DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y PUESTA A PUNTO DE UN BANCO DIDÁCTICO PARA PRÁCTICAS DE NEUMÁTICA, ELECTRONEUMÁTICA Y PLC.
LINA PAOLA ROJAS ROA
JHOSEPT NICOLAY VALENCIA URIBE
UNIVERSIDAD DE IBAGUÉ FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA IBAGUÉ
DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y PUESTA A PUNTO DE UN BANCO DIDÁCTICO PARA PRÁCTICAS DE NEUMÁTICA, ELECTRONEUMÁTICA Y PLC.
LINA PAOLA ROJAS ROA
JHOSEPT NICOLAY VALENCIA URIBE
Trabajo dirigido de grado presentado como requisito parcial para optar por el título de Ingeniero Mecánico
Director:
Msc I.M JORGE FREDY LLANO MARTÍNEZ
UNIVERSIDAD DE IBAGUÉ FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA MECÁNICA IBAGUÉ
DEDICATORIA
Este trabajo está dedicado a mis padres ya que gracias a ellos soy la persona que soy en la actualidad, la mayoría de mis logros se los debo a ustedes entre los que incluye este.
Lina Paola Rojas Roa
Dedico este trabajo a mi familia por su gran apoyo durante mi carrera, a mi Madre Angélica M. Uribe, a mi Abuela Mirian Nossa y a mi Tía Mónica Uribe
por ser mi gran apoyo en cualquier momento de mi vida. Por último dedico este trabajo a todas las personas que no creyeron en mí, que pensaban que no iba a terminar mi carrera, a todos ellos les digo, I never give up!
AGRADECIMIENTOS
En primera instancia agradecemos a Dios por permitirnos culminar esta etapa y comenzar nuestra vida profesional como Ingenieros Mecánicos. A nuestros padres que fueron parte fundamental en este proceso de ser profesionales, apoyándonos durante todo este ciclo.
Al Msc I.M.Jorge Fredy llano Martínez director de este trabajo de grado por su dedicada colaboración aportándonos todos sus conocimientos y su valioso tiempo para su desarrollo. Al Ing. Mario Casallas por su constante apoyo y dedicación al momento de la fabricación, así mismo ayudándonos en la aclaración de dudas durante cada proceso.
CONTENIDO
1. RESUMEN ...10
2. INTRODUCCIÓN ...11
4. JUSTIFICACIÓN ...13
5. ANTECEDENTES ...14
6. OBJETIVOS ...15
6.1 Objetivo General ...15
6.2 Objetivos Específicos ...15
6.3 Estructura del Trabajo ...15
7. MARCO TEÓRICO ...16
7.1 Neumática ...16
7.1.1 Ventajas de la Neumática ...16
7.1.2 Desventajas de la neumática ...16
7.2 Aire Comprimido ...17
7.3 Generación y Distribución del Aire Comprimido ...17
7.4 Tipos De Compresores ...18
7.5 Principios de la Neumática ...19
7.5.1 Fuerza ...19
7.5.2 Presión ...19
7.5.3 Área ...19
7.6 ELEMENTOS BÁSICOS UTILIZADOS EN LA NEUMÁTICA ...20
7.6.1 Válvulas direccionales o válvulas de vías ...20
7.6.2 Actuadores ...22
7.6.2.1 Actuador de Simple Efecto ...22
7.6.2.2 Actuador de Doble Efecto ...22
7.7Simbología Neumática...23
7.8 ELECTRONEUMÁTICA ...24
7.9SIMBOLOGÍA ELECTRONEUMÁTICA ...25
7.10 PLC ...26
8. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL BANCO DIDÁCTICO...27
8.1 Elaboración de Guías...27
8.2 Elementos Neumáticos y Electroneumáticos Requeridos para las Prácticas. ...28
8.3.1 Unidad Compresora ...30
8.3.3 Bloque distribuidor ...31
8.3.4 Válvula reguladora de caudal ...32
8.3.5 Válvula neumática 3/2 ...32
8.3.6 Válvula neumática 5/2 biestable. ...34
8.3.7 Electroválvula 5/2 (monoestable y biestable) ...34
8.3.8 Válvula “O” ...35
8.3.9 Válvula “Y” ...36
8.3.10 Pulsador eléctrico ...36
8.3.11 Relé Temporizador ...37
8.3.14 Relé auxiliar ...37
8.3.15 Actuadores ...38
8.3.16 PLC ...39
8.3.17 Fuente de poder ...39
8.4 Diseño de la Estructura ...39
8.4.1 Modelos Iniciales o Preliminares ...39
8.4.2 Matriz de Selección de Propuestas ...41
8.4.3 Estructura ...45
8.5 Construcción ...49
8.6 Condiciones de Seguridad del Banco para su uso ...56
9. CONCLUSIONES ...57
10. BIBLIOGRAFÍA ...58
11. ANEXOS ...60
11.1 MANUALES DE LABORATORIO ...60
11.1.1 Manual de mantenimiento básico de los elementos que componen el banco didáctico ...60
11.1.2 Manual de uso del Banco Didáctico ...65
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Sistema de distribución de aire. (Fuente: Autores) ...18
Figura 2. Tipos de compresores. (Fuente: compresores: condiciones generales para su selección) ...19
Figura 3. Válvula direccional 3/2. (Fuente: Autores)...20
Figura 4. Representación de la circulación del fluido. (Fuente: Autores) ...20
Figura 5. Tipos de accionamientos. (Fuente: [9]). ...21
Figura 6. Actuador de simple efecto. (Fuente [10]) ...22
Figura 7. Actuador de doble efecto. (Fuente: [11]). ...23
Figura 8. Símbolos neumáticos más comunes. (Fuente [13]) ...23
Figura 9. Símbolos neumáticos más comunes. (Fuente: [13]) ...25
Figura 10. Estructura interna de un PLC. (Fuente:Controlador lógico programable, curso 061) ...26
Figura 11. Lenguajes de programación. (Fuente:Diseño e implementación de un módulo de entrenamiento de automatización y control utilizando PLC controlado). ...27
Figura 12. Compresor del banco didáctico. (Fuente: Autores). ...30
Figura 13.Unidad de mantenimiento. (Fuente: Autores). ...31
Figura14. Bloque distribuidor de aire. (Fuente: Autores). ...31
Figura 15. Válvulas reguladoras de caudal, a) bidireccional. b) unidireccional. (Fuente: Autores). ...32
Figura 16. Pulsadores Neumáticos. (Fuente: Autores). ...33
Figura 17. Válvula neumática 3/2 biestable. (Fuente: Autores). ...33
Figura 18.a) Final de carrera neumático. b) Final de carrera abatible. c) Final de carrera eléctrico. (Fuente: Autores). ...34
Figura 19. Válvula neumática 5/2. (Fuente: Autores). ...34
Figura 20.Electroválvula monoestable 5/2. (Fuente: Autores). ...35
Figura 21. Electroválvula biestable 5/2. (Fuente: Autores). ...35
Figura 22.Válvula "O". (Fuente: Autores). ...36
Figura 23. Válvula "Y". (Fuente: Autores). ...36
Figura 24.a) Pulsador 1. b) Pulsador 2. (Fuente: Autores) ...37
Figura 25.a) Temporizador con retardo de energización. (Fuente: Autores). b) Temporizador con retardo de desenergización. (Fuente: [16]) ...37
Figura 26. Representación Circuito NA, NC. (Fuente:[17]) ...38
Figura 27.a) Relé 1. b) Relé 2. (Fuente: Autores). ...38
Figura 28. Actuador de simple y doble efecto. (Fuente: Autores). ...38
Figura 29.Diagrama PLC Array AF-20MR-D. (Fuente: http://www.array.sh/fab20MR-De.htm) ...39
Figura 30.Fuente principal y fuente del PLC. (Fuente: Autores) ...39
Figura 31. Diseño Banco N.V ...40
Figura 32. Diseño banco L.R ...40
Figura 33.Valor óptimo ergonomía. (Fuente [18]) ...42
Figura 34. Medidas de la base del banco. (Fuente: Autores). ...42
Figura 36.Diseño banco didáctico. (Fuente: Autores). ...44
Figura 37.Diseño banco didáctico con sus componentes. (Fuente: Autores). ...44
Figura 38. Reacciones de la estructura. (Fuente: Autores). ...47
Figura 39. Valor de las cargas en los apoyos del banco. (Fuente: Autores)...48
Figura 40. Mueble de madera. (Fuente: Autores). ...49
Figura 41.Plano de la tapa/base. (Fuente: Autores). ...50
Figura 42. Mesa de trabajo. (Fuente: Autores). ...50
Figura 43. Mesa de trabajo finalizada. (Fuente: Autores). ...50
Figura 44. Perfil en C del tablero. (Fuente: Autores). ...51
Figura 45. Tablero de trabajo. (Fuente: Autores). ...51
Figura 46. Cortadora laser ubicada en la Universidad de Ibagué. (Fuente: Autores). ...52
Figura 47. PLC y sus conexiones. (Fuente: Autores) ...52
Figura 48. Panel eléctrico. (Fuente: Autores). ...52
Figura 49. Interior mesa de trabajo con las fuentes. (Fuente: Autores)...53
Figura 50.Perfil y pieza de aluminio (Fuente: Autores). ...54
Figura 51. Tablero de trabajo. (Fuente: Autores). ...54
Figura 52.Plano base compresor. (Fuente: Autores) ...54
Figura 53.Analisis de esfuerzos base del compresor. (Fuente: Autores) ...55
Figura 54. Base finalizada. (Fuente: Autores). ...55
Figura 55. Unidad compresora y conexión eléctrica. ...56
LISTA DE TABLAS
Tabla 1 Tipos de válvulas. (Fuente: [8] ) ...21
Tabla 2. Elementos adquiridos. (Fuente: Autores). ...28
Tabla 3. Matriz de selección de propuestas. ...41
Tabla 4. Cantidad de válvulas lado izquierdo. (Fuente: Autores) ...45
1. RESUMEN
2. INTRODUCCIÓN
Dentro de las competencias que corresponden a un Ingeniero Mecánico está el dominio de la automatización neumática e hidráulica, por lo cual los fundamentos teóricos de los sistemas neumáticos y su combinación con un sistema electrónico son esenciales para el desarrollo de una buena práctica. El programa de Ingeniería Mecánica en la Universidad de Ibagué dentro de su pensum cuenta con una asignatura en la cual se ven los aspectos teóricos y simulaciones de las diferentes secuencias neumáticas y electroneumáticas las cuales son reforzadas con las guías prácticas.
La universidad de Ibagué cuenta con un banco el cual fue diseñado por el ingeniero encargado de la asignatura de neumática y electroneumática en el año (2004), se realizó una revisión del banco donde se evidencio la necesidad de ser reemplazado ya que cumplió su ciclo de operación y se encuentra desactualizado con respecto a los instrumentos neumáticos y electroneumáticos que se trabajan en los actuales procesos mecánicos e industriales, posteriormente se decide realizar el diseño y fabricación de un banco didáctico actualizado de neumática, electroneumática y PLC con sus respectivas guías de trabajo para que los estudiantes de la Universidad de Ibagué lleven a la práctica los conocimientos adquiridos en la asignatura.
En este trabajo se describe de manera detallada el proceso de diseño y fabricación del banco didáctico, el cual cuenta con un tablero de trabajo en el cual se desarrollan las diferentes prácticas. Este tablero está compuesto por perfiles en c (perfiles de aluminio) los cuales fueron cortados con una tronzadora, para conformar las dos caras de trabajo del banco, a estos perfiles se ajustan los soportes para cada uno de los elementos los cuales fueron mecanizados en la fresadora de la Universidad de Ibagué, posteriormente se realizaron los agujeros los cuales permiten la unión de los elementos con los soportes de aluminio a través de tornillos.
3. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
4. JUSTIFICACIÓN
5. ANTECEDENTES
Bancos didácticos para la enseñanza de la neumática y PLC se consiguen en el mercado pero tienen un alto costo y no cuentan con los elementos necesarios requeridos para la realización de las prácticas que se planifican realizar en el mismo, debido a esto se realiza una revisión de literatura buscando referentes de bancos didácticos construidos en diferentes universidades o centros educativos. Entre las cuales se encuentra, la Universidad del Atlántico (Barranquilla) [1], la cual en el año 2015 llevó a cabo el diseño y construcción de un banco para prácticas electroneumática, el cual fue realizado por los estudiantes de la facultad de ingeniería Mecánica, para realizar las diferentes prácticas de los procesos industriales.
De igual manera la Institución FCECEP [2] (Fundación Centro Colombiano de Estudios Profesionales) en el año 2014 después de ver la problemática de tener el conocimiento teórico y no práctico decidió realizar el diseño e implementación de un banco de Neumática para la formación de sus estudiantes en controles industriales a través del desarrollo de las distintas prácticas secuenciales posibles.
6. OBJETIVOS
6.1 Objetivo General
Diseñar y construir un banco didáctico para prácticas de neumática, electroneumática y PLC para la universidad de Ibagué.
6.2 Objetivos Específicos
● Elaborar las guías de trabajo para el desarrollo de las prácticas.
● Seleccionar los componentes requeridos para el desarrollo de las
prácticas.
● Diseñar y ensamblar las diferentes partes que conforman el banco
didáctico.
● Poner a punto el banco, realizando las pruebas necesarias para el
desarrollo eficiente de las prácticas.
● Elaborar el manual de funcionamiento del banco.
6.3 Estructura del Trabajo
El siguiente trabajo se encuentra organizado en 11 secciones, donde:
Secciones 1-5 se muestran el resumen y la justificación para este trabajo.
Sección 6 muestra los objetivos.
Sección 7 da una explicación teórica acerca de la neumática sus elementos
y ventajas así como de la electroneumática y PLC
Sección 8 se encarga de describir el proceso de diseño y construcción del
banco didáctico con el desarrollo de cada uno de los objetivos planteados.
Sección 9 contiene las conclusiones del trabajo.
Sección 10 se encuentra ubicada la bibliografía.
Sección 11 contiene los anexos en donde se pueden encontrar las guías de
7. MARCO TEÓRICO
7.1 Neumática
La neumática proviene del griego “pneumtikos”, que significa respiración. En
términos generales, se entiende por neumática la parte de la ciencia y la física que trata de las propiedades de gases, y por lo tanto también del aire. La neumática es la técnica que se dedica al estudio y aplicación del aire comprimido como medio transmisor de energía. En muchos sectores de la técnica de automatización de procesos industriales se utiliza la neumática y electroneumática. En plantas industriales se usan sistemas de control neumáticos, electroneumáticos y los PLC para controlar el funcionamiento de procesos de ensamblado, empaquetado, de los equipos de fabricación, ensamblaje y máquinas de envasado, entre otros. [4]
7.1.1 Ventajas de la Neumática
✓ El aire es de fácil captación y abunda en la tierra.
✓ El aire no posee propiedades explosivas, por lo que no existen riesgos de incendio en ambientes peligrosos
✓ La aplicación de los diferentes elementos de mando y transmisión resulta sencilla
✓ El trabajo con aire no daña los componentes de un circuito por efecto de golpe de ariete
✓ Las sobrecargas no constituyen situaciones peligrosas o que dañen los equipos en forma permanente
✓ Puede ser almacenado y transportado fácilmente en depósitos. ✓ Energía limpia en caso de fugas no perjudica el ambiente. [5]
7.1.2 Desventajas de la neumática
✓ El aire comprimido debe ser tratado antes de su utilización,
eliminando humedad y partículas.
✓ En circuitos muy extensos se producen pérdidas de cargas
considerables.
7.2 Aire Comprimido
Se puede definir el aire comprimido como una determinada masa de aire que se encuentra a una presión superior a la atmosférica. Se trata de aprovechar la capacidad de compresión que tiene el aire atmosférico, para usarlo como energía o para acumularlo en un recipiente con la idea de un uso posterior.
La capacidad de compresión del aire atmosférico se explica por las leyes de los gases. Posiblemente la que mejor define al aire comprimido es la de Boyle-Mariotte, que dice: la presión que se ejerce por una determinada fuerza es inversamente proporcional al volumen de una masa gaseosa, considerando que la temperatura se mantenga constante.
Esta masa de gas es el aire atmosférico, que está formado por una mezcla de gases, entre los que destacan el nitrógeno, el oxígeno y el vapor de agua. En menor cantidad, se pueden encontrar múltiples gases como el hidrógeno, el dióxido de carbono y el ozono. Cuando en el proceso de compresión se reduce el volumen de esa masa de gas, la presión aumenta. Esta es una explicación resumida, porque en la realidad, hay que considerar otros factores en el proceso de compresión, como son la temperatura y la humedad.
El aire comprimido se obtiene usando unos equipos denominados compresores, que aspiran el aire atmosférico y lo comprimen hasta llegar a un valor de presión requerido y superior al de la presión atmosférica a la que se encontraba. La facilidad de uso del aire comprimido y el hecho de que pueda ser generado localmente, hacen que tenga múltiples aplicaciones.
✓ Como fuente de energía, para el uso en movimiento de maquinaria, actuadores, soplado, sistemas de frenos, elevación, etc.
Como aire acumulado, para los sistemas de respiración humana, soplado, ventilación, procesos biológicos, etc. [6]
7.3 Generación y Distribución del Aire Comprimido
Figura 1. Sistema de distribución de aire. (Fuente: Autores)
Las redes de distribución de aire comprimido surgen para poder abastecer de aire a todas las máquinas y equipos que lo precisen, por lo que se debe tender una red de conductos desde el compresor y después de haber pasado por el acondicionamiento de aire, es necesario un depósito acumulador, donde se almacena aire comprimido entre unos valores mínimos y máximos de presión, para garantizar el suministro uniforme incluso en los momentos de mayor demanda. [7]
7.4 Tipos De Compresores
Los compresores más comúnmente empleados son:
● Compresor de émbolo
● Compresor de émbolo con membrana
● Compresor Roots
● Compresor de paletas
● Compresor de tornillo
● Turbocompresor radial
● Turbocompresor axial
Figura 2. Tipos de compresores. (Fuente: compresores: condiciones generales para su selección)
7.5 Principios de la Neumática
7.5.1 Fuerza
La fuerza es la capacidad para realizar un trabajo físico o un movimiento, así como también la potencia o esfuerzo para sostener un cuerpo o resistir empuje.
Ec. 1
7.5.2 Presión
Cantidad de empuje o de tracción (fuerza) aplicada a cada área de unidad de la superficie
Ec. 2
7.5.3 Área
Ec. 3
7.6 ELEMENTOS BÁSICOS UTILIZADOS EN LA NEUMÁTICA
7.6.1 Válvulas direccionales o válvulas de vías
Una válvula de control direccional es el control de extensión y retracción para los actuadores hidráulicos del sistema, donde las posiciones de las válvulas distribuidoras se representan por medio de cuadros (figura 3), donde el número de cuadrados adyacentes indica la cantidad de posiciones de la válvula distribuidora. Las vías son conductos que comunican el paso del aire entre la entrada y la salida, se representan por medio de trazos como se ilustra en la figura 4 unidos al cuadrado que representa la posición inicial.
Para identificar una válvula direccional primero se identifica el número de vías las cuales se representan por medio de los trazos, el número se emplea con:
Donde:
A: representa el número de vías
C: representa el número de posiciones.
Figura 3. Válvula direccional 3/2. (Fuente: Autores)
El funcionamiento se representa esquemáticamente en el interior de los cuadros. Los conductos que unen las distintas vías se representan mediante líneas rectas. Las flechas indican el sentido de circulación del fluido como se muestra en la figura 4.
Figura 4. Representación de la circulación del fluido. (Fuente: Autores)
Tabla 1 Tipos de válvulas. (Fuente: [8] )
Las válvulas pueden ser accionadas por medios manuales, mecánicos, eléctricos y neumáticos o una combinación entre ellos. Entre los medios manuales se tienen: pulsador, palanca, pedal, por medio mecánico rodillo, leva, resorte entre otros. Los medios electrónicos son los solenoides y los medios
neumáticos el aire comprimido. Estos tipos de accionamientos se ilustran en la
figura 5.
7.6.2 Actuadores
Un actuador es un elemento que convierte la energía de un fluido de trabajo en energía mecánica bien sea lineal o de rotación. Existen dos tipos de actuadores, los que producen movimiento lineal (actuadores) y los que producen movimiento rotativo (motores).
En los Actuadores lineales se encuentran dos tipos fundamentales: 7.6.2.1 Actuador de Simple Efecto
Un actuador de simple efecto es aquel que al suministrarle aire comprimido el émbolo modifica su posición y cuando se quita el suministro de aire, el resorte recupera la posición inicial del émbolo. Debido a la longitud del resorte se utilizan actuadores de simple efecto con carreras de hasta 100 mm, como se ilustra en la figura 6.
Figura 6. Actuador de simple efecto. (Fuente [10])
7.6.2.2 Actuador de Doble Efecto
Un actuador de doble efecto es aquel que recibe aire comprimido por una cámara, para realizar el movimiento de avance, y el aire dentro de la cama se evacua por el lado contrario, con lo que el vástago cambia de posición. Cuando el aire cambia de dirección y se intercambian las cámaras de llenado y de evacuación el vástago recupera la posición inicial.
Figura 7. Actuador de doble efecto. (Fuente: [11]).
7.7Simbología Neumática
La simbología usada sirve para la identificación de componentes, en el diseño de sistemas neumáticos estos símbolos están diseñados conforme a la norma internacional ISO 1219-1- 1991, por otro lado la numeración de las válvulas no se encuentra cubierta en esta norma, por lo tanto se toma de la recomendación CETOP RP 68P (Comité Europeo de transmisiones oleohidráulica y neumática) simbología ISO 1219. [12]
En la figura 8 se ilustran los principales elementos neumáticos y su respectivo símbolo.
7.8 ELECTRONEUMÁTICA
La Electroneumática es una técnica de automatización la cual permite la optimización de los procesos a nivel industrial. Con los avances tecnológicos en la electricidad y la electrónica se ha permitido la fusión de estas técnicas, dando así inicio a los sistemas electroneumáticos, los cuales resultan más compactos y óptimos a diferencia de los sistemas puramente neumáticos.
Dentro de los elementos de un sistema electroneumático es importante reconocer la cadena de mando para elaborar un correcto esquema de conexiones. Cada uno de los elementos de la cadena de mando cumple una tarea determinada en el procesamiento y la transmisión de señales. La eficacia de esta estructuración de un sistema en bloques de funciones se ha comprobado en las siguientes tareas:
✓ Disposición de los elementos en el esquema de conexionado
✓ Especificación del tamaño nominal, la corriente nominal y la tensión nominal de los componentes eléctricos (bobinas, etc.).
✓ Estructura y puesta en marcha del mando.
7.9SIMBOLOGÍA ELECTRONEUMÁTICA
En la figura 9 se ilustran los principales elementos eléctricos utilizados en circuitos electroneumáticos, mediante su respectivo símbolo.
7.10 PLC
Un controlador lógico programable (PLC) es una computadora industrial que acepta entradas desde interruptores (pulsadores, finales de carrera, presostatos, termostatos, etc.) y/o sensores digitales o analógicos (de proximidad, fotosensibles, de temperatura, etc.). El PLC realiza la ejecución de un programa de forma cíclica. La ejecución del programa puede ser interrumpida momentáneamente para realizar otras tareas consideradas más prioritarias, pero el aspecto más importante es la garantía de ejecución completa del programa principal. Estos controladores son utilizados en ambientes industriales donde la decisión y la acción deben ser tomadas en forma muy rápida, para responder en tiempo real. Los PLC son utilizados donde se requieran tanto controles lógicos como secuenciales o ambos a la vez. [14]
Los PLC se componen de 3 bloques, la sección de entradas, la unidad central de procesos (CPU), la sección de salida como se representa en la figura 10.
Figura 10. Estructura interna de un PLC. (Fuente:Controlador lógico programable, curso 061)
Los lenguajes de programación para el PLC (figura 11) indican las técnicas que se
deben usar para escribir el programa que se quiereejecutar según el tipo de PLC.
Figura 11. Lenguajes de programación. (Fuente:Diseño e implementación de un módulo de entrenamiento de automatización y control utilizando PLC controlado).
8. DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL BANCO DIDÁCTICO
8.1 Elaboración de Guías
Para llevar a cabo el diseño del banco didáctico se tuvo en cuenta los temas contemplados en el contenido de la asignatura de Oleohidráulica y neumática y así de esta manera poder elaborar las diferentes guías para las diferentes prácticas, las cuales van a servir de base en la selección de los diferentes elementos que componen el banco. Dentro de los temas vistos en la asignatura se tiene el componente de oleohidráulica, componente que no hará parte de las guías anteriormente mencionadas. Por lo tanto las guías elaboradas tendrán en cuenta los temas de neumática, electroneumática y PLC. Las guías elaboradas (ver el Anexo 11.2), buscan que los estudiantes aprendan a realizar desde los circuitos más básicas hasta ejecutar circuitos más complejos que requieren la aplicación de métodos especiales para la elaboración de los mismos. Para las guías de trabajo de cada una de las temáticas anteriormente mencionadas se utiliza la misma metodología en su elaboración es decir cada guía consta de un título, objetivo, y los diferentes elementos requeridos para la misma.
8.2 Elementos Neumáticos y Electroneumáticos Requeridos para las Prácticas.
Teniendo en cuenta los elementos requeridos para las prácticas ilustradas en la guías elaboradas se requiere de elementos nuevos para las prácticas de neumática y electroneumática, debido a que los elementos del banco actual están deteriorados por otro lado las prácticas con el PLC se utilizaran los mismos elementos de las prácticas de electroneumática, el programa de ingeniería mecánica cuenta con un PLC por lo tanto no se requiere de uno nuevo, Igualmente se reutilizara el compresor del banco anterior ya que este cumple con las condiciones requeridas para el adecuado funcionamiento del banco didáctico. Teniendo esto en cuenta se procede a la consecución de los elementos, donde se realiza la labor de solicitar diferentes cotizaciones a varios proveedores, posteriormente después de analizar las diferentes propuestas se procede a la adquisición de los elementos listados en la tabla 2.
Tabla 2. Elementos adquiridos. (Fuente: Autores).
Elemento Cantidad
Microswitch final de carrera eléctrico 12
Relé con 2 contactos NA y 2 contactos NC 4
Relé temporizador 0-30 seg 2
Pulsador de marcha 2NA-2NC 4
Temporizador neumático simple de 0-15 seg. Sal pos + base de conexionado
2
Válvula 3/2 doble mando neumático 6
Actuador de doble efecto MD8 NG 2E C/IMAN C100MM D 25 EJEC. U
6
Actuador de simple efecto MD8 NG C/IMAN C100 D 25 EJEC. U
2
Soporte para interruptor magnético DMR-MD8-NG Diam 25
16
interruptor magnético con cable 250 V 2
Válvula 3/2 con mando mecánico por rodillo (serie MV-1/8¨)
16
Válvula 3/2 con mando mecánico por rodillo unidireccional (serie MV-1/8¨)
4
Válvula 5/2 biestale por impulsos eléctricos 24VCC
4
Electroválvula 5/2, reacción resorte 24VCC 10
Válvula serie enchufable función "o" 6
Válvula serie enchufable función "y" 4
Silenciador de escape serie SPL (1/8") 10
Regulador de caudal unidireccional RVL(serie en línea)
10
Regulador de caudal bidireccional (1/8") 42
Unidad FR(1/8") 1
Agrandador para tubo diámetro 6mm y enchufe diámetro 4 mm
12
T igual tubo diámetro 6 mm 1
Unión doble tubo diámetro 6 mm 15
Conector orientable a 90° rosca G (1/8") para tubo diámetro 6 mm
10
Tubo poliuretano diámetro ext. 6 mm 40m
Cable flexible con ficha banana 4mm(0,3m) 10
Cable flexible con ficha banana 4mm(0,6m) 10
8.3 Descripción de los Elementos Básicos que Componen el Banco
8.3.1 Unidad Compresora
La unidad compresora consta de un compresor de dos etapas, un motor de 2 hp trifásico con un sistema de transmisión por poleas y además cuenta con elementos de medición como lo son el manómetro y un presóstato .El compresor es uno de los elementos principales ya que es el encargado del suministro de aire para el accionamiento de las válvulas y los actuadores.
Figura 12. Compresor del banco didáctico. (Fuente: Autores).
Como se observa en la figura 12, el compresor se encuentra ubicado en una base la cual fue construida específicamente para el espacio que ocupa en el banco, este se encuentra debajo de la base de madera esto para evitar las vibraciones del sistema en la mesa de trabajo.
8.3.2 Unidad de Mantenimiento
La unidad de mantenimiento es una parte fundamental para la durabilidad y seguridad de funcionamiento de la instalación neumática ya que los compresores aspiran aire húmedo y los filtros de aspiración no se encargan de retener dicha humedad, ni eliminar totalmente las partículas contenidas en el aire atmosférico
donde está situado el compresor. Esta acondiciona el aire evitando la suciedad del
trabajo la cual no debe exceder los 6 bares. En la figura 13 se puede observar la unidad de mantenimiento con la que cuenta el banco.
Figura 13.Unidad de mantenimiento. (Fuente: Autores).
8.3.3 Bloque distribuidor
El bloque distribuidor permite que el aire proveniente del compresor sea utilizado para el accionamiento de los diferentes elementos: válvulas y actuadores, está constituido por 6 válvulas 3/2 NC con un accionamiento por enclavamiento. En la figura 14 se observa el bloque distribuidor.
8.3.4 Válvula reguladora de caudal
Esta válvula permite controlar el caudal que circula por ellas, existen válvulas bidireccionales y válvulas unidireccionales, donde las válvulas bidireccionales son aquellas que regulan el caudal en ambas direcciones permitiendo que los actuadores avancen o retrocedan a velocidades lentas, así mismo las válvulas unidireccional permiten regular el caudal en una sola dirección, en función de esto el actuador puede avanzar lentamente y retroceder de una manera rápida y viceversa.
Las guías estipulan el uso de estas válvulas con el fin de buscar que los actuadores al avanzar reduzcan el impacto de salida y entrada evitando así el deterioro de los elementos. Estas válvulas se ilustran en la figura 15.
Figura 15. Válvulas reguladoras de caudal, a) bidireccional. b) unidireccional. (Fuente: Autores).
8.3.5 Válvula neumática 3/2
Existen varios tipos de válvula 3/2 las cuales cuentan con diferentes tipos de accionamiento como lo son el accionamiento manual (pulsadores, figura 16), neumático (válvula 3/2 biestable, figura 17) y mecánico (finales de carrera, figura 18). Gracias a sus 3 vías el flujo del aire puede ir en dos direcciones distintas y realizar el escape en su posición cerrada. Estos elementos dan la señal de mando para activar o desactivar la entrada o salida de un actuador neumático además existen válvulas normalmente abiertas (NA) o normalmente cerradas (NC), a continuación se describen las diferentes válvulas
8.3.5.1 Pulsadores neumáticos
de aire y cierra y abre un contacto cuando cierta presión de ajuste se ha alcanzado en su entrada.
Figura 16. Pulsadores Neumáticos. (Fuente: Autores).
8.3.5.2 Válvula neumática 3/2 biestable
Como se puede observar en la figura 17 la válvula neumática 3/2, normalmente es utilizada para manejar actuadores simple efecto y para realizar señales (pilotajes) neumáticos.
Figura 17. Válvula neumática 3/2 biestable. (Fuente: Autores).
8.3.5.3 Final de Carrera
Figura 18.a) Final de carrera neumático. b) Final de carrera abatible. c) Final de carrera eléctrico. (Fuente: Autores).
8.3.6 Válvula neumática 5/2 biestable.
La válvula 5/2 en la figura 19, es también un elemento de maniobra y sirve para accionar actuadores neumáticos de doble efecto.
Figura 19. Válvula neumática 5/2. (Fuente: Autores).
8.3.7 Electroválvula 5/2 (monoestable y biestable)
su posición estable no dejen pasar el fluido o lo dejen pasar desde los elementos actuadores hacia la salida.
Figura 20.Electroválvula monoestable 5/2. (Fuente: Autores).
Las electroválvulas biestables (figura 21) son aquellas que no tienen una única posición de reposo estable; es decir, que aunque se anule la señal que provocó la posición en la que se encuentra, la válvula seguirá en esa misma posición hasta que se active la señal correspondiente a una nueva posición. En el caso de que se activen dos señales prevalece la más antigua.
Figura 21. Electroválvula biestable 5/2. (Fuente: Autores).
8.3.8 Válvula “O”
Figura 22.Válvula "O". (Fuente: Autores).
8.3.9 Válvula “Y”
Es un elemento neumático procesador de señal. A la válvula “Y” representada en la figura 23, le deben llegar dos señales al tiempo, una por cada entrada para que haya una señal de salida.
Figura 23. Válvula "Y". (Fuente: Autores).
8.3.10 Pulsador eléctrico
El pulsador eléctrico es un elemento de señal de entrada, el cual da paso a una señal activa de accionamiento dejando abierto el paso de energía.
Figura 24.a) Pulsador 1. b) Pulsador 2. (Fuente: Autores)
8.3.11 Relé Temporizador
Un relé temporizador es aquel que es utilizado para controlar el tiempo que transcurre entre la señal de entrada y la respuesta de un elemento del circuito (electroválvula). Existen dos tipos de temporizador, con retardo de energización (figura 25) que proporciona un intervalo de tiempo regulable entre la alimentación y la actuación de los contactos de salida y con retardo a la desenergización, el cual con la alimentación el relé de salida es instantáneamente accionado, y al desenergizar el relé permanece accionado durante el tiempo seleccionado.
Figura 25.a) Temporizador con retardo de energización. (Fuente: Autores). b) Temporizador con retardo de desenergización. (Fuente: [16])
8.3.14 Relé auxiliar
común y se encuentra junto con el contacto cerrado, y es normalmente abierto cuando el contacto abierto se encuentra junto con el contacto común.
Figura 26. Representación Circuito NA, NC. (Fuente: [17])
En la figura 27 se representan los tipos de relé que conforman el banco, Estos son parte fundamental en la práctica ya que permite realizar las conexiones de los circuitos.
Figura 27.a) Relé 1. b) Relé 2. (Fuente: Autores).
8.3.15 Actuadores
Los actuadores funcionan con la energía inherente al aire comprimido la cual los alimenta transformando en movimientos de vaivén en los actuador, en la figura 28 se observa el actuador de simple efecto, en la parte inferior y en la parte inferior se observa el actuador de doble efecto.
.
8.3.16 PLC
Un PLC (controlador lógico programable, figura 29) es básicamente una computadora industrial la cual procesa todos los datos de una máquina como pueden ser sensores, botones, temporizadores y cualquier señal de entrada. Para posteriormente controlar los actuadores como pistones, motores, válvulas, etc. y así poder controlar cualquier proceso industrial de manera automática.
Figura 29.Diagrama PLC Array AF-20MR-D. (Fuente: http://www.array.sh/fab20MR-De.htm)
8.3.17 Fuente de poder
La fuente es la encargada de energizar los diferentes elementos que componen el banco didáctico (figura 30), el PLC cuenta con su propia fuente de energización, cada una de estas fuentes da un voltaje de 24V.
Figura 30.Fuente principal y fuente del PLC. (Fuente: Autores)
8.4 Diseño de la Estructura
8.4.1 Modelos Iniciales o Preliminares
Figura 31. Diseño Banco N.V (Fuente: Autores)
Diseño realizado por el estudiante Nicolay Valencia del programa de
Ingeniería Mecánica de la Universidad de Ibagué. Concepto 2
Figura 32. Diseño banco L.R (Fuente: Autores)
Diseño realizado por la estudiante Lina Rojas del programa de Ingeniería
Concepto 3
Figura 33. Diseño final.
Diseño final realizado por los estudiantes Lina Rojas y Nicolay Valencia del
programa de Ingeniería Mecánica de la universidad de Ibagué. 8.4.2 Matriz de Selección de Propuestas
Con el diseño seleccionado esta etapa consistió en el diseño de las diferentes partes del banco y sus diferentes sistemas, la cual comenzó con el diseño adecuado del mueble, el cual debe ser cómodo y accesible para las personas, teniendo en cuenta los parámetros para tener condiciones de ergonomía óptimas, por tanto para determinar la altura adecuada de la superficie de trabajo, es importante tener en cuenta la altura promedio de las personas en Colombia que es de 1.60m.
Además se debe tener en cuenta los siguientes parámetros para que el cuerpo adopte una buena posición si hay que trabajar de pie como se muestra en la figura 34 y 35:
✓ Estar frente a la máquina.
✓ Mantener el cuerpo próximo al producto de la máquina.
✓ Mover los pies para orientarse en otra dirección en lugar de girar la espalda o los hombros.
Figura 34.Valor óptimo ergonomía. (Fuente [18])
Figura 35. Medidas de la base del banco. (Fuente: Autores).
una mejor presentación y seguridad al momento de ser manipulado por los estudiantes ya que no se dará conductividad con las conexiones eléctricas que contendrá en su interior. Por otro lado se escogió perfiles de aluminio para el tablero de trabajo ya que el aluminio es un material con buenas propiedades mecánicas como lo son los bajos niveles de oxidación, el cual redujera el alto nivel a la corrosión evitando así tener que recuperar la pieza y evitar estar en el proceso de pintura constantemente. Siendo también un material que ofrece un mejor presentación y acabado. En la figura 36 se ilustra los elementos anteriormente nombrados.
Figura 36.Base banco y perfil aluminio. (Fuente: Autores).
Figura 37.Diseño banco didáctico. (Fuente: Autores).
El tablero en su parte inferior contiene dos cajas acrílicas que son el panel eléctrico como se observa en la figura 38, estas permiten la conexión de los relés, pulsadores, electroválvulas de manera más práctica ya que se extiende por todo el tablero con sus entradas positivo y negativo respectivamente, una de las cajas de acrílico contiene solo entradas positivas y negativas, la otra caja contiene en uno de sus lados el PLC.
Cada caja cuenta con su propia fuente de alimentación las cuales están ubicadas en la parte interior del banco debajo de los relés, por seguridad y mayor utilización del espacio. Se decidió hacer una base independiente que contenga el motor y el compresor que alimentan el aire al banco, para evitar vibraciones en la mesa que soporta todo el sistema.
8.4.3 Estructura
Para la estructura se muestran las reacciones y fuerzas que se ven implicadas en ella. Debido a que la mesa soporta el tablero de trabajo, y que soporta más carga de la mitad del tablero hacia la izquierda ya que el tablero posee más elementos en este lado como se observa en la figura 39, se realiza un análisis de esfuerzos , teniendo en cuenta la cantidad de elementos que este soporta y un peso aproximado de todos los elementos, la carga resulta de la suma del peso del banco y sus componentes, agregándole el peso de 4 estudiantes, tomando como peso promedio 70 Kg en un hipotético caso de que se encuentren apoyados dando como carga un cuarto de su peso debido a la posición sobre el mueble ejerciendo una fuerza dichos valores se observan a continuación.
Lado izquierdo del banco
Cantidad de válvulas
Siendo un total de
Además se cuenta con el peso de los cajones que es de aproximadamente 3Kg
A estos 20Kg se le suma el peso de dos estudiantes apoyados en ambos lados del banco siendo un peso de 35Kg además del peso del tablero de 5Kg, dando como resultado un peso de 60Kg
Lado derecho
Cantidad de elementos
Tabla 5. Cantidad de elementos lado derecho. (Fuente: Autores)
Siendo un total de
A los 12.8 Kg se le suma el peso de dos estudiantes apoyados en ambos lados del banco siendo un peso de 35Kg además del peso del tablero de 5 Kg, dando como resultado un peso de 52.8kg.
● Análisis estático
Figura 39. Reacciones de la estructura. (Fuente: Autores).
Para el desarrollo del análisis estático se realiza la división de las fuerzas para lograr el despeje de las incógnitas, realizando el análisis por separado del tramo A-B y tramo B-C, realizando la sumatoria de fuerzas y su respectivo despeje.
● Tramo A-B
Se reemplaza B en la sumatoria de Fy
Se reemplaza B en la sumatoria de Fy
Las cargas soportadas en el tramo A-B son las mismas de igual manera que las cargas en el tramo B-C, debido a que la carga en B está soportando tanto el resultado en el tramo A-B como en el B-C, se realiza la sumatoria de las cargas en B.
Realizando la sumatoria de fuerzas y su análisis estático se logra despejar las incógnitas, dando como resultado que A tiene un valor de 294 N repartidos en sus dos llantas, el punto B tiene una carga de 552.98N repartidas en sus dos llantas y el punto C 258.98N repartidos en las dos llantas, como se logra observar en la figura 40. Debido a la simetría, tanto del mueble como de las cargas, la fuerza se distribuirá a través de los seis elementos verticales (patas del mueble).
Con los diferentes esfuerzos obtenidos anteriormente (figura 40), se sabe que los apoyos del medio son las que más carga soportan por lo tanto se evaluaran con esfuerzo, debido a que la carga está repartida por igual se evaluará con 276.49 N que es lo que soporta un solo apoyo.
ẟ=
Ec.4
ẟ=
Teniendo el esfuerzo que soporta la pata más crítica se procede a comparar el valor con el de tracción y compresión de la madera, donde su valor, según la calidad de la madera, suele ser de entre 70.000 y 120.000 kg/cm2, en este caso
se utilizó 80000 kg/cm2 lo cual es equivalente a 7845320000 siendo este
valor mayor al valor hallado del esfuerzo máximo que soporta la pata del mueble de madera. [19]
8.5 Construcción
Esta etapa consta de la construcción del banco, donde a partir del diseño del mueble y sus respectivos planos se procedió a enviarlos a una persona externa a la Universidad de Ibagué profesional en carpintería para que realizara su respectiva fabricación el cual se observa en la figura 41.
Después de la entrega de la base del madera se procedió a hacer los agujeros para cada uno de los elementos como el relé, pulsador y temporizador que van en la mesa de trabajo como se observa en la figura 42, estos cortes se realizaron con una caladora proporcionada por la Universidad de Ibagué; la tabla con los cortes ya realizados se observa en la figura 43 y 44.
Figura 42.Plano de la tapa/base. (Fuente: Autores).
Figura 43. Mesa de trabajo. (Fuente: Autores).
Figura 44. Mesa de trabajo finalizada. (Fuente: Autores).
fueron cortados a la medida de 135 cm (medida del mueble de madera) con una tronzadora, para conformar las dos caras de trabajo del banco, se realizó la unión de los perfiles en c formando así 7 perfiles que conforman el tablero de trabajo.
Figura 45. Perfil en C del tablero. (Fuente: Autores).
Para crear los soportes del tablero se usaron perfiles rectangulares, siendo estos los perfiles base como se observa en la figura 46, se procedió al corte y pulido de los mismos para su instalación en el banco y posterior a eso la unión con los 7 perfiles en c construidos anteriormente, unidos con ayuda de remaches a los dos perfiles base.
Figura 46. Tablero de trabajo. (Fuente: Autores).
acrde mdf las cuales contienen las conexiones eléctricas en cacrilico , éste fue cortado en impresora láser la cual se puede observar en la figura 47 proporcionada por la universidad de Ibagué.
Figura 47. Cortadora laser ubicada en la Universidad de Ibagué. (Fuente: Autores).
Con los cortes obtenidos del acrílico que conforma el panel eléctrico se realizó la instalación de las bananas en el acrílico y su respectiva soldadura. Una de las cajas de acrílico contiene el PLC, teniendo en cuenta esto se realizó las respectivas conexiones para su funcionamiento como se observa en la figura 48, se procedio a instalar ñas aminas de acrílico al mdf el cual le aporta resistencia al panel eléctrico como se observa en la figura 49.
Figura 48. PLC y sus conexiones. (Fuente: Autores)
Figura 49. Panel eléctrico. (Fuente: Autores).
cuenta con un toma corriente al cual van conectadas las fuentes al momento de su funcionamiento.
Figura 50. Interior mesa de trabajo con las fuentes. (Fuente: Autores).
En el tablero van ubicados los elementos como lo son las válvulas, electroválvulas, actuadores, finales de carrera, etc. Con el posicionamiento de las piezas y las válvulas se busca tener la mayor cantidad de componentes necesarios para las prácticas, evitando la necesidad de remover elementos. Para que esto sea posible es necesario adaptar estos elementos a piezas de aluminio representadas en la figura 51, las cuales son mecanizadas en la fresadora para que entren en los perfiles en C del tablero y se puedan deslizar a través de ellos.
Figura 51.Perfil y pieza de aluminio (Fuente: Autores).
Figura 52. Tablero de trabajo. (Fuente: Autores).
Para la estructura del motor y el compresor se utilizó un perfil en L de 70.5cm x 83.5cm como se observa en la figura 53, el cual se cortó y soldó por el proceso de soldadura SMAW (Soldadura por arco eléctrico revestido). Se escogió este proceso ya que es de los más usados en este tipo de estructura y abarca diversas
técnicas, Donde fue utilizado un electrodo especial (electrodo 6011 o 6013) los
cuales son electrodos para propósitos generales de fabricación de estructuras por ser una soldadura eficaz y precisa recomendada para juntas, produciendo un arco eléctrico muy estable dando una mejor apariencia de acabado al cordón.
Figura 54.Analisis de esfuerzos base del compresor. (Fuente: Autores)
Se realizó el análisis estático en solidworks (figura 54), el cual demuestro que la base va a soportar 25 veces la carga a la que está sometida, la cual es ejercida por el motor compresor y el tanque.
Después del proceso de soldadura se realizó un proceso de pulido para eliminar imperfecciones que hayan quedado durante el proceso, dándole así un mejor acabado, donde posteriormente se procedió a pintarlo de color azul para darle el último acabado estético, seguidamente se procedió al montaje de los elementos que van sobre la estructura fabricada, la cual soporta (tanque, motor y compresor) como se observa en la figura 55.
Figura 55. Base finalizada. (Fuente: Autores).
Figura 56. Unidad compresora y conexión eléctrica.
Para el suministro de aire el cual sale del compresor y llega al bloque distribuidor por medio de una manguera la cual pasa por el interior del banco como se observa en la figura 57, de esta manera se realizó el cableado con mayor seguridad. Debido al diseño del mueble la estructura del compresor va situado en la parte inferior del lado derecho por lo tanto es conveniente realizar dicha conexión por el interior del cajón evitando tensiones y dobleces en la manguera.
Figura 57. Conexión suministro de aire.
Interacción usuario-producto: En cuanto a la seguridad del banco didáctico frente a un usuario el banco cuenta con un acabado superficial pulido evitando puntas peligrosas que puedan afectar al usuario (Estudiante), la colocación de las diferentes válvulas y dispositivos que van dentro de los perfiles es sencilla y no cuenta con esquinas peligrosas, además la unidad compresora está ubicada de manera que no se presenten accidentes al momento de ser manipulado, en cuanto a los diferentes relés y demás elementos se cuenta con sistemas de botones los cuales hacen más fácil el proceso y no son riesgosos para el usuario.
Factor ergonómico: Este factor está pensado en la seguridad del usuario evitando posturas que produzcan lesiones además de evitar riesgos durante uso, cuenta con las medidas adecuadas para que cualquier persona logre efectuar las diferentes actividades alrededor del banco.
9. CONCLUSIONES
● Se diseñó un banco didáctico de aprendizaje para que los estudiantes puedan reforzar los conocimientos vistos en clase de la Universidad de Ibagué en la carrera de Ingeniería Mecánica para un mejor reconocimiento de los elementos que se encuentran en la industria y de esta manera poder tener ventajas en el ámbito laboral y profesional.
● Se elaboraron las respectivas guías de trabajo las cuales están conformadas por el título de la práctica, su objetivo, propósito, los elementos requeridos para dicha práctica y el esquema del circuito neumático. Teniendo 10 guías para neumática, 10 guías para electro neumática y 10 para PLC.
● Se seleccionaron los elementos para el banco didáctico teniendo en cuenta las guías prácticas, el mejor proveedor en cuanto a costo, calidad, accesibilidad y tiempo de entrega.
● El banco diseñado cumple con los requerimientos de seguridad y
ergonomía, además de ampliar el número de participantes por práctica el cual genera flexibilidad al momento de realizar las prácticas.
● La puesta punto del banco didáctico comprobó el correcto funcionamiento del sistema y sus elementos realizando las pruebas de las guías,
corrigiendo cualquier inconveniente surgido en ese momento.
10. BIBLIOGRAFÍA
[1] «utp,» [En línea]. Disponible:
http://revistas.utp.edu.co/index.php/revistaciencia/article/viewFile/9314/6421 .
[2] prezi, «banco neumatico,» [En línea]. Disponible:
https://prezi.com/sqaqydtbm0tw/diseno-e-implementacion-de-un-banco-neumatico-basico/ .
[3] A. vinicio, «Diseño e implementacion de un banco de pruebas neumaticos para mejorar el aprendizaje de los estudiantes de la universidad salesiana,»
Universidad politecnica salesiana, guayaquil , 2014.
[4] Festo didactics, «Neumatica Electroneumatica fundamentos,» 2009.
[5] «Diseño e implemetacion de un banco neumatico,» [En línea]. Disponible: https://prezi.com/q3tkwyw1gwni/diseno-e-implementacion-de-banco-neumatico-basico/ .
[6] «Mundo compresor,» [En línea]. Disponible:
https://www.mundocompresor.com/diccionario-tecnico/aire-comprimido.
[7] CATEDU. [En línea]. Disponible:
http://e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/1000/1108/html/23_distr ibucin_de_aire_comprimido.html.
[8] FESTO, [En línea]. Disponible:
https://es.scribd.com/document/391470875/SIMBOLOGIA-Neumatica-FESTO-pdf.
[9] [En línea]. Disponible: http://e-ducativa.catedu.es.
[1 0]
[En línea]. Disponible: :http://manuelbrionesfernandezdelara110.blogspot.com.
[1 1]
[En línea]. Disponible:
https://sites.google.com/site/1bachsanchezmarioa/hidraulica.
[1 2]
«NORMA TECNICA,» [En línea]. Disponible:
https://es.scribd.com/document/266729997/Norma-Neumatica-e-Hidraulica-Simbologia.
[1 3]
[1 4]
MiCro, «Controlador logico programable , curso 061».
[1 5]
F. C. A. y. A. A. Arturo de Castro R, «Diseño e implementacion de un modulo de entrenamiento de automatizacion y control utilizando PLC controlino, programado en lenguaje c, para actividades practicas en loslaboratorios de electronica de la universidad cooperativa de colombia sede santa marta,» santa marta , 2017.
[1 6]
[En línea]. Disponible: http://www.promelsa.com.pe/pdf/1008699.pdf.
[1 7]
[En línea]. Disponible: http://www.promelsa.com.pe/pdf/1008699.pdf.
[1 8]
[En línea]. Disponible: : https://www.uv.es.
[1 9]
11. ANEXOS
11.1 MANUALES DE LABORATORIO
11.1.1 Manual de mantenimiento básico de los elementos que componen el banco didáctico
A continuación se describen las acciones a realizar para un mantenimiento preventivo de los elementos que componen el banco.
DISPOSITIVO PERIODO TAREA IMAGEN
Revision de la tension de la correa, de no estar tensionada realizar el desmontaje de la rejilla
de seguridad y correr el motor hasta tener una buena tension
Vaciado de la consdensacion, Abrir la llave del tanque para vaciar el agua que se condensa
en el proceso
Hacer el cambio de los cartuchos de los filtros de aire
Cambio de la correa , si al momento de realizar la debida
tension la correa sigue destensionada o presenta grietas se debe realizar dicho
cambio
Se debe realizar el cambio de aceite, el utilizado es 20W50
anual
Compresor
MANTENIMIENTO
Semestral Mensual
Revision del manometro verificando que este debidamente calibrado utilizando un manometro guia para realizar la comparacion de la lectura de
las presiones Revision de la valvula de seguridad , comprobando haciendo un accionamiento
controlado de la mismo
PERIODO
TAREA
IMAGEN
DISPOSITIVO
MANTENIMIENTO
Verificar el correcto
funcionamiento del
manometro verificando
que la aguja se
encuentre al lado
izquierdo
Cambio de aceite,
cambio de filtros de
aire
Verificar las conexiones
del compresor hacia el
tanque
anual
semestral
semanal
Compresor
PERIODO TAREA IMAGEN
DISPOSITIVO
MANTENIMIENTO
Verificar el correcto funcionamiento del manometro verificando
que la aguja se encuentre al lado
izquierdo Cambio de aceite, cambio de filtros de
aire
Verificar las conexiones del compresor hacia el
tanque anual
semestral
DISPOSITIVO PERIODO TAREA IMAGEN MANTENIMIENTO
Bloque distribuidor de aire
Mensual
Verificar los racores para que no queden partes de manguera adentro
que obstruye la salida del aire
Semestral
Verificar que al accionar las valvulas de paso , estas permiten el adecuado paso del
aire
DISPOSITIVO PERIODO TAREA IMAGEN
Verificar que no haya fugade aire en los racores ademas de pedazos
de manguera MANTENIMIENTO Unidad de Mantenimiento Mensual Semestral anual
Revision del manometro verificando que este debidamente
calibrado utilizando un manometro guia para realizar la comparacion de la lectura de las
presiones
Verificar que el regulador de presion funciona y que su punto
maximo no pase de 6 bares Se debe purgar el filtro , girando la
parte inferior del mismo para liberar la condensacion del
DISPOSITIVO PERIODO TAREA IMAGEN MANTENIMIENTO
Verificar los racores para no presentar
fugas de aire.
Retirar el silenciador y limpiarlo, reajustar
los tornillos de la válvula. Semestral
Mensual
DISPOSITIVO PERIODO TAREA IMAGEN MANTENIMIENTO
Válvula neumática 5/2
Mensual
Verificar los racores para no presentar
fugas de aire.
Semestral
Retirar el silenciador y limpiarlo, reajustar
los tornillos de la válvula.
DISPOSITIVO PERIODO TAREA IMAGEN MANTENIMIENTO
Verificar las salidas para que no tenga
partes que obstruyan la salida
del aire Mensual
Válvula "Y" y "O"
DISPOSITIVO PERIODO TAREA IMAGEN MANTENIMIENTO
Actuador de simple efecto
Mensual
Verificar los racores para no presentar
fugas de aire.
Semestral
DISPOSITIVO PERIODO TAREA IMAGEN
Válvula
pulsante,Temporizador y Relé de 10 pines.
Mensual Limpiar todos los contactos externos
MANTENIMIENTO
DISPOSITIVO PERIODO TAREA IMAGEN
MANTENIMIENTO
Verificar los racores para no presentar
fugas de aire.
Retirar el silenciador y limpiarlo, reajustar
los tornillos de la válvula, retirar la
bobina y el conector de esta y
limpiarla. Semestral
Mensual
11.1.2 Manual de uso del Banco Didáctico
IMPORTANTE: Para la realización de cada una de las prácticas en el banco, el estudiante se debe encontrar bajo la supervisión ya sea del docente director de la materia o el personal encargado del laboratorio (laboratorista), para evitar cualquier error durante la práctica que conlleve a que se produzca un accidente.
Para el encendido del Banco didáctico el primer paso es revisar que todas
En el interior del banco se encuentran la fuente que energiza todo el panel eléctrico para realizar las conexiones de los relés y las electroválvulas las dos fuentes van conectadas a la toma que se encuentra en la esquina de la caja interna.
Se debe revisar que los fusibles que pertenecen a la fuente principal no se
encuentren fundidos.
La conexión de la fuente principal consta de dos cables que están
conectados directamente a la fuente y van a energizar el tablero eléctrico los cuales van conectados a la caja acrílica a su respectiva banana positiva y negativa a través de los agujeros que tiene la base en su interior
Y el cable que va conectado al tomacorriente, con esto realizado se
Al momento de requerir el PLC, su fuente se conecta al tomacorriente, de lo contrario deberá permanecer desconectado. La fuente del PLC cuenta con dos
cables que se conectan al panel eléctrico del PLC los cuales se pueden conectar y desconectar con facilidad de ambas partes , van conectados a la caja acrílica a su
respectiva banana positiva y
negativa a través de los agujeros que tiene la base en su interior
La fuente del PLC es de 24V
El siguiente paso es realizar la conexión del toma corriente ubicado en la
Antes de conectar el motor se debe revisar la conexión de la manguera al bloque de distribución para evitar accidentes teniendo la válvula cerrada.
La conexión del motor cuenta con un interruptor on/off, verificar que ninguno Para el apagado del banco se deberá apagar el motor con el interruptor on/off, recogiendo el cable y guardándolo en la base.
Al momento de iniciar las prácticas se utilizan las mangueras de 6 mm y se conectan del bloque de distribución a la válvula que corresponda para dicho circuito.
Utilizando otra de las mangueras se conecta de la válvula al actuador.
Verificando que la manguera utilizada quede debidamente conectada, Se deberá realizar las conexiones entre relés y válvulas con los cables que se encuentran ubicados en los cajones del banco exclusivos para ese uso como se muestra en la siguiente imagen.
Al finalizar las prácticas se debe recoger y organizar todos los materiales utilizados como lo son los diferentes cables que energizan los relés y que dan la continuidad entre ellos.
11.2 GUÍAS PRÁCTICAS
En el presente módulo se presentan diferentes tipos prácticas que se pueden realizar en el banco didáctico, las cuales se encuentran relacionadas con los temas de neumática, electroneumática y PLC vistos dentro de la asignatura de sistemas hidráulicos y neumáticos del programa de ingeniería mecánica de la universidad de Ibagué.
De esta manera el estudiante pone en práctica el conocimiento teórico aprendido en la asignatura a través de los ejercicios postulados en este módulo, los cuales están divididos en el orden de neumática, electroneumática y PLC.
Cada tema relacionado anteriormente contiene 10 prácticas las cuales comienzan desde el ejercicio más sencillo el cual es el accionamiento de un cilindro de simple efecto, hasta llegar a un ejercicio de mayor complejidad donde contiene una cantidad (n) de actuadores de simple o doble efecto, sensores, finales de carrera, entre otros más elementos que se pueden utilizar en desarrollo del ejercicio.
Para la solución de los ejercicios contemplados en este módulo el estudiante cuenta con diferentes métodos de solución, como lo son método intuitivo, método de cascada y método de paso a paso, los cuales permiten el desarrollo de los ejercicios propuestos en el módulo.
NEUMÁTICA
Práctica 1: Accionamiento indirecto de un actuador de
simple efecto.
Objetivo
Realizar el movimiento de un actuador de simple efecto.
Propósito.
El estudiante debe realizar el montaje correcto para el accionamiento de un
actuador de simple efecto por medio de dos pulsadores.
Elementos necesarios para la práctica. 1. Actuador de simple efecto.
2. Una válvula 3/2 biestable de accionamiento neumático.
3. Dos válvulas 3/2 de accionamiento manual retorno por resorte NC. 4. Unidad de mantenimiento.
5. Bloque distribuidor. 6. Manguera 6mm.
7. Una válvula reguladora de caudal bidireccional. 8. Compresor.
Procedimiento
1. Conectar La entrada del actuador a la salida (2) de la válvula 3/2,
2. Conectar la entrada de aire (1) de la válvula 3/2 directamente a la fuente de alimentación.
3. Conectar pilotaje (1) a la salida (2) del botón pulsador (1). 4. Conectar pilotaje (2) a la salida (2) del botón pulsador (2).
5. Conectar cada una de las entradas (1) de los pulsadores a la fuente de alimentación.
Práctica 2: Accionamiento indirecto de un actuador de
doble efecto.
Objetivo
Realizar el movimiento de un actuador de doble efecto.
Propósito
El estudiante debe realizar el montaje correcto para el accionamiento de un
actuador de doble efecto por medio de dos pulsadores, donde el pulsador (A) acciona el movimiento de salida del actuador y el pulsador (B) acciona el movimiento de regreso del actuador.
Elementos necesarios para la práctica. 1. Actuador de doble efecto.
2. Una válvula 5/2 biestable de accionamiento neumático.
3. Dos válvulas 3/2 de accionamiento manual retorno por resorte NC. 4. Unidad de mantenimiento.
5. Bloque distribuidor. 6. Manguera 6mm.
7. Una válvula reguladora de caudal bidireccional. 8. Compresor.
Procedimiento
1. Conectar Las entradas del actuador a las salidas (2) y (4) de la válvula 5/2. 2. Conectar la entrada de aire (1) de la válvula 5/2 directamente a la fuente de alimentación.
3. Conectar pilotaje (1) a la salida (2) del botón pulsador (1). 4. Conectar pilotaje (2) a la salida (2) del botón pulsador (2).
5. Conectar cada una de las entradas (1) de los pulsadores a la fuente de alimentación.
Práctica 3: Accionamiento de un actuador de doble efecto
con regulación de las velocidades de entrada y salida.
Objetivos
Realizar el movimiento de un actuador de doble efecto.
Conocer cómo realizar las variaciones de velocidad en un actuador de
doble efecto.
Propósito
El estudiante debe realizar el montaje correcto para el accionamiento de un
actuador de doble efecto por medio de dos pulsadores, donde el pulsador (A) acciona el movimiento de salida del actuador y el pulsador (B) acciona el movimiento de regreso del actuador, controlando su velocidad de la salida por medio de las válvulas reguladoras.
Elementos necesarios para la práctica 1. Actuador de doble efecto.
2. Válvula 5/2 biestable de accionamiento neumático.
3. Dos válvulas 3/2 de accionamiento manual retorno por resorte NC. 4. Dos reguladores de caudal unidireccionales.
5. Unidad de mantenimiento. 6. Bloque distribuidor.
7. Manguera 6mm. 8. Compresor. Procedimiento
1. Conectar Las entradas del actuador a las salidas de las válvulas reguladoras de caudal
2. Conectar Las entradas de las válvulas reguladoras de caudal a las salidas (2) y (4) de la válvula 5/2
3. Conectar la entrada de aire (1) de la válvula 5/2 directamente a la fuente de alimentación
6. Conectar cada una de las entradas (1) de los pulsadores a la fuente de alimentación.
7. El circuito con las conexiones correspondientes se muestra en la siguiente figura
