• Author / Uploaded
• nicky nolivos

Citation preview

Laboratorio de Instrumentación Básica Actuadores Sábado 3 de febrero, II Término 2017 – 2018 Nolivos Galarza Nicky Roberto Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP) Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL) Guayaquil – Ecuador [email protected] Resumen La práctica tuvo como objetivo conocer el funcionamiento de los distintos tipos de actuadores, así como el modo de empleo de estos, y adaptaciones para la creación de sistemas de control automático. Para la primera parte, se utilizó una mesa de distribución, cuyo objetivo fue de transportar discos y separarlos, de modo que, mediante los actuadores, se reconoció el tipo de material y el color de cada uno; esto se realizó utilizando un brazo giratorio, que transportaba la pieza, la cual se encontraba dentro de un cilindro accionado por un pistón neumático de doble efecto, mediante una copa de succión de vacío, y llevando la pieza hasta dos sensores ópticos: uno de reflexión difusa, el cual detectaba el color de la pieza, y otro inductivo para detectar si el material era metálico. Estos sensores accionaban una cinta transportadora y mediante la detección, los sensores enviaban órdenes al derivador neumático para clasificar las piezas por color y material hasta caer por una rampa. En la segunda parte, se utilizó un sistema de aire comprimido el cual realizaba filtrado y recolección de condensado mediante válvulas neumáticas y un control de nivel de agua mediante medidores de nivel con sensores de presión en un tanque abierto, además de un control de temperatura mediante intercambiadores de calor. En esta sección se utilizaron como actuadores: bombas centrífugas, válvulas normalmente abiertas y cerradas, calentadores por resistencia y sensor de presión hidrostática. Palabras claves: actuadores, reflexión difusa, pistón doble efecto, válvulas neumáticas, derivador neumático

Introducción Los actuadores son dispositivos mecánicos cuya función consiste en proporcionar una fuerza capaz de mover otro dispositivo mecánico. Esta fuerza ejercida por el actuador proviene de tres tipos de fuentes como presión neumática, fuerza electromotriz y presión hidráulica. Cada uno de los sistemas presentan diferentes características como: potencia, controlabilidad, peso y volumen, precisión, velocidad, mantenimiento, costo. Los actuadores utilizados durante la práctica se detallan a continuación.

Los actuadores neumáticos son mecanismos que convierten la energía del aire comprimido en trabajo mecánico, con un mayor rango de compresión en comparación a los actuadores hidráulicos. Cilindro neumático de simple efecto: en este tipo de pistones, el émbolo se desplaza en un solo sentido como resultado del empuje ejercido por el aire a presión, mientras que en el otro sentido se desplaza como consecuencia del efecto de un muelle

Cilindro neumático de doble efecto: son capaces de producir trabajo útil en dos sentidos, ya que disponen de una fuerza activa tanto en avance como en retroceso. El aire a presión es el encargado de empujar al émbolo en las dos direcciones, al poder ser introducido de forma arbitraria en cualquiera de las dos cámaras Válvulas neumáticas de asiento plano: Son empleadas en la regulación de caudales de gases y líquidos. Disponen de una junta simple que asegura la estanquidad necesaria. El tiempo de respuesta es pequeño puesto que con desplazamiento corto se consigue un gran caudal de paso. Se clasifican en normalmente abiertas o en reposo, donde al accionar el taqué de la válvula, se cierra con un disco el paso de la presión 1 al área 2, por ende, al soltar el taqué, los muelles reposicionan el émbolo con los discos estanquizantes hasta su posición inicial. También están las normalmente cerradas cuyo escape no posee solape, de modo que no se pierde aire cuando la conmutación tiene lugar de forma lenta. Los actuadores eléctricos son los que requieren únicamente energía eléctrica como fuente de energía. Como utilizan cables eléctricos en la transmisión de corriente, resultan altamente versátiles y no poseen restricciones respecto a la distancia entre la fuente de energía y el actuador Motor de corriente continua: son considerados como actuadores de tipo eléctrico. Funcionan cuando un conductor, por el que pasa corriente eléctrica, se sumerge en un campo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente de acuerdo con corrientes de Lorentz. Son de fácil control, tienen un mejor rendimiento, una mayor potencia y un precio bajo. Sensor de tipo difuso: Es un sensor donde se emite un haz de luz hacia un objetivo distante, el cual actúa como reflector, volviendo parte de la luz emitida al sensor. El receptor detecta la cantidad de luz reflejada, activando el sensor cuando la intensidad de luz alcanza un valor de umbral

Sensor inductivo: sirven para la detección de materiales ferrosos. Además, sirven para el posicionamiento en la detección de objetos metálicos en la detección de paso, atasco, codificación y de conteo. Sensor tipo switch: es un interruptor eléctrico alimentado por un campo magnético. Cuando los contactos están normalmente abiertos se cierran en la presencia de un campo magnético; cuando están normalmente cerrados se abren en presencia de un campo magnético. Sensor de presión: su objetivo es transformar una magnitud física en una eléctrica, en este caso transforman una fuerza por unidad de superficie en un voltaje equivalente a esa presión ejercida.

Equipos, Instrumentación Procedimiento

y

Se utilizaron las siguientes válvulas y sensores durante la práctica: Equipo

Válvula de control de aire normalmente cerrada Rango 3 – 15 psi Tamaño 172 pulg Presión del cuerpo 250 psi Tabla 1. Datos del equipo: Válvula de control de aire normalmente cerrada

Equipo

Válvula de control de aire normalmente abierta Rango 3 – 15 psi Tamaño 172 pulg Presión del cuerpo 250 psi Tabla 2. Datos del equipo: Válvula de control de aire normalmente abierta Equipo Bomba centrífuga Velocidad 3450 RPM Potencia ½ HP Frecuencia 60Hz Tabla 3. Datos del equipo: Bomba centrífuga

Análisis de Resultados, Conclusiones y Recomendaciones El sistema de mesa de distribución consistió principalmente en el empleo de actuadores con el fin de separar distintas piezas de acuerdo con el material y al color de cada una. Se contó con una base cilíndrica donde se albergaban las piezas una encima de otra, cuyo sistema era accionado por un cilindro neumático de simple efecto cuya función era de empujar el émbolo de la cámara en una dirección hasta sacar una pieza por cada accionar y retornar las otras a su sitio. Cada disco una vez fue extraído del cilindro base, fue llevado mediante un brazo giratorio, el cual, aplicando una fuerza de vacío sobre el disco para agarrarlo, lo transportó hasta una posición distinta. Este brazo fue accionado mediante un motor de corriente continua, además de un tope de carrera mecánico que controlaba el inicio y el fin de la posición de giro del brazo mediante órdenes de encendido y apagado por medio de un sensor tipo switch. Posteriormente, el disco fue llevado hasta la posición de dos sensores: uno de tipo difuso y otro de tipo inductivo. El primero se encargó de detectar el color del disco, en tal caso: rosado o negro. El segundo sensor detectaba el tipo de material, ya sea plástico o metálico. Así mismo, un tercer sensor magnético de posición, el cual detectaba la presencia de la pieza en dicho lugar, de modo que, al detectar la pieza, accionaba una banda transportadora accionada por un pistón neumático de doble efecto, la cual movía la pieza a través de esta y mediante los sensores de tipo

Anexos

difuso e inductivos, se activaba la orden hacia los derivadores neumáticos, los cuales desviaban el recorrido de la pieza y lo hacían caer por una rampa, separando las piezas de la manera antes mencionada. Para el módulo de control de temperatura se contó con un intercambiador de calor, donde se calentaba el agua por medio de una resistencia, generando aire caliente en el tanque cerrado, dichas resistencias se podían encender o apagar, pero también se podían controlar utilizando un pwm de baja frecuencia o un controlador On/Off para encender o apagar los calentadores y controlar la temperatura. El control de temperatura se realizó por válvulas, es decir, la mezcla del agua que se transportaba completamente caliente que cuando tenía encendido el calentador de resistencia, se mezcla el agua caliente con el agua fría del reservorio y dependiendo de la regulación del flujo de agua caliente o fría, el resultado final es agua a la temperatura deseada del proceso. Se usaron dos tipos de válvula: una normalmente cerrada y dos normalmente abiertas. El control de temperatura se realizó con un sensor de temperatura, en cuya parte inferior se ubicaba un termopar con el cual se podía realizar el control automático mediante algún dispositivo de control o un sistema de adquisición de datos. En el módulo de control de presión se midió directamente la presión en el tanque mediante la acción de las válvulas neumáticas y un sensor de módulo de control de presión en el tanque.

Sensores inductivo y difuso

Rampas

Brazo giratorio

Banda transportadora

Disco Derivadores neumáticos Sensor de posición

Pistón neumático

Cilindro portador de discos

Figura 1. Diagrama del proceso de mesa de distribución

Figura 2. Diagrama del módulo de control de temperatura