Automatización en fabricación mecánica/muestra by Dextraeditorial

Automatización Automatización en fabricación fabricación mecánica mecánica

Juan Miguel Villar

EDITORIAL

D XTRA

Automatizaciรณn en

fabricaciรณn mecรกnica

Juan Miguel Villar

D XTRA EDITORIAL

Prologo

Este libro es el resultado del esfuerzo de establecer un conjunto integral de contenidos que puedan aplicarse en la docencia habitual de la realidad de los centros que imparten formaciรณn profesional -

Índice

1. I

Introducción

1.4.1. Control numérico

1.4.5. Manufactura integrada por ordenador

22 22 23 24 24 26 27 28 29 30 31 34 36 37 37 38 39

2. F

41 42 42 43 2.1.1. Introducción . .................................................................................................... 43 44 4 46 2.2.1. Introducción

47 47 48

Fundamentos de electricidad 2.3.1. Introducción

Videos de ejemplo 3. Á

3.1.1. Sistema binario 61 62 63 66 3.5.1. Tabla de verdad de una función lógica

68 69 71 73 74 74 76 78

4. S

Introducción 10

82 82 83

84 8 86 86 86 91 4.5.1. Transductores para grandes distancias 4.5.2. Transductores para pequeños desplazamientos

91 91 92

Velocidad 4.6.2. Tacómetros eléctricos

96 97 97

4.7.3. Transductores de vacío

97 99 100

Temperatura

100

4.8.1. Termoresistencias 4.8.2. Termistores 4.8.3. Termopares 4.8.4. Pirómetros de radiación

100 100 101 101

Luz Instalación y mantenimiento

102 102 104 107

4.12.3. Sensores fotoeléctricos

107 108 109 110

111

Electricidad industrial 5.1.1. Conductores 5.1.2. Corriente eléctrica 5.1.3. Instrumentos de medida 5.1.4. 5.1.5. 5.1.6. Efecto Joule 5.1.7. Caída de tensión en la línea

112 112 113 113 113 116 116 117 117 11

118 5.2.1. Acoplamiento en serie 5.2.2. Acoplamiento en paralelo 5.2.3.

118 119 119

Alimentación eléctrica

119 120 122

Elementos de protección eléctrica 5.5.1. Fusibles 5.5.2. Fusible seccionador 5.5.3. Interruptor magnetotérmico 5.5.4. Interruptor diferencial 5.5.5.

126 127 128

Ejercicios

129

124

133 134 134 138 140 143 146 147 148

6.6.5. Motor universal 6.6.6. Servomotores

161

Introducción

162 162 163 163 164

170 7.4.1. Arranque directo 7.4.2. Inversión de giro 7.4.3. 7.4.4. 7.4.5. 7.4.6. Arranque en cascada 7.4.7. Intermitencias

171 171 172 173 176 176 177 178

179

Generación de aire comprimido Compresores 8.2.1. Compresores de émbolo oscilante 8.2.2. Compresores de diafragma 8.2.5. Compresor roots 8.2.6. Turbocompresor

180 180 181 182 182 183 184 184 186 187

8.3.1. Caudal 8.3.2. Presión 8.3.3. Accionamiento 8.3.4. Regulación

187 188 188 189 189 189 190

8.3.5. Refrigeración 8.3.6. Emplazamiento 8.3.7. Depósito

190 190 190 193

8.4.1. Distribución del aire comprimido 8.4.2. Tendido de la red 8.4.3. Material de las tuberías 8.4.4. Uniones 8.4.5. Preparación del aire comprimido 8.4.6. Reguladores de presión 8.4.7. Lubricador 8.4.8. Unidad de mantenimiento

193 196 197 198 199 201 202 202 13

9. 206 206 207 207 9.1.1.1. Cilindros de simple efecto 9.1.1.2. Cilindros de doble efecto 9.1.1.4. Fijaciones de cilindros

207 208 210 211 213 217 219 220 220 221 224 224 224 226 227 228 229 230 230 230

10.

233 234 234 2 236 236 237 239 10.2.2. Control de velocidad 10.2.3. Secuencia de trabajo

240 240 241 241 241

247 248

10.3.1. Esquema del proceso 10.3.2. Mando directo 10.3.3. Mando indirecto 10.3.5. Limitación de velocidad 10.3.6. Interferencias de señales 10.3.8. Tipos de paro 10.3.9. Temporización 10.4.1. Ejercicios para interpretar 10.4.2. Ejercicios para diseñar

264

11. O

266 266 267 11.1.1. Principio de Pascal 11.1.2. 11.1.3.

267 268 268

Instalaciones

269 270 271

11.4.1. Bombas de engranajes 11.4.2. Bomba lobular 11.4.3. Bombas de paletas 11.4.4. Bomba de pistones

273 276

Elementos de distribución y regulación

277 278

11.6.1. 11.6.2. 11.6.3. 11.6.4.

279 279 280 281

Elementos de trabajo

282

11.7.1. 11.7.2.

282 283 284

11.8.1. Acumuladores

284 15

12.

12.4.1. Control direccional de cilindros

12.4.5. Operación con acumulado

12.6.1. Ejercicios propuestos 13. 306 306 307 307 13.2.1. Contactos eléctricos 13.2.2. Sensores 13.2.3. Relés

307 307 308 308 310

13.3.4. Tipos de paro 13.3.5. Ejercicios propuestos

310 316 323 328 330

13.4.1. Ejercicios propuestos 14.

337

Introducción

332

338 338 339 340 341 344

14.5.1. Memoria 14.5.2. CPU 14.5.3. Unidades de entrada y salida 14.5.4. Bus interno 14.5.5. Interface 14.5.6. Equipos de programaci贸n 14.5.7. Funcionamiento

346 346 346 347 347 348 348 349

14.6.1. Elementos comunes

14.6.2. Lenguajes de programaci贸n

15. L

8 8 9 9 361 364 15.3.1. Principios del GRAFCET 15.3.2. Niveles del GRAFCET 15.3.3. Elementos del GRAFCET 15.3.4. Reglas de evoluci贸n 15.3.6. Condicionamiento por etapas 15.3.9. Representaci贸n de las acciones 15.3.10. Macroetapas 15.3.11. GRAFCET parcial y global

364 366 369 372 376 376 377 379 379 381 384 386 386 387 17

15.4.6. Ciclo del PLC 15.4.7. Relés temporales (TR) 15.4.8. Temporizadores y contadores

388 389 392 394 397

16. S

PLC

399

Sistemas de seguridad

400 400 401 402 411 419 420

16.5.1. Sistema de seguridad de “Hombre muerto”

420

Ejercicios propuestos

426

17. R

429 430 430 431 431

Glosario

17.2.2. Morfología

17.2.6. Herramientas

433 434 436 438 440 442 443 444

17.4.1. Programación por aprendizaje

444

17.4.3. Programación CAD

18. C

447 448 448 449 18.1.1. Modelo OS

18.5.1. Cable de par trenzado 460 462

1. Introducción Índice �� 1�1� Introducción �� 1�2� �� 1�3� �� 1�4� ��

22 22 23 24 24 26

1.4.1. Control numérico ........................................................................ .................................................... .............................................. ................................................... ........................................

27 28 29 30 31

��

34 36 37 37 38 39

1�5� 1�6� 1�7� 1�8� 1�9�

–

Supervisión.

1�1� Introducción La automatización industrial (automatización; del griego antiguo auto: guiado por uno mismo) es el uso de sistemas o elementos computerizados para controlar maquinarias y/o procesos industriales sustituyendo a operadores humanos. Su alcance va más allá de la simple mecanización de los procesos ya que ésta provee a los operareduce ampliamente la necesidad sensorial y mental de las personas. La automatización, como una dissupervisión, los sistemas de transmisión de datos y las aplicaciones de software en tiempo real para reguiente: – – – 1817-1870: máquinas especiales para corte de metal. – – 1870: primer torno automático, inventado por Christopher Spencer. – 1890: Westinghouse empieza a producir electricidad alterna[,] lo que favorece el uso de moto– 1940: surgen los controles hidráulicos, neumáticos y electrónicos para máquinas de corte automáticas. – – – 1960-1972: se desarrollan técnicas de control numérico directo y manufactura computerizada. , como poleas, palancas y polipastos, fueron uti, las mareas del vapor y las máquinas térmicas. Hasta mediados del siglo ra. El concepto solamente llego a ser realmente práctico con la aparición de las computadoras digitales, , con la comvo puede competir con los sentidos humanos en la precisión y certeza que necesitan muchas tareas. cremento en la dependencia del mantenimiento especializado.

la forma de gestionar la producción sustituyendo las tareas realizadas por personas de forma manual y artesanal, por un conjunto de elementos técnicos. Un sistema automatizado consta de dos partes diferenciadas: – Parte de mando: decide las tareas tramitando las indicaciones oportunas en dirección a la par-

– Parte de operativa: ducción, siempre y cuando las órdenes sean las adecuadas.

una mayor sencillez en el diseño mediante el uso de simuladores. La mecatrónica es una sinergia que integra de forma coordinada la mecánica, la electrónica, la ingesos productivos.

manufactura para: – 24

– tiempos. – – – –

terial.

–

Comunicación a distancia

Bus de fábrica LAN

WAN GESTIÓN DE PLANTA DISEÑO Y PRODUCCIÓN

GESTIÓN DE CÉLULAS DE PRODUCCIÓN API CONTROL INDIVIDUAL DE MÁQUINAS

Progr.

Ordenador proceso

CNC

API

Progr.

SEÑALES DE CAMPO Motor

Para la automatización de procesos, es necesario disponer de redes de comunicación dentro de la fátriales. Las señales de campo son recogidas por sensores y conducidas a los procesadores que toman las decisiones.

La mayor calidad la eliminaciรณn de los errores propios del ser humano; lo que a su vez repercute en grandes ahorros de tiempo y materia al eliminarse la producciรณn de piezas defectuosas.

de las mรกquinas permite su fรกcil adaptaciรณn tanto a una producciรณn individua-

controlar la informaciรณn necesaria en el proceso productivo, mediante mecanismos de mediciรณn y evaluaciรณn de las da por una computadora, se regula el funcionamiento de las mรกquinas u otros elementos que operan el proceso productivo. Para la informaciรณn de las etapas de diseรฑo y control de la producciรณn se desarrollaron programas para el control de calidad, etc. -

1.4.1. Control numérico El control numérico computerizado un microprocesador.

movimientos y coordenadas necesarios para la mecanización de la pieza. utilizarlos en distintas máquinas. pia máquina. detectar errores y corregir fallos. Este software

El dise単o asistido por ordenador por ingenieros y dise単adores. Este software

software computacional en ordenadores -

Estos programas tienen funcionalidades a単adidas que facilitan el dise単o de piezas, tales como el

software de ordenadores nas herramientas mediante control numĂŠrico.

necesidad de imprimir en papel los planos y volver a capturar los datos geométricos. -

nes similares realizadas en distintas piezas.

Un almacenamientos mediante sistemas informáticos, cuyo resultado es una unidad de producción autotadas a los comportamientos de la demanda. Se encuentra en el nivel medio en cuanto al rango relativo de producción entre variedad de productos y cantidad de producción. Por el contrario, en la producción de grandes series, donde se utilizan máquinas especialmente di(Flexible Manufacturing System) que permiten acercar los – – –

– – – Sistemas de manipulación automática de material. – Sistemas de inspección y control. recursos humanos de supervisión adecuados. -

– –

– Carga y descarga (se pueden hacer manual o automáticamente). – – –

– – Circulatoria o rectangular. – – –

La manufactura integrada por ordenador

software que integra el sistema productivo -

– – Control de inventarios. – – – Simulación. 31

– – – Control de calidad. – – mento. – – fase de manufactura de un producto en tiempo real.

Empresa (Nivel 4) Centro / Fábrica (Nivel 3) Área (Nivel 2) Taller / Célula Estación / Máquina (Nivel 1) Proceso (Nivel 0)

– Se encarga de la comunicación de controladores del nivel de estación con los dispositivos de campo.

–

vos del nivel inferior y se informa al usuario de las condiciones. Se usan sistemas electrónicos llamados controladores de máquinas.

– – – –

tos de gestión de toda la empresa. -

– composición – Calidad: resultante de la inspección automática y mayor consistencia en manufactura. – Inventarios: reducción de inventario y stock de productos terminados. – Control gerencial: reducción del control gracias a los sistemas automáticos de toma de decisiones. – –

Computadoras Centrales de la planta

Controlador de área

Análisis y diseño de ingeniería

Red de cómputo

Controlador de celda

CNC

PLC

Controlador de robot

Controlador de CMM

Controlador de estación

Robot

Máquina de coordenadas

Estación de limpieza

Controlador N

MH Banda Transportadora

Máquina N

4. Sensórica Índice 2 2 4 5 6 4.4.1. Finales de carrera mecánicos ...................................................... 86 4.4.2. Detectores de proximidad ........................................................... 86

4.5.1. Transductores para grandes distancias ....................................... 4.5.2. Transductores para pequeños desplazamientos .......................... 4.5.3. Medidores de ángulos 92 95 4.6.1. Tacómetros mecánicos ................................................................ 95 4.6.2. Tacómetros eléctricos .................................................................. 96 ......................................................................... 97 97 4.7.1. Transductores de presión mecánicos ........................................... 97 4.7.2. Transductores de presión electromecánicos ................................ 99 4.7.3. Transductores de vacío ..............................................................

4.8.1. Termoresistencias ..................................................................... 4.8.2. Termistores ...............................................................................

4.8.3. Termopares ................................................................................ 4.8.4. Pirómetros de radiación .............................................................

................................................................ ............................................................... 4.12.3. Sensores fotoeléctricos ...........................................................

– Conocer los componentes electrónicos de los sensores. – Aplicaciones más usuales. – Catálogos comerciales

RTD (Resistance Temperature Detector):

En la automatización industrial hay que disponer de elementos que nos adapten las magnitudes de referencia (variables de entrada) a otro tipo de magnitudes proporcionales a las anteriores, de manera que dichas magnitudes sean interpretables por el sistema y así se pueda realizar un buen control del proceso. Entre los elementos más importantes se encuentran los sensores y transductores. Sensor: trumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser de seis tipos: mecánicas, térmicas, magnéticas, eléctricas, ópticas y moleculares. Transductor: de manera general se puede decir que es un elemento o dispositivo que tiene la misión de traducir o adaptar un tipo de energía a otro más adecuado para el sistema, es decir, convierte una transductor transforma la señal que entrega el sensor en otra, normalmente de tipo eléctrico. tamaño, no pueden ser percibidas directamente de forma natural y ser comprensibles por un sistema automático. Por otro lado, transductor implica que la señal de entrada y la de salida no son iguales.

Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está en contacto con la variable de instrumentación, así que puede decirse también que es un dispositivo que adapta la señal que mide para que la pueda interpretar otro elemento del sistema. La tendencia actual, particularmente en robótica, es emplear el término sensor (o captador) para designar el transductor de entrada, y el término actuador o accionamiento para designar el transductor de salida. Los primeros pretenden la obtención de información, mientras que los segundos buscan realizar un trabajo mediante la conversión de energía. Transmisor: se entiende por transmisor la circuitería que transforma la señal que sale del sensor o transductor y la convierte en una señal normalizada. Son circuitos electrónicos normalmente, y ofreseñal y, en algunos casos, convertir la señal de analógica a digital. 83

Entre las características técnicas de un sensor destacan las siguientes: – Rango de medida: es la diferencia entre los valode medir. Se recomienda no utilizar un transductor que se puede medir. Por ejemplo, si un transductor nomina valor de fondo de la escala). – Offset: es la desviación del cero o valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro offset. – Precisión – Linealidad o no linealidad: es la distancia mayor entre la curva de funcionamiento del sensor (en dirección ascendente) y la recta del punto inicial al – Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de salida y la variación de la magnitud de entrada. Es la pendiente de la recta que es 45º – Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida. – Histéresis: en ocasiones los caminos que sigue la en el aumento o disminución. Es el cociente entre – Rapidez de respuesta o depender de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada. – Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida ble de salida. Pueden ser por ejemplo condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u etc.) del sensor. – Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida. Un sensor puede ser de indicación directa (p. e. un termómetro de mercurio) o estar conectado a un indicador, de modo que los valores detectados puedan ser leídos por un humano. Por lo general, la señal de salida de estos sensores no es apta para su lectura directa y a veces tampoco para su procesado, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, como por ejemplo un

dos para el resto de la circuitería.

: – Finales de carrera mecánicos (posición) – Desplazamiento o movimiento Medida de grandes distancias Medida de distancias cortas Pequeños desplazamientos Medidores de ángulos – Velocidad Tacómetros mecánicos Piezoeléctricos Eléctricos: tacodinamos y tacoalternadores Ópticos – Mecánicos Electromecánicos Vacío – Temperatura Termoresistencias Termistores: NTC y PTC Termopares Pirómetros de radiación – Luz Fotoresistencias o LDR Fotodiodos Fototransistores Según el origen del aporte de energía pueden ser: – sólo controla la salida. – Generadores o pasivos: la energía es suministrada por la entrada.

– Analógicos: la señal de salida varia de forma continua, de manera que la información está en la amplitud. – – Todo o nada: solo tienen dos estados separados por un valor umbral de la variable detectada.

4.4.1. Finales de carrera mecánicos Son interruptores que sirven para determinar la posición de un objeto o de una pieza móvil: cuando el ciendo el cambio de unos pequeños contactos. tivo captador que detecta el movimiento y el cuerpo es el bloque que contiene los contactos eléctricos Como ventajas tienen su facilidad de montaje y operación, una duración alta y gran resistencia a condiciones ambientales adversas. Como inconvenientes que los componentes mecánicos sufren desgaste y no pueden usarse en todas las aplicaciones.

Cabeza

Cuerpo Elemento de contacto Salida de cables

4.4.2. Detectores de proximidad -

– – – – –

Inductivos (para detección de metales) Capacitivos (para detección de todo tipo de objetos) Neumáticos Magnetosensibles

Su distancia de detección es pequeña, y se pueden montar enrasados o no. Hay versiones para corriente continua y alterna, con diferentes voltajes. Son resistentes a condiciones ambientales adversas. Se emplean, por ejemplo, para el posicionamiento de un objeto, como un robot o piezas metálicas en una cadena de montaje. – Detectores inductivos sensibles a materiales ferromagnéticos: utilizan un campo magnétrica. Se utilizan cuando se requieren muchas actuaciones o cuando las condiciones ambientales, el inconveniente de no poderse utilizar en lugares donde se prevea que pueden aparecer cam-

De contacto laminar. Constan de dos imanes permanentes y un relé laminar normalmente abierto entre los imanes gracias al equilibrio de campo magnético sobre él. Al introducir en el campo magnético un objeto ferromagnético, el campo se desequilibra y el contacto del relé se cierra. De bobina. Utilizan la variación de un campo magnético estático (como el caso anterior) para inducir en una bobina (situada en la posición que ocupaba el contacto laminar) un impulso de -

– Detectores inductivos sensibles a materiales metálicos: reaccionan ante cualquier material metálico capaz de provocar pérdidas por corrientes de Foucault. Utilizan un campo magnético Cualquier material que pueda absorber energía de dicho campo provocará un cambio de los parámetros eléctricos del sensor que se utilice.

7. Esquemas eléctricos para

Índice �� 162 �� 162 7�1� Introducción �� 163 7�2� Simbología eléctrica �� 163 7�3� �� 164 7�4� Principales maniobras eléctricas �� 170 7.4.1. Arranque directo ...................................................................... 7.4.2. Inversión de giro ....................................................................... 7.4.3. Frenado de un motor trifásico por contracorriente .................... 7.4.4. Arranque estrella-triángulo ....................................................... 7.4.5. ........ 7.4.6. Arranque en cascada ................................................................ 7.4.7. Intermitencias �� 7�5� 7�6�

171 171 172 173 175 176 176

�� 177 �� 178

Conocer la simbología eléctrica IEC/UNE/DIN. Técnicas de representación y simulación de esquemas. Diseño de esquemas eléctricos. – CADESIMU. –

Arrancador suave: Lineas de suministro: Par de arranque: Realimentación:

162

7�1� Introducción Para la realización de los esquemas eléctricos recurrimos al dibujo técnico industrial, que permite mediante la normalización la realización de instalaciones eléctricas, neumáticas y de tuberías. Una instalación eléctrica es un conjunto de elementos conectados mediante conductores. El esquema debe cubrir en primer lugar la relación de dependencia de los elementos de dicho circuito, y en segundo lugar la ubicación tridimensional en el espacio de dichos elementos, lo que escapa al ámbito de estudio de este texto. Un esquema eléctrico es el resultado de aplicar un convenio lógico y representa de forma simbólica los elementos, por lo que es necesario tener en cuenta la normalización. Muchas veces, se ven planos que no se ajustan exactamente a la simbología normalizada; para eliminar dudas, en todo plano se ha de colocar abajo y a la derecha un recuadro donde se ponga la tra-

nales de normalización: – – – – – –

Electrotécnico

vez elaboradas, son sometidas durante seis meses a la opinión pública. Una vez transcurrido este tiemUNE-EN-60617

7�2� Simbología eléctrica

se utilizan símbolos distintos para designar un mismo objeto. Por ejemplo: no es lo mismo representar sobre un plano dónde tienen que ir situados la lámpara, las usa diferente simbolismo dependiendo de que es lo que se quiere representar. En nuestro caso, los esquemas que nos interesan son los llamados esquemas de fuerza y esquemas de maniobra El esquema de mando o maniobra no necesita tanta fuerza eléctrica, y se puede tomar de una fase y

163

a. Símbolos generales: líneas y empalmes, elementos generales de conexión b. Instalaciones domésticas: aparatos de conexión, aparatos avisadores, esquemas de trazados c. Trazado Industrial: dida, transformadores de medida, relés y contactores.

7�3� Elaboración de esquemas de automatismos eléctricos Un esquema electrotécnico tiene como objetivo proporcionar una idea clara y precisa del conjunto de elementos de una instalación automática industrial así como de sus dispositivos y componentes. Este esquema sirve, además, para la elaboración del automatismo, su cableado y posteriormente su

En cualquier automatismo eléctrico industrial vamos a tener tres tipos de esquemas diferentes: – Esquema de funcionamiento: aquí se indican los elementos que forman el sistema automático, sus conexiones y permiten deducir e interpretar el funcionamiento del mismo. Para ello lo divi– Esquemas de situación: indican dónde se ubican los elementos en la máquina o célula donde se realiza el automatismo. – Esquemas de conexionado: indican cómo se realiza el montaje y las conexiones eléctricas.

164

En este capítulo nos vamos a centrar en la realización de los esquemas de funcionamiento que, como ya se ha indicado, se dividen en mando y fuerza. Estos esquemas se representan de forma esquemática adoptando los siguientes criterios. – – – – – – En el esquema de fuerza: los elementos de protección y maniobra se ponen arriba cerca de la alimentación y abajo los receptores. – En el esquema de mando: mismo criterio que en el de fuerza

165

ciรณn de los bornes para su posterior realizaciรณn en el cuadro.

representarรก con los siguientes criterios de siglas:

Rojo

RD o C2

Naranja

Neรณn

Vapor de sodio

Amarillo

YE o C4

Mercurio

Verde

GN o C5

Yodo

Azul

BU o C6

Electroluminiscente

Blanco

WH o C9

Fluorescente

166

Algunas de las letras utilizadas son: Tipo de aparato C

Ejemplo

Condensadores

D E F G

Generadores

H K L M P S V X Y

167

Función general A B C

Contar

Conectar

Protección

Señalización

Conductores

Función principal

Medida

Estado

Reposicion

Memorizar

Tiempo

Velocidad

forma inequívoca. – – – Es importante el marcado de las bornas y para ello se marcan las siguientes pautas: – – – – – –

168

potencia auxiliares se marcan con dos números, el primero de ellos secuen-

6 35

2 1

A 1 A1 3

67 68

56 55 56

64 3 4

42 1 2

A2 2 3

1 2

3 4

KM 1

En las bornas de conexión es comun separarlas en dos grupos según sean circuitos de control o circuitos de potencia. Estos grupos o regleteros seguida de un numero. -

– quema de forma que un mismo numero en todo su recorrido es visible cerca de cada terminal de conexionado. º desde los bordes inferior y derecho del documento, y situarse en el mismo sentido del trazo del driculacion L para fase, N para neutro y PE para tierra. – Información adicional de conductores

también el numero de conductores y la sección de los mismos: 3x120mm2 + 1x50 mm2

de sección y un neutro

3+N 400/230 V 50 Hz

169

7�4� Principales maniobras eléctricas Hay una serie de maniobras muy utilizadas como son: – Arranque de motores, por sistema directo, estrella triángulo, o arranque por resistencias estatóricas. – Inversión de giro, para máquinas que funcionan en doble sentido, como son las grúas, los ascensores, y las máquinas herramientas. – Doble alimentación automática, para cuando falta la corriente de alimentación y se sustituye por la alimentación alternativa. – Regulación de velocidad: motores de varias velocidades por conmutación de polos. – Frenado: por contracorriente. tocircuito, jaula de ardilla y con rotor en cortocircuito son:

Arranque directo Corriente inicial de arranque Par inicial de arranque

Ventajas

Inconvenientes

Arranque estrellatriángulo

4a8 Intensidad nominal 0.6 a 1.5 Par nominal

Arrancador simple. Buen par de arranque

Punta intensidad. No permite arranque Sobrecarga red

0.2 a 0.5

Arrancador complejidad media

Pequeño par arranque. Corte alimentación. Motor dos tensiones

Duración

Aplicaciones

170

Pequeñas máquinas a plena carga

Maquinas en y bombas pequeñas

Arranque con resistencias retóricas

Arranque con autotransformador

Arranque retórico

4.5

1.7 a 4

< 2.5

0.6 a 0.85

0.4 a 0.85

< 2.5

Regulación en el arranque. corte de alimentación en arranque

Buena relación par / intensidad. Posibilidad de regulación en el arranque. alimentación en el arranque

Pequeña reducción punta arranque. Necesita resistencias. Equipo complicado

Equipo complejo y caro

7 a 12 s

Maquinas de inercia

Muy buena relación par / intensidad. Posibilidad de de arranque. alimentación en el arranque Motor costoso. Necesita resistencias. Equipo costoso. Mantenimiento

Maquinas de arranque en carga y arranque

para poner en marcha la instalación y por supuesto constituyen una herramienta básica para la detección de averías, se representan utilizando los símbolos y por lo tanto resulta imprescindible conocerlos para poder realizarlos.

7.4.1. Arranque directo El circuito de fuerza para el arranque directo de un motor es el siguiente: tenemos los elementos de el que permite el arranque directo del motor. El circuito de mando plantea tres posibilidades: – – – El esquema de fuerza tiene la protección de fusibles y terpara el esquema de mando, a la derecha. El paro tiene prioridad en este caso.

7.4.2. Inversión de giro cambiando dos fases, para lo que hace falta dos contactores con dos contactos auxiliares un NO y un NC por cada contactor, también un enclavamiento mecánico. El enclavamiento mecánico a veces se sustituye por un doble enclavamiento eléctrico, utilizando pulsadores de doble contacto. 171

El mando del inversor requiere una botonera de mando de tres botones, dos de marcha y uno de paro. Para cambiar el sentido del giro es necesario parar y esperar que el motor se pare. En caso de no esperar y dar la orden de giro en sentido contrario, sin que el motor se haya parado por si mismo, se pasando por paro y sin pasar por paro. Esto produce un consumo de corriente tan elevado que puede llegar a fundir los fusibles. Para evitar esto, puede acoplarse un contacto con retraso a la conexión, un electroimán freno en el eje del motor o unos fusibles de mayor amperaje. El siguiente es un circuito de mando directo de un motor eléctrico trifásico con inversión de giro paEl circuito de fuerza a la izquierda, el circuito de mando a la derecha. El circuito consta de señaliza-

7.4.3. Frenado de un motor trifásico por contracorriente Es necesario un inversor de giro y el esquema de mando apropiado, así como un contacto accionado por un sensor que detecta la rotación del motor. El frenado se realiza invirtiendo la marcha un breve tiempo que hay que calibrar, hasta que se detiene el motor totalmente. Hay que evitar que el motor empiece a girar en el otro sentido.

172

7.4.4. Arranque estrella-triángulo dura esta resistencia al arranque, el motor consume tres veces más que en marcha normal. arrancadores por sistema estrella triángulo consisten en hacer las conexiones del motor en estrella y cuando transcurre el tiempo de arranque cambiar la conexión a triángulo. Para que esto sea posible, se tienen que cumplir las siguientes condiciones: Motor de

Tensión de la red 230 V

Tensión de la red 400 V

230/400 V

Se puede conectar

No es posible

400/690 V

No es posible

Se puede conectar

seis conductores desde el motor hasta el arrancador, los tres conductores de la parte superior del motor se tiene[n] que corresponder con los tres conductores de abajo, si se altera el orden el motor quedaría en dos fases.

173

K2 se ponen en cortacircuito los bornes XYZ, luego entra el contactor K1 y el motor arranca, la tensión de la red es 3 veces menor de la que le corresponde, luego el consumo también es menor en la misma proporción, el motor arranca y va adquiriendo velocidad, en el capítulo anterior se dijo que el voltaje no afecta a la velocidad, solamente el número de polos y la frecuencia. los puentes de la estrella y entra en funcionamiento el contactor K3 que puentea U con X, V con Y, y W con Z. Por F2 solamente 3 veces la intensidad nominal, por lo que este térmico se tendrá que ajustar a ese consumo.

174

El sistema de estrella triángulo es el más popular y más empleado, el inconveniente está en la tensión del motor, que no en todos los motores coincide la tensión menor de funcionamiento con la de la red, y si no es así no se puede montar este sistema, habría que ir a un sistema más costoso y voluminoso que emplearía autotransformadores para hacer la misma función de comenzar con una tensión baja y escalonadamente irla subiendo hasta llegar a la tensión de red y entonces desconectarlo.

7.4.5. Arranque con doble mando y chequeo antienclavamiento

Muchas veces se dá el problema de que uno de los dos mandos se enclava malintencionadamente, para solo tener que pulsar uno de ellos. En el anterior esquema, si se detecta que uno de los pulsadoluz de marcha y luz de paro. uno de los pulsadores está presionado mas tiempo del debido, el sistema se bloquea.

175

Índice �� 8�1� Generación de aire comprimido �� 8�2� Compresores ��

180 180 181 182

8.2.1. Compresores de émbolo oscilante ............................................. 8.2.2. Compresores de diafragma ....................................................... ................................................ 8.2.4. Compresor de tornillo helicoidal ................................................ 8.2.5. Compresor roots ....................................................................... ��

182 183 184 184 185 186

8�3�

�� 187 .......................................................................................187 8.3.2. Presión .......................................................................................188 8.3.3. Accionamiento ........................................................................... 188 ................................................................................ 189

8.3.4.1. Regulación de marcha en vacío ........................................ 189 8.3.4.1. Regulación decarga parcial .............................................. 189 8.3.4.1. Regulaciónpor intermitencias .......................................... 190

8.3.5. Refrigeración .......................................................................... 190 8.3.6. Emplazamiento ........................................................................ 190 8.3.7. Depósito .................................................................................. 190 .................................................................. 193 8.4.1. Distribución del aire comprimido .............................................. 193 8.4.2. Tendido de la red ..................................................................... 196 8.4.3. Material de las tuberías ........................................................... 197 8.4.4. Uniones ................................................................................... 198 8.4.5. Preparación del aire comprimido ............................................. 199 8.4.6. Reguladores de presión ............................................................ 201 8.4.7. Lubricador ................................................................................ 202 8.4.8. Unidad de mantenimiento ....................................................... 202

Generación del aire comprimido.

Presión de trabajo: mente.

Presión de servicio: Compresor: Caída de presión en la red: de consumo. es el producto de presión por caudal. Acumulador: depósito donde se almacena el aire comprimido. Racores: Unidad de acondicionamiento: de su uso. 180

8�1� Generación de aire comprimido La compresión del aire para poder utilizarse industrialmente pasa por cogerlo de la atmósfera y aumentar su presión usando un compresor. Una vez generado el aire comprimido hay que realizar un acondicionamiento del mismo con el objeto de eliminar las posibles impurezas solidas o líquidas (como humedad) que este pueda tener. futuro. Por ello, es necesario sobredimensionar la instalación, al objeto de que el compresor no resulmuy considerables. Una instalación compresora tiene como objetivo producir aire comprimido a una determinada te un secador. Es importante subrayar que el depósito no solo almacena el aire comprimido sino que tiene la mique si la presión aumenta peligrosamente permite regularla y detiene el compresor, y si cae excesivamente lo pone en marcha. Veamos un ejemplo:

ATMÓSFERA

p = 0 bar T = 15º 10 g agua/m3 SUCIO

CENTRAL COMPRESORA FILTRO

p = 6,9 bar p = 6,4-6,9 bar T = 30º 12 g agua/m3 10 g agua/m3 SUCIO

LIMPIO AIRE COMPRIMIDO

COMPRESOR

AIRE CON AGUA

REFRIGERADOR

p = 7 bar T = 130º 80 g agua/m3 SUCIO

AIRE HÚMEDO

SEPARADOR

DEPÓSITO REGULADOR

T = 30º

ELIMINACIÓN DE IMPUREZAS AIRE

LIMPIO

SECADOR

AIRE ATMÓSFERA

USO

p = 6 bar LIMPIO SUCIO

EQUIPO DE MANTENIMIENTO

ACOMETIDA

p = 6 - 6,5 bar SUCIO

SECO

RED DE DISTRIBUCIÓN

p = 6,3 - 6,8 bar SECO

181

8�2� Compresores Para producir aire comprimido se utilizan compresores

berías. Según las exigencias referentes a la presión de trabajo y al caudal de suministro, se pueden emplear presores: – El primero trabaja según el principio de desplazamiento. La compresión se obtiene por la

– El otro trabaja según el principio de la rado por un lado y comprimido como consecuencia de la aceleración de la masa (turbina).

8.2.1. Compresores de émbolo oscilante

Normalmente, se fabrican de una etapa hasta presiones de 5 bar, de dos etapas para presiones de 5 a 3 /min. Su inconveniente es la lubricación y la elevada temperatura del aire comprimido.

nativo de los pistones en el cilindro. Cuando el pistón hace la carrera de retroceso aumenta el volumen

mido ya sea a una segunda etapa o bien al acumulador. Para obtener el aire a presiones elevadas, es necesario disponer varias etapas compresoras. El aire

182

te pueden refrigerarse por aire o por agua.

8.2.2. Compresores de diafragma mara de trabajo; el aire no entra en contacto con las piezas móviles. Por tanto, en todo caso, el aire

desarrolla el principio de aspiración y compresión. Proporciona presiones de hasta 7 bares y caudales de 30m3/h. cas, químicas y hospitales.

183

tantemente. Tiene la ventaja de generar grandes cantidades de aire pero con vestigios de aceite, al mismo tiemEl calor que genera la compresión se controla mediante la inyección de aceite a presión. El aire a Las ventajas de este compresor residen en sus dimensiones reducidas, su funcionamiento silenciohasta de 150 m3/h. El compresor scroll se puede considerar como la última generación de los compresores rotativos -

8.2.4. Compresor de tornillo helicoidal

logra reducir el espacio de que dispone el aire. Esta situación genera un aumento de la presión inter-

184

nillos, estos no se tocan entre si, ni tampoco con la carcasa, lo cual obliga a utilizar un mecanismo de transmisiĂłn externo que permita sincronizar el movimiento de ambos elementos. Entrega caudales y presiones medios altos (600 a 40.000mÂł/h y 25 bar) pero menos presencia de cidad. Puede trabajar a altas velocidades de eje y combinar un gran caudal con unas dimensiones exterio-

8.2.5. Compresor roots

Como ventaja presenta el hecho que puede proporcionar un gran caudal, lo que lo hace especial para empresas que requieren soplar, mover gran cantidad de aire; su uso es muy limitado. Pueden llegar a 1500 m3/h. y se utiliza en motores de automociĂłn. 185

can de tipo axial y radial. El aire se pone en circulación por medio de una o varias ruedas de turbina.

El proceso de obtener un aumento de la energía de presión a la salida del compresor se logra mediante

forma constructiva, se le ofrece al aire un mayor espacio, de modo que obligan a una reducción de la velocidad. Esta reducción se traduce en una dismihaberse transformado en energía de presión. Con este tipo de compresor se pueden lograr grandes caudales (200.000 a 500.000 m³/h) con -

En este caso, el aumento de presión del aire se obtiene utilizando el mismo principio anterior, con la cia fuera, hasta encontrarse con la pared o carcasa que lo retorna al centro, cambiando su dirección. En esta parte del proceso el aire dispone de un mayor espacio disminuyendo por tanto la velocidad formación de presión. Este proceso se realiza tres sor es de tres etapas. Se logran grandes caudales es uniforme. sentido radial hacia afuera; el aire en circulación lerar hacia afuera. Se consiguen presiones de 8 bares y caudales de 10.000 m3/h.

186

Estátor

Rótor

tivas a tres aspectos fundamentales: – – – Emplazamiento y depósito de aire.

Por caudal se entiende la cantidad de aire que suministra el compresor. Existen dos conceptos. – El caudal teórico: es el indicado por el fabricante. – El caudal efectivo o real: es el importante, depende de la construcción y la presión. velocidad de rotación. /min o m3/h. No obstante, son numerosos los fabricantes que

solamente indican el caudal teórico. 1000 800 600 400 300 102 kPa (bar)

200 Compresor de émbolo 100 80 60 50 40 30

Turbocompresor radial

10 8 6 5 4 3 2 Compresor de tornillo helicoidal

Turbocompresor axial

1,0 0,8 0,6 0,4 0,3 Compresor de paletas

0,2

0,1

100

500

1000

5000 10000

50000 100000

500000

m3 /h

187

8.3.2. Presión

– La presión de servicio es la suministrada por el compresor o acumulador y existe en las tuberías que alimentan a los consumidores. – La presión de trabajo es la necesaria en el puesto de trabajo considerado. Es menor que la anterior. En la mayoría de los casos, es de 600 kPa (6 bar). Por eso, los datos de servicio de los elementos se reImportante – la velocidad, – las fuerzas, – el desarrollo secuencial de las fases de los elementos de trabajo.

8.3.3. Accionamiento

ma de poleas y correas. que no se cuenta con electricidad.

Compresor de embolo de dos etapas accionado por motor electrico

188

9. Elementos

Ă?ndice 206 206 207 9.1.1. Cilindros ................................................................................... 207 207 208

...................... ..................................................................... 20 220 ..............................................................

226 ............................................. 227 .................................................................. 228 .................................................................... 229 ........................................................ ..................................................................

206

La energía del aire comprimido se transforma por medio de los elementos actuadores en energía me– Actuadores lineales o cilindros – Actuadores de giro – Motores –

9.1.1. Cilindros lineal -

un muelle cientemente rápida. -

207

retorno. -

amortiguación

Otros tipos de amortiguación: Amortiguación de dos lados, no regulable

Amortiguación en el lado del émbolo, no regulable

Amortiguación en el lado del émbolo, regulable

Cilindros tándem

208

– – Mando de palancas –

locidad. -

carreras de conformación grandes.

209

Vease

el margen de giro dentro del margen total por medio de un tornillo de ajuste.

210

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