Electroneumtica.

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6. Electroneumtica.

6.1 Introduccin

La neumtica bsica o pura, como se ha explicado en los captulos precedentes, produce

la fuerza mediante los actuadores o motores neumticos, lineales o rotativos, pero adems el

gobierno de stos y la introduccin de seales, fines de carrera, sensores y captadores, se efecta

mediante vlvulas exclusivamente neumticas, es decir el mando, la regulacin y la automatizacin

se realiza de manera totalmente neumtica.

Pues bien, esta manera de proceder se reserva a circuitos neumticos muy sencillos y a

casos en que, por cuestiones de seguridad, no se pueden admitir elementos elctricos.

En la electroneumtica los actuadores siguen siendo neumticos, los mismos que en la

neumtica bsica, pero las vlvulas de gobierno mandadas neumticamente son sustituidas por

electrovlvulas activadas con electroimanes en lugar de pilotadas con aire comprimido. Las

electrovlvulas son convertidores electroneumticos que transforman una seal elctrica en una

actuacin neumtica. Por otra parte los sensores, fines de carrera y captadores de informacin son

elementos elctricos, con lo que la regulacin y la automatizacin son, por tanto, elctricas o

electrnicas.

Las ventajas de la electroneumtica sobre la neumtica pura son obvias y se concretan en

la capacidad que tienen la electricidad y la electrnica para emitir, combinar, transportar y

secuenciar seales, que las hacen extraordinariamente idneas para cumplir tales fines. Se suele

decir que la neumtica es la fuerza y la electricidad los nervios del sistema.

Teniendo en cuenta lo anterior se puede definir la electroneumtica como la tecnologa que

trata sobre la produccin y transmisin de movimientos y esfuerzos mediante el aire comprimido y

su control por medios elctricos y electrnicos.

La electroneumtica es un paso intermedio entre la neumtica bsica y los autmatas

programables que se estudian ms adelante, donde stos por s solos controlan el sistema con las

ventajas singulares que conllevan.

No es estrictamente necesario saber electricidad y electrnica para entender la

electroneumtica, pues basta tomar los elementos elctricos como cajas negras, de los que se

conoce que con unos determinados estmulos proporciona unas respuestas concretas, es decir

que ciertas entradas producen tales salidas. Sin embargo saber electricidad y electrnica es

extraordinariamente til pues la electroneumtica es una simbiosis donde se mezcla la neumtica y

la automtica, con cierta preponderancia de sta sobre aquella.

En la electroneumtica la energa elctrica (energa de mando y de trabajo) es introducida,

procesada y cursada por elementos muy determinados. Por razones de simplicidad y vistosidad

Neumtica

6-2

estos elementos figuran en los esquemas como smbolos que facilitan el diseo, la instalacin y el

mantenimiento.

Pero no es suficiente slo la comprensin de los smbolos existentes en los esquemas de

los circuitos electroneumticos y el funcionamiento de los elementos que en l figuran para

garantizar el correcto dimensionado de mandos y la rpida localizacin de errores o anomalas

cuando aparecen, sino que el especialista en mandos debe conocer tambin las cuestiones y

elementos ms importantes y usuales de la electricidad y la electrnica.

Un sistema electroneumtico consta de un circuito neumtico simple y en paralelo circuitos

elctricos, en ocasiones bastante complejos, donde tiene una gran importancia la forma de

representacin de cada elemento. El circuito elctrico est formado por:

Elementos elctricos para la entrada de seales

Elementos elctricos o electrnicos para el procesamiento de seales

6.2 Entradas de seal

Estos elementos tienen el cometido de introducir las seales elctricas procedentes de

diferentes puntos con distintos tipos y tiempos de accionamiento. Cuando el control de tales

elementos sucede por la unin de contactos elctricos, se habla de mando por contacto, en caso

contrario de mando sin contacto o electrnico. En cuanto a la funcin se distingue entre los de

contacto de cierre, de apertura y de conmutacin. El contacto de cierre tiene el cometido de cerrar

un circuito, el de apertura ha de abrirlo y el de conmutacin abre y cierra dos circuitos

respectivamente. En la figura 6-1 se indican sus respectivos smbolos de representacin.

Obsrvese la numeracin de los contactos.

Contacto de cierre

3

4

Contacto de apertura 1

2

Contacto conmutacin

1

2 4

Figura 6-1. Smbolos de representacin de las entradas de seal.

Electroneumtica.

6-3

El contacto de conmutacin es un ensamblaje constructivo de contacto de cierre y de

apertura. Ambos contactos tienen un elemento mvil de conexin. Este elemento de conexin, en

posicin de reposo tiene contacto siempre slo con una conexin.

El accionamiento de estos elementos puede tener lugar manual o mecnicamente o bien

por mando a distancia, con energa de mando elctrica o neumtica.

La introduccin de la seal puede hacerse con pulsador o con interruptor. El pulsador

(figura 6-2) realiza una determinada conexin solamente mientras existe el accionamiento del

mismo. Al soltarlo vuelve a ocupar la posicin inicial. Sustituye a las vlvulas neumticas con

reposicin por muelle o monoestables.

El interruptor tambin realiza una determinada conexin, pero para mantener dicha

posicin no hace falta un accionamiento continuo porque incorpora un enclavamiento mecnico

que lo mantiene en esa posicin. Slo por un nuevo accionamiento regresa a la posicin inicial. Se

corresponde con las vlvulas neumticas biestables.

Figura 6-2 Pulsadores normalmente abierto y normalmente cerrado

La figura 6-2 muestra un pulsador con contacto de cierre y otro con contacto de apertura,

lo que en neumtica se denominaba normalmente abierto y normalmente cerrado respectivamente.

Al accionar el pulsador, acta el elemento mvil de conexin en contra de la fuerza del muelle,

uniendo los contactos (contacto de cierre) o separndolos (contacto de apertura). Haciendo esto el

circuito queda cerrado o interrumpido. Al soltar el pulsador se vuelve a la posicin inicial gracias al

muelle.

En la figura 6-3, ambas funciones, es decir contacto de cierre y de apertura, estn

ubicadas en un solo cuerpo, es un contacto de conmutacin. Accionando el pulsador queda libre

un circuito mientras se cierra el otro. Soltando el pulsador el muelle lleva los elementos de

conexin a la posicin inicial, invirtiendo los contactos.

Neumtica

6-4

Figura 6-3. Pulsador con contacto de conmutacin.

Los pulsadores o interruptores son necesarios en todos aquellos casos donde han de

comenzar ciclos de trabajo o deban alcanzarse determinados desarrollos funcionales por la

introduccin de seales o donde haga falta un accionamiento continuo por razones de seguridad.

En la realizacin de un circuito juega un papel importante la eleccin de estos elementos, ya sea

como contacto de cierre o de apertura o contacto de cierre y apertura juntos.

Las industrias elctricas ofrecen los ms diversos pulsadores, interruptores y

conmutadores. Un nico elemento puede estar equipado tambin con varios contactos, por

ejemplo 2 contactos de cierre y 2 de apertura. A menudo los pulsadores vienen equipados con una

lmpara de seal.

La parte frontal de los interruptores debe reflejar la posicin del contacto, es usual hacerlo

como sigue:

CONECTADO (raya)

DESCONECTADO (circulo)

o con las palabras CON, DES / SUBIR, BAJAR.

Este smbolo puede encontrarse al lado o sobre los botones.

Si la interrupcin se realiza con botones:

Figura 6-4

En botones adyacentes, el botn de desconexin est situado siempre a la izquierda.

Electroneumtica.

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Figura 6-5

En botones subyacentes, el botn de desconexin est situado siempre abajo.

El marcaje en color de los botones no est prescrito, pero si se efecta un marcaje en

color, el botn de peligro, por lo general el botn de desconexin, est marcado en rojo.

La diferencia en los smbolos entre un pulsador y un interruptor consiste en que en el

interruptor la lnea de trazos que acciona el contacto aparece quebrada como en el caso de los

enclavamientos vistos en los smbolos neumticos (figura 6-6).

Figura 6-6. Interruptor basculante.

6.3 Finales de carrera

Cuando un vstago de un cilindro o bien una determinada pieza movida por l alcanzan

una determinada posicin, normalmente su fin de carrera, anterior o posterior, activan

frecuentemente un elemento, denominado final de carrera que a su vez actuar sobre otro

elemento. Estos finales de carrera pueden activarse por contacto mediante una actuacin

mecnica o bien sin contacto con otros medios.

En la eleccin de tales elementos introductores de seales es preciso atender

especialmente la solicitacin mecnica, la seguridad de contacto y la exactitud del punto de

conmutacin.

En su ejecucin normal estos interruptores de fin de carrera son conmutadores. En

ejecucin especial son posibles otras combinaciones de conexin.

Los finales de carrera se distinguen tambin segn la introduccin de contactos: Contacto

lento o contacto rpido. En el contacto lento, la velocidad de apertura o cierre de los contactos es

idntica a la del accionamiento del pulsador (apropiado para bajas velocidades de acceso). En el

contacto rpido no tiene importancia la velocidad de acceso, ya que en un punto muy determinado,

el conmutado tiene lugar bruscamente. Para el montaje y el accionamiento de los finales de carrera

hay que fijarse en las indicaciones del fabricante.

Neumtica

6-6

6.3.1 Finales de carrera mecnicos

El accionamiento del final de carrera se realiza por una pieza sobre un taqu, leva,

palanca, rodillo, rodillo articulado o elemento similar. En la figura 6-7 se observa un ejemplo.

Figura 6-7. Final de carrera mecnico.

6.3.2 Finales de carrera sin contacto.

Pueden ser magnticos, inductivos, capacitivos y pticos. La conexin puede ser de dos o

tres hilos. Dentro de las conexiones de 3 hilos podemos distinguir dos tipos de sensores: PNP o

NPN, segn su composicin electrnica. Para su conexin basta con tener en cuenta la forma de

conexionado que ser segn la figura 6-8. En las versiones de 2 hilos el cable marrn se conecta a

24V+ mientras que el azul o negro va conectado a la carga (rel, entrada del autmata, etc.). El

smbolo es el representado en la figura.

BN= MARRON

0V

+24V

BK= NEGRO

BU= AZULL= CARGA

BN

0V

+24V

BK

BU

L

PNP NPN

+24V

0V

BN

BU

Figura 6-8. Detector magntico de 2 hilos (izquierda) y 3 hilos (tipo PNP centro, NPN derecha).

CONTACTO MAGNETOSENSIBLE (TIPO REED)

Los finales de carrera sin contacto se pueden accionar magnticamente. Son

especialmente ventajosos cuando hace falta un alto nmero de maniobras. Tambin encuentran

aplicacin cuando no existe sitio para el montaje de un interruptor final mecnico o cuando lo

exigen determinadas influencias ambientales (polvo, arena, humedad).

Electroneumtica.

6-7

En un bloque de resina sinttica estn inyectados dos contactos, junto con un tubito de

vidrio lleno de gas protector. Por la proximidad de un mbolo u otro elemento con un imn

permanente, los extremos de las lengetas solapadas de contacto se atraen y conectan (figura 6-

9). El alejamiento del imn produce la separacin de las lengetas de contacto. Obviamente se

podra alojar un contacto de apertura o un conmutador.

Figura 6-9. Finales de carrera magnticos.

Los cilindros con interruptores de proximidad de accionamiento magntico no deben

montarse en lugares con fuertes campos magnticos (p. ej. mquinas de soldadura por

resistencia). Por otra parte no todos los cilindros son aptos para la aplicacin de estos finales de

carrera sin contacto.

Los rels con los contactos en gas protector tienen una larga duracin y estn exentos de

mantenimiento. Sus tiempos de conmutacin son cortos (0,2 ms aprox.). El mximo nmero de

maniobras por segundo es de unas 400. No obstante, la sensibilidad de respuesta alcanzable est

limitada por su construccin.

6.4 Sensores de proximidad

Son sensores que se emplean de forma genrica para la deteccin de la presencia de

material. En neumtica y oleohidrulica suelen ser utilizados como fin de carrera de los vstagos

de los cilindros. Envan una seal elctrica, normalmente de 24 V de corriente continua cuando

detectan algn material en su proximidad.

Los tres tipos bsicos son: inductivos, capacitivos y pticos.

Neumtica

6-8

6.4.1 Sensores inductivos

Son sensores que advierten la presencia de un material metlico. Los componentes ms

importantes de un sensor de proximidad inductivo son un oscilador (circuito resonante LC), un

rectificador demodulador, un amplificador biestable y una etapa de salida (figura 6-10).

Figura 6-10. Diagrama de bloques de un sensor inductivo.

El campo magntico, que es dirigido hacia el exterior, es generado por medio del ncleo de

ferrita semiabierto de una bobina osciladora y de un apantallado adicional. Esto crea un rea

limitada a lo largo de la superficie activa del sensor de proximidad inductivo, la cual se conoce

como zona activa de conmutacin.

Figura 6-11. Sensor inductivo.

Por medio de los sensores de proximidad inductivos, solo pueden detectarse materiales

conductores de electricidad.

Dependiendo del tipo de conmutacin (normalmente cerrado o normalmente abierto), la

etapa final es conectada o interrumpida si se presenta un objeto metlico en la zona activa de

conmutacin. La distancia del rea activa, donde se produce un cambio en la seal de salida, se

conoce como distancia de conmutacin. Por ello, un criterio importante para seleccionar los

sensores de proximidad inductivos es el tamao de la bobina incorporada en la cabeza del sensor.

Cuanto ms grande sea la bobina, mayor ser la distancia de conmutacin activa. Pueden

alcanzarse distancias de hasta 250 mm.

Electroneumtica.

6-9

As mismo, la utilizacin de diferentes materiales conduce a una reduccin de la distancia

de conmutacin efectiva. En la tabla 6-1 inferior, se indican los factores de reduccin para

diferentes materiales.

Tabla 6-1. Valores indicativos para el factor de reduccin.

La tabla indica que las mayores distancias de deteccin se alcanzan con materiales

magnticos. Las distancias alcanzadas con materiales no magnticos (latn, aluminio, cobre) son

netamente inferiores.

BN= MARRON

0V

+24V

BK= NEGRO

BU= AZUL L= CARGA

0V

+24V

PNP NPN

Figura 6-12. Smbolo de un sensor inductivo. A la derecha conexin PNP y a la izda. NPN.

La designacin de las conexiones de los sensores de proximidad inductivos estn

estandarizadas. El smbolo se puede ver en la figura 6-12 con las conexiones correspondientes

segn sea del tipo PNP o NPN.

Muchos de los sensores de proximidad inductivos que se ofrecen actualmente en el

mercado tienen las siguientes caractersticas de proteccin para garantizar un manejo sencillo y un

funcionamiento seguro:

Proteccin contra polaridad inversa (contra daos causados como resultado de

invertir las conexiones)

Proteccin contra cortocircuito (protege el cortocircuito de la salida contra el

contacto tierra)

Proteccin contra picos de tensin (contra sobretensiones transitorias)

Material Factor de reduccin

Acero dulce 1.0

Nquel cromo 0.70 - 0.90

Latn 0.35 - 0.50

Aluminio 0.35 - 0.50

Cobre 0.25 - 0.40

Neumtica

6-10

Proteccin contra rotura de cable (la salida se bloquea si la lnea de alimentacin

se desconecta).

6.4.2 Sensores capacitivos

Estos sensores detectan la presencia de cualquier material. El principio de funcionamiento

de un sensor de proximidad capacitivo, est basado en la medicin de los cambios de capacitancia

elctrica de un condensador en un circuito resonante RC, ante la aproximacin de cualquier

material. Adems se componen igual que en el caso del inductivo de un rectificador demodulador,

un amplificador biestable y una etapa de salida (figura 6-13).

Figura 6-13. Diagrama de bloques de un sensor capacitivo.

Figura 6-14 Sensor capacitivo

En un sensor de proximidad capacitivo, entre un electrodo "activo" y uno puesto a tierra, se

crea un campo electrosttico disperso. Generalmente tambin se halla presente un tercer electrodo

para compensacin de las influencias que pueda ocasionar la humedad en el sensor de

proximidad.

Si un objeto o un medio (metal, plstico, vidrio, madera, agua), irrumpe en la zona activa

de conmutacin, la capacitancia del circuito resonante se altera.

Electroneumtica.

6-11

Este cambio en la capacitancia depende esencialmente de los siguientes parmetros: la

distancia entre el medio y la superficie activa, las dimensiones del medio y su constante dielctrica.

La sensibilidad (distancia de deteccin) de la mayora de los sensores de proximidad

capacitivos puede ajustarse por medio de un potencimetro. De esta forma es posible eliminar la

deteccin de ciertos medios. Por ejemplo, es posible determinar el nivel de un lquido a travs de la

pared de vidrio de su recipiente.

La mxima distancia de deteccin de un sensor de proximidad capacitivo viene

determinada por medio de una placa de metal puesta a tierra. La tabla 6-2 muestra las variaciones

de las distancias del punto de conmutacin con respecto a diferentes materiales. La mxima

distancia de conmutacin que puede obtenerse en los sensores de proximidad capacitivos

industriales es de unos 60 mm.

Grueso del material Distancia de conmutacin

1.5 mm

3.0 mm 0.2 mm

4.5 mm 1.0 mm

6.0 mm 2.0 mm

7.5 mm 2.3 mm

9.0 mm 2.5 mm

10.5 mm 2.5 mm

Tabla 6-2. Variacin de la distancia de conmutacin en funcin del grueso del material, utilizando

una tira de cartn de 30 mm.

Con sensores de proximidad capacitivos, debe observarse que la distancia de conmutacin

es una funcin resultante del tipo, longitud lateral y grosor del material utilizado. Muchos metales

producen aproximadamente el mismo valor. A continuacin se indican valores para diferentes tipos

de materiales.

Material Factor de reduccin

Todos los metales 1.0

Agua 1.0

Vidrio 0.3-0.5

Plstico 0.3-0.6

Cartn 0.3-0.5

Madera (depende de la humedad) 0.2-0.7

Aceite 0.1-0.3

Tabla 6-3. Valores indicados para el factor de reduccin.

Debido a esta propiedad de reaccionar ante una amplia gama de materiales, el sensor de

proximidad capacitivo es ms universal en aplicaciones que el sensor de proximidad inductivo. Por

Neumtica

6-12

otro lado, los sensores de proximidad capacitivos son sensibles a los efectos de la humedad en la

zona activa de deteccin. Muchos fabricantes utilizan un electrodo auxiliar para compensar los

efectos de la humedad, roco o hielo, reduciendo as estas perturbaciones.

Por razones de coste, en la deteccin de objetos metlicos se prefieren generalmente los

sensores de proximidad inductivos a los capacitivos

En la deteccin de objetos no metlicos, tambin compiten como alternativa viable los

sensores de proximidad pticos

Los sensores de proximidad capacitivos son adecuados, por ejemplo, para supervisar los

niveles de llenado en contenedores de almacenamiento. Otras reas de aplicacin incluyen la

deteccin de materiales no metlicos. Los objetos de goma, cuero, plstico y otros materiales, son

difciles de detectar por sensores pticos de reflexin directa y, en segn que aplicaciones, la

utilizacin de sensores ultrasnicos puede resultar excesivamente costosa. En todo caso dirigimos

al lector a la bibliografa o a los catlogos comerciales especficos.

6.4.3 Sensores pticos

Los sensores de proximidad pticos utilizan medios pticos y electrnicos para la

deteccin de objetos. Para ello se utiliza luz roja o infrarroja. Los diodos semiconductores emisores

de luz (LEDs) son una fuente particularmente fiable de luz roja e infrarroja. Son pequeos y

robustos, tienen una larga vida til y pueden modularse fcilmente. Los fotodiodos y

fototransistores se utilizan como elementos receptores. Cuando se ajusta un sensor de proximidad

ptico, la luz roja tiene la ventaja frente a la infrarroja de que es visible. Adems pueden utilizarse

fcilmente cables de fibra ptica de polmero en la longitud de onda del rojo, dada su baja

atenuacin de la luz. La luz infrarroja (invisible) se utiliza en ocasiones en las que se requieren

mayores prestaciones, por ejemplo, para cubrir mayores distancias. Adems, la luz infrarroja es

menos susceptible a las interferencias (luz ambiental) (figura 6-15).

Figura 6-15. Sensor ptico.

Los sensores de proximidad pticos consisten bsicamente en dos partes principales: el

emisor y el receptor. El emisor y el receptor pueden hallarse instalados en un cuerpo comn

(sensores de reflexin directa y de retrorreflexin), o en cuerpos separados (sensores de barrera).

Los sensores de barrera se componen de un emisor y un receptor. Los sensores de retroreflexin

Electroneumtica.

6-13

necesitan reflejar el rayo de luz en un retrorreflector (espejo). Los sensores de reflexin directa

reflejan el rayo en el objeto a detectar, por lo tanto no se podrn utilizar con elementos de baja

reflexin (plstico negro mate, goma negra, materiales oscuros con superficies rugosas). La

simbologa de estos sensores se puede observar en la figura 6-15. Normalmente envan seal

cuando un objeto interrumpe el rayo de luz entre el emisor y el receptor (retorreflexin o barrera) o

cuando un cuerpo refleja el rayo (reflexin directa).

6.5 Convertidor de seal neumtico elctrico

El convertidor neumtico elctrico transforma una seal neumtica en otra elctrica

(figura 6-16). Con frecuencia recibe el nombre de presostato cuando la presin es por encima de la

atmosfrica y vacuostato cuando la presin es por debajo de la atmosfrica. El funcionamiento es

simple: cuando la fuerza de presin vence la fuerza del muelle tarado mediante un tornillo, se

realiza un contacto elctrico.

Figura 6-16. Convertidor neumtico elctrico.

6.6 Rels

Antes se utilizaba el rel principalmente como amplificador en la telecomunicacin. Hoy en

da se recurre a los rels para cometidos de mando o regulacin en mquinas e instalaciones. En

la prctica los rels satisfacen determinadas exigencias, como:

Fcil mantenimiento.

Alta frecuencia de conexiones.

Conexin tanto de muy pequeas, como tambin de relativamente altas intensidades

y tensiones.

Alta velocidad funcional, es decir tiempos de conmutacin cortos.

Neumtica

6-14

Los rels son elementos que conectan y mandan con un coste energtico relativamente

bajo; se aplican preferentemente al procesamiento de seales. El rel se puede contemplar como

un interruptor accionado electromagnticamente, para determinadas potencias de ruptura.

En la prctica existen mltiples y diferentes tipos de rels, sin embargo el principio de

funcionamiento es idntico en todos los casos.

Aplicando tensin a la bobina (entre A1 y A2), circula corriente elctrica por el

enrollamiento (5) y se crea un campo magntico, por lo que la armadura (3) es atrada al ncleo (7)

de la bobina. Dicha armadura, a su vez, est unida mecnicamente a los contactos (1, 2, 4), que se

abren o cierran. Esta posicin de conexin durar, mientras est aplicada la tensin, una vez

eliminada se desplaza la armadura a la posicin inicial, debido a la fuerza del resorte (6).

Figura 6-17. Corte de un rel

En la prctica se utilizan smbolos para los rels, para facilitar mediante una

representacin sencilla la lectura de esquemas de circuitos.

K1

A1

A2

13

14

23 33 43

24 34 44

Figura 6-18.

Electroneumtica.

6-15

El rel se denomina K1,siendo sus conexiones A1 y A2 .El rel esquematizado tiene 4

contactos de cierre, la figura 6-18 lo muestra claramente.

Con relacin a la numeracin de los contactos que arrastra el rel la primera cifra es una

numeracin continua de los contactos. La segunda cifra, en el presente ejemplo, siempre 3 4,

indica que se trata de un contacto de cierre (figura 6-18).

En la figura 6-19 se trata de un rel tambin con 4 contactos, pero esta vez de apertura.

Tambin aqu se efecta la numeracin continua de la primera cifra, la segunda 1 y 2 indica que se

trata de contactos de apertura.

K1

A1

A2

11

12

21 31 41

22 32 42

Figura 6-19.

Cuando hacen falta contactos distintos, se emplean rels con contactos de apertura, de

cierre o de conmutacin en un mismo elemento. La designacin numrica es una gran ayuda en la

prctica ya que facilita considerablemente la conexin de rels (figura 6-20).

K1

A1

A2 11

12

21 31 41

22 32 4214 24 34 44

Figura 6-20

Existen razones de peso para que el rel tenga todava su sitio en el mercado, pese a la

era electrnica, ya que posee las siguientes ventajas:

Adaptacin fcil para diferentes tensiones de servicio.

Trmicamente independientes frente a su entorno. Trabajan con seguridad entre

40C y 80C.

Resistencia relativamente alta entre los contactos de trabajo desconectados.

Permite la conexin de varios circuitos independientes.

Existe una separacin galvnica entre el circuito de mando y el circuito principal.

Dado que todas estas caractersticas positivas son deseables en la prctica, el rel ocupa,

como elemento de conexin en electrotecnia, un sitio importante. No obstante, el rel, como todo

elemento, tiene sus inconvenientes

Abrasin de los contactos de trabajo por arco voltaico y tambin oxidacin de los

mismos.

El espacio ocupado es mayor en comparacin con los transistores.

Neumtica

6-16

Ruidos en el proceso de conmutacin.

Velocidad de conmutacin limitada de 3 ms a 17 ms.

Influencias por suciedades (polvo) en los contactos.

6.7 Rels de tiempo o temporizadores

Este tipo de rels tiene el cometido de conectar o desconectar determinados contactos,

transcurrido un tiempo ajustable determinado tanto si son de apertura como de cierre.

Existen dos tipos de temporizadores, con retardo a la excitacin o con retardo a la

desexcitacin. Vamos a contemplar el rel con retardo a la excitacin (o conexin). Al aplicar

tensin, es decir al accionar el pulsador S, empieza la cuenta del tiempo ajustado (figura 6-21).

Figura 6-21. Esquema de un rel con retardo a la conexin.

Una vez alcanzado el tiempo ajustado, tiene lugar, la conmutacin por medio de las

conexiones 16 y 18. Este rel se representa mediante un cuadrado con una cruz de San Andrs

adosado al lado izquierdo del rectngulo que representa el rel normal.

La figura 6-21 explica como se lleva a efecto el retardo: cerrando el contacto S pasa la

corriente por la resistencia R1, que es ajustable. La corriente no tomar el camino hacia el rel K1,

sino que llegar a travs del conmutador de K1 hacia el condensador C. El condensador tarda un

cierto tiempo en cargarse, una vez cargado se excitar el rel K1, que producir la apertura o

cierre de un circuito o bien la permutacin de dos, como en el caso de la figura 6-21. Cuando se

abre S, desexcita de inmediato al rel y se produce el proceso inverso.

Electroneumtica.

6-17

Figura 6-22. Funcionamiento de un rel temporizador.

El tiempo de retardo depende de la resistencia R1, ajustable desde el exterior. La

excitacin del rel K1 cierra el circuito que une el condensador con la resistencia R2 por la que se

descarga aqul, pudiendo empezar un nuevo proceso.

Este rel sustituye al temporizador neumtico (figura 6-22) con la vlvula antirretorno en

sentido desfavorable hacia la vlvula 3/2.

En el rel temporizador con retardo de desexcitacin al cierre del pulsador S aparece de

inmediato una seal de salida (figura 6-23).

Figura 6-23. Rel temporizador con retardo a la desexcitacin.

Slo una vez anulada la tensin de mando o la seal de entrada, comienza la cuenta atrs

del tiempo de retardo ajustado.

Neumtica

6-18

La figura 6-24 explica su funcionamiento:

Figura 6-24. Analoga de un rel con retardo a la desexcitacin.

Al accionar el pulsador S, el rel K1 se excita de inmediato y producir as el efecto

deseado. El condensador C se carga a travs de la resistencia R2, despus de que el contacto

conmutador de K1 ha creado la unin entre ambos elementos.

Pero una vez conectado el rel K1, el contacto K1 conmutar.

Este estado queda mantenido. Slo cuando el pulsador S vuelve a interrumpir el circuito,

se descarga el condensador C a travs de la resistencia ajustable R1 y del rel K1. Haciendo esto

permanece el rel K1 an en estado conectado, mientras el condensador se descarga.

Slo entonces vuelve a establecerse la posicin inicial.

Este caso tambin permite una comparacin con la neumtica.

6.8 Electrovlvulas

Las vlvulas distribuidoras que se han visto anteriormente (apartado 4.2) maniobradas

mecnicamente o neumticamente se sustituyen en la electroneumtica por electrovlvulas.

La diferencia que existe entre las vlvulas distribuidoras que pudiramos llamar

convencionales, y las electrovlvulas se limita exclusivamente a su forma de maniobra. Los tipos

de vlvulas distribuidoras, de asiento y de corredera, as como sus detalles constructivos internos y

sus caractersticas son totalmente anlogos en los dos casos.

Las electrovlvulas renen las ventajas de la electricidad y de la neumtica y pueden ser

consideradas convertidores electroneumticos. Constan de una vlvula neumtica como medio de

generar una seal de salida, y de un accionamiento elctrico denominado solenoide. La aplicacin

de una corriente al solenoide genera una fuerza electromagntica que mueve la armadura

conectada a la leva de la vlvula.

Las electrovlvulas pueden ser monoestables o biestables. Las primeras tienen una sola

bobina tambin llamada solenoide, y se reposicionan automticamente mediante muelle en el

momento en que se deja de actuar elctricamente sobre el solenoide (figura 6-25). Las

electrovlvulas biestables disponen dos bobinas, una a cada lado; cuando se deja de actuar sobre

Electroneumtica.

6-19

una de ellas la vlvula queda en la misma posicin, siendo necesaria la actuacin sobre la bobina

contraria para que la vlvula se invierta.

1 3

2Accionamiento

inicial por

solenoide

Retorno por

muelle

Figura 6-25. Accionamientos en una vlvula monoestable.

Las bobinas pueden maniobrarse mediante corriente alterna o mediante corriente continua,

siendo esto lo ms frecuente.

A continuacin se explican algunas de las electrovlvulas ms utilizadas.

ELECTROVLVULA DE 3/2 VAS MONOESTABLE, NORMALMENTE CERRADA

Esta vlvula de asiento, normalmente cerrada (NC) es actuada directamente por un

solenoide y devuelta a su posicin de reposo por un muelle. En esta vlvula, la armadura del

solenoide y la leva de la vlvula forman una sola pieza que se denomina cabezal. La abertura del

cabezal est conectado a escapes (figura 6-26).

Cuando una corriente elctrica (seal) se aplica a la bobina, se genera una fuerza

electromotriz (FEM) que levanta la leva del asiento de la vlvula cerrando el escape. El aire

comprimido fluye desde 1 hacia 2 ya que 3 se halla cerrado por la parte superior de la leva. La leva

est forzada contra el asiento de escape.

En estado de reposo, tiene la posibilidad de accionamiento manual.

Neumtica

6-20

Figura 6-26. Electrovlvula 3/2.

Las aplicaciones tpicas para este tipo de vlvulas incluyen el control directo de pequeos

cilindros de simple efecto, el pilotaje indirecto de otras vlvulas mayores y la interrupcin y

descarga de lneas de aire en sistemas de control.

ELECTROVLVULA DE 3/2 VAS MONOESTABLE, NORMALMENTE ABIERTA

Esta vlvula es idntica a la normalmente cerrada excepto que se ha conectado de forma

diferente para que est abierta en reposo. En esta disposicin, la alimentacin 1 est conectada al

cabezal. Al aplicar una seal elctrica se levanta la leva, cerrando el asiento superior y con ello la

alimentacin. Al mismo tiempo, el asiento inferior libera el aire de la salida 2 hacia el escape 3.

Muchas vlvulas puede utilizarse indistintamente como NC y NA.

Esta configuracin (NA) es til cuando se precisa una seal neumtica sin que exista seal

elctrica, o cuando un cilindro de simple efecto debe tener el vstago extendido en su posicin

inicial.

ELECTROVLVULA DE 3/2 VAS, PILOTADA

La diferencia entre esta vlvula y la de control directo es la adicin de un servopilotaje

interno. La vlvula piloto puede considerarse como un amplificador, ya que la fuerza que genera el

solenoide es amplificada por la vlvula piloto, proporcionando una mayor fuerza de actuacin. En

estado de reposo, la alimentacin en 1 acta sobre el disco de asiento forzndolo contra la junta y

Accionamiento manual auxiliar

Electroneumtica.

6-21

bloqueando el paso hacia 2. La va 2 se halla descargada a la atmsfera a travs del escape 3

(figura 6-27).

La aplicacin de una seal elctrica levanta la leva del pilotaje abriendo la vlvula auxiliar y

el paso del aire 1 a travs del conducto piloto hacia el mbolo de accionamiento de la vlvula

principal, desplazando la corredera que hace que fluya aire desde 1 hacia 2. Al mismo tiempo se

cierra el escape 3 por la junta superior.

Cuando la bobina queda sin tensin, el aire del pilotaje se descarga a travs de la

armadura del solenoide. La presin 1 se bloquea y se conecta 2 con 3.

Figura 6-27. Vlvula 3/2 servopilotada.

ELECTROVLVULA DE 5/2 VAS, PILOTADA

La vlvula de 5/2 vas realiza una funcin parecida a la de 4/2 vas. La diferencia es que

tiene dos escapes independientes, mientras que la 4/2 tiene un nico escape.

En posicin inicial, el muelle fuerza a la corredera de tal manera que conecta 1 con 2 y 4

con 5, mientras que 3 queda aislado (figura 6-28). Al activar el solenoide se abre la vlvula auxiliar

pasando aire al lado izquierdo de la corredera, desplazndose sta, resultando que:

El aire escapa de 2 hacia 3

El escape 5 se bloquea

Neumtica

6-22

El aire fluye ahora de 1 hacia 4

Figura 6-28. Vlvula 5/2 monoestable.

Dado el corto recorrido de actuacin, las bajas fuerzas de friccin y el accionamiento por

pilotaje, esta ejecucin puede utilizar un solenoide pequeo, lo cual le proporciona un tiempo de

respuesta breve.

VLVULA DE 5/2 VAS, BIESTABLE

Las vlvulas mencionadas anteriormente utilizan un muelle para devolver la vlvula a su

estado inicial, es decir, el solenoide acciona la vlvula en un sentido y el muelle lo hace en sentido

opuesto. Por descontado, esto significa que al quedar sin tensin la bobina, la vlvula regresa a su

posicin inicial.

Con vlvulas de doble solenoide, el muelle se sustituye por otro solenoide. Suponiendo que

la ltima seal aplicada fuera a la bobina derecha, el aire fluye de 1 hacia 2 mientras que 4 se

descarga por 5. Al quitar la seal de dicha bobina la vlvula permanece estable y no se producen

Electroneumtica.

6-23

cambios. Al aplicar una seal en la bobina izquierda, la vlvula invierte y el aire fluye de 1 a 4 y 2 se

descarga por 3 (figura 6-29).

Figura 6-29. Vlvula 5/2 Biestable.

A diferencia de la vlvula con retorno por muelle, sta permanece en posicin estable

incluso en caso de fallo de tensin, esto significa que la vlvula es biestable, es decir, tiene un

comportamiento memorizante. En circuitos electroneumticos, esta caracterstica tiene varias

ventajas, entre ellas que basta un pulso de 10 ... 25 ms para disparar la vlvula. La potencia

elctrica puede reducirse al mnimo. En circuitos con secuencias complejas, pueden mantenerse

las posiciones de las vlvulas y cilindros sin necesidad de recurrir a complicados enclavamientos

del circuito.

6.8.1 Fiabilidad de las vlvulas

En la prctica, los componentes de un circuito electroneumtico, a menudo alcanzan

duraciones extremadamente largas y un nmero elevado de ciclos de conmutacin. Los

componentes neumticos son muy robustos y si han sido seleccionados correctamente en la etapa

Neumtica

6-24

de diseo, darn una larga vida til. Adicionalmente, la fiabilidad se incrementa con la correcta

preparacin del aire comprimido, instalaciones que permitan un fcil acceso, alineacin correcta,

control de las condiciones ambientales, tales como calor y daos mecnicos, as como con un

mantenimiento regular.

Las vlvulas de potencia, que accionan dispositivos tales como actuadores lineales y

rotativos, tienen como exigencia fundamental que permitan una rpida inversin del actuador

cuando se aplica una seal al solenoide. Por eso, la vlvula debe situarse lo ms cerca posible del

actuador. Esto reduce la longitud de los tubos as como los tiempos de respuesta. Idealmente, la

vlvula de potencia debera fijarse directamente con el actuador. Esto tiene la ventaja adicional de

ahorrar en racordaje, tuberas y tiempo de montaje.

6.9 Simbologa elctrica

Contacto normalmente cerrado NC

Solenoide con servopilotaje y accionamiento manual

Contacto conmutador

Sensor inductivo

Pulsador con contacto de cierre, accionamiento manual por

pulsado.

Sensor capacitivo

Interruptor manual. Contacto con enclavamiento.

Sensor ptico

Accionamiento en general: rels, contactores.

Presostato

Rel electromecnico con retardo a la conexin

Sensor de accionamiento magntico

Rel electromecnico con retardo a la desconexin