?

Margen Error de indicacin permisible Error en porcentaje

V10 V0,151001,5V10 = %1,66100

V90,15

=

V100 V1,51001,5V100 = %16,6100

V91,5

=

El ejemplo muestra claramente que el error permisible es inferior para elmargen menor. Adems, el instrumento puede leerse con mayor preci-sin. Por esta razn, debe ajustarse a la escala menor posible.

)XHQWHVGHHUURU

(MHPSORGHDSOLFDFLyQ

7DEOD&iOFXORGHOHUURU

GHLQGLFDFLyQ

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

0 05 5

10 10100 100

50 500 0

10V 10V100V 100V

9V 9V

Margen 10V Margen 100V)LJ0HGLFLyQGHODWHQVLyQGHXQDSLODDMXVWDQGRGLIHUHQWHVPiUJHQHV

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

&DStWXOR

&RPSRQHQWHV\FRQMXQWRVGHODVHFFLyQGHFRQWUROGHVHxDOHVHOpFWULFDV

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

)XHQWHGHDOLPHQWDFLyQ

La seccin de control de seales en un mando electroneumtico se ali-menta de potencia a travs de la red principal. Para ello, el control tieneuna fuente de alimentacin (vase Fig. 3.1). Los conjuntos individualesde la fuente de alimentacin tienen las siguientes tareas:n El transformador reduce la tensin de funcionamiento. La tensin de

la red (p. ej. 230 V) se aplica a la entrada del transformador. En lasalida del transformador se dispone de una tensin ms baja (p. ej.24 V).

n El rectificador convierte la tensin de CA en tensin de CC. El con-densador en la salida del rectificador alisa la tensin.

n El regulador de tensin en la salida de la fuente de alimentacin esnecesario para asegurar que la tensin elctrica permanece cons-tante independientemente del flujo de corriente.

Transformador EstabilizadorRectificador

Fuente de alimentacin

$WHQFLyQ Dada su elevada tensin de entrada, las fuentes de ali-mentacin son parte de la instalacin de potencia (segnDIN/VDE 100). Deben observarse las normas de seguri-dad para las instalaciones de potencia. Las fuentes dealimentacin slo pueden ser manipuladas por personasautorizadas.

)LJ3DUWHVTXHFRPSRQHQXQD

IXHQWHGHDOLPHQWDFLyQSDUDXQPDQGR

HOHFWURQHXPiWLFR

3UHFDXFLRQHVGHVHJXULGDG

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

3XOVDGRUHV\VHOHFWRUHV

Para aplicar una corriente a una carga o para interrumpir un circuito seutilizan interruptores. Segn su comportamiento, estos interruptores sedividen en pulsadores y selectores.n Los selectores son interruptores que quedan mecnicamente encla-

vados en la posicin seleccionada. La posicin de conmutacin per-manece inalterable hasta que se selecciona la otra posicin. Ejem-plo: Selector de modo Automtico/Manual.

n Los pulsadores son interruptores que slo mantienen la posicin deaccionamiento mientras el interruptor est activado (presionado).Ejemplo: Pulsador de Marcha.

En el caso de un interruptor normalmente abierto, el circuito se hallaabierto mientras el interruptor se halle en su posicin inicial (no accio-nado). El circuito se cierra presionando el pulsador la corriente fluyehacia la carga. Cuando se libera la leva, el muelle devuelve el interrup-tor a su posicin inicial, interrumpiendo el circuito.

3

4

Forma de accionamiento(pulsador)

Contacto interior

Contacto exterior

,QWHUUXSWRUQRUPDOPHQWHDELHUWR

)LJ&RQWDFWRQRUPDOPHQWHDELHUWRVHFFLyQ\VtPEROR

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

En este caso, el circuito est cerrado cuando el interruptor se halla ensu posicin inicial. El circuito se interrumpe presionando el pulsador.

1

2

Contacto exterior

Forma de accionamiento(pulsador)

Contacto interior

El interruptor conmutador combina las funciones de los contactos nor-malmente abierto y normalmente cerrado en un slo dispositivo. Losinterruptores conmutadores se utilizan para cerrar un circuito y abrir otroen una sola operacin. Ambos circuitos se abren o se cierran moment-neamente durante la conmutacin (segn el solapamiento).

4

1

2

Contacto(cerrado en reposo)

Contacto(abierto en reposo)

Contactosinteriores

Tipo de accionamiento(Pulsador)

,QWHUUXSWRUQRUPDOPHQWHFHUUDGR

)LJ&RQWDFWR

QRUPDOPHQWHFHUUDGRVHFFLyQ\VtPEROR

,QWHUUXSWRUFRQPXWDGRU

)LJ,QWHUUXSWRUFRQPXWDGRUVHFFLyQ\VtPEROR

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

6HQVRUHVSDUDPHGLFLyQGHOGHVSOD]DPLHQWR\ODSUHVLyQ

Los sensores tienen la tarea de medir informacin y transferirla a laparte de procesamiento de las seales de forma que pueda ser fcil-mente procesada. En los mandos electroneumticos, los sensores seutilizan principalmente para las siguientes tareas:n Para detectar la posicin avanzada o retrada del vstago en cilin-

dros neumticosn Para detectar la presencia y posicin de las piezasn Para medir y supervisar la presin

Los finales de carrera se activan cuando una parte de la mquina o unapieza se hallan en una determinada posicin. Normalmente, el accio-namiento se realiza por medio de una leva. Normalmente los finales decarrera son contactos conmutadores. Por esta razn pueden conectarsesegn se necesite como contactos normalmente abiertos, contactosnormalmente cerrados o contactos conmutadores.

1

5

6

4 Contacto(normalmentecerrado)

1 Muelle2 Cuerpo3 Leva de apertura positiva4 Pasador de gua5 Muelle de accin brusca6 Muelle de presin de contacto7 Contacto interno

7

Contacto(normalmente abierto)

2

3

4

1

2

41

24

12

41

2

Contacto conmutador Contactonormalmente abiertoContacto

normalmente cerrado

)LQDOHVGHFDUUHUD

)LJ)LQDOGHFDUUHUDPHFiQLFRFRQVWUXFFLyQ\SRVLELOLGDGHVGHFRQH[LyQ

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

A diferencia de los finales de carrera mecnicos, los detectores de pro-ximidad funcionan sin contactos internos y sin que haya una fuerza ex-terna que los accione.Por ello, los detectores de proximidad tienen una larga vida til y unaelevada fiabilidad de conmutacin. Hay que distinguir entro los siguien-tes tipos de detectores de proximidad:n Detectores Reed (con contacto interno)n Detectores de proximidad inductivosn Detectores de proximidad capacitivosn Detectores de proximidad pticos

Los detectores Reed son sensores de proximidad accionados magnti-camente. Consisten en dos contactos Reed dentro de un tubo de cristalcon gas inerte. El campo de un imn hace que los contactos se cierren,permitiendo que fluya la corriente. En los detectores Reed que actancomo contactos normalmente cerrados los contactos Reed se cierranpor pequeos imanes. Este campo magntico es anulado por el campomagntico considerablemente mayor de los imanes de conmutacin.Los detectores Reed tienen una larga vida til y tiempos de conmuta-cin muy rpidos (aprox. 0,2 ms). Estn libres de mantenimiento, y nodeben utilizarse en entornos sujetos a potentes campos magnticos (porejemplo, en las cercanas de soldadores por resistencia).

HWHFWRUHVGHSUR[LPLGDG

HWHFWRUHV5HHG

)LJHWHFWRU5HHG

FRQWDFWRQRUPDOPHQWHDELHUWR

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

Los detectores de proximidad inductivos, capacitivos y pticos son sen-sores electrnicos. Normalmente tienen tres hilos para su conexionado.n Hilo para alimentacin de tensinn Hilo para la masan Hilo para la seal de salida

En estos sensores, no hay contactos internos que se muevan fsica-mente. En lugar de esto, la salida queda unida a la tensin de la ali-mentacin o a la masa (= tensin de salida 0V).

Hay dos tipos de sensores electrnicos, en relacin con la polaridad dela tensin de salida.n En los sensores de conmutacin a positivo (PNP), la tensin de sali-

da es cero cuando no se detecta pieza. La proximidad de una pieza ode una parte de la mquina hace conmutar la salida, aplicndole elpositivo de la tensin de alimentacin. En estos sensores, la carga seconecta entre la salida y el negativo

n En los sensores de conmutacin a negativo (NPN) la tensin de sali-da tambin es cero cuando no se detecta pieza. La proximidad deuna pieza o de una parte de la mquina hace conmutar la salida,aplicndole el negativo de la tensin de alimentacin. En estos sen-sores, la carga se conecta entre la salida y el positivo.

En ambos tipos de sensores, pueden haber ejecuciones con funcin decontacto normalmente abierto (no hay tensin cuando no hay pieza cu-briendo el sensor) o normalmente cerrado (hay tensin, positiva si esPNP y negativa si es NPN, cuando no hay pieza cubriendo el sensor).

6HQVRUHVHOHFWUyQLFRV

6HQVRUHVGHFRQPXWDFLyQDSRVLWLYR\DQHJDWLYR

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

Un sensor de proximidad inductivo consiste en un oscilador elctrico (1),un flip-flop (2) y un amplificador (3). Cuando se aplica una tensin, eloscilador genera un campo magntico alterno de alta frecuencia que seemite en la parte frontal del sensor. Si una pieza conductora de electri-cidad (p. ej. metlica) entra en este campo, el oscilador se atena. Uncircuito consistente en un flip-flop y un amplificador evalan el compor-tamiento del oscilador y emiten una seal de salida.Los sensores de proximidad inductivos pueden utilizarse para la detec-cin de materiales conductores. Adems de metales, esto incluye p. ej.el grafito.

MetalSmbolo

Principio de funcionamiento

Diagrama de bloques

1

1 Oscilador2 Flip-Flop3 Amplificador

2 3

6HQVRUHVGHSUR[LPLGDGLQGXFWLYRV

)LJ6HQVRUGHSUR[LPLGDG

LQGXFWLYR

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

Un sensor de proximidad capacitivo consiste en un condensador y unaresistencia elctrica que forman en conjunto un oscilador RC, y un cir-cuito para la evaluacin de la frecuencia. Entre el nodo y el ctodo delcondensador se genera un campo electrosttico. Se forma un campo decorrientes parsitas en el frente del sensor. Si se introduce un objeto eneste campo, vara la capacidad del condensador. El oscilador se atena.El circuito que hay detrs conmuta la salida.Los sensores de proximidad capacitivos no slo reaccionan a materialesconductores (como los metales), sino tambin ante aislantes de granrigidez dielctrica (como plsticos, vidrio, cermica, fluidos y madera).

SmboloPrincipio de funcionamiento

Diagrama de bloques

1

1 Oscilador2 Flip-flop3 Amplificador

2 3

6HQVRUGHSUR[LPLGDGFDSDFLWLYR

)LJ6HQVRUGHSUR[LPLGDGFDSDFLWLYR

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

Los sensores de proximidad pticos utilizan medios pticos y electrni-cos para la deteccin de objetos. Se utiliza luz roja o infrarroja. Los dio-dos semiconductores emisores de luz (LEDs) son fuentes de luz roja einfrarroja particularmente fiables. Son pequeos y robustos, tienen unalarga vida til y pueden modularse fcilmente. Los fotodiodos y fototran-sistores se utilizan como receptores. La luz roja tiene la ventaja que elrayo de luz puede verse durante el ajuste de los ejes pticos del sensorde proximidad. Tambin pueden utilizarse fibras pticas de polmerodada la baja atenuacin de la luz de su longitud de onda.Hay que distinguir tres tipos diferentes de sensores de proximidad:n Barreras de luzn Sensores pticos de retroreflexinn Sensores pticos de reflexin directa

La barrera de luz tiene el emisor y el receptor separados e indepen-dientes. Se disponen de forma tal que el rayo transmisor est dirigido alreceptor. La salida conmuta cuando se interrumpe el rayo de luz.

Emisor Receptor

SmboloPrincipio de funcionamiento

Emisor Receptor

6HQVRUGHSUR[LPLGDGySWLFR

%DUUHUDVGHOX]

)LJ%DUUHUDGHOX]

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

En el sensor de retroreflexin, el emisor y el receptor estn dispuestosen el mismo cuerpo. Exteriormente se instala un reflector catadiptricode tal forma, que el rayo de luz emitido por el emisor se refleja casi porcompleto en el receptor. La salida conmuta cuando se interrumpe elrayo de luz.

SmboloPrincipio de funcionamiento

Emisor Emisor

Receptor Receptor

Reflectorcatadiptrico

Reflectorcatadiptrico

En el sensor de reflexin directa o sensor difuso, el emisor y el receptorestn dispuestos en el mismo cuerpo. Si la luz del emisor choca contraun objeto mnimamente reflectante, es reflejada hacia el receptor quehace conmutar la salida. Por su principio de funcionamiento, los senso-res de reflexin directa slo pueden utilizarse con determinados mate-riales relativamente reflectantes (p. ej. superficies pulidas o pintadas).

SmboloPrincipio de funcionamiento

Emisor Emisor

Receptor Receptor

6HQVRUGHUHWURUHIOH[LyQ

)LJ6HQVRUGHUHWURUHIOH[LyQ

6HQVRUGHUHIOH[LyQGLUHFWD

)LJ6HQVRUGHUHIOH[LyQGLUHFWD

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

Hay varios tipos de sensores sensibles a la presin:n Presostatos con contacto mecnico (seal de salida digital)n Presostatos con conmutacin electrnica (seal de salida digital)n Sensores electrnicos de presin con seal de salida analgica

En el presostato accionado mecnicamente, la presin acta en la su-perficie de un cilindro. Si la presin sobrepasa la fuerza del muelle, elmbolo avanza y acciona el juego de contactos

6HQVRUHVGHSUHVLyQ

3UHVRVWDWRVPHFiQLFRV

)LJ3UHVRVWDWRDFFLRQDGRSRUpPEROR

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

Los presostatos de diafragma adquieren cada vez ms importancia. Enlugar de accionar un contacto mecnico, la salida es conmutada elec-trnicamente. Unidos al diafragma se disponen sensores sensibles a lapresin a la fuerza. La seal del sensor es evaluada por un circuitoelectrnico. As que la presin sobrepasa un cierto valor, la salida con-muta.

El diseo y el modo de funcionamiento de un sensor de presin de es-tas caractersticas se demuestra utilizando como ejemplo el sensoranalgico de Festo SDE-10-10V/20mA .

La Fig. 3.13a muestra la clula de medicin piezorresistiva de un sensorde presin. la resistencia variable 1 cambia su valor cuando se aplicapresin al diafragma. A travs de los contactos 2, la resistencia se co-necta al dispositivo de evaluacin electrnico, que genera la seal desalida.La Fig. 3.13b representa el conjunto de la disposicin constructiva delsensor.

La Fig. 3.13c ilustra las caractersticas del sensor, representando la co-rrelacin entre la presin y la seal de salida elctrica. Un aumento dela presin produce un aumento de la tensin en la salida del sensor.Una presin de 1 bar produce una tensin de 1 V, una presin de 2 baruna tensin de 2 V y as sucesivamente.

3UHVRVWDWRVHOHFWUyQLFRV

6HQVRUHVGHSUHVLyQDQDOyJLFRV

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

1 2 3 4 5 6 7

3

1

2

2

2

4

4

6

6

8

bar

10

10

VoltajeV

V

Presin p

1 Resistencias2 Contactos3 Diafragma

1 2 Tapa3 Gel de silicona4 Junta trica

Cuerpo 5 Clula de medicin6 Amplificador7 Conector

P 3

1

2

)LJ&RQVWUXFFLyQ\FXUYD

FDUDFWHUtVWLFDGHXQVHQVRUDQDOyJLFRGHSUHVLyQ

)HVWR6(9P$

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

5HOpV\FRQWDFWRUHV

Un rel es un interruptor accionado electromagnticamente. Cuando seaplica una tensin a la bobina del solenoide, se genera un campo mag-ntico. Esto hace que la armadura sea atrada hacia el ncleo de la bo-bina. la armadura acciona los contactos del rel, abrindolos o cerrn-dolos, segn la ejecucin. Un muelle de retorno devuelve la armadura asu posicin cuando se interrumpe la corriente de la bobina.

11 21

12 2214 24

Ncleo dela bobina

Aislamiento

Contacto

Muelle de retorno Bobina del rel

Armadura

124A1 A2

A1

A2

La bobina de un rel puede conmutar uno a varios contactos. Ademsdel tipo de rel descrito arriba, hay otros tipos de interruptores acciona-dos electromagnticamente, tales como los rels de remanencia, lostemporizadores y, cuando se trata de soportar elevadas intensidades,los contactores.

&RQVWUXFFLyQGHXQUHOp

)LJ&RQVWUXFFLyQGHXQUHOp

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

En los sistemas de control electroneumtico, los rels se utilizan paralas siguientes funciones:n Multiplicacin de sealesn Retardo y conversin de sealesn Asociacin de informacinn Aislamiento del circuito de mando del principalEn controles puramente elctricos, los rels se utilizan tambin paraaislamiento de circuitos AC y DC.

El rel de remanencia responde a pulsos de corriente:n La armadura del rel se activa cuando se aplica un pulso positivo.n La armadura del rel se desactiva cuando se aplica un pulso negati-

vo.

n Si no se aplica ninguna seal de entrada, se mantiene la posicinanterior (remanencia).

El comportamiento de un rel de remanencia es anlogo al de una vl-vula neumtica biestable o de doble pilotaje, que responde a los impul-sos de la presin de mando.

$SOLFDFLRQHVGHORVUHOpV

5HOpGHUHPDQHQFLD

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

Hay dos tipos de temporizadores: a la conexin y a la desconexin.El temporizador a la conexin se activa transcurrido un tiempo tras laaplicacin de la tensin y se desactiva inmediatamente al cortarse latensin. En el temporizador a la desconexin, el tiempo empieza a con-tar a partir del momento en que se corta la tensin. Vanse las Fig. 3.15, 3.16. El tiempo de retardo td es regulable.

+24V

+24V

7HQVLyQHQODERELQDGHOUHOpF

E

D

&RQWDFWR

0V

0V

S1

S1

K1

1 2

K1

K1

1Y1A1

A1

3 17

17

18

4 18

A2

A2

17 27

18 28

Tiempo

TiempoAbierto

Cerrado

R2 C1

D1

R1

td

7HPSRUL]DGRU

)LJ7HPSRUL]DGRUDODFRQH[LyQ

D&LUFXLWRGHWDOODGRE&LUFXLWRVLPSOLILFDGRF&RPSRUWDPLHQWRGHODVHxDO

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

Cuando se cierra S1, la corriente fluye por la resistencia variable R1hacia el condensador C1. El diodo D1 conectado en paralelo no per-mite que la corriente fluya en este sentido. La corriente tambin fluye atravs de la resistencia de descarga R2 (que inicialmente no tiene im-portancia). Cuando el condensador C1 se ha cargado hasta la tensinde conmutacin de K1, el rel se activa.Cuando se abre S1, el circuito se interrumpe y el condensador se des-carga rpidamente a travs del diodo D1 y la resistencia R2. Con ello, elrel regresa inmediatamente a su posicin inicial.La resistencia variable permite ajustar la corriente de carga del conden-sador, permitiendo as ajustar el tiempo que tarda en alcanzarse la ten-sin de conmutacin de K1. Si se ajusta una elevada resistencia, fluiruna pequea corriente, con lo que aumentar el tiempo. Si la resistenciaes baja, fluir una elevada corriente y el tiempo de retardo ser corto.

+24V

7HQVLyQHQODERELQDGHOUHOp

&RQWDFWR

0V

S1 K1

1 2

K1 1Y1A1

A1

3 17

4 18

A2

A2

17 27

18 28

Tiempo

TiempotVAbierto

Cerrado

+24V

F

E

D

0V

S1

K1

17

18

R2 C1

D1

R1

3ULQFLSLRGHIXQFLRQDPLHQWR

)LJ7HPSRUL]DGRUDOD

GHVFRQH[LyQ

D&LUFXLWRGHWDOODGRE&LUFXLWRVLPSOLILFDGR

F&RPSRUWDPLHQWRGHODVHxDO

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

Los contactores funcionan de la misma forma que los rels. Las caracte-rsticas tpicas de un contactor son:n Doble conmutacin (contactos dobles)n Contactos de accin positivan Cmaras cerradas (cmaras para proteccin del arco)Estas caractersticas constructivas permiten que los contactores puedanconmutar intensidades mucho ms elevadas que los rels.

7

6

45

3

21

1411

A2A1

11 2114 24

1 Bobina2 Ncleo de hierro (imn)3 Armadura4 Elemento de conmutacin mvil con contactos5 Elemento de conmutacin esttico con contactos6 Muelle de presin7 Muelle de presin de contactos

A1

A2

)RUPDFRQVWUXFWLYDGHXQFRQWDFWRU

)LJ)RUPDFRQVWUXFWLYDGHXQFRQWDFWRU

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

Un contactor tiene mltiples elementos de conmutacin, normalmenteentre cuatro y diez contactos. En contactores al igual que en los relshay varios tipos con combinaciones contactos normalmente abiertos,normalmente cerrados, conmutadores, contactos retardados, etc. Loscontactores que slo conmutan contactos auxiliares (contactos de con-trol) se denominan rels contactores. Los contactores con contactosprincipales y auxiliares se denominan contactores de potencia.Los contactores se utilizan para las siguientes aplicaciones:n Con contactores de potencia, en los contactos principales se inte-

rrumpen potencias entre 4 y 30 kW.n Las funciones de control y las relaciones lgicas se conmutan por

medio de contactos auxiliares.

En los controles electroneumticos, las intensidades elctricas y la po-tencia son muy bajas. Por esta razn, pueden realizarse los mandoscon rels auxiliares. En general, si no hay motores elctricos no se ne-cesitan contactores de potencia.

$SOLFDFLRQHVGHORVFRQWDFWRUHV

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

&RQWUROHVOyJLFRVSURJUDPDEOHV

Los controles lgicos programables (PLC) se utilizan para el procesa-miento de seales en sistemas de control. Este PLC es particularmenteadecuado para sistemas de control con varias entradas y salidas y querequiera una compleja combinacin de seales.

Programa del PLC

Mdulo de entradas

Unidad Central Mdulo desalidas

Sensores Actuadores

)LJ3/&)HVWR

)LJ&RPSRQHQWHVGHXQVLVWHPD3/&

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

La Fig. 3.19 es un diagrama de bloques que ilustra los componentes deun sistema PLC. El elemento principal (la CPU) es un sistema micropro-cesador. El programa del microprocesador determina:n Qu entradas son interrogadas (I1, I24 etc.)n Cmo estn asociadas estas sealesn Qu salidas (O1, O2 etc.) reciben los resultados de este procesa-

miento de seales.De esta forma, el comportamiento del control, no viene determinado porel cableado (hardware), sino por el programa (software).

(VWUXFWXUDJOREDOGHODSDUWHGHSURFHVDPLHQWRGHVHxDOHV

La parte de procesamiento de seales de un control electroneumticocontra de tres bloques. Su estructura se muestra en la Fig. 3.20.n Entrada de seales se realiza por medio de sensores, pulsadores o

interruptores. La Fig. 3.20 muestra dos sensores de proximidad paralas seales de entrada.

n Procesamiento de seales normalmente se realiza por un sistemade rels o un control lgico programable. No son frecuentes otros ti-pos de control. En la Fig. 3.20 el control se realiza por un sistema derels.

n Salida de seales se realiza a travs de electrovlvulas distribuido-ras para el control de los actuadores.

(VWUXFWXUD\PRGRGHIXQFLRQDPLHQWR

GHXQ3/&

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

La Fig. 3.20 muestra una representacin esquemtica de una seccinde control de seales en un sistema de control electroneumtico, en elque se utilizan rels para el procesamiento de las seales.n Los componentes para la entrada de seales (en la Fig. 3.20: los

interruptores de proximidad inductivos 1B1 y 1B2) estn conectadosa travs de las entradas del control (I1, I2 etc.) a las bobinas de losrels (K1, K2 etc.)

n El procesamiento de las seales se realiza por medio del cableadoadecuado de los diversos contactos de los rels.

n Los componentes para la salida de seales (en la Fig. 3.20: los sole-noides de electrovlvulas distribuidoras 1Y1 y 1Y2) estn conectadasa las salidas del control (O1, O2 etc.). Estas son accionadas a travsde los contactos de los rels.

)LJ6HFFLyQGHFRQWUROGHVHxDOHVHQXQVLVWHPDGHPDQGRSRUUHOpVFLUFXLWRHVTXHPiWLFRQRHVWDQGDUL]DGR

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

La Fig. 3.21 muestra la seccin de control de seales de un sistema decontrol electroneumtico, en el que se utiliza un PLC para el procesa-miento de las seales.n Los componentes para la entrada de seales (en la Fig. 3.21 los inte-

rruptores de proximidad inductivos 1B1 y 1B2 estn conectados a lasentradas del PLC (I1, I2).

n El sistema microprocesador programable del PCL realiza todas lastareas de procesamiento de las seales.

n Los componentes de la salida de seales (en la Fig. 3.21: los sole-noides de las electrovlvulas distribuidoras 1Y1 y 1Y2) estn conec-tadas a las salidas del PLC (O1, O2 etc.). Estn accionadas por cir-cuitos electrnicos que son la parte de potencia del sistema micro-procesador.

Los sistemas de control electroneumtico con rels se trata en el Cap-tulo 8 y los sistemas de control electroneumtico con PLCs se trata enel Captulo 9.

)LJ6HFFLyQGHFRQWUROGH

VHxDOHVFRQFRQWUROOyJLFRSURJUDPDEOH3/&

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

&DStWXOR

9iOYXODVGLVWULEXLGRUDVDFFLRQDGDVHOpFWULFDPHQWH

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

)XQFLRQHV

Un sistema de control electroneumtico trabaja con dos formas deenerga:n Energa elctrica en la seccin de control de las sealesn Aire comprimido en la seccin de potencia

Las vlvulas distribuidoras accionadas elctricamente (electrovlvulas)forman el interface entre las dos partes de un control electroneumtico .Son activadas por las seales de salida de la seccin de control y distri-buyen el aire en la seccin de potencia. Las tareas ms importantes delas electrovlvulas distribuidoras son:n Abrir y cerrar la alimentacin del airen Control de avance y retroceso de los cilindros

La Fig. 4.1a muestra una electrovlvula que controla el movimiento deun cilindro de simple efecto. Tiene tres conexiones y dos posiciones deconmutacin:n Si no se aplica tensin a la bobina del solenoide de la electrovlvula,

la cmara posterior del cilindro permanece a descarga. El vstagodel cilindro est retrado.

n Si se aplica tensin al solenoide, la vlvula distribuidora conmuta y lacmara recibe presin. El vstago del cilindro avanza.

n Cuando se interrumpe la corriente, la vlvula conmuta de nuevo. Lacmara del cilindro se descarga y el vstago retrocede.

$FFLRQDPLHQWRGHXQFLOLQGUR

GHVLPSOHHIHFWR

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

El cilindro de doble efecto de la Fig. 4.1b es accionado por una electro-vlvula distribuidora con cinco conexiones y dos posiciones.n Si no hay tensin aplicada a la bobina del solenoide, la cmara iz-

quierda del cilindro est a descarga y la cmara derecha bajo pre-sin. el vstago est retrado.

n Si se aplica tensin a la bobina del solenoide, la electrovlvula distri-buidora conmuta. La cmara izquierda queda a presin, mientras quela cmara derecha se descarga. El vstago avanza.

n Cuando se interrumpe la corriente, la vlvula conmuta de nuevo y elvstago retrocede.

)LJ$FFLRQDPLHQWRGHXQFLOLQGURQHXPiWLFRD6LPSOHHIHFWREREOHHIHFWR

$FFLRQDPLHQWRGHXQFLOLQGURGHGREOHHIHFWR

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

&RQVWUXFFLyQ\PRGRGHIXQFLRQDPLHQWR

Las electrovlvulas distribuidoras se activan por medio de solenoides.Estas pueden dividirse en dos grupos :n Las vlvulas con retorno por muelle (monoestables) slo estn acti-

vadas mientras fluye corriente a travs del solenoide.n las vlvulas de doble bobina (biestables) mantienen la ltima posi-

cin aunque deje de fluir corriente por el solenoide.

En posicin inicial, todos los solenoides de una electrovlvula distribui-dora estn sin tensin y por lo tanto inactivos. Una vlvula de doble so-lenoide no tiene una posicin estable definida ya que no tiene muelle deretorno.

Las electrovlvulas distribuidoras tambin se distinguen por el nmerode conexiones y el nmero de posiciones de conmutacin. La denomi-nacin de la vlvula resulta del nmero de conexiones y de posiciones,por ejemplo:n Electrovlvula de 3/2 vas con muelle de retorno (monoestable)n Electrovlvula de 5/2 vas de doble bobina (biestable)

La seccin siguiente explica la construccin y el modo de funciona-miento de los principales tipos de vlvulas.La Fig. 4.2 muestra dos secciones transversales de una electrovlvulade 3/2 vas de accionamiento directo.n En su posicin inicial, la conexin de utilizacin 2 est unida a la co-

nexin de descarga 3 por la ranura en el inducido (vase el detalle)(Fig. 4.2a.

n Si se excita el solenoide, la fuerzas del campo magntico fuerzan alinducido hacia arriba contra la fuerza del muelle (Fig. 4.2b). La juntade asiento inferior abre y el aire de la conexin 1 puede fluir hacia laconexin de trabajo 2. La junta de asiento superior cierra, cerrando elpaso entre las conexiones 1 y 3.

n Si la bobina del solenoide se desexcita, el inducido regresa a su po-sicin inicial por efecto del muelle de retorno (Fig. 4.2a). El paso en-tre las conexiones 2 y 3 se abre y el paso entre las conexiones 1 y 2se cierra. El aire comprimido se descarga a travs del tubo del indu-cido por la conexin 3.

3RVLFLyQLQLFLDO

HQRPLQDFLyQGHODVFRQH[LRQHV

(OHFWURYiOYXODGHYtDVFRQWURODGD

GLUHFWDPHQWH

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

El accionamiento manual A, permite abrir el paso entre las conexiones 1y 2 aunque el solenoide no est excitado. Al girar el tornillo, la leva ex-cntrica acciona el inducido. Girando de nuevo el tornillo, el inducidoregresa a su posicin inicial.

$FFLRQDPLHQWRPDQXDO

)LJ(OHFWURYiOYXODGHYtDVFRQDFFLRQDPLHQWRPDQXDOQRUPDOPHQWHFHUUDGD

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

La Fig. 4.3 muestra una electrovlvula de 3/2 vas normalmente abierta.La Fig. 4.3a muestra la vlvula en su posicin inicial y la Fig. 4.3b enposicin accionada. En comparacin con la posicin inicial de la vlvulacerrada (Fig. 4.2) las conexiones de alimentacin y de escape estninvertidas.

)LJ9iOYXODGHYtDVFRQDFFLRQDPLHQWRPDQXDOQRUPDOPHQWHDELHUWD

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

En las electrovlvulas pilotadas, el mbolo de la vlvula es accionadoindirectamente.n El inducido del solenoide abre o cierra un conducto derivado de la

conexin 1.n Si el inducido est abierto, el aire comprimido de la conexin 1 ac-

ciona el mbolo de la vlvula.

La Fig. 4.4 explica el modo de funcionamiento del control por pilotaje.n Si la bobina se desactiva, el inducido es presionado contra el asiento

inferior por el muelle. La cmara de la parte superior del mbolo que-da a descarga (Fig. 4.4 a).

n Si la bobina se excita, el solenoide tira del inducido hacia abajo. Lacmara del lado superior del mbolo recibe presin (Fig. 4.4b).

(OHFWURYiOYXODGLVWULEXLGRUDSLORWDGD

)LJ(OHFWURYiOYXODGLVWULEXLGRUDSLORWDGD

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

La Fig. 4.5 muestra dos secciones transversales de una electrovlvulade 3/2 vas pilotada .n En su posicin inicial, la superficie del mbolo slo est sujeta a la

presin atmosfrica, de forma que el muelle de retorno empuja elmbolo hacia arriba (Fig. 4.5a). Las conexiones 2 y 3 estn unidas.

n Si se excita la bobina del solenoide, la cmara inferior del mbolo dela vlvula se une con la conexin de presin 1 (Fig. 4.5b). La fuerzaen la superficie superior del mbolo de la vlvula aumenta, presio-nando el mbolo hacia abajo. La unin entre las conexiones 2 y 3 secierra, mientras que la unin entre 1 y 2 se abre. La vlvula perma-nece en esta posicin mientras est excitada la bobina del solenoide.

n Si la bobina del solenoide se desexcita, la vlvula conmuta de nuevoa su posicin inicial.

Se necesita una presin mnima de alimentacin (presin de mando)para accionar una vlvula pilotada contra la fuerza del muelle. Esta pre-sin se indica en las especificaciones de la vlvula y se halla segn eltipo entre 2 y 3 bar.

(OHFWURYiOYXODGHYtDVSLORWDGD

)LJ(OHFWURYiOYXODSLORWDGDGH

YtDVQRUPDOPHQWHFHUUDGDFRQDFFLRQDPLHQWR

PDQXDO

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

Cuanto mayor sea el caudal nominal de una vlvula distribuidora, mayorser el flujo de aire que puede suministrar.En el caso de una electrovlvula accionada directamente, el caudal ha-cia el actuador debe pasar por el asiento del inducido (vase Fig. 4.2).Para asegurar un caudal suficiente, se necesita un inducido relativa-mente grande. Esto, a su vez, requiere un muelle de retroceso grande contra el cual el solenoide debe ejercer su fuerza. Esto exige compo-nentes de tamaos relativamente grandes y por lo tanto un elevadoconsumo de potencia .En una electrovlvula pilotada, el caudal hacia el actuador pasa por laetapa principal (Fig. 4.5). El mbolo de la vlvula recibe presin a travsdel conducto de aire. Es suficiente un pequeo caudal, as que el indu-cido tambin puede ser menor que el de una vlvula de accionamientodirecto. El consumo de potencia y la generacin de calor son tambinmenores.

Las ventajas en relacin con el consumo de potencia, tamao de lossolenoides y disipacin de calor ha llevado al uso casi exclusivo deelectrovlvulas pilotadas en los sistemas de control electroneumtico.

&RPSDUDFLyQHQWUHYiOYXODVSLORWDGDV\GHDFFLRQDPLHQWRGLUHFWR

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

La Fig. 4.6 muestra las dos posiciones de conmutacin de una electro-vlvula de 5/2 vas pilotada.n En su posicin inicial, el mbolo se halla en su tope izquierdo (Fig.

4.6a). Las conexiones 1 y 2, as como las 4 y 5 se hallan unidas.n Si se excita la bobina del solenoide, la corredera de la vlvula se

mueva hacia el tope derecho (Fig. 4.6b). En esta posicin, las cone-xiones 1 y 4, as como las 2 y 3 se hallan unidas.

n Si el solenoide se desexcita el muelle de retorno devuelve la correde-ra de la vlvula a su posicin inicial.

n El aire de pilotaje es suministrado a travs de la conexin 84.

(OHFWURYiOYXODGHYtDVSLORWDGD

)LJ(OHFWURYiOYXOD

GHYtDVSLORWDGD

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

La Fig. 4.7 muestra las tres posiciones de conmutacin de una electro-vlvula distribuidora de 5/3 vas.n En su posicin inicial, las bobinas de los solenoides estn desexcita-

das y la corredera de la vlvula se halla en posicin media por lafuerza de dos muelles. Las conexiones 2 y 3, as como las 4 y 5 sehallan unidas. La conexin 1 se halla cerrada.

n Si se excita el solenoide izquierdo, el mbolo de la vlvula se despla-za a su tope derecho (Fig. 4.7b). Las conexiones 1 y 4, as como las2 y 3 quedan unidas.

n Si se excita la bobina del solenoide derecho, el mbolo se desplaza asu tope izquierdo (Fig. 4.7c). En esta posicin, las conexiones 1 y 2,as como las 4 y 5 quedan unidas.

n Cada posicin se mantiene mientras est excitada la correspondientebobina. Si ninguna de las bobinas se halla excitada, la vlvula regre-sa a su posicin media inicial.

(OHFWURYiOYXODGHYtDVSLORWDGDFRQSRVLFLyQGHUHSRVRDGHVFDUJD

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

)LJ(OHFWURYiOYXODGHYtDVGREOHSLORWDMHSRVLFLyQPHGLDDGHVFDUJD

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

Las electrovlvulas distribuidoras con posiciones (tales como las de 3/2o 5/2 vas) permiten hacer avanzar o retroceder un cilindro. Las electro-vlvulas distribuidoras con tres posiciones (tales como las de 5/3 vas)tienen una posicin media que ofrece opciones adicionales para el ac-cionamiento del cilindro. Esto puede explicarse utilizando el ejemplo detres vlvulas de 5/3 vas con diferentes posiciones medias. Observare-mos el comportamiento del cilindro actuador cuando la vlvula distribui-dora se halle en posicin media.n Si se utiliza una vlvula de 5/3 vas en la que las conexiones de tra-

bajo estn a descarga (escape), el mbolo del cilindro no ejerce nin-guna fuerza en el vstago del cilindro. El vstago puede moverse li-bremente.

n Si se utiliza una vlvula de 5/3 vas en la que las conexiones de tra-bajo estn cerradas (bloqueadas), el mbolo del cilindro se mantieneen su posicin. Esto se aplica tambin si el vstago no se halla enuno de sus extremos (Fig. 4.8b)

n Si se utiliza una vlvula de 5/3 vas en la que las conexiones de tra-bajo se hallan bajo presin, el vstago avanzar con una fuerza re-ducida (Fig. 4.8c).

,QIOXHQFLDGHODSRVLFLyQPHGLD

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

)LJ,QIOXHQFLDGHODSRVLFLyQPHGLDHQHOHFWURYiOYXODV

GHYtDV

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

La Fig. 4.9 muestra dos secciones transversales de una electrovlvulapilotada de 5/2 vas de doble bobina.n Si el mbolo de la vlvula se halla en su tope izquierdo, las conexio-

nes 1 y 2, as como las 4 y 5 estn unidas (Fig. 4.9a).n Si se excita la bobina izquierda (14), el mbolo se desplaza hacia la

derecha, con loa que las conexiones 1 y 4, as como las 2 y 3 seunen (Fig. 4.9b).

n Si la vlvula debe volver a su posicin inicial, no es suficiente condesexcitar la bobina izquierda. Adems, hay que excitar la bobina de-recha (12).

Si ninguna de las dos bobinas est excitada, el rozamiento mantiene elmbolo de la vlvula en la ltima posicin seleccionada. Esto vale tam-bin si se excitan ambas bobinas al mismo tiempo, ya que se oponenuna a otra con la misma fuerza.

(OHFWURYiOYXODSLORWDGDGHYtDVGHGREOHERELQD

)LJ(OHFWURYiOYXODSLORWDGDGHYtDVGHGREOHERELQD

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

7LSRVGHHOHFWURYiOYXODV\GDWRVGHUHQGLPLHQWR

Las electrovlvulas distribuidoras se fabrican en una amplia gama devariantes y tamaos para cubrir diferentes necesidades de la prcticaindustrial.Cuando se selecciona la vlvula adecuada, es til tener en cuenta losdos siguientes puntos:n Primero establecer el tipo de vlvula que se necesita segn la tarea y

la reaccin exigida en caso de fallo de tensin (por ejemplo, unaelectrovlvula de 5/2 vas con muelle de retorno).

n Segundo, utilizar el catlogo del fabricante para establecer qu vl-vula cumple con las prestaciones y rendimiento exigido. Adems, hayque tener en cuenta no slo el coste inicial de la vlvula, sino tam-bin los costes de la instalacin, mantenimiento, recambios, etc.

Las Tablas 4.1 y 4.2 resumen los tipos de electrovlvulas ms corrien-temente utilizadas, con sus smbolos y aplicaciones.

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

7LSRGHYiOYXOD 6tPEROR $SOLFDFLRQHV

Electrovlvula de 2/2vas pilotada, retorno pormuelle

2

112 Funcin de cierre

Electrovlvula de 3/2vas pilotada, retorno pormuelle, normalmentecerrada 3

2

112 Cilindros de simpleefecto

Electrovlvula de 3/2vas pilotada, retorno pormuelle, normalmenteabierta 3

2

110

Cilindros de simpleefecto (bajo presinsin tensin)

Electrovlvula de 4/2vas pilotada, retorno pormuelle

Electrovlvula de 4/2vas pilotada, retorno pormuelle

3

4 2

114

4 2

51

314

Cilindros de dobleefecto o actuadoresgiratorios

Electrovlvula de 5/3vas pilotada, conmuelles de retorno(cerrada, a descarga o apresin en reposo)

35

4 2

1

14 12

35

4 2

1

14 12

35

4 2

1

14 12

Cilindros de dobleefecto o actuadoresgiratorios con paradaintermedia, conrequerimientosespeciales en el casode un fallo de tensin.

7DEOD$SOLFDFLRQHV\VtPERORVSDUDHOHFWURYiOYXODVGLVWULEXLGRUDVFRQPXHOOHGHUHWRUQRPRQRHVWDEOHV

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

7LSRGHYiOYXOD 6tPEROR $SOLFDFLRQHV

Electrovlvula de 4/2vas pilotada, doble bobi-na

Electrovlvula de 5/2vas pilotada, doble bobi-na

3

4 2

114 12

4 2

351

14 12

Cilindros de dobleefecto o actuadoresgiratorios

Si no hay disponible una vlvula con todas las propiedades requeridas,a menudo puede utilizarse una vlvula con un nmero de conexionesdiferente.n Las electrovlvulas de 4/2 vas y de 5/2 vas realizan casi la misma

funcin (escape nico o escapes separados). Son intercambiables.n Para realizar la funcin de una vlvula de 3/2 vas de doble bobina,

puede cerrarse con un tapn una de las conexiones de utilizacin deuna vlvula de 4/2 o de 5/2 vas.

Un sistema de control electroneumtico debera disearse de forma quelas piezas no se daaran por un movimiento incontrolado en el caso deun fallo de tensin o de la rotura de un cable. El comportamiento de uncilindro neumtico en tales circunstancias puede determinarse por laeleccin de una vlvula distribuidora u otra:n Una electrovlvula distribuidora de 3/2 o de 5/2 vas conmuta a su

posicin inicial ante un fallo de tensin, con lo que el cilindro quecontrola regresa a su posicin inicial.

n Una vlvula de 5/3 vas tambin conmuta a su posicin inicial ante unfallo de tensin. Si las conexiones de trabajo estn a escape en suposicin inicial, el cilindro queda libre de esfuerzo. Si ambas cone-xiones quedan bajo presin, el cilindro avanza con una fuerza redu-cida. Si las conexiones quedan cerradas, se interrumpe el movi-miento del cilindro.

n Una vlvula de doble solenoide retiene su posicin actual. El vstagodel cilindro termina el movimiento que estuviera realizando o perma-nece en la posicin final en que se hallaba.

7DEOD$SOLFDFLRQHV\VtPERORSDUD

YiOYXODVGHGREOHERELQD

)DOORGHWHQVLyQ\URWXUDGHFDEOH

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

Las electrovlvulas distribuidoras son generalmente de diseo modular.Se componen de los siguientes elementos:n La electrovlvula distribuidora propiamente dichan Uno o dos solenoides para su accionamienton Una o dos conectores para las seales de mando a las bobinas

La Fig. 4.10 muestra un ejemplo de este diseo modular.

LVHxRPRGXODUGHHOHFWURYiOYXODVGLVWULEXLGRUDV

)LJLVHxRPRGXODUGHXQDHOHFWURYiOYXODGLVWULEXLGRUD)HVWR

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

Los datos caractersticos de una vlvula vienen determinados por lacombinacin de los tres elementos (Fig. 4.11). Los componentes mec-nicos de una vlvula afectan principalmente a las caractersticas neu-mticas, mientras que la bobina del solenoide y el conector del cableinfluyen en las caractersticas elctricas.

)LJDWRVFDUDFWHUtVWLFRVGHXQDYiOYXODGLVWULEXLGRUD

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

Para permitir adaptarse a las diferentes formas de instalacin, las elec-trovlvulas distribuidoras estn disponibles con dos configuracionesdiferentes de las conexiones.n En una vlvula de montaje directo (en lnea) todas las conexiones

neumticas estn roscadas, de forma que los racores y los silencia-dores pueden montarse directamente en la vlvula. Las vlvulaspueden montarse individualmente, pero tambin pueden montarsevarias vlvulas en una placa base nica.

n En las vlvulas para placa base, todas las conexiones se hallan en elmismo lado y los agujeros de las conexiones en el cuerpo de la vl-vula no estn roscados. Las vlvulas para placa base se montan in-dividualmente o en grupo sobre placas base individuales o agrupa-das.

LVSRVLFLyQGHODVFRQH[LRQHVGHXQDYiOYXOD

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

La Fig. 4.12 muestra un bloque distribuidor con placas base agrupadas.En primer plano aparece una electrovlvula de doble bobina, detrs dela cual hay dos electrovlvulas de simple bobina. La primera posicin esde reserva y est sellada con una placa ciega. Las conexiones de losactuadores son visibles en la cara lateral derecha de la placa base.Las conexiones comunes de alimentacin y escape se hallan en la carafrontal de la placa final (en la parte posterior, no visibles en la foto).

(MHPSORGHDSOLFDFLyQ

)LJ0RQWDMHGHHOHFWURYiOYXODV

GLVWULEXLGRUDVHQSODFDEDVH)HVWR

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

Algunas placas base estn estandarizadas segn ISO. Tienen dimen-siones estndar, permitiendo con ello que en una misma placa base ISOpuedan montarse vlvulas de diferentes fabricantes.A menudo es ventajoso utilizar vlvulas no estandarizadas y especficasde un fabricante. Este es especialmente el caso si las vlvulas especfi-cas son ms compactas que las vlvulas equivalentes ISO y puedeninstalarse con costos inferiores.

En la Tabla 4.3 se resumen los datos caractersticos y condiciones defuncionamiento de tres vlvulas de 5/2 vas.

7LSRGHYiOYXOD

(OHFWURYiOYXODSLORWDGDGHYtDVFRQUHWRUQRSRU

PXHOOH

(OHFWURYiOYXODSLORWDGDGHYtDVFRQUHWRUQRSRUPXHOOH\DOLPHQWDFLyQDX[LOLDUGHOSLORWDMH

(OHFWURYiOYXODSLORWDGDGHYtDVFRQUHWRUQRSRU

PXHOOH

Distribucin de lasconexiones

Vlvula en placa base Vlvula en placa base conaire de pilotaje auxiliar Vlvula individual

Smbolo grfico

4 2

51

314

4 2

51

314

4 2

51

314

Tamao nominal 4,0 mm 4,0 mm 14,0 mm

Caudal nominal 500 l/min 500 l/min 2000 l/min

Margen de presin 2,5 a 8 bar0,9 a 8 bar

(aire de pilotaje auxiliar:2,5 a 8 bar) 2,5 a 10 bar

Tiempo de respuestaActivacin/Desactivacin 20/30 ms 20/30 ms 30/55 ms

9iOYXODV,62

DWRVFDUDFWHUtVWLFRVGHODVHOHFWURYiOYXODVGHYtDV

7DEODDWRVFDUDFWHUtVWLFRVQHXPiWLFRVGHHOHFWURYiOYXODVGLVWULEXLGRUDV)HVWR

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

Si hay que utilizar una vlvula de gran caudal o de pequeo caudal,depende el tamao del cilindro que se controla.Un cilindro con una gran superficie de mbolo o con movimientos dealta velocidad, exige la utilizacin de una vlvula con un elevado caudal.Un cilindro con un mbolo pequeo o que tenga que desplazarse lenta-mente puede ser controlado con una vlvula de poco caudal. El tamaonominal y el caudal nominal de una vlvula son medidas de las caracte-rsticas de caudal de una vlvula.Para determinar el caudal nominal de una vlvula, hay que hallar la sec-cin transversal ms pequea que tiene que atravesar el aire. La co-rrespondiente seccin transversal se convierte en un rea circular. Eldimetro de este rea es el tamao nominal de la vlvula.Un gran tamao nominal produce un elevado caudal y un pequeo ta-mao nominal un reducido caudal.El caudal nominal de una vlvula se mide bajo condiciones especifica-das. Durante la medicin hay que mantener una presin de 6 bar en laentrada de la vlvula y una presin de 5 bar en la salida.Teniendo en cuenta sus caudales, las vlvulas descritas en la Tabla 4.3con un tamao nominal de 4 mm son las ms utilizadas para cilindroscon un dimetro de mbolo de hasta 50 mm. Por otro lado, las vlvulascon tamao nominal de 14 mm son adecuadas para cilindros con gran-des dimetros de mbolo, en los que se espera que el vstago alcanceelevadas velocidades de avance y retroceso.

El margen de presin es el margen de la presin de alimentacin en elque la vlvula puede funcionar, el lmite superior de presin viene de-terminado por la resistencia del cuerpo de la vlvula y el lmite inferiorpor la etapa de pilotaje (vase la seccin 4.2).Si la vlvula acciona un actuador que slo funciona a baja presin (porejemplo, un generador de vaco, la presin no ser suficiente para ac-cionar la etapa de pilotaje de una vlvula distribuidora. Por ello la vl-vula distribuidora deber tener una alimentacin aparte para el pilotaje.

7DPDxRQRPLQDO\FDXGDOQRPLQDO

0DUJHQGHSUHVLyQ

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

Los tiempos de respuesta indican el lapso de tiempo que transcurreentre el accionamiento del contacto y la conmutacin de la vlvula.Con vlvulas de retorno por muelle, el tiempo de respuesta desde laposicin inicial a la posicin de accionamiento, es generalmente mscorto que el tiempo de conmutacin en sentido inverso.Un tiempo de respuesta largo ralentiza el rendimiento de un sistemaelectroneumtico, ya que se tarda ms en aplicar presin y en descar-gar el aire de los cilindros neumticos.

DWRVFDUDFWHUtVWLFRVGHODVERELQDV

Una electrovlvula distribuidora puede ser dotada con diferentes tiposde bobinas de solenoides. El fabricante de la vlvula a menudo ofreceuna o ms series de vlvulas para cada tipo de vlvula distribuidora, condimensiones adecuadas al tamao de la vlvula. La eleccin de unabobina se hace basndose en sus datos elctricos caractersticos (Ta-bla 4.4).

7LSRGHERELQD &RUULHQWHFRQWLQXD& &RUULHQWHDOWHUQD$&

Tensiones Normal 12, 24, 42, 48 V 24, 42, 110, 230 V, 50 Hz

Especial Bajo demanda Bajo demandaVariaciones de tensin mx. 10 % mx. 10 %

Fluctuacin de la frecuencia mx. 5 %a la tensin nominal

Consumo a tensiones nor-males

4,1 W a 12 V4,5 W a 24 V

Llamada: 7.5 VASostenimiento: 6 VA

Factor de potencia 0,7

Ciclo de trabajo 100 % 100 %Grado de proteccin IP 65 IP 65

Pasamuros del cable PG9 PG9

Temperatura ambiente de 5 a + 40 C de 5 + 40 C

Temperatura del fluido de 10 a + 60 C de 10 a + 60 C

Tiempo promedio de llamada 10 ms 10 ms

7LHPSRVGHUHVSXHVWD

7DEODGDWRVFDUDFWHUtVWLFRVGHERELQDVGHVROHQRLGHHQ$&\&)HVWR

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

La especificacin de tensin en la Tabla 4.4 indica la tensin a la quehay que alimentar las bobinas. Las bobinas se eligen segn la tensinde las seales de la seccin de control del sistema electroneumtico. Sila seccin de control funciona a 24 V DC, por ejemplo, deber elegirseel correspondiente tipo de bobina.Para asegurar el correcto funcionamiento de la bobina, la tensin sumi-nistrada por la seccin de control de las seales deber hallarse entreciertos lmites. Para una bobina del tipo 24 V, los lmites son los si-guientes:Tensin mnima: Vmin = 24 V (100% - 10%) = 24 V 0.9 = 21,6 VTensin mxima: Vmax = 24 V (100% + 10%) = 24 V 1,1 = 26,4 V

Si la seccin de seales de control funciona con corriente alterna y porlo tanto se utilizan bobinas de tensin alterna, la frecuencia de la co-rriente alterna deben hallarse dentro de un margen especificado. Paralas bobinas de corriente alterna (AC) descritas en la tabla se permitenvariaciones del 5% por encima o por debajo de los 50 Hz; en otras pala-bras, el margen de frecuencia permitido se halla entre 47,5 y 52,5 Hz.

Cuando se determina la potencia que debe tener la fuente de alimenta-cin de la seccin de control de seales, deben tenerse en cuenta losdatos de potencia (consumo y factor de potencia) de las bobinas.Es aconsejable elegir una fuente de alimentacin que no se sobrecar-gue incluso en el caso de que todas las bobinas se activen simultnea-mente.

(VSHFLILFDFLyQGHODWHQVLyQGHIXQFLRQDPLHQWR

DWRVGHSRWHQFLDHOpFWULFD

)HVWRLGDFWLF73

&DStWXOR

Cuando se activa un solenoide, fluye una corriente a travs de la bobi-na. La temperatura de la bobina aumenta debido a la resistencia hmi-ca. El ciclo de trabajo indica en porcentaje mximo de tiempo de funcio-namiento que puede soportar la bobina. Una bobina de un solenoidecon un ciclo de trabajo del 100% puede estar permanentemente activa-da.Si el ciclo de trabajo es inferior al 100%, la bobina se calentara dema-siado en funcionamiento continuo. El aislamiento se fundira y la bobinase destruira. El ciclo de trabajo se especifica en relacin con un tiempode funcionamiento de 10 minutos. Si, por ejemplo, el ciclo de trabajo deuna bobina es del 60%, esta no puede estar excitada ms de 6 minutospara un tiempo de funcionamiento de 10 minutos.

La clase de proteccin indica hasta qu grado est protegida la bobinaante la entrada de polvo y agua. Las bobinas descritas en la Tabla 4.4tienen una clase de proteccin IP 65, es decir, estn protegidas contrala entrada de polvo y pueden funcionar en un entorno en el que estnexpuestos a chorros de agua. Los diferentes grados de proteccin estnexplicados con detalle en el captulo 7.La especificacin del montaje de los cables se refiere a las conexioneselctricas de las bobinas de los solenoides (vase seccin 4.5).

El funcionamiento fiable de la bobina de un solenoide slo puede ga-rantizarse si la temperatura ambiente y la temperatura del medio, esdecir, la temperatura del aire comprimido se halle dentro de lmites es-pecificados.

Cuando se excita la bobina de un solenoide, se genera su campo mag-ntico y por lo tanto la potencia del solenoide, pero con un retardo. Eltiempo de llamada promedio indica el lapso de tiempo entre el instanteen que la corriente fluye por la bobina y el momento que se levanta elinducido. El tiempo promedio de llamada es tpicamente entre 10 y 30milisegundos.Cuanto ms largo es el tiempo de llamada, mayor ser el tiempo derespuesta de la vlvula distribuidora accionada.

&LFORGHWUDEDMR9(

&ODVHGHSURWHFFLyQ\PRQWDMHGHOFDEOH

DWRVGHWHPSHUDWXUD

7LHPSRGHOODPDGDSURPHGLR

73)HVWRLGDFWLF

&DStWXOR

&RQH[LyQHOpFWULFDGHERELQDVGHVROHQRLGH

La bobina de una electrovlvula distribuidora se conecta a la seccin decontrol de seales de un sistema electroneumtico a travs de cablesbifilares. Normalmente hay un conector entre el cable y el solenoide.Cuando se inserta el conector hay que atornillarlo para proteger loscontactos de la entrada de polvo y agua. El tipo de conector, de zcalo yde cable estn especificados en la documentacin tcnica de la bobina(como el PG9 en la Tabla 4.4).

El circuito elctrico que activa una bobina se abre o se cierra por uncontacto en la seccin de control. Cuando el contacto se abre, la co-rriente que fluye por la bobina disminuye bruscamente. Como resultadodel rpido cambio en la intensidad de la corriente, junto con la inductan-cia de la bobina se induce brevemente una tensin muy alta en la bobi-na. Al abrir el contacto puede producirse un arco. Incluso tras un pero-do de tiempo relativamente corto, puede deteriorarse el contacto. Porello es necesario un circuito de proteccinLa Fig. 4.13 muestra un circuito de proteccin de una bobina DC. Mien-tras el contacto est cerrado, fluye una corriente I1 a travs del solenoi-de y ninguna corriente a travs del diodo (Fig. 4.13a). Cuando se abre elcontac