Ensayo

Vista previa del material en texto

ENSAYO 
Introducción a la electroneumática 
Instituto Tecnológico de la Laguna 
Circuitos Hidráulicos y 
Neumáticos 
Tarea 6 
Mecatrónica 
Fecha de elaboración: 04 de mayo de 2021 
Actualmente, los circuitos puramente neumáticos son únicamente circuitos 
sencillos o circuitos en los cuales no se admite electricidad. El resto de ellos, ya son 
circuitos electroneumáticos, en los cuales, en comparación con la neumática básica, los 
actuadores siguen siendo neumáticos, sin embargo, las válvulas son cambiadas por 
electroválvulas que se activan con electroimanes en lugar de con aire comprimido. Se 
puede decir que la parte neumática es la “fuerza”, mientras que la parte electrónica son 
los “nervios” del sistema. La electroneumática se presenta como un “puente” entre la 
neumática y los PLC, ya que su programación se torna algo similar, dado el diagrama en 
escalera. 
 
Un sistema electroneumático está compuesto de un circuito neumático simple y, 
en paralelo, circuitos eléctricos. Consta de elementos para la entrada de señales y 
elementos para el procesamiento de señales. 
 
Entradas de señal. 
Las entradas de señal son las encargadas de introducir las señales eléctricas. 
Cuando se habla de contactos eléctricos, se tienen contactos de cierre (normalmente 
abierto que cierra el circuito), de apertura (normalmente cerrado que abre el circuito) y de 
conmutación (que abre y cierra: prácticamente es un normalmente abierto y un 
normalmente cerrado en uno solo). Su accionamiento puede darse de manera manual, 
mecánica o a distancia (con energía de mando eléctrica o neumática). La introducción de 
la señal puede haberse ´por medio de un pulsador o de un interruptor. En el caso del 
pulsador, la acción solamente se realiza mientras existe accionamiento del mismo. Al 
soltarlo, regresa a su posición inicial. Por otro lado, en interruptor, al accionarlo, existe un 
enclavamiento mecánico que lo mantiene en esa misma posición, sin regresar a la de 
inicio, a menos de que se dé un nuevo accionamiento, tal como cuando se enciende la luz 
de nuestro hogar al “cerrar” el contacto y se apaga al “abrirlo”. Y, como ya se mencionó, 
para el caso de pulsador o interruptor de conmutación, se sigue el mismo principio, donde 
sería un interruptor o pulsador normalmente abierto y uno normalmente cerrado, por lo 
que siempre queda abierto un circuito y otro queda cerrado. Los interruptores o 
pulsadores se necesitan en donde se comienzan ciclos de trabajo o donde se necesite un 
accionamiento continuo por razones de seguridad. La parte frontal de los interruptores 
debe mostrar la posición del contacto, esto se hace mediante una raya | para indicar que 
está conectado o un círculo O para indicar que está desconectado. 
 
Finales de carrera. 
 Al alcanzar un vástago de un cilindro su final de carrera (comúnmente), se activa 
frecuentemente un sensor de final de carrera que, a su vez, activará otro elemento. Los 
finales de carrera se distinguen en contacto lento (la velocidad de apertura/cierres es 
idéntica a la del accionamiento del pulsador) y contacto rápido (el conmutado tiene lugar 
bruscamente). Los finales de carrera pueden ser: 
• Final de carrera mecánico: Se realiza por una pieza sobre un taqué, leva, palanca, 
rodillo o elemento similar. 
• Final de carrera sin contacto: Magnéticos, inductivos, capacitivos, ópticos. 
 
Sensores de proximidad. 
Los sensores de proximidad son sensores que se emplean para la detección de 
presencia de material. En neumática, se utilizan como fin de carrera de los vástagos de los 
cilindros. Se encargan de enviar una señal eléctrica de corriente directa al detectar material en su 
proximidad. Estos pueden ser inductivos, capacitivos y ópticos. 
• Sensores inductivos. 
Con estos sensores, solo es posible detectar materiales conductores de 
electricidad. Está compuesto por un oscilador (circuito LC), un rectificador demodulador, 
un amplificados biestable y una etapa de salida. El campo magnético se genera gracias al 
núcleo semiabierto con una bobina osciladora y un apantallado adicional. 
Uno de los criterios importantes al seleccionar un sensor de proximidad inductivo 
es el tamaño de la bobina incorporada en la cabeza del señor: mientras más grande sea la 
bobina, mayor será la distancia de conmutación (distancia del área activa donde se 
produce un cambio en la señal de salida). 
Las mayores distancias de detección se alcanzan con materiales magnéticos, como 
el acero dulce, el níquel cromo, mientras que las distancias alcanzadas con materiales no 
magnéticos como latón, aluminio y cobre son inferiores. 
Los sensores de proximidad inductivos tienen distintas características de 
protección, tales como protección contra polaridad inversa, protección contra 
cortocircuito y protección contra picos de tensión. 
 
• Sensores capacitivos. 
Su principio de funcionamiento se basa en los cambios de capacitancia de un 
capacitor en un circuito RC ante el acercamiento de cualquier material. Tal como en el 
inductivo, se compone de un rectificador demodulador, un amplificador biestable y una 
etapa de salida. Entre un electrodo activo y uno aterrizado a tierra, se crea un campo 
electrostático disperso. Al irrumpir un objeto en la zona activa de conmutación, la 
capacitancia del circuito comienza a variar; esta variación depende de la distancia entre el 
objeto y la superficie activa, las dimensiones del objeto y su constante dieléctrica. 
 
 
• Sensores ópticos. 
Se utiliza una luz roja (visible) o infrarroja (invisible). Consisten en dos partes 
principales: emisor y receptor. Los LEDS son los elementos emisores, mientras que los 
fotodiodos o fototransistores son los elementos receptores. Estos pueden encontrarse 
instalados juntos en un cuerpo, como los sensores de reflexión directa (reflejan el rayo en 
el objeto detectado) y los de retrorreflexión (reflejan el rayo de luz en un “espejo”) o en 
cuerpos separados, como en los sensores de barrera (directamente, un emisor de un lado 
y un receptor del otro). 
 
Convertidor de señal neumático-eléctrico. 
Los convertidores neumático-eléctrico, también conocidos como presostato cuando la 
presión es mayor a la atmosférica o vacuostato cuando es menor, son los encargados de 
transformar una señal neumática en una señal eléctrica. Su funcionamiento nos dice que cuando 
la fuerza de la presión vence la fuerza del muelle, se realiza un contacto eléctrico. 
 
Relés. 
Los relés se utilizan en actividades de mando o regulación; estos traen consigo distintas 
ventajas como fácil mantenimiento, alta frecuencia de conexiones, conexión tanto a pequeñas 
como a altas corrientes y voltajes y tiempos de conmutación cortos. 
Su principio de funcionamiento se basa en una tensión aplicada a la bobina, haciendo 
circular una corriente eléctrica a través del embobinado, creando un campo magnético. De esa 
manera, la armadura se atrae al núcleo de la bobina, haciendo que abran o cierren los contactos. 
Esto durará mientras se tenga el voltaje aplicado el voltaje. Un relé se comporta como un 
interruptor accionado electromagnéticamente. 
Un relé físico cuenta con cuatro contactos de cierre (normalmente abierto) y cuatro 
contactos de apertura (normalmente cerrados), donde pueden ser utilizados todos, tanto los de 
cierre como los de apertura. 
 
Relés temporizadores. 
Estos relés tienen como objetivo conectar o desconectar contactos una vez transcurrido 
un tiempo determinado, funcionando tanto para normalmente abiertos como para normalmente 
cerrados. Los relés temporizadores pueden ser de dos tipos: 
Con retardo a la conexión: Al llegarle un voltaje (ya sea a través de un pulsador o switch), 
comienza el conteo del tiempo seleccionado (este retardo se genera a través de la carga del 
capacitor). Al alcanzar el tiempo (al cargarse el capacitor), se provoca la conmutación en los 
contactos, ya sean los NA (se cierran) o los NC (se abren). Cuando se abre el contacto (o se deja de 
presionar el pulsador), no llegavoltaje al relé y se produce un proceso inverso. Este temporizador 
puede “sustituir” al temporizador neumático con retardo a la conexión. 
Con retardo a la desconexión: Al llegarle un voltaje por medio de un contacto, se produce 
una señal de salida. Una vez que se retira la señal de entrada (se abre el contacto o se deja de 
presionar el pulsador), inicia la cuenta atrás del tiempo seleccionado. 
 
Electroválvulas. 
Lo único que cambia en las electroválvulas, a diferencia de las válvulas convencionales, es 
su forma de accionamiento: eléctrico, mediante un solenoide; al aplicarse una corriente sobre 
este, genera una fuerza electromagnética que mueve la armadura conectada a la leva de la 
válvula. Los solenoides son maniobrados, mayormente, con Corriente Directa, aunque también es 
posible Corriente Alterna. Las electroválvulas pueden ser: 
Monoestables: Una sola bobina (solenoide) y se reposicionan automáticamente gracias al 
muelle al dejar de actuar eléctricamente sobre el solenoide. 
Biestables: Se tienen dos bobinas, una a cada lado. Al dejar de actuar sobre una de ellas, la 
válvula se queda en la misma posición hasta que se acciona la bobina contraria, invirtiendo la 
válvula. 
 
 
Algunas de las electroválvulas más utilizadas son: 
• Electroválvula de 3/2 vías monoestable, normalmente cerrada. 
Se acciona por un solenoide y se regresa mediante muelle. Cuando una 
señal se aplica a la bobina, se genera una FEM que levanta la leva del asiento de la 
válvula cerrando el escape. Así, el aire fluye desde la entrada a la salida. 
 
• Electroválvula de 3/2 vías monoestable, normalmente abierta. 
Es idéntica a la anterior, solo que está conectada de manera distinta para 
que se encuentre abierta en reposo. Una señal se aplica a la bobina, se “abre”, 
impidiendo que el are fluya desde a entrada hasta la salida. 
• Electroválvula de 3/2 vías, pilotada. 
Aquí, se tiene un servopilotaje interno. La fuerza que es generada por el 
solenoide se amplifica gracias a la válvula piloto. En reposo, se tiene un disco 
bloqueando el flujo de aire desde la entrada. Al aplicar una señal eléctrica, se da el 
flujo de aire desde la entrada hacia la salida. Cuando la bobina se queda sin 
tensión, el aire se descarga a través de la “salida”, pero desalojando hacia un 
silenciador, ya que, al no tener tensión, regresó a su posición de reposo. 
 
• Electroválvula de 5/2 vías pilotada. 
Tiene dos escapes independientes. En su posición inicial, el muelle fuerza a 
la corredera y se conecta la entrada de aire (1) con una de las “salidas” (2) de la 
válvula, mientras que la otra salida (4) se conecta a un “silenciador” (5), dejando el 
otro “silenciador” (3) aislado. Al activarse el solenoide, se abre la válvula, 
provocando que el aire fluya desde la entrada (1) a la salida (4) y la “salida” (2) 
pueda escaparse hacia el “silenciador” (3), tal como en una válvula 5/2 neumática 
convencional y el silenciador (5) queda bloqueado. 
• Válvula 5/2 vías biestable. 
Con estas válvulas, el muelle se sustituye por otro solenoide. Tomando 
como referencia las “terminales” mostradas en la válvula anterior, si la señal se 
aplica en la bobina del lado izquierdo, la configuración quedaría como en el caso 
cuando el solenoide esta activada. Por el contrario, si se aplica la señal en el lado 
derecho, el aire fluye tal como en el caso en que la válvula está en su posición 
inicial. En cualquier caso, al quitar la señal de cualquier bobina, la válvula 
permanece estable. 
 
La fiabilidad de las válvulas se aumenta con la adecuada preparación del aire comprimido, 
además de una alineación correcta y el control de las condiciones ambientales. La válvula debe 
situarse lo más cerca posible del actuador, reduciendo los tiempos de respuesta. Esto con el 
objetivo de permitir una rápida inversión del actuador cuando se aplica una señal al solenoide. 
 
Finalmente, el uso de la electroneumática es algo que, en la actualidad, tiene mucho más 
campo de aplicación que la “neumática pura”, así que toma demasiada importancia el conocer lo 
más y mejor posible de este tema, desde su definición, sus tipos de entrada, tipos de final de 
carrera, sensores, electroválvulas, y su diferencia entre estos elementos y su versión “puramente 
neumática”, además de sus simbología y la manera de representarse al estar trabajando en 
simulaciones, así como su correcta conexión al tenerlo físicamente. Y, algo de lo más importante, 
los relés, en sus distintas variedades, ya sea con temporizador o los “regulares”, además de como 
estos pueden ser asociados con contactos normalmente abiertos, normalmente cerrados o una 
combinación entre ambos (conmutador). Hasta el momento, solo se conoce lo “teórico”, pero 
mediante la realización de simulaciones y/o prácticas, este conocimiento nos irá sirviendo para 
poder reflejarlo en un programa o en un tablero, y, a futuro, desarrollar la lógica necesaria para la 
programación de PLC, que, se torna similar a este entorno