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TALLER FLUIDSIM - HIDRÁULICA Y NEUMÁTICA

Amaris Pérez Eduardo Beleño Sanmiguel Germán Guzmán Méndez Andrés León Monsalve Wilmer Rodríguez Medina Norberto Sánchez De La Hoz José Ortiz Barrero Miguel

Entregado al Ing. PhD(c). Jorge Duarte Forero

Hidráulica y neumática

Universidad del Atlántico Facultad de Ingeniería Programa de Ingeniería Mecánica Barranquilla, Atlántico 2016-2

TALLER FLUIDSIM (NEUMATICA) Usted es el nuevo Ingeniero contratado por la empresa HIERROS JUANCHO S.A, que está especializada en la distribución de acero y en el proceso de doblado. Su primera asignación es la de automatizar una vieja máquina dobladora de lámina, la cual ilustrada abajo. Las piezas son colocadas a mano en la máquina. Al accionar el pulsador de inicio, el cilindro (A) presiona la pieza (X) contra la base (Z). El cilindro (B) dobla la lámina en un ángulo de 90° y retrocede inmediatamente. El cilindro (C) realiza un dobles curvo y luego regresa. A continuación, el cilindro (A) retrocede, pero producto de la presión aplicada y la elasticidad del material, la lámina (X) queda adherida a la base (Z). Luego, el actuador de medio giro (D) realiza un movimiento de 180°, de manera que por efecto de la gravedad la pieza se suelta y el actuador (D) regresa a su punto de partida, dejando la maquina lista para iniciar un nuevo ciclo de doblado.

Fig. 1 Montaje de máquina dobladora de láminas.

a) Diseñe e ilustre abajo el diagrama de secuencias que debe manejar el sistema, tomando en cuenta las secuencias descritas anteriormente. b) Diseñar en Fluid-SIM un circuito electro-neumático que permite realizar la secuencia anterior, accionando solo un (1) pulsador. Este circuito tiene elementos listados a continuación (puede haber elementos adicionales, los cuales deben ser definidos por USTED y justificar su utilización):

c) Realice el punto b), pero en vez de utilizar válvulas bi-estables, utilice válvulas 4/3 centro cerrado con retorno por resorte y accionamiento por solenoides : d) Explique las razones por las cuales usted considera si es mejor la opción del punto b) o c). Fundamente su respuesta con un criterio técnico.

SOLUCIÓN a)

Para la realización del diagrama de secuencias, se tiene en cuenta que la maquina presenta un orden especifico a la hora de realizar la tarea de doblar laminas. Dicho orden de operaciones se describe en el enunciado del problema. A partir de este podemos determinar el diseño del diagrama de secuencias que muestra los desplazamientos de los actuadores en el sistema. A continuación, este es el orden de operaciones de la maquina: -

Al accionar el pulsador de inicio, el cilindro (A) presiona la pieza (X) contra la base (Z) (A+). El cilindro (B) dobla la lámina en un ángulo de 90° (B+) y retrocede inmediatamente (B-). El cilindro (C) realiza un dobles curvo (C+) y luego regresa (C-). A continuación, el cilindro (A) retrocede (A-), pero producto de la presión aplicada y la elasticidad del material, la lámina (X) queda adherida a la base (Z). Luego, el actuador de medio giro (D) realiza un movimiento de 180° (D+), de manera que por efecto de la gravedad la pieza se suelta y el actuador (D) regresa a su punto de partida (D-), dejando la maquina lista para iniciar un nuevo ciclo de doblado.

Dicho lo anterior, se determina las secuencias dadas por los finales de carrera. Para ello cada uno de los actuadores tendrá una marca la cual permitirá identificar fácilmente a que grafico de desplazamiento pertenece cada actuador. En la siguiente tabla se muestra las marcas para cada actuador y las marcas de final de carrera. Actuador Actuador doble efecto sin amortiguamiento Actuador doble efecto con amortiguamiento variable Actuador doble efecto con amortiguamiento fijo Actuador de medio giro

Marca A

Finales de carrera A0, A1

B

B0, B1

C

C0, C1

D

D0, D1

Tabla. 2 – Marcas de los actuadores y finales de carrera.

Luego de obtenida toda la información necesaria para el análisis de la secuencia de operación, procedemos a determinar las secuencias y las fases del sistema. Estas secuencias y fases se ilustran en el siguiente gráfico con el fin de hacer más sencillo el entendimiento del orden de operación de la máquina, teniendo en cuenta que señales de final de carrera llevan de una fase a otra: A1

A+ D0

B0

B+

BB1

C0

C+

CC1

D1

A-

D+ A0

DD0

Grafico. 3 – Orden de secuencias y fases del sistema.

Por lo que, con base al grafico 1, se construye el diagrama de secuencias el cual muestra el desplazamiento que sigue cada uno de los cilindros durante la operación del sistema. Como resultado se obtiene la siguiente secuencia para el sistema (Grafico 2).

Grafico. 2 – Diagrama de secuencias del sistema.

Lo anterior se corrobora a través del diagrama de secuencias que arroja el software FluidSIM-N, el cual se obtiene luego de realizado el diseño del circuito neumático que realizan las operaciones descritas en el enunciado del problema. Así como también se muestran las transiciones de secuencias y fases con sus respectivos finales de carrera.

Grafico. 3 – Diagrama de secuencias del sistema (FluidSIM-N).

b) Para el circuito neumático se tomaron en cuenta los siguientes elementos: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Un compresor de caudal variable (1). Un cilindro A: doble efecto sin amortiguamiento (2 ). Un cilindro B: doble efecto con amortiguamiento variable (3 ). Un cilindro C: doble efecto con amortiguamiento fijo (4 ). Un actuador de medio giro (5). Cuatro válvulas bi-estables 4/2 de salida con rosca (6 ). Un Filtro (7 ).

Para la primera parte se tiene en cuenta que se pide un diseño para valvulas 4/2 Bi-estables, por lo cual el circuito neumatico para este caso se presenta a continuacion:

Fig. 2 – Circuito neumático de estudio (Válvulas 4/2).

Para el correcto funcionamiento del circuito neumático se consideró indispensable incluir los siguientes componentes: 1. 2. 3. 4.

5. 6.

7. 8.

Una tobera de alimentación, de donde se tome aire para el circuito (8). Una válvula anti retorno, que permita que el aire se desplace por una sola dirección y que prohíba el retorno del aire (9). Un depósito, que reciba y almacene el aire procedente del compresor (10). Una purga manual de condensado, que sirva de filtro para detener todas las partículas sólidas e impurezas; y que elimine el agua condensada en las líneas de aire comprimido, lo cual permite que la vida útil de los componentes de la red aumente (11). Un secador, que remueva el vapor de agua, disminuya la temperatura de rocío del aire comprimido y que se encargue de prevenir la formación del agua líquida (12). Un lubricador, que se encargue de lubricar los elementos neumáticos para prevenir el desgaste de dichos elementos, reducir el rozamiento y proteger los elementos contra la corrosión. También regula y controla la mezcla de aire – aceite (13). Una válvula reguladora de presión, que mantenga la presión de trabajo lo más constante posible, independientemente de las variaciones que sufra la presión de red y del consumo de aire (14). Ocho válvulas reguladoras de caudal, que limiten la velocidad de entrada y de salida de los actuadores (15).

Para el funcionamiento de este circuito neumático, se requiere un sistema eléctrico el cual sea el encargado del arranque de las operaciones a realizar. Este circuito electroneumático se diseña con base a las secuencias que se requieren para dicho proceso, por lo cual se tienen en cuenta las transiciones de una fase a otra y que señales de final de carrera se encarga de activar cada secuencia. Por lo anterior, se llega al siguiente diseño electroneumático el cual puede garantizar el correcto funcionamiento del sistema:

Fig. 3 – Circuito electroneumático del sistema (Pt. 1 - diseño para Válvulas 4/2).

El funcionamiento del anterior circuito electroneumático se puede corroborar a partir del archivo adjunto en el Zip “Taller FluidSIM Pt. 1 (Válvulas 4-2)” realizado en el software FluidSIM-N. c)

Para la segunda parte se pide el diseño del circuito neumático, pero en esta ocasión utilizando válvulas 4/3 con centro cerrado, retorno por resortes y accionamiento por solenoides. Por lo tanto, se diseña el circuito neumático haciendo uso de las susodichas válvulas y se obtiene el siguiente esquema:

Fig. 4 – Circuito neumático de estudio (Válvulas 4/3 centro cerrado).

Para el funcionamiento de este circuito neumático, así como para el primer caso, se requiere de un circuito eléctrico que sea el encargado del arranque del sistema. A diferencia del primer circuito electroneumático, se hace necesario el uso de otros componentes eléctricos el cual puedan garantizar el correcto accionamiento de las válvulas y por ende del sistema. En nuestro caso optamos por utilizar temporizadores con un bajo tiempo de temporización para que estas sean las encargadas de accionar algunos de los solenoides y desactivar otras señales que podrían interferir en el funcionamiento eléctrico del sistema, con eso se logra un correcto funcionamiento del sistema neumático. Por lo tanto, el circuito eléctrico para el caso de estudio usando válvulas 4/3 es el siguiente:

Fig. 4 – Circuito electroneumático del sistema (Pt. 2 - diseño para Válvulas 4/3 con centro cerrado, retorno por resortes y accionamiento por solenoides).

El funcionamiento del anterior circuito electroneumático se puede corroborar a partir del archivo adjunto en el Zip “Taller FluidSIM Pt. 2 (Válvulas 4-3 Centro cerrado)” realizado en el software FluidSIM-N.

d) Realizados los diseños de los circuitos electroneumáticos y realizando un análisis de los mismos, se considera como mejor opción de implementación en el sistema el circuito realizado en el ítem C, ya que, al ser un diseño con válvulas 4/3 con centro cerrado, retorno por resortes y accionamiento por solenoides, se tiene la ventaja de que al centrarse la válvula, por ser de centro cerrado, no se sigue mandando un caudal de aire a través del sistema, lo cual implica que no haya un consumo de potencia del compresor. A diferencia de las válvulas 4/2 en las que hay un paso de caudal constante por el sistema y por ende hay un consumo

de potencia del compresor a través, además que se evita que el aire se escape en todo momento hacia el entorno. De este modo se permite también colocar los actuadores en cualquier posición que se requiera en casos de emergencia durante el proceso. Como se trata de una maquina dobladora de láminas, al ser un circuito con las válvulas ya descritas, cuenta también con un sistema de baja temporización, esto con el fin de que al realizar los dobleces, el vástago junto con el punzón de doblado pueda retenerse y aprisionar la lámina por un límite de tiempo corto, garantizando el doblado de la misma y evitando una posible recuperación elástica del material de la lámina....