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PRACTICA 4 Sensores en neumática e hidráulica 1.- Objetivos Conocer los sensores que participan en los principios que rigen el funcionamiento de la Electroneumática y Electrohidráulica y desarrollar una aplicación industrial al respecto. Electroneumática El término electroneumático se define a partir de las palabras electro que significa eléctrico y neumático que significa presión de aire. Por lo tanto, un sistema electroneumático es una integración de la electricidad y los componentes mecánicos con fuente de aire comprimido. La electroneumática se utiliza habitualmente en muchas áreas de la automatización industrial. También se utiliza en sistemas de producción, ensamblaje, farmacéuticas, químicas y de envasado. Hoy en día, los sistemas de automatización industrial requieren una precisión exacta y una sincronización en fracciones de segundo, así, los relés electroneumáticos se están reemplazando cada vez más por controladores lógicos programables (PLC) con el fin de satisfacer la creciente demanda de una automatización más flexible. funcionamiento de un sistema electroneumático. Básicamente hay dos áreas en las que hay que centrarse con el lado eléctrico de un circuito electroneumático: cómo iniciar/detener el proceso y cómo saber qué está haciendo el sistema. En muchos sistemas electroneumáticos, el dispositivo que se controla es una válvula de control direccional accionada eléctricamente. Estas válvulas de control (electroneumáticas) suministran presión de aire a dispositivos como cilindros que extenderán o retraerán una varilla cuando se aplique o se retire la presión. Los solenoides incorporados se utilizan para abrir y cerrar estas válvulas y se activan con señales de voltaje de CA o CC. Los voltajes de funcionamiento van desde unos 12 V a 220 V. En los controles electroneumáticos, principalmente hay cuatro posiciones importantes: Dispositivos de entrada de señales: generación de señales como interruptores y contactores, varios tipos de sensores de contacto y proximidad. Procesamiento de la señal: uso de la combinación de contactores de relé o el uso de PLC. Señal de salida: las salidas obtenidas después del procesamiento se utilizan para la activación de los solenoides, indicadores o alarmas audibles. Accionamiento de potencia: Las válvulas de control direccional forman la interfaz entre la sección de control de la señal (eléctrica) y la sección de potencia neumática en un sistema electroneumático. dispositivos de uso frecuente Existen siete dispositivos eléctricos básicos habitualmente utilizados en el control de los sistemas electroneumáticos que describiremos a continuación: Válvulas de accionamiento manual, tipo botón. Una válvula de accionamiento manual es un pulsador que se utiliza para cerrar o abrir un circuito de control eléctrico. Se utilizan principalmente para arranque y parada de la operación de la maquinaria. También proporcionan una parada manual cuando se produce una emergencia. Ejemplo: Válvula 5/2 accionada por pulsador seta con retorno de muelle. Interruptor de límite. Cualquier interruptor que se acciona debido a la posición de un componente neumático, normalmente un vástago de pistón o el eje del motor hidráulico o la posición de la carga se denomina interruptor de límite. Los interruptores de límite realizan la misma función que los interruptores de botón. Los botones pulsadores se accionan manualmente mientras que los interruptores de límite son accionados mecánicamente Ejemplo: Me-8108 Limit Switch Presostato o interruptor de presión. Un presostato o interruptor de presión es un convertidor de señales neumáticas y eléctricas. En definitiva, los interruptores de presión se usan para detectar el cambio de presión, y abre o cierra un interruptor eléctrico cuando una presión predeterminada es alcanzada. Ejemplo: MASUNN interruptor de control de presión. Válvulas solenoides. Una válvula solenoide, también conocida como válvula de accionamiento eléctrico, es una válvula que utiliza la fuerza electromagnética para funcionar. Es decir, cuando se pasa una corriente eléctrica a través de la bobina del solenoide, se genera un campo magnético que hace que se mueva una varilla de metal armado. En resumen, este es el proceso básico que abre la válvula y funciona directa o indirectamente en el aire. Ejemplo: VSD02 – Válvula Neumática con Solenoide 3/2 NC Relé. Un relé para electroneumática es un interruptor de accionamiento electromagnético. En realidad, es un simple dispositivo eléctrico utilizado para el procesamiento de señales. Los relés están diseñados para soportar fuertes subidas de tensión y condiciones ambientales adversas. Cuando se aplica un voltaje a la bobina del solenoide, se genera un campo electromagnético. Esto hace que la armadura sea atraída hacia el núcleo de la bobina. La armadura acciona los contactos del relé, cerrándolos o abriéndolos, según el diseño. Un resorte de retorno devuelve la armadura a su posición inicial cuando se interrumpe la corriente de la bobina. Ejemplo: Relé, triple. Sensores de proximidad. Los sensores de proximidad inductivos, ópticos y capacitivos son sensores electrónicos. Normalmente tienen tres contactos eléctricos. Un contacto para la tensión de alimentación, otro para la tierra y el tercero para la señal de salida. Ejemplo: Sensor de proximidad inductivo. Interruptor de lengüeta o Reed switch. El Interruptor de lengüeta o Reed switch es un conmutador electromagnético utilizado para controlar el flujo de electricidad en un circuito. Están hechos de dos o más lengüetas de hierro encerradas dentro de una pequeña envoltura de vidrio, que se magnetizan y se mueven juntas o se separan cuando un campo magnético se mueve hacia el interruptor. Ejemplo: Interruptor reed switch magnético abierto N-O 3.- Electrohidráulica Un sistema electrohidráulico es un conjunto de elementos que, dispuestos en forma adecuada y conveniente, producen energía electrohidráulica partiendo de otra fuente, que normalmente es electromecánica (motor eléctrico) o termo mecánica (motor de combustión interna). La energía entregada por los medios mencionados es receptada por los elementos del sistema, conducida, controlada y por último transformada en energía mecánica por los actuadores. El fluido transmisor de esta energía es principalmente aceite, evidentemente no cualquier aceite. Ya que debe poseer algunas características particulares. La energía electrohidráulica se genera de la siguiente manera. Se recibe energía electromecánica a través de la bomba de instalación. Esta la impulsa obligándola a pasar por el circuito, hasta llegar a los actuadores que son los encargados de transformar dicha energía en mecánica podemos evidenciar tres grupos perfectamente localizados, a detallar: Sistema de impulsión y bombeo Sistema intermedio compuesto por elementos de control, comando y conexiones. Actuadores y consumidores. Los circuitos electrohidráulicos permiten darnos cuenta de las múltiples posibilidades que se alcanzan con su utilización y en el siguiente cuadro análogo veremos las formas de transmisión de energía y sus características de las diferentes disciplinas de la ingeniería. descripción de los principales dispositivos electrohidráulicos. Motor hidráulico. El motor hidráulico forma parte de un sistema cuya principal función es transformar la energía mecánica, mediante una bomba hidráulica, a energía hidráulica a través de este motor. Grupo hidráulico o Centralita. La central hidráulica es un concepto único como bloque de válvulas, ya que está compuesto por un bloque básico multiflexible que ofrece la posibilidad de unir bloques. Las centrales hidráulicas son equipos para alimentar de aceite al circuito hidráulico con el caudal y la presión adecuadas. Los grupos hidráulicos agrupan principalmente grupos de presión, estaciones de bombeo, centrales hidráulicas y sistemas de tratamiento y suministro de fluidos. Válvula limitadora de presión. La válvulalimitadora de presión consiste en una válvula de pistón con muelle de carga. En condiciones normales de presión el muelle mantiene el paso abierto. Cuando la presión del sistema excede la presión establecida, la fuerza ejercida por el muelle es superior y la válvula se cierra. Ejemplo: Válvula limitadora de presión, pilotada 152849 Electroválvula 4/3 vías. Estas válvulas siguen teniendo 4 vías, que son presión(P), tanque(T), A y B que son las vías que van al actuador ya sea cilindro o bomba hidráulica. La variación está en que tiene tres posiciones siendo iguales los circuitos internos de las posiciones laterales que las encontradas en las válvulas 4/2, pero nos encontramos con la posición central cuyo circuito puede ser de varias formas diferentes. Ejemplo: Electroválvula de 4/3 vías, posición centro cerrado. Cilindro de doble efecto. El cilindro hidráulico es un equipo insustituible para la transformación de energía hidráulica en energía mecánica. Los cilindros hidráulicos obtienen la energía de un aceite hidráulico presurizado. La presión hidráulica actúa en el pistón para producir el movimiento lineal. los cilindros de efecto doble poseen dos superficies de efecto opuesto, de igual o de distinto tamaño. Disponen de dos conexiones de tuberías independientes entre sí. 4.- Sensores en E.N y E.H 4.1. Sensor de proximidad inductiva. Un sensor inductivo tiene la capacidad de detectar objetos metálicos sin tener contacto físico, siempre y cuando estén dentro del rango de sensado. Al tener solo la capacidad de detectar objetos metálicos se puede aprovechar para detectar metales a través de algún plástico. ¿Cómo funciona? Este sensor está constituido por una bobina en la cual se induce un campo magnético cuando es energizado. Al detectar un objeto metálico se genera un campo magnético diferente a la dirección del campo inducido por la bobina, este fenómeno es mejor conocido como corrientes de Foucault. El sensor inductivo genera un campo magnético en forma de onda senoidal con amplitud constante. Cuando la bobina detecta un objeto metálico se genera una corriente de Foucault, dependiendo la proximidad del objeto varia la amplitud de la onda senoidal, entre más cerca, menor es su amplitud. cuando la onda disminuye hasta cierto punto el sensor conmuta su estado lo que indica que detecto un objeto metálico. Partes de un sensor de proximidad inductivo. Bobina: Este componente dentro del sensor se encarga de generar un campo magnetico. Oscilador: Genera una onda senoidal de amplitud constante. Rectificador: Es básicamente un rectificador de media onda, este se encarga de rectificar la onda senoidal a una señal de D.C. pulsante. Comparador: Genera 2 voltajes diferentes, cuando la salida del rectificador se reduce hasta cierto nivel, la salida del sensor cambia. lo mismo pasa cuando la salida del rectificador aumenta. Indicador led: Este indicador se enciende cuando el sensor detecto un objeto metálico. Salida: Se encarga de proveer la señal de salida del sensor, (ya sea alta o baja) 4.2 Sensor de proximidad capacitivo. El sensor capacitivo es un interruptor electrónico que trabajan sin contacto. Estos sensores aprovechan el efecto que tienen los materiales como el papel, vidrio, plástico, aceite, agua, así como de los metales, de aumentar la capacidad del sensor cuando se encuentran dentro del campo eléctrico generado. Principio de funcionamiento Constan de un condensador que genera un campo eléctrico. Este condensador forma parte de un circuito resonador, de manera que cuando un objeto se acerca a este campo, la capacidad aumente y el circuito empieza a resonar. Diferencia entre capacitivo e inductivo Un sensor capacitivo de forma cilíndrica apenas se puede distinguir del sensor inductivo, pues los fabricantes emplean normalmente carcasas idénticas. Lo que hace el objeto, al estar dentro del campo eléctrico, es aumentar la capacidad de esa área, y por lo tanto cambiar la capacitancia de la misma; esto hace que el circuito interno del sensor entre en resonancia. La principal diferencia entre los sensores es que los sensores capacitivos producen un campo electroestático en lugar de un campo electromagnético ¿Como funciona? La superficie de censado del sensor capacitivo está formada por dos electrodos concéntricos de metal de un capacitor. Cuando un objeto se aproxima a la superficie de censado y este entra al campo electroestático de los electrodos, cambia la capacitancia en un circuito oscilador. Esto hace que el oscilador empiece a oscilar. El circuito disparador lee la amplitud del oscilador y cuando alcanza un nivel específico la etapa de salida del sensor cambia. Conforme el objeto se aleja del sensor la amplitud del oscilador decrece, conmutando al sensor a su estado original. El sensor capacitivo funciona inversamente comparado con un sensor inductivo. 4.3 Sensor de proximidad óptico. Los sensores ópticos son similares a los sensores ultrasónicos en el sentido de que detectan la proximidad de un objeto por su influencia sobre una onda propagadora que se desplaza desde un transmisor hasta un receptor. Tipos de sensores ópticos según el modo de trabajo. De barrera El transmisor y el receptor están separados. Cuando el objeto se encuentra entre el transmisor y el receptor, se interrumpe la luz. Modelo reflectivo Tanto el emisor de luz como los elementos receptores están contenidos en una sola carcasa. El sensor recibe la luz reflejada desde el objeto. Modelo retro reflectivo Tanto el emisor de luz como los elementos receptores están contenidas en un mismo recinto. La luz del elemento emisor incide en el reflector y regresa al elemento receptor de luz. Cuando hay un objeto presente, se interrumpe la luz Descripción del problema. Estufa de secado de flujo continuo: Piezas de trabajo pintadas se mueven en un transportador de cadena a través un horno a velocidad ajustable. Se utiliza un sensor óptico para detectar la presencia de piezas de trabajo pintadas en el cinturón. Si las piezas de trabajo están presentes y se presiona el botón START, la correa hidráulica el motor está encendido. El motor se apaga después de que las piezas de trabajo hayan salido del horno luego el cilindro de doble acción empuja las piezas de trabajo desde la cinta del horno a una segunda cinta transportadora. Si se presiona el botón de PARADA DE EMERGENCIA debe ser posible operar la correa del horno solo en INCHING, el cual después de desbloquearlo debe ser posible reiniciar el sistema. 5.2.- elementos y circuito eléctrico. Cantida d Descripción 3 relés 1 unidad de entrada de señal 1 relé temporizador 1 Unidad de indicación y distribución 1 Parada de emergencia ../../../../D:/21-2/SENSORES/Laboratorios%20de%20Sensores/Informe%20de%20Laboratorio%20N%C2%B05-MT247-A.docx#_wpn3nx95yyi8 1 sensor de proximidad, inductivo 1 sensor de proximidad, capacitivo 1 sensor de proximidad, óptico 1 juego de cables, universal 1 unidad de fuente de alimentación 5.3.- elementos y circuito hidráulico. Cantidad Descripción 1 Pack de energía hidráulica, 2 L/ min 1 Manómetro 1 Válvula de alivio de presión 1 Electroválvula biestable de 4/3 vías ../../../../D:/21-2/SENSORES/Laboratorios%20de%20Sensores/Informe%20de%20Laboratorio%20N%C2%B05-MT247-A.docx#_wpn3nx95yyi8 1 Válvula de control de flujo unidireccional 1 Motor hidráulico, 8 L/ min 1 Válvula de no retorno, 1 bar 1 Electroválvula biestable de 4/2 vías 1 Cilindro de doble efecto 4 Tee de rama 10 Mangueras con acoplamientos rápidos, 5.4.- descripción de la solución. Montamos tanto el circuito eléctrico e hidráulico. Configuramos la centralita a 60 bar y la válvula limitadora de presión a 50 bar. Configuramos el cilindro de doble efecto. Configurar los sensores. Alimentamos el sistema y le decimos al sensor B3 que hay una pieza de trabajo a procesar, es decir detecta una pieza de trabajo y enciende el motoroleo hidráulico.
