VENEZUELA
Abril 2015
CONTROLADORES INDUSTRIALES CONTROLADORES NEUMÁTICOS APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA
N° 002
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EDITORIAL Hoy
en día la mayoría de los procesos industriales automatizados emplean controladores neumáticos, especialmente aquellas industrias de fabricación que requieren ejecutar procesos a grandes velocidades y en su desarrollo tienen que realizar numerosos movimientos para lograr el objetivo deseado en cada caso. Del mismo modo, se presenta el factor seguridad dentro de los procesos, pues no se trata solamente de implementar herramientas, dispositivos o instrumentos que lleven a cabo las tareas en el menor tiempo posible; sino de tomar en cuenta el peligro que estos pueden representar. En lo que respecta a los controladores neumáticos este factor no afecta directamente, puesto que son instrumentos que trabajan con el aire, cuyo recurso abunda en la naturaleza y no posee ninguna característica inflamable. Los Editores
CONTENIDO Equipo Editorial
Director Editorial Rosangi Rojas Director Asociado Yddany Palma Maquetación Rosangi Rojas
Documentación Rosangi Rojas Colaborador Arquímedes Andérico Institución Universidad de Oriente
CEG-ACPI
N° pág. Editorial . . . . . . . . . . . . . . . .
01
Prólogo . . . . . . . . . . . . . . . . .
03
Controladores Industriales . .
04
Controladores Neumáticos . .
05
Controlador Fuerza/Distancia
07
Controlador Fuerza/Balance .
09
Aplicación en la Industria . . .
11
Cierre . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Conclusiones . . . . . . . . . . . .
16
Referencias . . . . . . . . . . . . . .
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PRÓLOGO
CONTROLADORES “Poseen importancia en los diversos procesos industriales”
Los
sistemas neumáticos se utilizan mucho en la automatización de la maquinaria de producción y en el campo de los controladores automáticos. Por ejemplo, los circuitos neumáticos que convierten la energía del aire comprimido en energía mecánica.
A su vez los controladores neumáticos se utilizan para regular las variables de proceso tales como temperatura, presión, caudal y nivel del líquido en la industria, producción de energía y arquitectura de aplicaciones de control de clima. Fueron introducidos a principios del siglo XX para modular las válvulas neumáticas de membrana
que fueron implementadas en las refinerías de petróleo y plantas químicas, debido a sus características de seguridad intrínseca en ambientes explosivos. Ellos son excepcionalmente fiables y todavía se utilizan ampliamente, incluso con el predominio actual de los controles electrónicos. En la presente edición se le brindará una visión más amplia de los controladores neumáticos proporcionales, estos solo cuentan con dos tipos aplicables en la industria y pueden llevar a cabo actividades y controles importantes en los diversos procesos industriales. 03
CONTROLADORES INDUSTRIALES
por Katsuhiko Ogata “Los controladores neumáticos proporcionales con ganancias muy altas funcionan como controladores de dos posiciones y, en ocasiones, se denominan controladores neumáticos de dos posiciones.”
La mayoría de los controladores
industriales emplean como fuente de energía la electricidad o un fluido presurizado, como el aceite o el aire. Los controladores también pueden clasificarse, según el tipo de energía que utilizan en su operación, como neumáticos, hidráulicos o eléctricos. El tipo de controlador que se use debe decidirse basándose en la naturaleza
de la planta y las condiciones de operación, incluyendo consideraciones tales como seguridad, costo, disponibilidad, fiabilidad, precisión, peso y tamaño. En un sistema de control de dos posiciones, el elemento de actuación solo tiene dos posiciones fijas, que, en muchos casos, son simplemente encendido y apagado. El control de dos posiciones o de encendido y apagado es relativamente simple y barato. Razón por la cual su uso es extendido en sistemas de control tanto industriales como domésticos. Es común que los controladores de dos posiciones sean dispositivos eléctricos, en cuyo caso se usa extensamente una válvula eléctrica operada por solenoides. 04
CONTROLADORES NEUMÁTICOS Los
sistemas neumáticos se usan mucho en la automatización de máquinas y en el campo de los controladores automáticos. Los circuitos neumáticos que convierten la energía del aire comprimido en energía mecánica tienen un amplio campo de aplicación (martillos y herramientas neumáticas, dedos de robots, etc.) por la velocidad de reacción de los actuadores y por no necesitar un circuito de retorno del aire.
Los controladores neumáticos son
sistemas que utilizan el aire u otro gas como medio para la transmisión de señales y/o potencia. Dentro del campo de la neumática la tecnología se ocupa, sobre todo, de la aplicación del aire comprimido en la automatización industrial (ensamblado, empaquetado, etc.). 05
CONTROLADORES NEUMÁTICOS En los sistemas neumáticos, el
movimiento del émbolo de los cilindros de los actuadores es más rápido que en los mecanismos hidráulicos. (Por ejemplo, el taladro y el martillo neumático, responden muy bien a las exigencias requeridas en estos casos). Un circuito neumático básico puede representarse mediante el siguiente diagrama funcional.
por Ramírez Moscoso y Vargas Aguilar “En la industria se usan dos tipos de controladores neumáticos, el denominado de fuerza-distancia y el de fuerzabalance. Sin tomar en cuenta qué tan distintos parezcan los controladores neumáticos industriales, un estudio cuidadoso mostrara la estrecha similitud en las funciones del circuito neumático.”
Los
circuitos neumáticos utilizan aire sometido a presión como medio para transmitir fuerza. Este aire se obtiene directamente de la atmósfera, se comprime y se prepara para poder ser utili-zado en los circuitos.
Los
actuadores neumáti-
cos son dispositivos que convierten la energía neumática en energía mecánica y pueden ser de dos tipos: cilindro neumático (para movimientos lineales) y motor neumático (para movimiento rotatorio continuo). 06
CONTROLADORES NEUMร TICOS PROPORCIONALES (DE TIPO FUERZA-DISTANCIA)
El funcionamiento de este tipo de controladores se describe a continuaciรณn: La Ilustraciรณn 2 (A) muestra un diagrama esquemรกtico de un controlador
proporcional, este contiene: un amplificador de tobera-aleta, un amplificador de tipo relevador neumรกtico y una vรกlvula de diafragma. La presiรณn trasera de la tobera determina la posiciรณn de la vรกlvula de diafragma para el amplificador de tipo relevador neumรกtico, que es capaz de manejar una cantidad grande de flujo de aire.
A
B
C
En la mayor parte de los controladores neumรกticos, se emplea algรบn tipo
de realimentaciรณn neumรกtica. La realimentaciรณn de la salida neumรกtica reduce la cantidad de movimiento real de la aleta. En lugar de montar la aleta en un punto fijo, como se aprecia en la Ilustraciรณn 2. (B), suele colocarse como pivote en los fuelles de realimentaciรณn, como se observa en la Ilustraciรณn 2 (C).
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CONTROLADORES NEUMÁTICOS PROPORCIONALES (DE TIPO FUERZA-DISTANCIA)
La cantidad de realimentación se regula introduciendo un enlace variable entre el fuelle de realimentación y el punto de conexión de la aleta. A su vez la aleta se convierte en un enlace flotante. Se mueve tanto por la señal de error como por la señal de realimentación. La señal de entrada para el amplificador neumático de dos etapas es la señal de error. El incremento en la señal de error mueve la aleta hacia la izquierda. Este movimiento, a su vez, aumenta la presión trasera de la tobera y la válvula de diafragma se mueve hacia abajo, esto provoca un aumento en la presión de control. Este incremento provoca que el fuelle F se expanda y mueva la aleta hacia la derecha, con lo cual se abre la tobera. Debido a esta realimentación, el desplazamiento de toberaaleta es muy pequeño, pero el cambio en la presión de control puede ser grande.
por Katsuhiko Ogata “…El principio de realimentación se usa con frecuencia para obtener controladores de banda proporcional amplia…”
Debe
señalarse que la operación
adecuada del controlador requiere que el fuelle de realimentación mueva la aleta menos que el movimiento provocado por la pura señal de error. (Si estos dos movimientos son iguales, no se producirá una acción de control). Los controladores neumáticos que no tienen mecanismos de realimentación (lo que significa que un extremo de la aleta esta fijo) tienen una alta sensibilidad y se denominan controladores neumáticos de dos posiciones o controladores neumáticos de encendido y apagado. por Katsuhiko Ogata
“En semejante tipo de controlador, solo se requiere de un pequeño movimiento entre la tobera y la aleta para generar un cambio completo de la presión de control máxima a la mínima.” 08
CONTROLADORES NEUMร TICOS PROPORCIONALES (DE TIPO FUERZA-BALANCE)
En
la Ilustraciรณn se muestra un
diagrama esquemรกtico de un controlador neumรกtico proporcional de fuerza-balance. Los controladores de fuerza-balance se usan ampliamente en la industria. Se les conoce como controladores apilados.
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CONTROLADORES NEUMÁTICOS PROPORCIONALES (DE TIPO FUERZA-BALANCE)
A
por Katsuhiko Ogata continuación consideramos
el principio del controlador de fuerza - balance. En el contro-lador de la Ilustración, la presión de la entrada de referencia Pr y la presión de salida Po se alimentan hacia grandes cámaras de diafragma.
“…El principio de operación básico no es diferente del que emplea el controlador de fuerza-distancia. La principal ventaja del controlador fuerza-balance es que elimina muchos enlaces mecánicos y uniones de pivote, con lo cual reduce los efectos de la fricción.”
por Katsuhiko Ogata “Un controlador neumático de fuerza balance solo opera sobre señales de presión. Por lo tanto, es necesario convertir la entrada de referencia y la salida del sistema en las señales de presión correspondientes al igual que en el caso del controlador de fuerzadistancia, este controlador emplea una aleta, una tobera y algunos orificios.”
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APLICACIONES DE LOS CONTROLADORES NEUMÁTICOS EN LA INDUSTRIA
En la industria, los sistemas neumáti-
cos tienen variadas aplicaciones. Hoy en día se emplean muchas herramientas de ese tipo, incluidas el taladro del dentista, y la muy conocida y ruidosa perforadora neumática, máquinas para ajustar las tuercas de las ruedas, etc.
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APLICACIONES DE LOS CONTROLADORES NEUMÁTICOS EN LA INDUSTRIA La cantidad de aplicaciones se ve aumentada constantemente debido a la investigación y desarrollo de nuevas tecnologías. La constante evolución de la electrónica e informática favorece la ampliación de las posibilidades de aplicación de los controladores neumáticos.
Un criterio muy importante es la existencia de compresor, si este existe la elección del sistema neumático tiene muchas más posibilidades. Esto es especialmente importante para procesos de especialización no técnicos tales como la agricultura, jardinería, etc.
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LOS CONTROLADORES
NEUMÁTICOS SE APLICAN EN… Agricultura y Explotación Forestal
Producción de Energía Química y Petrolífera
Producción de Plástico
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LOS CONTROLADORES
NEUMÁTICOS SE APLICAN EN… Industria de Aviación
Industria Metalúrgica Industria Maderera
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CIERRE Los
controladores neumáticos simplifican en muchos casos el esfuerzo técnico que implica la realización de máquinas especiales y sistemas auxiliares. Los costos de inversión, relativamente reducidos, son los motivos principales para construir una maquina especial, un dispositivo auxiliar, etc. La mecanización y manipulación de las piezas, así como la automatización en relación con las funciones de un mando común, producen un gran número de estaciones de trabajo completa o parcialmente automáticas, pudiéndose llegar a sistemas de producción completamente neumáticos. También se pueden utilizar otros tipos de energía, ya que las señales de mando pueden ser tratadas por convertidores. El accionamiento neumático es aplicable a todas las partes de la producción que se caracterizan por sus movimientos lineales. Estos movimientos lineales, sobre todo movimientos de alimentación, avances de piezas o de herramientas, los puede realizar un cilindro neumático, solo o en unión de otro tipo de controladores, mediante una aplicación sencilla. La fuerza necesaria, la velocidad de avance y la exactitud de un movimiento son decisivos para elegir entre la aplicación de un controlador neumático o de una unidad de avance perteneciente a otro tipo de controlador bajo una forma de ejecución determinada.
Los Editores
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CONCLUSIONES Los controladores neumáticos no son explosivos, por lo
tanto no presenta ningún peligro al estar cerca de productos inflamables, esto se debe principalmente a que son instrumentos que emplean aire como medio para la transmisión de señales y/o potencia. Los elementos neumáticos pueden aplicarse de manera racional para la manipulación de piezas, incluso puede decirse que este es el campo de mayor aplicación. Un número creciente de empresas industriales están aplicando la automatización de su maquinaria mediante equipos neumáticos, lo que, en muchos casos, implica una inversión de capital relativamente baja.
Tomando como base la función de movimiento de los controladores neumáticos, hay que resaltar la extensa gama de elementos sencillos para la obtención de movimientos lineales y rotativos. En los procesos industriales los controladores neumáticos son altamente considerados debido a la velocidad que presenta en sus movimientos, es decir trabajan a velocidades superiores en comparación con los controladores hidráulicos y eléctricos, además se pueden regular fácilmente.
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REFERENCIAS Ramirez Moscoso, R. y Vargas Aguilar, F. (2010) CONTROLADORES DE PROCESOS INDUSTRIALES. [Documento en línea]. Consultado el 18 de Abril de 2015 en: http://cdigital.uv.mx/bitstream/123456789/31202/1/Ramirezy Vargas.pdf
Anónimo. (sin fecha). Consultado el 18 de Abril de 2015. [Documento en línea]. Disponible en: http://www.tecnologiatecnica.com.ar/index_archivos/Page4769.htm Ogata, katsuhiko. (2003). INGENIERÍA DE CONTROL MODERNA. [Libro en Línea]. Consultado el 17 de Abril de 2015 en: https://books.google.co.ve/books?id=QK148EPC_m0C&prints ec=frontcover&dq=inauthor:%22Katsuhiko+Ogata%22&hl= es419&sa=X&ei=o9ozVc3NH4HSgwTPk4PADA&ved=0CCQQ 6AEwAQ#v=onepage&q&f=false
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