Electronumática

En electroneumática, la energía eléctrica substituye a la energía neumática como el elemento natural para la generación y transmisión de las señales de control que se ubican en los sistemas de mando.

Los elementos nuevos y/o diferentes que entran en juego están constituidos básicamente para la manipulación y acondicionamiento de las señales de voltaje y corriente que deberán de ser transmitidas a dispositivos de conversión de energía eléctrica a energía neumática para lograr la activación de los actuadores neumáticos.

Dispositivos eléctricos

El conjunto de elementos que debemos de introducir para lograr el accionamiento de los actuadores neumáticos son básicamente:

* Elementos de retención
* Interruptores mecánicos de final de carrera.
* Relevadores.

* Válvulas electroneumáticas

 

Elementos de retención

Son empleados, generalmente, para generar la señal de inicio del sistema, o en su defecto, para realizar paros, ya sea de emergencia o sólo momentáneos. El dispositivo más común es el botón pulsador.

Interruptores mecánicos de final de carrera

Estos interruptores son empleados, generalmente, para detectar la presencia o ausencia de algún elemento, por medio del contacto mecánico entre el interruptor y el elemento a ser detectado.

 

Relevadores

Son dispositivos eléctricos que ofrecen la posibilidad de manejar señales de control del tipo on/off. Constan de una bobina y de una serie de contactos que se encuentran normalmente abiertos o cerrados. El principio del funcionamiento es el de hacer pasar corriente por una bobina generando un campo magnético que atrae a un inducido, y éste a su vez, hace conmutar los contactos de salida.

Son Ampliamente utilizados para regular secuencias lógicas en donde intervienen cargas de alta impedancia y para energizar sistemas de alta potencia.

K1 identifica al relevador número uno. A1 y A2 identifican a las  terminales del relevador. La numeración identifica a la primer cifra con la cantidad de contactos, mientras que la segunda cifra (3 y 4) indican que se trata de contactos normalmente abiertos. Para contactos normalmente cerrados se emplean en las segundas cifras los números 1 y 2, respectivamente.

Válvulas

El dispositivo medular en un circuito electroneumático, es la válvula electroneumática. Esta válvula realiza la conversión de energía eléctrica, proveniente de los relevadores a energía neumática, transmitida a los actuadores o a alguna otra válvula neumática.

Esencialmente, consisten de una válvula neumática a la cual se le adhiere una bobina sobre la cual se hace pasar una corriente para generar un campo magnético que, finalmente, generará la conmutación en la corredera interna de la válvula, generando así el cambio de estado de trabajo de la misma, modificando las líneas de servicio.

Aquí se muestra un video sobre las válvulas electroneumáticas para entender mejor el concepto.

 

 

 

Ejemplo: Método paso a paso.

Esta vez vamos a realizar un ejemplo del método paso a paso el cual ya explicamos con anterioridad los pasos que se deben seguir así que con este ejemplo quedará reafirmado el proceso.

Lo primero que se pide es realizar un proceso que siga el siguiente diagrama de espacio-fase:

Observando el diagrama de espacio-fase podemos darnos cuenta que vamos a necesitar utilizar 4 pistones o cilindros para realizar este ejemplo. Como ya habíamos visto el primer paso para resolverlo es dividir el diagrama espacio-fase en grupos, recordemos que cada grupo está dado porque no existen cambios complementarios en cada grupo, es decir en un mismo grupo no debe de estar, por ejemplo, A+ y su complementario que es A-.

Al realizar el análisis nos damos cuenta de que existen 4 grupos en el diagrama de espacio-fase por lo que comenzamos la simulación con 4 líneas de presión y 4 memorias (válvulas AND y válvulas 3/2). las memorias son de la siguiente forma:

 

 

 

Una cosa importantes es notar que en el segundo cilindro al analizar su secuencia observamos que hace uso de un timer ya que no hay ninguna condición que provoque su regreso, esta observación es vital para el correcto funcionamiento de la simulación. Ya que tenemos todos los elementos para realizar la secuencia, lo único que queda es realizar grupo por grupo acondicionando cada uno de ellos con compuertas OR y AND.

 

El resultado final fue el siguiente:



 

 

 

 

Como se observa indique con rojo el Timer que se utilizó en el segundo cilindro, el cual puede se modificado al dar doble clic sobre el mismo para así controlar el tiempo de respuesta. 

 

Ejemplo de Método Cascada.

Anteriormente se realizó una práctica empleando el método secuencial a continuación realizaremos una con el uso del Método de Cascada. Se presenta el siguiente diagrama de espacio-fase:

Como se observa existen 10 grupos los cuales como recordaremos se obtienen de tal manera que un grupo no contenga elementos complementarios de un mismo elemento de trabajo y en este caso como el cilindro A realiza 5 picos, es decir, tiene 5 movimientos complementarios y esa es la razón por la que tiene 10 estados.

Como son 10 estados también se deben dibujar 10 líneas de presión y usar 9 válvulas 5/2, sin olvidar que se debe de energizar el último grupo.  

Se deben de poner los sensores en los 2 cilindros que son las marcas de accionamiento que anteriormente explicamos como realizar. 

Como observamos en la imagen anterior que fue la manera de implementarlo en FluidSIM es un poco complejo ya que se deben de cumplir demasiadas condiciones para el correcto funcionamiento, éstas condiciones estuvieron dadas por las válvulas OR y AND respectivamente. 

El problema en este caso es que por lo complejo del circuito es muy fácil confundirse y equivocarse por lo que se aconseja ir probando avance por avance. 

Existe una manera para ahorrarse muchas válvulas y cableado, es usar un contador pero eso lo veremos posteriormente. 

Ejemplo de método secuencial.

El método mas sencillo es el secuencial con el cual realizaremos una práctica en FluidSIM.
Inicialmente nos dan el siguiente diagrama de espacio-fase:

Con el diagrama de espacio-fase podemos observar el comportamiento de cada cilindro por lo que comenzamos a realizar el análisis de cada cilindro. 

Inicialmente usaremos 2 cilindros doble efecto, 4 válvulas estranguladoras, 2 válvulas 5/2, 3 sensores de rodillo, los cuales se realizan con válvulas 3/2 como ya hemos explicado anteriormente y por último un pulsador el cual también se realiza con las válvulas 3/2.

El accionamiento izquierdo y derecho de cada válvula 5/2 se puso de forma neumática (líneas punteadas)

 Para poner sensores en los cilindros lo que se debe de hacer es dar doble clic en el cilindro, aparecerá una ventana en la cual se debe de dar clic en la parte que dice Configurar las partes de accionamiento.

Después en Marca ponemos la variable que queramos y en posición una debe de ser 0 porque es el punto en el que nuestro cilindro se encuentra en reposo, es decir inicio de carrera. Otra marca la coloque al final de carrera y dependiendo en la escala este puede ser 100, pero en este caso es 10.

El resultado se muestra en la siguiente figura, solo se debe de acomodar los sensores a inicio y fin de carrera. 

Una vez que y ya tenemos esto comenzamos a realizar los arreglos correspondientes para que los cilindros se comporten como nosotros deseamos, el resultado final fue el siguiente:

La conexión fue normal en los cilindros solo con las válvulas estranguladoras que nos permiten observar mas claramente el proceso, de ahi se conectaron a las válvulas 5/2. El cilindro B comenzaba saliendo por lo que coloque el sensor de rodillo de S0 en la parte izquierda de la válvula 5/2 lo que provoca que automáticamente el cilindro B salga y llegue a B1 el cual se activa y hace circular aire hasta el pulsador que al presionarlo dará origen a la secuencia ya que da la salida del cilindro A y el regreso del cilindro B y una vez que el cilindro A llega a A1 regresa inmediatamente. 

Métodos con FluidSIM.

Hemos visto que FluidSIM es una gran herramienta para simulaciones de procesos neumáticos pero existen diversos métodos para realizar dichas simulaciones e implementarlas y comenzaremos con el mas sencillo de ellos que es el secuencial.

Método secuencial: 

1. En primer lugar se debe de observar el diagrama de espacio fase o diagrama de movimientos del problema que se plantea.
2. Proponer el diagrama de potencia correspondiente de acuerdo con lo que se desea realizar.
3. Tener tantas válvulas biestables como pistones se tengan. 
4. Realizar un análisis de sensores.
5. Realizar un análisis de sincronía.
6. Obtener la ecuación de movimiento.
7. Realizar el circuito. 

Método cascada:

1. Observar el diagrama espacio fase o diagrama de movimientos del problema que se plantea.
2. Descomponer en grupos la ecuación de movimiento de tal manera que en un grupo no contenga elementos complementarios de un mismo elemento de trabajo (por ejemplo si el vástago de un pistón sale A+, su movimiento complementario es entrada A- ).
3. Dibujar tantas linea de presión como grupos existan.
4. Dibujar memorias (válvulas 5/2) tantas como grupos existan menos uno. 
5. El último grupo debe de estar energizado. 
6. Los sensores que mandan los cambios toman energía de los grupos anteriores.

Método paso a paso mínimo: 

1. Realizar el diagrama de movimiento o espacio-fase.
2. Establecer la ecuación de movimientos.
3. Definir los grupos, descomponer la ecuación de movimientos de tal forma que cada grupo no contenga movimientos complementarios de un mismo elemento de trabajo.
4. Dibujar tantas líneas de presión como grupos existan.
5. Dibujar las memorias (válvulas AND y válvulas 3/2) tantas como grupos existan y su alimentación es directamente a la línea de presión.  

• El método se recomienda para sistemas que den como resultado 3 grupos o más. 

 

Práctica básica en FluidSIM

Como ya hemos comentado anteriormente el software FluidSIM es una herramienta de simulación que nos permite realizar diversas prácticas, pero comenzaremos con una básica para conocer los componentes, su funcionamiento y la manera de utilizar FluidSIM.

Iniciaremos con el equipo básico para realizar prácticas, primeramente se utiliza una unidad de mantenimiento que es la encargada de recibir el aire de la compresora y se puede ajustar la presión a la que deseamos que salga hacia nuestros componentes. La unidad de mantenimiento se encuentra en FluidSIM pero no es tan necesaria para las practicas ya que se puede sustituir por una alimentación de aire directamente al elemento en que deseemos utilizar con el echo de girar la perilla que tiene en la parte superior. 

Utilizamos un cilindro simple efecto y un pulsador normalmente abierto, esto quiere decir que si no se presiona el pulsador el flujo de aire es continuo y aplicado al cilindro el cual expulsará el pistón, como se observa en la imagen anterior. Las conexiones entre elemento y elemento se realizan mediante mangueras.

Al presionar el pulsador el aire es obstruido por el pulsador lo que hace que el cilindro simple efecto se quede en su posición normal, es decir con el pistón retraído, tal como se muestra en la siguiente imagen.

Éste proceso se puede simular fácilmente en FluidSIM utilizando un cilindro simple efecto, un pulsador en este caso se puede modificar si es normalmente abierto o normalmente cerrado, algo muy importante al realizar la simulación es que el pulsador se realiza con una válvula 3/2 y haciendo doble clic sobre ella modificamos las opciones de "Accionamiento izquierdo" en la parte de "Esfuerzo" utilizamos un botón y en "Accionamiento derecho" habilitamos "Retorno de muelle" y damos aceptar.

Para alimentarlo de aire de la parte izquierda de nuestra área de trabajo seleccionamos "alimentación de aire comprimido" la cual conectaremos a la entrada 1 de nuestro pulsador, y en la entrada 3 daremos doble clic y  seleccionaremos cierre de conexión un desfogue es decir el triangulo con pico hacia abajo. Presionamos Play y la simulación funcionara cada vez que se presione el botón dando un clic el cilindro sacará el pistón y cuando se deje de presionar el pulsador el pistón tomará su estado inicial. 

En la imagen anterior se muestra el diagrama elaborado en FluidSIM pero incluimos una válvula estranguladora lo que permite que el proceso se efectúe a una menor velocidad y podamos apreciarlo mejor, la modificacion de la válvula estranguladora se realiza al dar doble clic sobre el elemento y modificar el 100% al porcentaje deseado.  

FluidSIM

FluidSIM®3 Neumática es una herramienta de simulación para la obtención de los conocimientos básicos de la neumática y funciona en el entorno Microsoft Windows®.
Una característica importante de FluidSIM es su estrecha relación con la función y simulación CAD. FluidSIM permite, por una parte, un esquema DIN justo de diagramas de circuitos fluidos; por otra parte, posibilita la ejecución – sobre la base de descripciones de componentes físicos – de una simulación plenamente explicativa. Con esto se establece una división entre la elaboración de un esquema y la simulación de un dispositivo práctico. 


La función CAD de FluidSIM está especialmente ideada para el campo de la técnica de fluidos. Puede, por ejemplo, comprobar mientras se diseña, si ciertas conexiones entre componentes son realmente posibles. 
Otra característica importante de FluidSIM es su completo concepto didáctico: FluidSIM ayuda a enseñar, aprender y visualizar la neumática. 
Los componentes neumáticos son explicados por medio de breves descripciones, imágenes y presentaciones de principios de accionamiento; los ejercicios y vídeos didácticos ayudan a conocer las conexiones más importantes para el uso de componentes neumáticos. 
En el desarrollo del programa se ha dado especial importancia al empleo intuitivo y de ágil aprendizaje de FluidSIM. Esta concepción de empleo le ofrece la posibilidad de, tras un breve período de toma de contacto, diseñar y simular circuitos de fluidos.