UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERIA MECÁNICA-ENERGÍA

PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

“TEXTO: SISTEMAS SECUENCIALES: ELÉCTRICOS, OLEO-HIDRÁULICOS, ELÉCTRO-HIDRÁULICOS, NEUMÁTICO,

ELÉCTRO-NEUMÁTICOS”

JEFE DEL PROYECTO

ING. PAZ LÓPEZ HÉCTOR ALBERTO

CRONOGRAMA

(01-12-2007 AL 30-11-2009)

RESOLUCIÓN RECTORAL: Nº 402-2008-R

I N D I C E

Pagina

RESUMEN 03

INTRODUCCIÓN 04

MARCO TEORICO 06

Capitulo I: Sistemas Eléctricos

1.1 Introducción 071.2 Clasificación de los “Sistemas Secuenciales” 071.3 Automatización Eléctrica 081.4 Símbolos de Controles Eléctricos (JIC Standard) 091.5 Símbolos de Controles Eléctricos (IEC Standard) 101.6 Álgebra de Boole Automatismos cableados 111.7 Simplificación mediante el método de Karnaugh 131.8 Flujo-grama 141.9 Ejemplos de Arranque de motores 15

Capitulo II: Sistemas Oleo-Hidráulicos

2.1 Control de Cilindros de Simple y de Doble Efecto 182.2 Ejemplos: Control de cilindro efecto y Motor Hidráulico 222.3 Diagrama de Movimientos 242.4 Aplicaciones 252.5 Simbología hidráulica 29

Capitulo III: Sistemas Electro-hidráulicos

3.1 Control de cilindro de doble efecto 313.2 Aplicación. Horno de secado de ciclo continúo 343.3 Aplicación. Control de cilindro doble efecto y motor hidráulico 353.4 Simbología hidráulica 36

Capitulo IV: Sistemas Neumáticos

4.1Activación de 2 cilindros simple efectos por Compuerta Lógica: OR 374.2 Aplicación con cilindro de doble efecto y Timer ON DELAY 384.3 Ciclo único neumático de secuencia A+ B+ A- B- 394.4 Ciclo único y ciclos continuos secuencia A+ B+ A- B- 404.5 Circuito neumático con parada de emergencia 424.6 Simbología neumática 43

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Sistemas Neumáticos Avanzados

4.6 Sistema de Cascada por Agrupamiento – 2 Grupos – 1 Memoria 45

4.7 Sistema de Cascada por Agrupamiento – 3 Grupos – 2 Memorias 474.8 Único ciclo y ciclos continuos 484.9 Sistema de Cascada por Agrupamiento – 3 Grupos – 2 Memorias 494.10 Sistema de Cascada por Agrupamiento– 4 Grupos– 3 Celulas de memorias 504.11 Método de cascada con células de memorias 514.12 Sistema de Cascada por Agrupamiento con sensores– micro-electro-válvulas 524.13 Sistema de Cascada por Agrupamiento con sensores micro -electro-válvulas 53

Capitulo V: Sistemas Electro-neumáticos

5.1 Seguridad a dos manos de prensa de corte 545.2 Acción de Arranque y Parada desde dos lugares 555.3 Secuencia Automática de ciclos continuos: TON A+ A- 565.4 Secuencia Automática: TON1 A+ TON2 A- 575.5 Control de la velocidad de salida del vástago 585.6 Secuencia Automática de ciclos únicos y ciclos continuos: A+ B+ A- B- 59 5.7 Secuencia ciclo único: A+ A- B+ B- con sensores de proximidad 605.8 Cilindros de doble efecto con secuencia automática: A+ A- B+ B- 61

5.9 Dos cilindros de doble efecto y uno de simple efecto con secuencia: A+B+C+A-C- 62 B-5.10 Tres cilindros de doble efecto con secuencia: A+ B+ B- C+ C- A- 635.11 Tres cilindros de doble efecto con secuencia: A+ B+ C+ B- A- C- 645.12 Dos cilindros de doble efecto y un de simple efecto con secuencia: 65

A- C+ B+ C- A+ C+ TON C- B- B+ B+ C+ C- B-5.13 Cuatro cilindros de doble efecto con secuencia: A+ C+ A- D+ D- C- 66 B+ B-

MATERIALES Y METODOS 67

RESULTADOS 68

DISCUSIÓN 69

REFERENCIALES 70

APENDICE 71

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RESUMEN

Por tratarse de un texto universitario, el presente trabajo tiene una estructura didáctica en el desarrollo de sus cinco capítulos; con redacción clara y solución metodológica de los problemas y sus aplicaciones respectivas en los ¨Sistemas Secuenciales” de procesos industriales, donde es necesario determinar los dispositivos de los circuitos de Fuerza – Control; asimismo, construir circuitos propios, de acuerdo a la secuencia de operación en un Procesos Industrial.

La presentación del texto sigue la línea clásica por separado, es decir individualizando Sistemas Secuenciales: Eléctrico, Hidráulico, Electrohidráulico, Neumático y Electroneumático, donde se introducen y se exponen los conceptos de control, que se consideran para el análisis en un Proceso Industrial.

La obra alecciona al estudiante en Circuitos Oleo-hidráulicos y Neumáticos, que son parte importante para la formación del futuro Ingeniero Mecánico, pues conlleva la aplicación de los Principios Generales en los Procesos Industriales.

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INTRODUCCIÓN

Los Sistemas Secuenciales es la ciencia aplicada que estudia los procesos industriales, para aplicarlos a la solución de problemas y necesidades industriales, a fin de brindar mayores niveles de vida a la población.

El TEXTO: SISTEMAS SECUENCIALES: ELÉCTRICOS, OLEO-HIDRÁULICOS, ELÉCTRO-HIDRÁULICOS, NEUMÁTICO, ELÉCTRO-NEUMÁTICOS” es bastante versátil y proporciona al estudiante progresar en el estudio y él es testigo de la manera en que este programa se desarrolla a partir de principios básicos y generales, aplicándose a la compresión del comportamiento Teórico y Práctico de los Sistemas Secuenciales. Al compenetrarse de estos principios tan importantes, el estudiante es capaz de acometer nuevos problemas inherentes a procesos industriales, a la vez, encaminarse a la técnica depurada.

En cuanto a la presentación del material expuesto en la presente investigación, se ha tenido cuidado de cumplir con lo establecido en el planteamiento del problema, presentado de la manera siguiente.

¿Existe un texto que oriente adecuadamente al estudiante a analizar, plantear y solucionar problemas de aplicación de Circuitos Eléctricos, Oleo-Hidráulicos y Neumáticos con contenidos establecidos en el Plan Curricular vigente de la Escuela Profesional de Ingeniería Mecánica?

Planteado el problema de investigación, se trabajó para lograr los propósitos propios de la investigación, explicitados en:

OBJETIVO GENERAL. Desarrollar un texto de: “SISTEMAS SECUENCIALES: ELÉCTRICOS, OLEO-HIDRÁULICOS, ELÉCTRO-HIDRÁULICOS, NEUMÁTICOS, ELÉCTRO-NEUMÁTICOS” en forma ordenada y sistemática que permita al estudiante analizar, comprender los sistemas secuenciales de aplicación en los procesos industriales.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Después de estudiar el texto, el estudiante es capaz, de:

a.- Desarrollar y comprobar los fundamentos y principios básicos que gobiernan el

funcionamiento en los SISTEMAS SECUENCIALES: ELÉCTRICOS, OLEO-

HIDRÁULICOS, ELÉCTRO-HIDRÁULICOS, NEUMÁTICOS, ELÉCTRO-

NEUMÁTICOS y su relación con la labor del Ingeniero.

b.- Aplicar y utilizar los conceptos y nociones básicas en la representación y

modelación de los circuitos de control de procesos industriales.

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c.- Dar solución a problemas de aplicación en control de los procesos industriales hecho

que juega un rol importante en la práctica de la Ingeniería.

d.- Utilizar, adecuadamente, métodos y técnicas en el análisis cuantitativo del

comportamiento de los circuitos Eléctricos, Oleo-Hidráulico y Electro-hidráulicos,

Neumáticos, Electro-neumático y comprender las limitaciones que estos procedimientos

puedan tener.

De esta manera, la investigación está orientada a fortalecer la formación

profesional en las carreras afines de la Ingeniería Mecánica – Energía, por lo que tiene

un papel preponderante y de allí nace la:

IMPORTANCIA Y JUSTIFICACIÓN

El Proyecto de Investigación, titulado “SISTEMAS SECUENCIALES:

ELÉCTRICOS, OLEO-HIDRÁULICOS, ELÉCTRO-HIDRÁULICOS,

NEUMÁTICOS, ELÉCTRO-NEUMÁTICOS” tiende a ser un texto que permitirá

facilitar al estudiante el proceso de aprendizaje del comportamiento de los controles de

procesos industriales, a través del desarrollo de circuitos de control que tienen

aplicación directa en la labor del Ingeniero.

El texto es destinado a servir de complemento al curso de Circuitos Oleo-

Hidráulicos y Neumáticos para alumnos de Ingeniería Mecánica. Abordándose

problemas del comportamiento de los circuitos de control en las condiciones en que

corrientemente se encuentran en ámbito industrial.

Por tratarse de un texto universitario, que pretende constituirse en un medio de

apoyo al aprendizaje eficaz del alumno, el libro basa en una estructura didáctica.

Serán apreciados todos los comentarios, sugerencias y/o críticas.

Ing. Héctor Alberto Paz López

5MARCO TEORICO

En esta etapa del Proyecto de investigación se recurrió a la ubicación de las fuentes de información primaria ó directa citadas en la referencia; para un posterior análisis en sus contenidos de conceptos básicos de los de circuitos Eléctricos, Oleo-Hidráulico y Electro-hidráulicos, Neumáticos, Electro-neumático

El texto en su desarrollo tiene orden lógico y sistematizado en la solución de sus problemas de aplicación de Circuitos Oleo-Hidráulicos y Neumáticos, donde se desarrollan métodos de construcción de control de procesos industriales, tales como: Karnaugh, Cascada por Agrupamiento y Cascada Paso a Paso. También contiene una serie de esquemas de control industrial resueltos, con sus archivos de simulación en el software AUTOMATION STUDIO 5.0, enfocando con precisión aquellos puntos que permiten al estudiante aplicar los principios básicos.

Cabe recalcar que en cada uno de los capítulos, tiene el propósito de que el estudiante ingrese a la competencia profesional de conocimientos técnicos que contribuyan a despertar, en él, la inquietud por la investigación y el estudio práctico de los métodos empleados para verificar, experimentalmente, el comportamiento de los Circuitos Oleohidráulicos y Neumáticos

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MATERIALES Y METODOS

Dado que la presente investigación no es de TIPO EXPERIMENTAL, sino de carácter

teórico en el nivel de la INVESTIGACION BASICA (elaboración de Texto), no es

posible incluir materiales o métodos seguidos para su realización como por ejemplo el

método estadístico.

Muy por el contrario por el carácter mismo de la presente investigación como es la

elaboración del texto de: “SISTEMAS SECUENCIALES: ELÉCTRICOS, OLEO-

HIDRÁULICOS, ELÉCTRO-HIDRÁULICOS, NEUMÁTICOS, ELÉCTRO-

NEUMÁTICOS”, se ha tomado en consideración la revisión de cierta bibliografía en el

campo de los Circuitos Oleo-hidráulicos y Neumáticos, y de procesos industriales, con

el fin de ser analizada y que permita presentar un material didáctico acorde a nuestra

realidad, teniendo como valor agregado la experiencia del autor que se traduce como

lecciones aprendidas

El material bibliográfico utilizado es muy amplio y variado desde aplicaciones básicas

hasta aquellas que lo hacen más exigentes y reales-prácticas, tal como se tiene en los

procesos industriales, con conceptos técnicos de última generación, acorde al avance

tecnológico, como la utilización de software AUTOMATION STUDIO 5.0.

La forma como se presenta éste trabajo de investigación constituye un intento por llenar

el vacío existente en un solo libro, con un método pedagógico, deductivo y un análisis

en las respectivas aplicaciones industriales.

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R E S U L T A D O S

El resultado del Proyecto de Investigación, que se presenta a la comunidad

universitaria en calidad del texto de: “SISTEMAS SECUENCIALES:

ELÉCTRICOS, OLEO-HIDRÁULICOS, ELÉCTRO-HIDRÁULICOS,

NEUMÁTICOS, ELÉCTRO-NEUMÁTICOS” “, nos permitirá contar con un

material bibliográfico práctico y de mucho interés, el mismo que puede ser

utilizado por los estudiantes de Ingeniería Mecánica-Energía y ramas afines en el

área académica de campo de los Circuitos Oleo-hidráulicos y Neumáticos,

asignaturas que forman parte del Plan de estudios de la Escuela Profesional de

Ingeniería Mecánica de la Universidad nacional del Callao.

Los temas tratados en el presente texto se explican en forma clara y sencilla y, a la

vez, rigurosa, con las exigencias que requiere la investigación.

La investigación efectuada nos permite contar y disponer con material de estudio

de las partes y funcionamiento de los SISTEMAS SECUENCIALES:

ELÉCTRICOS, OLEO-HIDRÁULICOS, ELÉCTRO-HIDRÁULICOS,

NEUMÁTICOS, ELÉCTRO-NEUMÁTICOS, de una manera ordenada y, lógica.

Los estudiantes o cualquier otra persona interesada encontrarán en él un marco

teórico-práctico muy amplio y entendible.

Los temas y conceptos tratados en el presente manual son explicados de manera

muy clara, sencilla y a la vez rigurosa, con la exigencia que requiere un estudiante

o profesional de las carreras de ingeniería, sobre todo los de mecánica; los

problemas aplicativos los resolverán con métodos industriales de control.

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D I S C U S I Ó N

La elaboración de un texto de cualquier materia, muy especialmente el de

SISTEMAS SECUENCIALES: ELÉCTRICOS, OLEO-HIDRÁULICOS,

ELÉCTRO-HIDRÁULICOS, NEUMÁTICOS, ELÉCTRO-NEUMÁTICOS, es

un proyecto por demás ambicioso y difícil, en donde no se podrá satisfacer a

plenitud las aspiraciones y exigencias del lector, no obstante el presente texto

constituye un intento por llenar el vacío dejado por las obras en los Circuitos

Oleo-hidráulicos y Neumáticos, para de ésta manera complementarlo, ampliando

y actualizando a las ya existentes, contribuyendo así en la formación de nuestros

estudiantes universitarios de Ingeniería Mecánica.

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R E F E R E N C I A L E S

1. GARCÍA MORENO, EMILIO.AUTOMATIZACIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES

Col. Del Valle México, D.F. Editorial: Alfaomega – marcombo, 2001

2. SERRANO NICOLÁS O A.OLEOHIDRÁULICACol. Del Valle México, D.F. Editorial: Alfaomega – marcombo, 2001

3. DEPPERT / K. STOLL W.Dispositivos neumáticosCol. Del Valle México, D.F. Editorial: Alfaomega – marcombo, 2000

4. RODRÍGUEZ MATA ANTONIO –CÓCERA JULIÁN RUEDA.Desarrollo de sistemas secuencialesMadrid España Editorial: PARANINFO – THOMSON LEARNING, 2000

5. GUILLEN SALVADOR ANTONIO.Introducción a la NeumáticaCol. Del Valle México, D.F. Editorial: Alfaomega – marcombo, 1999

6. GUILLEN SALVADOR ANTONIO.Aplicaciones industriales de la neumáticaCol. Del Valle México, D.F. Editorial: Alfaomega – marcombo, 1999

7. MANUAL DE MECÁNICA INDUSTRIAL. Madrid – España Edición 1999 Editorial: CULTURAL, S.A.

8. SALVADOR MILLAN .CÁLCULO Y DISEÑO DE CIRCUITOS EN APLICACIONESNEUMATICASCol. Del Valle México, D.F. Editorial: Alfaomega – marcombo, 1998

9. HYDE J. –REGUE J. –CUSPINERA A.

CONTROL ELECTRONEUMÁTICOS Y ELECTRÓNICO

México, D.F. Editorial: ALFAOMEGA Grupo Editor, S.A. de C.V. 1998

10. JOSÉ ROLDÁN VILORIA.NEUMÁTICA, HIDRÁULICA Y ELECTRICIDAD APLICADA

EDITORIAL PARANINFO, S.A. Madrid (España) 1989.11. MANUAL DE OLEOHIDRÁULICA INDUSTRIAL. VICKERS. EDITORIAL BLUME S.A. 1987.12. CURSO GRÁFICO DE AUTOMÁTICA – TOMOS I, II CHAPPERT – COJEAN – CAMPA José Montesó Editor, Barcelona, 1974.

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APENDICESe adjunta:

1. Software AUTOMATION STUDIO 5.0.2. Archivos aplicativos desarrollados por cada capítulo de circuitos de control

mostrados.

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