UNIVERSIDAD ALBERT EINSTEIN FACULTAD DE INGENIERIA

DISEO Y CONSTRUCCION DE UN BANCO NEUMATICO AUTOMATIZADO DE USO DIDACTICO

PREVIA OPCION AL TITULO DE: INGENIERO MECANICOHECTOR BENJAMIN PINO GAVIDIA JOSE MANFREDO RIVAS RAMIREZ

E INGENIERO ELECTRICISTAENRIQUE DANIEL GUTIERREZ SOLANO

MARZO 2004 ANTIGUO CUSCATLAN, LA LIBERTAD, EL SALVADOR, C.A.

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CONCEPTOS BASICOS Y SIMBOLOGIA NEUMATICA La superficie del globo terrestre est rodeada de una envoltura area. Esta es una mezcla indispensable para la vida y tiene la siguiente composicin: Nitrgeno aproximadamente 78% en volumen, Oxgeno aprox. 21% en volumen, adems contiene trazas, de bixido de carbono, argn, hidrgeno, nen, helio, criptn y xenn.

Como sobre la tierra todo est sometido a la presin atmosfrica no notamos sta. Se toma la correspondiente presin atmosfrica como presin de referencia y cualquier divergencia de sta se designa de sobrepresin. Como todos los gases, el aire no tiene una forma definida. Toma la del recipiente que lo contiene o la de su ambiente. Permite ser comprimido (compresin) y tiene la tendencia a dilatarse (expansin). CONCEPTOS BASICOS SOBRE MECANICA DE FLUIDOS Antes de proceder al estudio de los elementos neumticos, es necesario recordar algunos conceptos de la mecnica de fluidos que nos permiten el entendimiento de la teora neumtica. Las magnitudes que ms frecuentemente se utilizan son PRESIN MEDIDA DE LA PRESIN. CAUDAL. POTENCIA NEUMTICA. PROCESOS TERMODINMICOS. PROCESOS ISOBRICOS. PROCESOS ISOTRMICOS. VISCOSIDAD. GENERALIDADES DE MANDOS Dentro de los mandos hay que diferenciar dos trminos; Elementos de mando: son los procesadores de informacin, y Elementos de trabajo: son los transformadores de la energa. En la siguiente grfica se explican las cadenas de mando y los circuitos de regulacin.

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Valor real rgano Motriz Unidad de regulacin rgano de Regulacin Elemento de Mando Emisor de Seales Elementos de Medida Organo

Magnitud perturbadora Motriz Organos de Regulacin

Elemento de Mando Magnitud reguladora Emisor de Seales

Cadena de mando Circuito Regulador MODALIDADES DE MANDO. La modalidad de mando es lo fundamental y por lo tanto lo que ms caracteriza a una mquina o a un aparato de mando, y estos pueden ser: MANDO DEPENDIENTE DE LA VOLUNTAD HUMANA. MANDO DEPENDIENTE DEL MOVIMIENTO. MANDO DEPENDIENTE DEL TIEMPO. MANDOS COMBINADOS. MANDO PROGRAMADO. MANDO SECUENCIAL. MANDO ELECTRO-NEUMTICO. MANDO NEUMTICO-HIDRULICO. PRODUCCION Y DISTRIBUCION DE AIRE COMPRIMIDO. El suministro de aire comprimido para instalaciones neumticas comprende los aparatos siguientes: Produccin de aire comprimido mediante compresores. Acondicionamiento del aire comprimido para las instalaciones Conduccin del aire comprimido hasta los puntos de utilizacin. PRODUCCIN DE AIRE COMPRIMIDO. Para producir aire comprimido se utilizan compresores que elevan la presin del aire al valor superior al deseado, posteriormente es controlado por una vlvula reguladora de presin hasta el valor de trabajo requerido. Los mecanismos y mandos neumticos se alimentan desde una estacin central (depsitos). El aire comprimido viene de la estacin compresora y llega a las instalaciones a travs de tuberas. neumticas.

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Los elementos utilizados para la produccin de aire comprimido se llaman compresores, los cules pueden ser: COMPRESORES DE EMBOLO. Compresores de una etapa, Compresores de dos etapas, Compresores de varias etapas, COMPRESORES ROTATIVOS. COMPRESORES CENTRFUGOS DEPSITOS La funcin que cumple un depsito en una instalacin de aire comprimido es mltiple: Amortiguar las pulsaciones del caudal de salida de los compresores alternativos. Permitir que los motores de arrastre de los compresores no tengan que trabajar de manera continua, sino intermitente. Hacer frente a las demandas picos del caudal sin que se provoquen cadas de presin en la red. Los factores que influyen ms decisivamente en el dimensionado de los depsitos son: El caudal del compresor. Las variaciones de la demanda La red de tuberas (Volumen suplementario). El tipo de regulacin. Diferencia de presin admisible en el interior de la red. PREPARACIN DEL AIRE COMPRIMIDO. El aire comprimido antes de alimentar los elementos neumticos, deber ser tratado de nuevo para mejorar sus condiciones. Es necesario sacar el agua que halla podido condensarse en el ultimo tramo antes de llegar al punto de utilizacin, adems de las pequeas partculas que no han sido retenidas por el filtro de aspiracin del compresor, contiene otras impurezas procedentes de la red de tuberas tales como residuos de la oxidacin, polvo y cascarillas. Adems se producen fluctuaciones de presin en la corriente de aire. Sin embargo, los consumidores deben poder trabajar siempre con la misma presin de aire; a esto hay que agregar que las partes mviles de los elementos neumticos tambin necesitan una lubricacin. El conjunto de estos tres elementos recibe el nombre de unidad de mantenimiento la cual consta de: Filtro de aire comprimido Regulador de presin. Lubricador de aire comprimido. DISTRIBUCIN DEL AIRE COMPRIMIDO El dimetro de las tuberas debe elegirse de manera que si el consumo aumenta, la prdida de presin entre el depsito y el consumidor no sobrepase 10 kPa (0,1 bar). Si la cada de presin excede de este

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valor, la rentabilidad del sistema estar amenazada y el rendimiento disminuir considerablemente. En la planificacin de instalaciones nuevas debe preverse una futura ampliacin de la demanda de aire, por cuyo motivo debern dimensionarse generosamente las tuberas. El montaje posterior de una red ms importante supone costos dignos de mencin. RED DE AIRE COMPRIMIDO Se entiende por red de aire comprimido el conjunto de tuberas que parten del deposito, colocadas fijamente, unidas entre si y que conducen el aire comprimido a los puntos de toma para los equipos consumidores individuales.

2.4.2. DIMENSIONADO DE LAS TUBERAS Para determinar el dimetro interior de las tuberas el factor que ms debe tomarse en cuenta es el consumo de aire comprimido. Actualmente existen valores que han sido obtenidos a travs de la prctica, los cuales pueden proveer una gua para el diseo de las redes de tuberas, que indican cules deben ser la velocidad de circulacin y la cada de presin en la tubera para conseguir una rentabilidad ptima. En resumen, la seleccin del dimetro interior de la tubera depende de: La velocidad de circulacin admisible. La prdida admisible de presin. La presin de trabajo. El nmero de puntos de estrangulacin existentes. La longitud de la tubera. 2.4.3. INSTALACIN DE TUBERAS. Es preciso que las tuberas de alimentacin horizontal se coloquen con una pendiente del 1-2% en el sentido de la circulacin, las derivaciones verticales hacia abajo no deben terminar en la toma para el consumidor, sino que deben prolongarse un poco ms con el fin de que el agua de condensacin producida no pase al aparato consumidor, sino que se acumule en el punto ms bajo de esta derivacin para su posterior evacuacin, DISPOSITIVOS NEUMATICOS. CILINDROS NEUMATICOS Los cilindros neumticos, son los elementos que realizan trabajo, siendo su funcin trasformar la energa neumtica en trabajo mecnico de movimiento rectilneo. Existen diferentes tipos de cilindros neumticos. Segn la forma en que se realice el retroceso del vstago, los cilindros se dividen en dos grupos: Cilindros de simple efecto

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Cilindros de doble efecto VALVULAS Las vlvulas son elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la direccin, as como la presin o el caudal del fluido enviado por un compresor o almacenada en un depsito, esta es la definicin de la norma DIN/ISO 1219 conforme a una recomendacin del CETOP (Comit Europeo de Transmisiones Oleo-hidrulicas y Neumticas). Las vlvulas segn su forma de accionamiento pueden ser: Accionamiento mecnico, Accionamiento Neumtico, Accionamiento Elctrico, Segn su funcin las vlvulas se subdividen en 5 grupos: Vlvulas de vas o distribuidoras Vlvulas de bloqueo Vlvulas de presin Vlvulas de caudal Vlvulas de cierre CONCEPTOS BASICOS Y SIMBOLOGIA ELECTRICA. Entre uno de los objetivos de este trabajo es la concienciacin de que aunque la electricidad es algo que no se ve, ni se huele, conlleva dentro de s un gran peligro (quemaduras, efectos txicos, incendios, e incluso la muerte). Por tal motivo es importante saber identificar los riesgos cuando se trabaja con equipos en los cuales existen partes elctricas y actuar de forma adecuada para evitar cualquier tipo de accidente. A simple vista se podra pensar que el concepto de electricidad y todo lo que conlleva, es algo etreo, que no se puede saber nada de electricidad si no se dominan tecnicismos como: volt, ampere, ohm, etc. Pero con este apartado se explicara las nociones bsicas de la electricidad, se busca una visin en el alumno de tipo global de conocimientos conjuntos, tales como en la parte mecnica (neumtica), como en la parte elctrica (PLC) En definitiva lo que se busca al incluir todo tipo de conceptos, definiciones, leyes fundamentales aun cuando en la teora universitaria se estudian estos conceptos es hacer notar la importancia de la electricidad con el debido cuidado con una retroalimentacin para que el uso del banco neumtico no ocurran accidentes ni el mal entendimiento de los conceptos. PULSADORES Los pulsadores son operados por presin manual. El movimiento del mbolo causa el contacto o su apertura, dependiendo si el conmutador est normalmente abierto o cerrado.

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SOLENOIDES Es una bobina elctrica que acta para transformar energa elctrica en Movimiento mecnico. RELS Dispositivo diseado para producir cambios predeterminados y repentinos en uno o ms circuitos elctricos de salida cuando se cumplen con ciertas condiciones en los circuitos elctricos de entrada que controlan el dispositivo, en trminos generales un rel es un sistema mediante el cul se puede controlar una potencia mucho mayor con un consumo de potencia muy reducido. Entre los tipos de rele tenemos: RELS ELECTROMECNICOS RELS DE ESTADO SLIDO CONDUCTORES Un conductor elctrico es aquel material que ofrece poca resistencia al flujo de electricidad. Todas las sustancias conducen electricidad en mayor o en menor medida. Un buen conductor de electricidad, como la plata o el cobre, puede tener una conductividad mil millones de veces superior a la de un buen aislante, como el vidrio o la mica.

AUTOMATAS PROGRAMABLES. A finales de los 1960 se introdujeron por primera vez los PLCs. La razn principal para disear un dispositivo como el PLC fue reducir los altos costos que involucraban el reemplazar los sistemas base de retardo, en el control de las mquinas. Bedford Associates (Bedford, MA) propuso algo llamado a un Controlador Modular Digital (MODICON) a un fabricante automotriz en los Estados Unidos. Otras compaas de aqul tiempo proponan esquemas basados en las computadoras, uno de los cuales fue nombrado PDP-8. El MODICON 084 fue el primer PLC comercial del mundo. Se entiende por controlador lgico programable (PLC) o autmata programable, a toda maquina electrnica, diseada para controlar en tiempo real y en medio industrial procesos secunciales. Su manejo y programacin pueden ser realizados por personal elctrico o electrnico sin conocimientos informticos. Realiza funciones lgicas: serie, paralelos, temporizaciones, contajes y otras funciones ms potentes como clculos, regulaciones, etc. PARTES DE LOS PLCs. La estructura bsica de cualquier autmata es la siguiente: Fuente de alimentacin CPU Mdulo de entrada Mdulo de salida Terminal de programacin

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Perifricos. LENGUAJES DE PROGRAMACION. Cuando surgieron los autmatas programables, lo hicieron con la necesidad de sustituir a los enormes cuadros de maniobra construidos con contactores y rels. Por lo tanto, la comunicacin hombre-maquina debera ser similar a la utilizada hasta ese momento. El lenguaje usado, debera ser interpretado, con facilidad, por los mismos tcnicos electricistas que anteriormente estaban en contacto con la instalacin. Los lenguajes ms significativos son: Lenguaje de Contactos (Escalera o KOP) Lenguaje por lista de instrucciones (AWL o Booliano) Grafcet o Secuencial. Plano de funciones (FUP)

DISEO DEL BANCO DE PRUEBAS Y SELECCIN DE COMPONENTES. En la gran mayora de los sistemas neumticos los elementos que conforman estos circuitos se repiten en diferentes aplicaciones, entre estos elementos tenemos: compresores, cilindros (de simple o doble efecto), vlvulas direccionales, vlvulas de control de velocidad, finales de carrera, pulsadores, solenoides y fuente de alimentacin elctrica. Utilizaremos para efectos de diseo y seleccin de elementos de nuestro banco la figura 6.1. por la razn que en este circuito se encuentran la diversidad de elementos que usaremos en nuestro banco neumtico.

Figura 5.1.

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Elementos que componen el circuito neumtico. Compresor Unidad de mantenimiento (Filtro, regulador y Lubricador) Mangueras Acoples Vlvula direccional 3/2 Vlvula direccional 5/2 Vlvula reguladora de velocidad Cilindro de simple efecto Cilindro de doble efecto Elementos que componen el circuito elctrico. Fuente de alimentacin Pulsadores Finales de carrera Solenoides PLC Alambres de conexin Dispositivos luminosos CALCULO DE PRESION DE DISEO. La fuerza ejercida por un elemento de trabajo depende de la presin del aire, del dimetro del cilindro y del rozamiento de las juntas. La fuerza terica del mbolo en cilindros de simple efecto se calcula con la siguiente frmula:

FTEORICA = A PDonde: F terica = Fuerza terica del embolo A P = Area til del embolo = Presin de trabajo (Kgf) (m2)

Ec. 6.1

(Kgf/m2, bar)

En la prctica es necesario conocer la fuerza real. Para determinarla hay que tener en cuenta los rozamientos. En condiciones normales de servicio (presiones de 4 a 8 bar) se puede suponer que las fuerzas de rozamiento representan de un 3 a un 20% de la fuerza calculada. Para los cilindros de doble efecto es necesario conocer la fuerza de salida y de retorno, esto se calcula de la siguiente manera:

Fsalida = A P F ROZ Fretorno = A P FROZ

Ec. 6.2 Ec. 6.3

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Donde: Fsalida = Fuerza efectiva de salida del embolo Fretorno = Fuerza efectiva de retorno del embolo A A P FROZ D d = Superficie til del embolo = Superpie til del anillo del embolo = Presin de trabajo = Fuerza de rozamiento (3-20%) = Dimetro del embolo = Dimetro del vstago

D2 4

(D

2

d2

)

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Dentro de nuestro banco neumtico tenemos cilindros con las siguientes medidas. Tabla de dimensiones de los cilindros CILINDRO CIL 1 CIL 2 CIL 3 DIAMETRO CILINDRO(mm) 12.7 7.9 7.9 Tabla 6.1 Cada uno de los cilindros esta diseado para soportar una presin mxima de 250 psi (17.24 bar). De la Ec. 6.1 y partiendo de la necesidad de que los cilindros desarrollen un a fuerza de 3 Kgf, debido a que el sistema que se esta diseando es de fines didcticos y/o de mando a Tenemos lo siguiente: DIAMETRO BASTAGO(mm) 6.3 4.8 4.8 CARRERA (mm) 50.8 50.8 50.8

P=

FTRABAJO + FRESORTE (3Kgf ) + (1Kgf ) 4 = 2 A D 0.0127 2 ( ) ( ) 4 4P = 31576.4 Kgf/m2 P teorica =3.09 bar

Para los cilindros 2 y 3: P teorica =

3Kgf F A 0.0079 2 ( ) 4

P teorica =61203.63 Kgf/m2 P terica =6.00 bar Considerando una perdida del 12% por rozamiento tenemos las siguientes fuerzas de salida y retoro. Para cilindro 1: P Real = 3.71 bar

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Para cilindros 2 y 3: P real =7.2 bar CALCULO DE CAUDAL. El calculo del caudal necesario para producir un a velocidad mxima admisible el cilindro se calculara a partir de la siguiente ecuacin,

Q =V ADonde: Q = Caudal (m3/s) V = Velocidad (m/s) A = Area (m2)

Ec 6.4

Si se reduce la velocidad gradualmente se tendrn los siguientes resultados: VELOCIDAD(m/s) 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 AREA (m2) 1.26X10-4 1.26X10-4 1.26X10-4 1.26X10-4 1.26X10-4 CAUDAL(m3/S) 1.26X10-5 1.0X10-5 7.56X10-6 5.04X10-6 2.52X10-6 CAUDAL (SCFM) 0.107 0.085 0.064 0.043 0.021

TABLA 6.2. Calculo de caudales para el CIL1 (simple efecto) VELOCIDAD(m/s) 0.1 0.08 0.06 0.04 0.02 AREA (m2) 4.95X10-5

CAUDAL(m3/S) 4.95X10-6

CAUDAL (SCFM) 0.042 0.034 0.025 0.017 0.008

4.95X10-5 4.95X10-5 4.95X10-5 4.95X10-5

3.96X10-6 2.97X10-6 1.98X10-6 9.9X10-7

TABLA 6.3. Calculo de caudales para CIL2 y CIL3 (doble efecto)

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Los SCFM (Standard Cubit Feet per Minute o pies cbicos por minuto standard), son unidades que con gran frecuencia se utilizan en los diseos neumticos. De ah que la formula para calcularlos sea:

CFM =Donde: CFM =

1 TOPERACION + 460 SCFM 35.38 POPERACION + 14.696

Caudal el Pies cbicos por minuto

TOPERACION = Temperatura de operacin (R) POPERACION = Presin de operacin (psi) SCFM = Caudal en pies cbicos Standard por minuto

Debido a que el compresor que se utilizar para la alimentacin neumtica del banco de pruebas tendr un descanso muy alto, la temperatura de salida del aire (TOPERACION) muy cercana a la temperatura ambiente, debido a que el tiempo de descanso permite que el aire contenido en el reservorio alcance dicha temperatura. Los rangos de velocidad para este tipo de cilindros oscila entre 0.1 y 0.01 m/s, para lo cual se ha tomado el valor 0.02 m/s para tener una mejor apreciacin del movimiento del vstago en el desarrollo de las prcticas. De los valores de caudal obtenidos en las tablas 6.1 y 6.2 el valor que se utilizar para efectos de seleccin de mangueras ser de 0.021 SCFM, este dato es seleccionado partiendo que la velocidad de los cilindros producida por este caudal permitir al estudiante una mejor apreciacin del funcionamiento de los componentes neumticos del banco. CALCULO DE PERDIDAS EN COMPONENTES Y ACCESORIOS. En todo componente de un circuito neumtico se tiene perdidas, ya sea que estas se produzcan por rozamiento y los accesorios de conexin; tales como vlvulas, acoples, reguladores de velocidad, codos, etc. Las prdidas en los accesorios varan dependiendo del fabricante, quienes proporcionan en sus catlogos de productos las curvas caractersticas de cada uno de estos. MANGUERAS Para la alimentacin de los componentes neumticos en los circuitos industriales se disean lneas de tuberas rgidas con dimetros considerables debido a que la cantidad de aire que los componentes de trabajo requieren es elevada. Para el caso de mquinas con control neumtico y otros diseos en los que los componentes requieren pequeas cantidades de aire para su funcionamiento se utilizan mangueras flexibles. Por lo tanto el hacer un diseo para mangueras, no es viable, debido a que cuando se trabaja con caudales pequeos los dimetros de estos elementos resultan ser de un dimetro tal que no existen en el

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1. 2. 3. 4. 5.

DIAMETRO DE TUBERIA 7.5 mm (0.30 Pulg.) 7.5 mm (0.30 Pulg.) 9.0 mm (0.35 Pulg.) 9.0 mm (0.35 Pulg.) 13.0 mm (0.51 Pulg.)

Flujo

Presin en la LneaGrafica 6.1 mercado, es por esto que se proceder directamente a la seleccin de las mangueras del banco neumtico. A continuacin presentamos las tablas que utilizaremos para la seleccin de las mangueras. Con los valores de caudal y presin definidos para la seleccin de mangueras se ingresa a la grafica 6.1 produciendo un punto, el cual se ubica por debajo de la lnea caracterstica de la manguera tipo 1(7.5 mm o 0.30 In) lo que indica que se puede seleccionar la inmediata superior. Por tal razn se selecciona la manguera de , que es usada comnmente en el mercado nacional. Los valores de las prdidas o cada de presin en las tuberas son de un 10% por cada 100 pies de tubera. Otro criterio para la seleccin de mangueras es la relacin presin longitud, la que no aplica el en caso particular del banco neumtico, debido a que las longitudes son cortas. A continuacin se muestra la tabla, para la seleccin de las mangueras bajo los parmetros de presin-longitud

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DIAMETRO DE TUBERIA 7.5 mm (0.30 Pulg.) 7.5 mm (0.30 Pulg.) 9.0 mm (0.35 Pulg.) 9.0 mm (0.35 Pulg.)

Presin

Longitud de tuberaGrafica 6.2 Se presenta adems un cuadro resumen con los flujos de aire mximos recomendados para diferentes dimetros de tuberas.

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Tabla 6.3 Los valores de flujo en cuadro anterior estn basados en una cada de presin (P) de la siguiente manera: P por 100 pies de tubera 10% de presin aplicada 5% de presin aplicada de tubera en Pulg. 1/8, 1/4, 3/8, 1/2 , 1, 1-1/4, 1-1/2, 2, 2-1/2, 3

De acuerdo a la trayectoria de la manguera que se disponen en el diagrama del banco neumtico en el estudio de factibilidad, se determina que la longitud de la lnea crtica de tubera es de 1.65 mts, equivalente a 5.42 pies. La presin en la lnea ser de 100 psi, basndonos en que la perdida de nuestra manguera es del 10% por cada 100 pies tenemos una cada total de presin causada por la tubera de 0.542 psi. UNIDAD DE MANTENIMIENTO. En la unidad de mantenimiento se produce un efecto ciclnico en su interior, adems de pasar por una estrangulacin en la vlvula reguladora de presin un el paso del aire a travs del filtro que extrae las impurezas, es por esa razn que se presenta una diferencia de presin entre la entrada y salida.

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Cada fabricante de estas unidades presenta una curva caracterstica de la relacin entre la presin primaria (entrada de la unidad) y la presin secundaria (salida de la unidad). A continuacin se presenta la curva de la unidad de mantenimiento instalada en el banco neumtico de pruebas.

Presin Primaria Kgf/cm2 Presin Secundaria Kgf/cm2

Flujo lt/minGrafica 6.3

La forma de interpretacin de las prdidas es esta grfica es partiendo de dato de caudal, para el banco neumtico es de 1.78 lt/min, ubicamos este dato en la lnea horizontal; posteriormente subimos hasta la presin de la lnea primaria, al chocar con esta lnea se dirige horizontalmente hacia la izquierda y el valor en la lnea vertical es la presin que se tendr a la salida de la unidad de mantenimiento. Como se pude ver en la grfica al tener una caudal tan pequeo con el utilizado en el banco neumtico las prdidas son mnimas, es por eso que en este dispositivo las prdidas se consideran despreciables. Sin embargo para efectos del calculo que posteriormente se har de del compresor se tomara una perdida de 5% de la presin total del sistema, entonces la perdida de la unidad de mantenimiento ser de 5 Psi. La unidad de mantenimiento que cumple con los clculos realizados anteriormente, y la cual se ha seleccionado, es el MODELO MAFR200-08, marca MINDMAN.

VALVULAS DISTRIBUIDORAS. Otro elemento el cual es necesario el anlisis de sus prdidas son las vlvulas distribuidoras, las cuales dependiendo de su fabricante y su robustez presentan curvas caractersticas para determinar el P que producen al circuito. A continuacin presentamos la curva caracterstica para las vlvulas Mindman que se emplean en el banco neumtico.

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Presin Secundaria Kgf/cm2

Grafica 6.4.

Flujo lt/min

En la grfica anterior nos ubicamos en la horizontal con el valor del flujo que se maneja, en el caso del banco neumtico es de 0.021SCFM por cilindro teniendo un total de 0.063 SCFM que equivalen a 1.78 lt/min, posteriormente subimos en la grfica hasta la lnea curva que refiere a la presin primaria del sistema, que en este caso en particular es de 7.1 Kgf/cm2; una vez ubicado este punto nos dirigimos horizontalmente hacia la izquierda para conocer la presin secundaria (presin despus de la vlvula) y a partir de la diferencia tenemos las prdidas en dicho accesorio. Como 1.78 lt/min se encuentra muy cerca de la vertical de referencia consideramos que las perdidas en las vlvulas distribuidoras son despreciables por operar con poco caudal. Como en el caso de la unidad de mantenimiento deber tomarse en cuenta una perdida de 5% de la presin total del sistema, entonces para las vlvulas reguladoras tambin tendremos una perdida de 5 Psi. Las vlvulas direccionales que cumplen con los clculos realizados anteriormente, y las cuales se han seleccionado, son: MODELO MVMB-220-4LB-25 NPT597461, marca MINDMAN. MODELO MVMB-220-3PV-25 NPT597461, marca MINDMAN. MODELO MVSC-220-4E1, marca MINDMAN. MODELO MVSC-220-3E1 (NO), marca MINDMAN. MODELO MVSC-220-4E1, marca MINDMAN.

VALVULAS REGULADORAS DE VELOCIDAD. Estos dispositivos logran su funcin en base a una estrangulacin del fluido, por lo tanto producen prdidas que hay que considerar para el adecuado diseo del circuito. Otro punto clave en estos

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dispositivos es la cantidad de aire que dejan pasar en base a una cantidad de vueltas. Los datos anteriores deben ser proporcionados por los fabricantes. A continuacin se presenta la grfica caracterstica y los coeficientes que se utilizan para el clculo de prdidas de las vlvulas reguladoras de velocidad utilizadas en el banco neumtico.

Caudal

Grafica 6.5

VueltasPara esta vlvula reguladora de velocidad en particular se consta con dos coeficientes para el calculo de la prdidas; para el caso de regulacin de flujo de tiene un Cv de 0.14 y para flujo libre el Cv es de 0.37. El Cv es un coeficiente que indica que por cada 0.37 galones por minuto se tiene una prdida de 1 psi en la lnea. De ah que con un caudal de 1.78 lt/min (0.47 gal/min) este dispositivo produce una prdida en la siguiente razn:

0.47 = 3.36 psi 0.14La prdida que este dispositivo causa al sistema es de 3.36 psi, porque es utilizado como regulador de flujo, por eso es que se utiliza el coeficiente de 0.14.

COMPRESOR.

Del anlisis de todos los componentes tenemos las siguientes perdidas: ACCESORIO Mangueras (tubera) Acoples rpidos Unidad de mantenimiento Vlvulas distribuidoras PERDIDA (psi) 0.54 5.00 5.00 5.00

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Vlvulas reguladoras de velocidad TOTAL

3.36 18.90

Como ya se haba definido con anterioridad la presin de operacin del bando neumtico es de 100 psi (6.9 bar) ms la cada de presin total por accesorios que es de 18.90 psi (1.3 bar) es necesario que nuestro compresor pueda levantar una presin igual o superior a 118.90 psi (8.2 bar). El caudal total a manejar es de: DISPOSITIVO Cilindro 1 Cilindro 2 Cilindro 3 TOTAL CONSUMO (gal/min) 0.16 0.06 0.06 0.28

De lo anterior se ha seleccionado un compresor DeWalt modelo D55151, heave duty HP y deposito de 4 galones cuyas caractersticas son superiores a las mnimas requeridas, por lo tanto cumple con los requerimientos necesarios del banco neumtico.

SELECCION COMPONENTES ELECTRICOS CALCULO DE LA CORRIENTE DE TRABAJO Para efectos en el clculo de la corriente de trabajo en cada uno de los elementos de trabajo tales como las bobinas de las vlvulas y leds tenemos que:

P = VxI N Ec. 6.5

IN =Donde: P: Potencia de trabajo (watts) V: Voltaje de trabajo (Voltios) IBobina: Corriente de trabajo (Amperios) ILed: Corriente de trabajo (Amperios) Para la bobina:

P Ec. 6.6 V

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I Bobina =

2.5watts 24voltios

I Bobina = 0.1041 AmperiosPara el led:

I Led =

0.5watts 24voltios

I Led = 0.0208 Amperios

Asumiendo cuatro bobinas y cuatro leds de trabajo con las mismas caractersticas y definiendo el sistema a plena carga, tenemos que la corriente total es:

I TOTAL = 4 I Bobina + 4 I Led I TOTAL = 4 0.1041 + 4 0.0208 I TOTAL = 0.4999 Amperios

Con la corriente total de trabajo justificamos la seleccin de nuestro PLC (rele programable) MODELO SR1 B121BD, MARCA TELEMANIQUE. Cuyas caractersticas son 24 VDC, 8 Amperios, 4 RELES (4 salidas). Ya que la corriente total permisible del rele es de 8 Amperios y nuestra corriente total de trabajo es menor de esta e igual a 0.4999 Amperios. Segn especificaciones del rele programable seleccionado es necesario colocar un fusible de 1 Amperio entre la entrada de energizacion del PLC y la fuente de 24 Voltios en el ramal positivo y para el fusible de proteccin entre cada salida y dispositivo elctrico nos basaremos en la corriente total de 0.4999 Amperios de tal manera que el fusible a colocar de de 0.5 Amperios.

CALCULO DEL CONDUCTOR En base a la corriente de trabajo, definimos el conductor a utilizar segn la tabla de conductores:

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Tabla 6.5. Para el caso de nuestra corriente definimos el conductor calibre 16 TFN, que soporta corrientes de hasta 20 Amperios. El cual consideramos a dems por su accesibilidad en el mercado. La fuente que se utilizara para la energizacin del PLC debe ser segn especificaciones del mismo a 24VDC y 1 Amperio.

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MANTENIMIENTO. 1. Vaciar el condensado de los filtros. 2. Controlar el nivel de aceite en los engrasadores; si el nivel es mnimo deber aadir aceite nuevo (marca y denominacin Mantenimiento diario apropiada). 3. Engrasado de los puntos 1, 2, 3,. 4. mantenimiento especia de esta instalacin o aparatos en particular. 1. Limpiar y revisar los emisores de seales (rodillo, palanca, cabezal); sustituir las piezas defectuosas. 2. Comprobar la porosidad de las mangueras, retirar con precaucin las virutas metlicas introducidas en ellas, verificar la estanqueidad de los puntos de divisin. 3. Investigar la presencia de codos o dobleces en las mangueras, cambiar las partes defectuosas. Mantenimiento Semanal 4. Verificar el perfecto asiento y estanqueidad de los empalmes de las mangueras. 5. Comprobar los manmetros. 6. Comprobar el funcionamiento del engrasador (p. Ej., en el cristal de observacin 5 gotas por minuto), ajustar de nuevo el tornillo de dosificacin. 7. Efectuar los mantenimientos especiales de esta instalacin o de los aparatos en particular. 1. Comprobar la presencia de fugas en todas las uniones atornilladas, volver a apretar las uniones o sustituirlas, reemplazar mangueras. 2. Analizar las prdidas por fugas en las vlvulas; comprobar todos los orificios de purga en la posicin de partida de la instalacin por posibles prdidas de aire. Mantenimiento mensual 3. Limpiar los filtros, lavar los cartuchos de filtro con agua jabonosa o petrleo (no usar solventes) y soplar en sentido contrario al de circulacin. 4. Revisar la toma de mangueras en los cilindros, volverlas a apretar o poner nuevas juntas.

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5. Verificar las vlvulas de flotador del purgador automtico de condensado, para comprobar su funcionamiento y estanqueidad. 6. Efectuar el mantenimiento especial de esta instalacin o el particular de los aparatos. 1. Comprobar el desgaste de las guas de vstago, caso de ser necesario reemplazar los casquillos-guas, y la junta rascadora y obturadora. Mantenimiento semestral 2. En los aparatos y unidades comprobar la potencia, aire perdido por fugas y funcionamiento mecnico. 3. Hacer el mantenimiento especial de esta instalacin o el particular de los aparatos.

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CONCLUSIONES Del trabajo que se ha realizado se puede concluir lo siguiente: La informacin de neumtica y electro neumtica existente en el pas es abundante, pero se refiere a sistemas que manejan caudales grandes y estos parmetros no son congruentes al momento que se quiere disear sistemas a escala o didcticos como lo presenta este documento. Se ha podido comprobar la importancia de la automatizacin neumtica dentro de las industrias en general y el auge que est tomando este concepto en el medio. En la actualidad dentro de la formacin de los profesionales en la gran mayora de las universidades del pas, la enseanza no esta enfocada al lado tcnico de las diferentes carreras sino al conocimiento terico de los diferentes fenmenos, que si bien es importante, pero debe ser complementado con las prcticas respectivas. En la actualidad la neumtica pura esta tendiendo a ser obsoleta, por el desarrollo tecnolgico y la incorporacin de elementos electrnicos a estos circuitos. La obtencin de los elementos electro neumticos en el medio es bastante accesible lo cual nos indica la popularidad de estos sistemas en la industria salvadorea. RECOMENDACIONES. A partir de las conclusiones antes mencionadas podemos hacer las siguientes recomendaciones: Que dentro de los planes de estudio de la universidad Albert Einstein se incluyan dos materias necesarias para que el alumno tenga un mejor conocimiento de la neumtica y electro neumtica, estas materias podran ser: Neumtica Bsica y Electro Neumtica. Para una mejor perspectiva de los conocimientos de electro neumtica es necesario que antes de cursar la materia de Electro hidrulica y Electro neumtica se curse la materia de Control Automtico. Que el banco neumtico se ample en guas de aplicacin y por consiguiente en la cantidad de mdulos de trabajo. Dentro de la adquisicin de elementos para el banco neumtico se sugiere que sean nuevos, puesto que se pudieran presentar problemas con los elementos usados (principalmente con los elementos elctricos) porque tienen un ciclo de vida limitado. Para el mantenimiento del banco debern acatarse las medidas de seguridad y los programas de mantenimiento que se han sugerido. Fomentar y apoyar los proyectos tecnolgicos desarrollados dentro de la universidad para complementar los conocimientos del estudiante

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Diagrama del banco de pruebas

Diagrama de estructura de banco de pruebas. Escala 1:10 (medidas en centimetros)

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