actuadores neumáticos - festo · pdf filemanual tp 220 con cd-rom festo didactic...
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ManualTP 220
Con CD-ROM
Festo Didactic
559881 ES
Actuadores neumáticos
1M1 1M2
1V1 24
351
1A11B2 1B31B1
1
21V2
1
21V3
K1
14 1412 12
11 11
1M1 1M2
7 98
S1 S2
+24 V
0 V
K1 K2
10 11
A1 A1
A2 A2
K2
13 13
14 14
1B31B1
1 2 65
G1-S3_STOP G1-S1_START
1B2
3 4
G1-S2_STOPG1-S3_START
G1-S1_STOPG1-S2_START
2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
El sistema para la enseñanza de Festo Didactic ha sido concebido exclusivamente
para la formación y el perfeccionamiento profesional en materia de sistemas y
técnicas de automatización industrial. La empresa que ofrece clases a aprendices
y/o estudiantes deberá velar por que se adopten las medidas de seguridad
descritas en el presente manual y que establecen las normas legales.
Festo Didactic se exime explícitamente de cualquier responsabilidad en relación con
daños sufridos por aprendices/estudiantes de la empresa y/o por terceros,
ocasionados durante la utilización del presente conjunto de equipos con fines que
no corresponden al plan didáctico, a menos que Festo haya causado dichos daños
intencionadamente o por negligencia grave.
Nº de artículo:
Datos actualizados en:
Autores:
Gráficos:
Maquetación:
559881
01/2009
Frank Ebel, Jürgen Hasel
Frank Ebel, Doris Schwarzenberger
10/2007
© Festo Didactic GmbH & Co. KG, D-73770 Denkendorf, 20013
Internet: www.festo-didactic.com
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limitación en el tiempo, aunque limitado geográficamente a la utilización en su lugar
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El comprador tiene el derecho de utilizar el contenido de la obra con fines de
capacitación de los empleados de su empresa, así como el derecho de copiar partes
del contenido con el propósito de crear material didáctico propio a utilizar durante
los cursos de capacitación de sus empleados localmente en su propia empresa,
aunque siempre indicando la fuente. En el caso de escuelas / universidades y
centros de formación profesional, el derecho de utilización aquí definido también se
aplica a los escolares, participantes en cursos y estudiantes de la institución
receptora.
En todos los casos se excluye el derecho de publicación, así como la inclusión y
utilización en Intranet e Internet o en plataformas LMS y bases de datos (por
ejemplo, Moodle), que permitirían el acceso a una cantidad no definida de usuarios
que no pertenecen al lugar del comprador.
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microfilmación, traslado, inclusión en otros documentos y procesamiento por
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GmbH & Co. KG.
Utilización prevista
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 3
Prólogo ___________________________________________________________ 7
Introducción _________________________________________________________ 9
Indicaciones de seguridad y utilización ___________________________________ 11
Equipo didáctico tecnológico para electroneumática (TP 200) ________________ 13
Objetivos didácticos del nivel avanzado (TP 220) ___________________________ 15
Atribución de ejercicios en función de los objetivos didácticos ________________ 16
Componentes del nivel avanzado (TP 220) ________________________________ 18
Atribución de componentes en función de los ejercicios _____________________ 22
Información didáctica para el instructor __________________________________ 24
Estructura metódica de los ejercicios ____________________________________ 25
Denominación de los componentes ______________________________________ 26
Contenido del CD-ROM ________________________________________________ 27
Parte A – Ejercicios
Ejercicio 1
Configuración de una red de aire comprimido (teoría) ________________________ 3
Ejercicio 2
Dimensionamiento de la parte neumática funcional (teoría) ___________________ 9
Ejercicio 3
Dimensionamiento de la parte neumática funcional en función de la duración
necesaria de los movimientos (teoría) ____________________________________ 15
Ejercicio 4
Dimensionamiento de cilindros en función de la velocidad necesaria
y de la presión existente (teoría) ________________________________________ 23
Ejercicio 5
Dimensionamiento de los tubos de conexión de cilindros (teoría) _____________ 27
Ejercicio 6
Análisis de la velocidad de los movimientos de actuadores lineales (práctica) ___ 33
Ejercicio 7
Reducción de costos mediante presiones diferentes de avance/retroceso (teoría) 53
Ejercicio 8
Reducción de costos evitando fugas (teoría) ______________________________ 59
Ejercicio 9
Análisis de los movimientos de actuadores lineales (práctica) ________________ 63
Ejercicio 10
Descripción de la amortiguación de final de carrera
de actuadores lineales (teoría) __________________________________________ 81
Ejercicio 11
Cálculo de momentos de inercia de las masas (teoría) _______________________ 87
Índice
Índice
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Ejercicio 12
Análisis de los movimientos de actuadores giratorios (práctica) _______________ 93
Ejercicio 13
Descripción del funcionamiento y de la activación
del músculo neumático (práctica) ______________________________________ 107
Ejercicio 14
Selección de un músculo neumático (teoría) _____________________________ 119
Ejercicio 15
Comparación entre cilindros estándar y músculos neumáticos (práctica) _______ 123
Ejercicio 16
Comportamiento de controles neumáticos
en caso de un corte de alimentación de energía (práctica) __________________ 133
Parte B – Fundamentos teóricos
1. La neumática en la automatización _______________________________ B-3
1.1 Informaciones generales ________________________________________ B-3
1.2 Campos de aplicación de la neumática ____________________________ B-4
1.3 Comparación con otras formas de energía __________________________ B-6
2. Economía de aparatos neumáticos _______________________________ B-9
2.1 Costos del aire comprimido ___________________________________ B-10
2.2 Un ejemplo de utilización correcta de aire comprimido _____________ B-12
2.3 Un ejemplo de utilización incorrecta de aire comprimido ____________ B-13
2.4 Costos originados por fugas en redes de aire comprimido ___________ B-15
3. Distribución de aire comprimido y unidades de mantenimiento _____ B-17
3.1 Distribución de aire __________________________________________ B-17
3.2 Dimensionamiento de los tubos ________________________________ B-20
3.3 Unidad de mantenimiento _____________________________________ B-24
4. Actuadores neumáticos ______________________________________ B-33
4.1 Actuadores lineales __________________________________________ B-34
4.2 Actuadores giratorios ________________________________________ B-41
4.3 Músculo neumático __________________________________________ B-45
5. Optimización de la parte funcional _____________________________ B-51
5.1 Estructura y configuración de un sistema de aire comprimido ________ B-51
5.2 Cilindro de trabajo ___________________________________________ B-55
5.3 Reducción de costos mediante válvulas más pequeñas _____________ B-64
Índice
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Parte C – Soluciones
Ejercicio 1
Configuración de una red de aire comprimido. Solución _____________________ C-3
Ejercicio 2
Dimensionamiento de la parte neumática funcional. Solución ________________ C-7
Ejercicio 3
Dimensionamiento de la parte neumática funcional en función de la duración
necesaria de los movimientos. Solución _________________________________ C-11
Ejercicio 4
Dimensionamiento de cilindros en función de la velocidad necesaria
y de la presión existente. Solución ______________________________________ C-17
Ejercicio 5
Dimensionamiento de los tubos de conexión de cilindros. Solución ___________ C-19
Ejercicio 6
Análisis de la velocidad de los movimientos de actuadores lineales. Solución __ C-23
Ejercicio 7
Reducción de costos mediante presiones diferentes
para avance y retroceso. Solución ______________________________________ C-37
Ejercicio 8
Reducción de costos evitando fugas. Solución ____________________________ C-41
Ejercicio 9
Análisis de los movimientos de actuadores lineales. Solución _______________ C-43
Ejercicio 10
Descripción de la amortiguación de final de carrera
de actuadores lineales. Solución _______________________________________ C-55
Ejercicio 11
Cálculo de momentos de inercia de las masas. Solución ____________________ C-59
Ejercicio 12
Análisis de los movimientos de actuadores giratorios. Solución ______________ C-63
Ejercicio 13
Descripción del funcionamiento y de la activación
del músculo neumático. Solución ______________________________________ C-71
Ejercicio 14
Selección de un músculo neumático. Solución ____________________________ C-77
Ejercicio 15
Comparación entre cilindros estándar y músculos neumáticos. Solución _______ C-79
Ejercicio 16
Comportamiento de controles neumáticos
en caso de un corte de alimentación de energía. Solución ___________________ C-83
Índice
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Parte D – Anexo
Sistema de almacenamiento __________________________________________ D-2
Técnicas de fijación __________________________________________________ D-3
Tubos flexibles de material sintético ____________________________________ D-4
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El sistema para la enseñanza en materia de sistemas y técnica de automatización
industrial se rige por diversos planes de estudios y exigencias que plantean las
profesiones correspondientes. Los equipos didácticos están clasificados según los
siguientes criterios:
Equipos didácticos básicos para la adquisición de conocimientos tecnológicos
básicos generales
Equipos didácticos tecnológicos, que abordan temas de importancia sobre la
técnica de control y regulación
Equipos didácticos de funciones, que explican las funciones básicas de sistemas
automatizados
Equipos didácticos de aplicaciones, que permiten estudiar en circunstancias que
corresponden a la realidad práctica
Los equipos didácticos abordan los siguientes temas técnicos: neumática,
electroneumática, controles lógicos programables, hidráulica, electrohidráulica,
hidráulica proporcional y técnicas de accionamiento eléctrico.
Prólogo
Prólogo
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Los equipos didácticos tienen una estructura modular, por lo que es posible
dedicarse a aplicaciones que rebasan lo previsto por cada uno de los equipos
didácticos individuales. Por ejemplo, es posible trabajar con controles lógicos
programables para actuadores neumáticos, hidráulicos y eléctricos.
Todos los equipos didácticos tienen la misma estructura:
Hardware (equipos técnicos)
Teachware (material didáctico para la enseñanza)
Software
Seminarios
El hardware incluye componentes y equipos industriales que han sido adaptados
para fines didácticos.
La concepción didáctica y metodológica del «teachware» considera el hardware
didáctico ofrecido. El «teachware» incluye lo siguiente:
Manuales de estudio (con ejercicios y ejemplos)
Manuales de trabajo (con ejercicios prácticos, informaciones complementarias y
soluciones)
Transparencias para proyección y vídeos (para crear un entorno de formación
activo)
Los medios de estudio y enseñanza se ofrecen en varios idiomas. Fueron concebidos
para la utilización en clase, aunque también son apropiados para el estudio
autodidacta.
El software incluye programas de estudio en la red (WBT), software de simulación y
software de programación para controles lógicos programables.
Los contenidos que se abordan mediante los equipos didácticos tecnológicos se
completan mediante una amplia oferta de seminarios para la formación y el
perfeccionamiento profesional.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 9
El presente manual de trabajo forma parte del sistema para la enseñanza en materia
de sistemas y técnica de automatización industrial de Festo Didactic GmbH & Co. KG.
El sistema constituye una sólida base para la formación y el perfeccionamiento
profesional de carácter práctico.
El TP 220 es complemento de los equipos didácticos TP 201 y TP 202, agregando
temas básicos sobre actuadores neumáticos. Los contenidos didácticos se centran
en la selección y el dimensionado de diversos tipos de actuadores modernos,
considerando sus cualidades específicas y teniendo en cuenta diversos criterios de
economía y seguridad.
Para efectuar el montaje de los sistemas de control, debe disponerse de un puesto
de trabajo fijo, equipado con un panel de prácticas perfilado de Festo Didactic. El
panel perfilado tiene 14 ranuras en T paralelas a una distancia de 50 milímetros. La
fuente de corriente continua utilizada es una unidad de alimentación a prueba de
cortocircuitos (entrada: 230 V, 50 Hz; salida: 24 V, máx. 5 A). La alimentación de aire
comprimido puede estar a cargo de un compresor móvil con silenciador (230 V,
aprox. 50 l/min., máximo 800 kPa = 8 bar).
La presión de funcionamiento deberá ser, como máximo, de p = 600 kPa = 6 bar.
Para un funcionamiento óptimo, la presión de funcionamiento del sistema de control
deberá ser de máximo p = 500 kPa = 5 bar con aire sin lubricar.
Para realizar los ejercicios prácticos se necesitan componentes incluidos en los
conjuntos TP 101, TP 201 y TP 202.
La teoría necesaria para entender su funcionamiento consta en la parte B del
presente manual.
Además, se ofrecen hojas de datos correspondientes a todos los componentes
(cilindros, válvulas, aparatos de medición).
Introducción
Introducción
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© Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 11
Por motivos de seguridad, es recomendable respetar las siguientes indicaciones:
Los tubos flexibles que se sueltan estando sometidos a presión, pueden causar
accidentes. Por lo tanto, deberá desconectarse de inmediato la alimentación de
presión. Festo Didactic recomienda el uso de gafas protectoras al resolver las
tareas de los conjuntos didácticos TP 100 (neumática) y TP 200 (electroneumática).
Los tubos flexibles deberán tener la longitud apropiada para que la unión entre
dos conexiones sea la más corta posible.
Primero conectar los tubos flexibles y sólo a continuación conectar el aire
comprimido.
¡Atención!
Al conectar el aire comprimido, es posible que los cilindros avancen o retrocedan
inesperadamente
No accionar a mano las válvulas con rodillo. Utilice para ello una herramienta.
Los detectores de final de carrera deberán montarse lateralmente en relación con
la leva (no efectuar un montaje frontal).
No deberá superarse la presión máxima de funcionamiento (consultar hojas de
datos).
Montaje de los circuitos neumáticos:
Utilizar los tubos flexibles de 4 mm / 6mm de diámetro exterior para conectar los
componentes. Al hacerlo, introducir el racor hasta el tope. No es necesario
asegurarlo adicionalmente.
Antes del desmontaje, deberá desconectarse la alimentación de la presión.
Desmontaje de tubos flexibles neumáticos:
Presione sobre el anillo de desbloqueo de color azul para retirar el tubo flexible.
Deberán tenerse en cuenta las indicaciones correspondientes a cada
componente que constan en las hojas de datos.
Indicaciones de seguridad y utilización
Indicaciones de seguridad y utilización
12 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
Las placas de montaje de los equipos están dotadas con las variantes de fijación
A, B o C:
Variante A, sistema de retención por encastre
Para componentes ligeros, no sometidos a cargas (por ejemplo, válvulas de
vías). Los componentes se montan encajándolos en las ranuras de panel
perfilado. Para desmontar los componentes debe accionarse la leva azul.
Variante B, sistema giratorio
Componentes medianamente pesados sometidos a cargas bajas (por ejemplo,
actuadores). Estos componentes se sujetan al panel perfilado mediante tornillos
con cabeza de martillo. Para sujetar o soltar los componentes se utilizan las
tuercas moleteadas de color azul.
Variante C, sistema atornillado
Para componentes que soportan cargas altas o componentes que no se retiran
con frecuencia del panel perfilado (por ejemplo, válvula de cierre con unidad de
filtro y regulador). Estos componentes se fijan mediante tornillos de cabeza
cilíndrica y tuercas en T.
Para evaluar los sistemas de control montados, se utiliza el generador de
funciones. Este generador de funciones se utiliza con los siguientes fines:
– Medición los tiempos de los movimientos del actuador lineal y del actuador
giratorio
– Accionamiento de la válvula de respuesta rápida.
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El equipo didáctico tecnológico TP 200 incluye una gran cantidad de material
didáctico y de seminarios. Este equipo didáctico se dedica únicamente al tema de
los sistemas de control electroneumáticos. Los componentes individuales del
equipo didáctico TP 200 también pueden formar parte del contenido de otros
equipos didácticos.
Mesa de trabajo fija con panel perfilado de Festo Didactic
Compresor (230 V, 0,55 kW, máximo 800 kPa = 8 bar)
Conjuntos de elementos o componentes individuales
Material didáctico opcional
Modelos prácticos
Instalaciones de laboratorio completas
Material didáctico
Manuales de estudio Electroneumática, nivel básico.
Fundamentos de la técnica de control neumático
Manuales de trabajo Nivel básico TP 201
Nivel avanzado TP 202
Nivel avanzado TP 220
«Teachware» opcional Juegos de transparencias para proyección
Símbolos magnéticos, plantillas
Programa de estudio Electroneumática
Modelos seccionados 1 + 2 con estuches para su
almacenamiento
Software de simulación FluidSIM®
Neumática
Software de medición Fluid Lab®
-P
Equipo didáctico tecnológico para electroneumática (TP 200)
Componentes esenciales
del TP 200
Equipo didáctico tecnológico para electroneumática (TP 200)
14 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
Seminarios
P111 Fundamentos de la neumática y de la electroneumática
P121 Reparación y localización de fallos en instalaciones neumáticas y
electroneumáticas
IW-PEP Reparación y mantenimiento de sistemas de control. Controles neumáticos y
electroneumáticos
EP-AL Electroneumática para la formación profesional
KONST1 Configuración eficiente de equipos en términos energéticos. Parte 1
KONST2 Configuración eficiente de equipos en términos energéticos. Parte 2
Las fechas y lugares de los seminarios, así como los precios de los cursos constan
en el folleto actualizado del plan de seminarios.
Los materiales didácticos disponibles constan en los catálogos y en Internet. Los
equipos didácticos de la tecnología de automatización industrial se actualizan y
amplían constantemente. Los juegos de transparencias, las películas, los CD-ROM y
DVD y los manuales se ofrecen en varios idiomas.
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Configuración de una red de aire comprimido
Dimensionamiento de la parte funcional neumática
La velocidad de los movimientos en función de los tubos flexibles y racores
seleccionados
Reducción de costos mediante presiones diferentes para el avance y el retroceso
Reducción de costos evitando fugas
Características de los movimientos de actuadores lineales
Cálculo de momentos de inercia de las masas
Características de los movimientos de actuadores giratorios
Funcionamiento, activación y selección de músculos neumáticos
Comparación entre cilindros estándar y músculos neumáticos
Comportamiento de sistemas de control neumáticos en caso de un corte de
alimentación de energía
Objetivos didácticos del nivel avanzado (TP 220)
16 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
Ejercicio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Objetivos didácticos
Los estudiantes saben cómo dimensionar
redes de aire comprimido •
Los estudiantes conocen la influencia que
la configuración de la red de aire
comprimido en el fluido constituido por
aire comprimido
•
Los estudiantes saben utilizar diagramas
para dimensionar la parte funcional de un
determinado control neumático
• • •
Los estudiantes saben utilizar
nomogramas para dimensionar los tubos
flexibles conectados a cilindros
•
Los estudiantes conocen la influencia que
tienen los racores en la velocidad de los
movimientos de un cilindro
•
Los estudiantes conocen la influencia que
tienen la longitud y el diámetro de los
tubos flexibles en la velocidad de los
movimientos de un cilindro
•
Los estudiantes saben que utilizando
presiones diferentes para el avance y el
retroceso, es posible disminuir el consumo
de aire comprimido
•
Los estudiantes conocen las
consecuencias que tienen las fugas en
relación con los costos
•
Los estudiantes conocen los parámetros
que inciden en las características de los
movimientos de cilindros
•
Los estudiantes saben adoptar medidas
de optimización, dependiendo de cada
aplicación
•
Los estudiantes conocen la diferencia
entre estrangulamiento del aire de
alimentación y del aire de escape
•
Los estudiantes conocen diversos tipos de
amortiguación en las posiciones finales •
Los estudiantes saben utilizar el software
para seleccionar amortiguadores para una
aplicación determinada
•
Atribución de ejercicios en función de los objetivos didácticos
Atribución de ejercicios en función de los objetivos didácticos
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Ejercicio 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Objetivos didácticos
Los estudiantes pueden calcular los
momentos de inercia de las masas de
diversos cuerpos, utilizando una
herramienta de software
•
Los estudiantes conocen la importancia
que tiene el momento de inercia de las
masas cuando se eligen actuadores
giratorios
•
Los estudiantes conocen los parámetros
que inciden en las características de los
movimientos de actuadores giratorios
•
Los estudiantes conocen la estructura y el
funcionamiento del músculo neumático •
Los estudiantes pueden nombrar
aplicaciones típicas del músculo
neumático
•
Los estudiantes pueden seleccionar un
músculo neumático para una aplicación
específica, utilizando la correspondiente
herramienta de software
•
Los estudiantes conocen las ventajas y
desventajas de los músculos neumáticos •
Los estudiantes pueden evaluar el
comportamiento de controles neumáticos
en caso de un corte de la alimentación de
energía
•
Los estudiantes conocen diversas
condiciones marginales en una situación
de PARADA DE EMERGENCIA
•
Los estudiantes saben cómo utilizar
válvulas reguladoras desbloqueables en
sistemas de control
•
Los estudiantes conocen las
consecuencias que tienen los errores en
sistemas de control neumáticos
•
18 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
Los componentes incluidos en este equipo didáctico de nivel avanzado fueron
concebidos para el perfeccionamiento profesional en materia de la técnica de
control electroneumática. Los conjuntos de los equipos didácticos (TP 201, TP 202 y
TP 202) contienen todos los componentes necesarios para alcanzar los objetivos
didácticos definidos y pueden ampliarse ilimitadamente con otros conjuntos de
componentes del sistema para la enseñanza de la técnica de automatización.
Denominación N° de art. Cantidad
Electroválvula de 3/2 vías, normalmente cerrada, válvula de respuesta
rápida
544312 1
Electroválvula de 5/3 vías, centro cerrado 541132 1
Válvula reguladora, doble 548634 2
Depósito de aire comprimido 152912 1
Válvula de cierre con unidad de filtro y regulador 152894 1
Generador de funciones 544315 1
Peso, 0,175 kg 548581 2
Peso, 2 kg 548582 1
Piezas pequeñas complementarias 544316 1
Tubo flexible de material sintético 3 x 0,5, 5 m 197118 1
Tubo flexible de material sintético 4 x 0,75, 10 m 151496 1
Tubo flexible de material sintético 6 x 1, 5 m 152963 1
Actuador lineal 548641 1
Detector de posición, electrónico 548589 1
Músculo neumático 544311 1
Actuador giratorio 544313 1
Componentes del nivel avanzado (TP 220)
Conjunto de componentes
del nivel avanzado
(TP 220;
Nº de artículo: 541184)
Componentes del nivel avanzado (TP 220)
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 19
Piezas pequeñas complementarias (544316)
Denominación N° de art. Cantidad
Racor rápido roscado, con bloqueo, para diámetro exterior del tubo
flexible de 6 mm
153420 1
Racor rápido en T, para diámetro exterior del tubo flexible de 4 mm 153366 2
Racor rápido en T, reductor,
doble para diámetro exterior del tubo flexible de 6 mm y
simple para diámetro exterior del tubo flexible de 4 mm
153369 1
Racor rápido,
para diámetro exterior del tubo flexible de 6 mm
153325 1
Racor rápido con casquillo enchufable reductor,
casquillo de diámetro exterior de 4 mm,
para diámetro exterior del tubo flexible de 3 mm
153328 4
Racor rápido en L con casquillo enchufable,
casquillo de diámetro exterior de 4 mm,
para diámetro exterior del tubo flexible de 4 mm
153347 4
Casquillo enchufable reductor,
casquillo de diámetro exterior de 6 mm y
casquillo de diámetro exterior de 4 mm
153257 1
Casquillo enchufable,
casquillo de diámetro exterior de 4 mm
153251 2
Componentes del nivel avanzado (TP 220)
20 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
Denominación Símbolo
Electroválvula de 3/2 vías,
normalmente cerrada,
válvula de respuesta rápida
2
1M131
1M1
Válvula de 5/3 vías, centro
cerrado
24
35
14 12
1
1M1
1M1
1M2
1M2
Válvula reguladora, doble
1 2
Depósito de aire comprimido
Válvula de cierre con unidad de
filtro y regulador
2
31
Generador de funciones con
contador y cronómetro
G
Símbolos de los
componentes
Componentes del nivel avanzado (TP 220)
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 21
Denominación Símbolo
Peso m
Actuador lineal
Detector de posición, electrónico
Músculo neumático
Actuador giratorio
Símbolos de los
componentes
(continuación)
22 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
Nota
Las tareas 1 hasta 5 y 7, 8, 10, 11 y 14 son tareas de teoría, en las que deben
hacerse cálculos, algunos de ellos utilizando herramientas de software.
Ejercicios 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Componentes
Electroválvula de 3/2 vías, normalmente
cerrada, válvula de respuesta rápida
1 1
Válvula de 5/3 vías, centro cerrado 1
Válvula reguladora, doble 1 2
Depósito de aire comprimido 1 1
Válvula de cierre con unidad de filtro y
regulador
1 1 1 1 1 1
Generador de funciones con contador y
cronómetro
1 1 1 1
Peso, 0,175 kg 2
Peso, 2 kg 1
Actuador lineal 1 1 1
Detector de posición, electrónico 1
Músculo neumático 1 1
Actuador giratorio 1
Atribución de componentes en función de los ejercicios
Componentes de TP 220
Atribución de componentes en función de los ejercicios
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 23
Ejercicios 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Componentes
2 electroválvulas de 3/2, cerradas en
posición normal
1
Electroválvula de 5/2 vías biestable 1 1 1 1
Electroválvula de 5/2 vías 1
Cilindro de doble efecto 2 2 1
Regulador de caudal 2 2
Sensor de presión 1 1
Cilindro de simple efecto 1
Válvula de cierre con unidad de filtro y
regulador
1 1
Detector de posición, electrónico 2 2 2
Relé triple 1 1 1 1 1 1
Entrada de señales eléctricas 1 1 1 1 1 1
Bloque distribuidor 1 1 1 1 1 1
Ejercicios 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Componentes
Pulsador de PARADA DE EMERGENCIA 1
Válvula antirretorno desbloqueable 2
Ejercicios 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Componentes
Válvula reguladora de presión, con
manómetro
1 1
Manómetro 2
Componentes de TP 201
Componentes de TP 202
Componentes de TP 101
24 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
Objetivos didácticos
El objetivo didáctico general del manual de ejercicios es el de enseñar a
dimensionar la parte funcional neumática, demostrar el comportamiento de
actuadores neumáticos y la seguridad de controles electroneumáticos en caso
de un corte de la alimentación de energía. La interacción directa entre la teoría y
la práctica asegura un rápido progreso de los estudios. Los objetivos didácticos
detallados constan en la tabla matricial. Los objetivos didácticos concretos e
individuales están relacionados con cada ejercicio específico.
Asignación aproximada de tiempo
El tiempo necesario para desarrollar los ejercicios depende de los conocimientos
previos de los alumnos. Con una formación previa como mecánico o electricista,
la duración es de aproximadamente una semana. Con una formación previa
como técnico o ingeniero, deben preverse más o menos dos días.
Componentes necesarios
Las tareas y los componentes se corresponden. Para las tareas 6, 9, 12, 13, 15 y
16 se necesitan los componentes del nivel avanzado TP 220. Los elementos
adicionales necesarios para configurar los sistemas de control correspondientes
a los niveles básicos TP101 y TP 201 y al nivel avanzado TP 202 constan en el
esquema matricial que muestra los componentes y las tareas. Todas las tareas
de los ejercicios del nivel avanzado pueden resolverse efectuando el montaje
necesario en un panel de prácticas perfilado.
Tareas de teoría
Las tareas 1 hasta 5 y 7, 8, 10, 11 y 14 son tareas de teoría en las que deben
realizarse cálculos, algunos de ellos utilizando herramientas de software.
Información didáctica para el instructor
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La estructura metódica es la misma para los 16 ejercicios.
Los ejercicios están organizados de la siguiente manera:
Título
Objetivos didácticos
Descripción del problema
Esquema de situación
Tarea a resolver
Hojas de trabajo
Las soluciones propuestas en la parte C están organizadas de la siguiente manera:
Descripción de la solución
Esquema de distribución
Estructura metódica de los ejercicios
26 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
Los nombres de los componentes incluidos en los esquemas de distribución siguen
la norma DIN-ISO 1219-2. Todos los componentes incluidos en un circuito llevan el
mismo número principal de identificación. Dependiendo del componente específico,
se agregan letras de identificación. Si un circuito incluye varios componentes
iguales, éstos están numerados correlativamente. Los ramales sometidos a presión
están identificados con la letra P y se numeran por separado.
Cilindros: 1A1, 2A1, 2A2, ...
Válvulas: 1V1, 1V2, 1V3, 2V1, 2V2, 3V1, ...
Bobinas : 1M1, 1M2, 2M1, ...
Detectores: 1B1, 1B2, ...
Señales de entrada: 1S1, 1S2, ...
Accesorios: 0Z1, 0Z2, 1Z1, ...
Ramales de presión: P1, P2, ...
Denominación de los componentes
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El CD-ROM de compañamiento incluye material didáctico complementario. Los
archivos de formato pdf contienen las partes A (ejercicios) y C (soluciones).
Contenido del CD-ROM:
Instrucciones de utilización
Hojas de datos
Aplicaciones industriales
Herramientas de software
Vídeos
Instrucciones para la utilización apropiada de los diversos componentes incluidos
en el equipo didáctico. Estas instrucciones son útiles al efectuar el montaje y poner
en funcionamiento los respectivos componentes.
Las hojas de datos correspondientes al equipo didáctico están guardadas en
archivos con formato pdf.
Se ofrecen representaciones gráficas de aplicaciones industriales. Estas gráficas
pueden ilustrar algunas de las tareas contenidas en el manual. Pueden utilizarse,
por ejemplo, para completar las presentaciones de los proyectos.
Las herramientas de software que son necesarias para solucionar algunas tareas,
están incluidas en el CD-ROM.
Nota
Para actualizar el software y para acceder a otras herramientas de software, acuda
en Internet a:
www.festo.com Ingeniería Selección y dimensionamiento
El material didáctico del equipo tecnológico se completa con vídeos de aplicaciones
industriales. Las breves secuencias muestran la utilización de los componentes en
aplicaciones industriales reales.
Contenido del CD-ROM
Instrucciones de utilización
Hojas de datos
Aplicaciones industriales
Herramientas de software
Videos
28 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 A-1
Ejercicio 1
Configuración de una red de aire comprimido (teoría) ________________________ 3
Ejercicio 2
Dimensionado de la parte neumática funcional (teoría) _______________________ 9
Ejercicio 3
Dimensionado de la parte neumática funcional en función de
la duración necesaria de los movimientos (teoría) __________________________ 15
Ejercicio 4
Dimensionado de cilindros en función de la velocidad necesaria
y de la presión existente (teoría) ________________________________________ 23
Ejercicio 5
Dimensionado de los tubos de conexión de cilindros (teoría) _________________ 27
Ejercicio 6
Análisis de la velocidad de los movimientos de actuadores lineales (práctica) ___ 33
Ejercicio 7
Reducción de costos mediante presiones diferentes
para avance y retroceso (teoría) _________________________________________ 53
Ejercicio 8
Reducción de costos evitando fugas (teoría) ______________________________ 59
Ejercicio 9
Análisis de los movimientos de actuadores lineales (práctica) ________________ 63
Ejercicio 10
Descripción de la amortiguación de final de carrera
de actuadores lineales (teoría) __________________________________________ 81
Ejercicio 11
Cálculo de momentos de inercia de las masas (teoría) _______________________ 87
Ejercicio 12
Análisis de los movimientos de actuadores giratorios (práctica) _______________ 93
Ejercicio 13
Descripción del funcionamiento y de la activación del
músculo neumático (práctica) _________________________________________ 107
Ejercicio 14
Selección de un músculo neumático (teoría) _____________________________ 119
Ejercicio 15
Comparación entre cilindros estándar y músculos neumáticos (práctica) _______ 123
Ejercicio 16
Comportamiento de controles neumáticos en caso
de un corte de alimentación de energía (práctica) _________________________ 133
Parte A – Ejercicios
A-2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 A-3
Los estudiantes
– saben cómo dimensionar redes de aire comprimido
– conocen la influencia que tiene la configuración de la red de aire comprimido en
el rendimiento de un sistema neumático
La finalidad de una red de aire comprimido de óptima configuración consiste en
hacer llegar el aire comprimido de modo óptimo hasta las unidades consumidoras.
Es decir,
• sin que se reduzca su calidad (agua, óxido, partículas de suciedad, etc.),
• sin que disminuya la cantidad de aire (fugas) y
• sin pérdidas de presión (dimensiones demasiado pequeñas).
Ello significa que debe hacerse todo lo posible para que el aire comprimido
generado en el compresor y debidamente preparado, llegue hasta las unidades
consumidoras sin sufrir modificaciones. Para garantizar una distribución fiable y
correcta del aire, deben tenerse en cuenta varios aspectos. En ese sentido, las
dimensiones de la red de tuberías tiene la misma importancia que el material
utilizado, las resistencias al flujo, el tendido correcto y el mantenimiento.
Tratándose de una instalación nueva, siempre debe considerarse la posibilidad de
un posible mayor consumo de aire y, por lo tanto, una posterior ampliación de la
red. Las dimensiones de la tubería principal, definidas según la demanda de aire
actual, deberían prever ese posible mayor consumo en el futuro. La futura
ampliación es sencilla si originalmente se instalaron tapones ciegos y válvulas de
bloqueo.
Representación esquemática de una red de aire comprimido
Ejercicio 1 Configuración de una red de aire comprimido (teoría)
Objetivos didácticos
Descripción del problema
Esquema de situación
Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido (teoría)
A-4 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
1. Determine el diámetro de las tuberías utilizando para ello el nomograma.
2. Determine las resistencias en la red de aire comprimido en función de las
longitudes equivalentes.
3. Determine la longitud total de la red de aire comprimido.
Tareas a resolver
Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido (teoría)
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 A-5
Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido
Nombre: Fecha:
Valores conocidos de la red de aire comprimido Hoja 1 de 4
Consumo actual = 1000,0 m3/h
Aumento planificado = 50 % = 500,0 m3/h
Fugas máximas admisibles = 10 % = 150,0 m3/h
Consumo total = 1650,0 m3/h
Presión de funcionamiento mín. = 700,0 kPa
Caída admisible de la presión Δp = 10,0 kPa
Longitud total de la red principal = 400,0 m
Es necesario determinar las longitudes equivalentes de las resistencias:
• Codos normales (90°) 30 unidades
• Empalmes en T 20 unidades
• Correderas o válvulas de bola 20 unidades
• Válvulas de paso 5 unidades
Valores conocidos
Resistencias en la tubería
principal
Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido (teoría)
A-6 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido
Nombre: Fecha:
Determinación del diámetro del tubo Hoja 2 de 4
Paso 1
– Determine el diámetro provisional recurriendo al nomograma "Determinación del
diámetro del tubo".
Instrucciones para el uso del nomograma "Determinación del diámetro del tubo"
1. Dibuje una recta desde el eje A (longitud del tubo) hasta el eje B (caudal).
2. Prolongue la recta hasta que se cruce con el eje 1 (C).
3. Dibuje una segunda recta desde el eje E (presión de funcionamiento) hasta el eje
G (pérdida de presión). Así se obtiene un punto de intersección en el eje 2 (F).
4. Dibujando una tercera recta, una los puntos de intersección de los ejes 1 y 2.
Esta tercera recta atraviesa el eje D (diámetro interior del tubo).
Diámetro provisional = ............ mm
Paso 2
– Determine las longitudes equivalentes de las resistencias, recurriendo al
nomograma "Determinación de longitudes sustitutivas". Utilice como valor del
diámetro el diámetro provisional que obtuvo en el paso 1.
Codo normal (90°) 30 unidades de ............ m = ............ m
Piezas en T 20 unidades de............ m = ............ m
Correderas o válvulas de bola 20 unidades de............ m = ............ m
Válvulas de paso 5 unidades de............ m = ............ m
Longitud equivalente total = ............ m
Longitud total = ............ m
Paso 3
– Determine el diámetro definitivo recurriendo al nomograma "Determinación del
diámetro del tubo".
Diámetro definitivo = ............ mm
Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido (teoría)
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 A-7
Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido
Nombre: Fecha:
Nomograma "Determinación del diámetro del tubo" Hoja 3 de 4
5000
100
10
1,0
0,5
0,1
0,05
50
500
250
2015
1,5
0,7
0,4
0,2
0,15
0,07
0,03
0,04
0,3
7
3
2
40
70
150
200
300
400
200
500
2000
5000
10000
2000
1000
500
200
100
50
20
10
A B D FC E G
1000
100
4
5
10
20
50
100
25
15
20
30
10
Pérdida de presión[10 kPa (bar)]
2
Longitud del tubo [m]
Caudal [m /h]3
Diámetro deltubo [mm] Eje 2
Eje 1
Presión defuncionamiento[10 kPa (bar)]
2
Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido (teoría)
A-8 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido
Nombre: Fecha:
Nomograma "Determinación de longitudes sustitutivas" Hoja 4 de 4
2015
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,8
1
2
3
4
5
6
8
10
20
30
40
50
60
m
80
30 40 50 60 80 100 150 200 mm 400
1 1,5 2 3 4 5 7 8 9 10 12 Pulgada6
C
B
A
Lon
git
ud
eq
uiv
ale
nte
2
5
4
1
3
Diámetro nominal
1: Válvula de paso; 2: Válvula angular: 3: Pieza en T; 4: Corredera; 5: Codo normal
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 C-1
Ejercicio 1
Configuración de una red de aire comprimido. Solución _____________________ C-3
Ejercicio 2
Dimensionado de la parte neumática funcional. Solución ____________________ C-7
Ejercicio 3
Dimensionado de la parte neumática funcional en función de la duración necesaria
de los movimientos. Solución __________________________________________ C-11
Ejercicio 4
Dimensionado de cilindros en función de la velocidad necesaria
y de la presión existente. Solución ______________________________________ C-17
Ejercicio 5
Dimensionado de los tubos de conexión de cilindros. Solución ______________ C-19
Ejercicio 6
Análisis de la velocidad de los movimientos de actuadores lineales. Solución __ C-23
Ejercicio 7
Reducción de costos mediante presiones diferentes
para avance y retroceso. Solución ______________________________________ C-37
Ejercicio 8
Reducción de costos evitando fugas. Solución ____________________________ C-41
Ejercicio 9:
Análisis de los movimientos de actuadores lineales. Solución _______________ C-43
Ejercicio 10
Descripción de la amortiguación de final de carrera
de actuadores lineales. Solución _______________________________________ C-55
Ejercicio 11
Cálculo de momentos de inercia de las masas. Solución ____________________ C-59
Ejercicio 12
Análisis de los movimientos de actuadores giratorios. Solución ______________ C-63
Ejercicio 13
Descripción del funcionamiento y de la activación
del músculo neumático. Solución ______________________________________ C-71
Ejercicio 14
Selección de un músculo neumático. Solución ____________________________ C-77
Ejercicio 15
Comparación entre cilindros estándar y músculos neumáticos. Solución _______ C-79
Ejercicio 16
Comportamiento de controles neumáticos
en caso de un corte de alimentación de energía. Solución ___________________ C-83
Parte C-– Soluciones
C-2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 C-3
Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido
Nombre: Fecha:
Valores conocidos de la red de aire comprimido Hoja 1 de 4
Consumo actual = 1000,0 m3/h
Aumento planificado = 50 % = 500,0 m3/h
Fugas máximas admisibles = 10 % = 150,0 m3/h
Consumo total = 1650,0 m3/h
Presión de funcionamiento mín. = 700,0 kPa
Caída admisible de la presión Δp = 10,0 kPa
Longitud total de la red principal = 400,0 m
Es necesario determinar las longitudes equivalentes de las resistencias:
• Codos normales (90°) 30 unidades
• Empalmes en T 20 unidades
• Correderas o válvulas de bola 20 unidades
• Válvulas de paso 5 unidades
Ejercicio 1 Configuración de una red de aire comprimido. Solución
Valores conocidos
Resistencias en la tubería
principal
Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido. Solución
C-4 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido
Nombre: Fecha:
Determinación del diámetro del tubo Hoja 2 de 4
Pasos a dar para obtener la configuración óptima de la red de aire comprimido
Paso 1
– Determine el diámetro provisional recurriendo al nomograma "Determinación del
diámetro del tubo".
Diámetro provisional = 120 mm
Paso 2
– Determine las longitudes equivalentes de las resistencias, recurriendo al
nomograma "Determinación de longitudes sustitutivas". Utilice como valor del
diámetro el diámetro provisional que obtuvo en el paso 1.
Codo normal (90°) 30 unidades de 1,6 m = 48,0 m
Piezas en T 20 unidades de 16,0 m = 320,0 m
Correderas o válvulas de bola 20 unidades de 2,3 m = 46,0 m
Válvulas de paso 5 unidades de 49,0 m = 246,0 m
Longitud equivalente total = 660,0 m
Longitud total = 1060,0 m
Paso 3
– Determine el diámetro definitivo recurriendo al nomograma "Determinación del
diámetro del tubo".
Diámetro definitivo = 140 mm
Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido. Solución
© Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881 C-5
Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido
Nombre: Fecha:
Nomograma "Determinación del diámetro del tubo" Hoja 3 de 4
5000
100
10
1,0
0,5
0,1
0,05
50
500
250
2015
1,5
0,7
0,4
0,2
0,15
0,07
0,03
0,04
0,3
7
3
2
40
70
150
200
300
400
200
500
2000
5000
10000
2000
1000
500
200
100
50
20
10
A B D FC E G
1000
100
4
5
10
20
50
100
25
15
20
30
10
Pérdida de presión[10 kPa (bar)]
2
Longitud del tubo [m]
Caudal [m /h]3
Diámetro deltubo [mm] Eje 2
Eje 1
Presión defuncionamiento[10 kPa (bar)]
2
Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido. Solución
C-6 © Festo Didactic GmbH & Co. KG • 559881
Ejercicio 1: Configuración de una red de aire comprimido
Nombre: Fecha:
Nomograma "Determinación de longitudes sustitutivas" Hoja 4 de 4
2015
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,8
1
2
3
4
5
6
8
10
20
30
40
50
60
m
80
30 40 50 60 80 100 150 200 mm 400
1 1,5 2 3 4 5 7 8 9 10 126
C
B
A
2
5
4
1
3
Pulgada
Lon
git
ud
eq
uiv
ale
nte
Diámetro nominal
1: Válvula de paso; 2: Válvula angular: 3: Pieza en T; 4: Corredera; 5: Codo normal