capitulo v

Sistemas neumáticos – Ing. Fanor Rojas M.

UMSS – Facultad de Ciencias y Tecnología 71

CAPITULO V

ELEMENTOS DE CONTROL UTILIZADOS EN LA AUTOMATIZACIÓN

NEUMÁTICA.

SENSORES NEUMÁTICOS:

: Detectores de paso

: De proximidad

: De presión dinámica

Detector de paso (barrera de aire):

Funcionamiento

Se emite aire de ambas toberas (emisor y receptor). Por lo tanto, el chorro de aire del conducto

emisor perturba la salida libre del aire del conducto receptor. Se crea una turbulencia, que

produce una señal. Esta, puede ser reforzada hasta la presión deseada con un amplificador. Si se

introduce un objeto entre emisor y receptor, desaparece la señal y la válvula (que está

conectada) puede cambiar: la señal se vuelve 0.

Para un funcionamiento ideal:

• Se emplea un filtro regulador de presión baja para mantener el aire de alimentación

limpio.

• El conducto receptor emite un poco de aire para no acumular suciedad.

• Debería estar en un lugar sin corrientes de aire porque desvían el flujo del aire.

• La distancia entre emisor y receptor no debe sobrepasar los 10cm.

•

Detector de Paso (de horquilla)

El detector de paso se alimenta del aire comprimido por el conducto del emisor.

Cuando no se encuentra ningún objeto entre el receptor y el emisor aparece: una corriente de

aire (dando una señal). Cuando un objeto interrumpe el flujo de aire desaparece dicha señal.

Como podemos observar es exactamente igual que el anterior. Aunque su estructura es más

simple ya que consta de solamente de una parte por donde pasa el aire, ideal por si solo

podemos sujetar el detector por un lado.



Detector de proximidad

El detector de proximidad funciona según el principio de reflexión del aire. Un chorro de aire se

proyecta sobre un objeto. Una parte del chorro se desvía hacia el interior, provocando un

aumento de presión. Entonces podemos saber a qué distancia se encuentra el objeto midiendo la

diferencia de presión. La distancia de detección debe de ser inferior a 10 mm. Estos detectores

se utilizan principalmente para detectar la presencia de piezas. Los elementos externos (como la

suciedad, el ruido, la oscuridad,...) no tienen ninguna influencia desfavorable sobre su

funcionamiento.

Inconvenientes:

• Solo puede determinar si hay o no un objeto. No da ninguna información más.

• Solo puede detectar objetos de una anchura inferior a 10cm, difícil aplicación en

cadenas de montaje de

• objetos medianos y grandes.

Aplicación

Este detector se utiliza en todos los sectores de la industria, por ejemplo, en controlar los

dispositivos de prensado y estampado y en detectar partes chapadas de muebles entre otras

muchas aplicaciones industriales.

Una aplicación muy importante es que este sensor puede emplearse junto con la ventosa: Su

funcionamiento se basa en el principio de Venturi, provocando una depresión en la ventosa y

adhiriéndola a una superficie lisa y limpia. Con ella se pueden transportar diversas piezas.

Detector de presión Dinámica

Funcionamiento

Los detectores de presión dinámica funcionan según el principio

de conducto-placa deflectora. Una placa deflectora es una placa

que cambia la dirección del flujo del aire. La presión de

alimentación es constante, y la presión de fuga es proporcional a

la distancia a la pieza detectada. Esta distancia varía entre 0,1 y

3 mm.

Aplicación

Los detectores de presión dinámica se utilizan, por ejemplo, para controlar el posicionamiento

correcto de piezas insertadas: el detector mide la presión dinámica, luego se calcular la

distancia, si esta distancia se sale de lo establecido quiere decir que esta pieza está mal colocada.

Detectores magnéticos de fin de curso

Se llama sensores al instrumento que produce una señal, esta

señal generalmente refleja el valor de una propiedad mediante

una correlación definida en términos estrictos, un sensor es un

instrumento que no retira la propiedad censada, por ejemplo un

sensor de temperatura en un instrumento entrega o sede calor a

la masa censada es decir es un instrumento de masa cero o no

Contacta la masa que se debe medir la temperatura (un

termómetro de Medición infrarroja)existen distintos tipos de

sensores los más comunes a la venta son los sensores de

proximidad.

SMH-S1-HGDO6



SMH-S1-HGR10 SMH-S1-HGPP16

SMH-AE1-PS3-M12

CRSMED-4-K-LED-24

SMH-S1-HGP06

Estos sensores o detectores que hacen de fin de curso son montados directamente sobre los

cilindros o actuadores neumáticos que posean en sus referencias la designación. A estos

actuadores llevan en el embolo un imán permanente que activa el sensor al llegar al fin de su

recorrido.

Este sensor emite una señal eléctrica o neumática a la válvula direccional cambiando el sentido

de alimentación del fluido en consecuencia el sentido del movimiento del hazte.

Sensores de proximidad.

Principio de funcionamiento

Un circuito inductivo genera un campo electromagnético que se enfoca a través de la cara activa

del sensor. La presencia de un Objeto Metálico en el campo genera una señal.

Son utilizados para detectar el paso o la posición de una pieza, u "Objeto", y desencadenar un

proceso (por ejemplo maquinado, armado, etiquetado, traslado) dentro de una secuencia

automatizada. Hacen tareas para las que antes se necesitaba un operario, y las hacen sin tocar ni

mover la pieza, con más precisión y rapidez, sin desgaste ni cansancio - - y a una fracción del

costo.

SIEH-M12B-NO-K-L SIEH-M12B-NO-S-L



SENSORES INDUCTIVOS

Los sensores inductivos consisten en una distribución cuya frecuencia de oxidación debe ser

aproximado a un objeto de su superficie axial. Esta diferencias es implementada en un circuito

electrónico para conectar a un tramo y con ello q estén conectados a si mismo.

Campos de aplicación

Los sensores inductivos son dispositivo que detecta objetos a distancias, son insensibles a las

influencias del medio ambiente y no contiene piezas mecánicas sujetas a desgaste. Se usa

especialmente cuando se pretenden altas exigencias de precisión, exactitud, tiempo de vida,

frecuencia de maniobras, velocidad de operación, etc.

Modo de funcionamiento

El sensor genera un campo alterno de alta frecuencia emitido por su superficie activa. El valor

físico de este campo alterno define el alcance del aparato al aproximarse un objeto magnético o

buen conductor eléctrico modifica el campo, el campo modificado es percibido por el sensor

que conmuta la señal de salida y lo convierte en señal eléctrica con lo cual modifica su estado.

Protecciones incorporadas

La mayor parte de las ejecuciones están equipadas con dispositivos de protección contra corto

circuitos y sobrecargas, errores de conexión, inversión de polaridad de todos los terminales,

Interrupción de conductores, picos de tensión, interferencia por radio frecuencia.

Conductores

Por regla son utilizados conductores de elevada flexibilidad, a prueba de aceite con

revestimiento exterior en poliuretano y largo estándar de 2m.

SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS

Aplicaciones

Existen muchas aplicaciones q requieren el sensor a distancia materiales no metálicos para ello

se emplea este tipo de sensores q usan el efecto capacitivo .Los sensores capacitivos son fines

de carrera que detectan objetos a distancia sin establecer contacto físico, pueden detectar

materiales conductores o no conductores eléctricos en estado sólido, liquido, o en forma de

polvo, como vidrio, cerámica, plástico, madera, aceite, agua, y papel, el sensor actúa a una

distancia establecida en catálogo.

Están normalizados según los mismos estándares que los inductivos, disponibles en versiones

AC y DC .

La versión DC es apta para maniobrar directamente relees y sistemas electrónicos de control. La

versión AC la carga contacto o válvula solenoide se conecta en serie con el sensor y

directamente a la alimentación AC preferentemente 220 V, 50 Hz.

El elemento funcional primario del sensor capacitivo de proximidad en un oscilador de alta

frecuencia con un electrodo flotante en el centro de la base de un transistor, en el estado de

actividad hay un campo en la región de la base q representa el área activa del sensor de

proximidad, cuando un objeto aparece dentro del área activa empieza la oscilación la etapa de

conmutación rectifica las oscilaciones de alta frecuencia y la señal continua resultante se aplica

a la etapa de salida la etapa de conmutación incluyendo un sistema de señal de

retroalimentación.



SIEN-4B-NO-K-L SME-10-KQ-

LED-2

SIEH-M18B-NO-K-L

SIEH-6.5B-NO-S-L SME-10-SL-LED-24

Sensores inductivos de proximidad

Sensores inductivos (también llamados de proximidad)

Los sensores inductivos son capaces de detectar a distancia objetos metálicos que atraviesa un

campo magnético .la operación de conmutación se produce eléctricamente, estos sensores se

distinguen por su gran durabilidad. Son insensibles frente a vibraciones y poseen gran capacidad

de respuesta, existe una amplia gama de sensores que nos permiten conmutación a distancias

mayores que la estándar.

Sensores Opto electrónicos

La unidad de emisión está dotada de una fuente de luz, esta luz incide sobre un receptor y es

reflejado por él, si un objeto atraviesa el haz de luz, el sensor ejecuta una operación de

conmutación. En zona de difícil acceso, es posible regular la luz mediante flora óptica.

Estos sensores son utilizados para detección de objetos no metálicos y además, si las distancias

sujetas al control de detección son grandes, existen diferentes tipos de sensores pto electrónicos

SOEG-L-Q30-NA-K-2L SOEG-L-Q30-P-A-S-2L



SOEG-RT-M12-PL-SJ SOEG-RT-M18-PS-SL

Tipos de Sensores

1. Sensores de flexión directa.

2. De barrera

3. Barrera de flexión

4. Sensores de fibra óptica

1.- El cuerpo del sensor de reflexión directa contiene tanto al elemento emisor como el

receptor. El emisor emite un haz de luz roja o infrarroja, modulada, el objeto detectado refleja

una parte del haz, con lo que es activado el receptor, dando esta a su vez la conmutación a una

distancia máxima de 360mm.

2.- De barrera

El emisor emite luz infrarroja que llega al receptor, si se interrumpe al haz de luz el sensor

conmuta.

3.-Barra de flexión.

Reflector



Este sensor emite un haz de luz infrarroja modulada, que se refleja por su reflector que se

encuentra a una distancia máxima de 4.5 m, si se interrumpe el haz de luz el sensor emite.

MEDIDAS DE AIRE.

Se lo hace para saber el comportamiento del rendimiento de las instalaciones o sistemas de

distribución de aire comprimido, siendo estas medidas la presión o caudal que circula.

Estas mediciones se las puede realizar con:

- Instrumentos electrónicos

- Instrumentos convencionales

Medición con Instrumentos Electrónico

Medidores de Presión

Los presóstatos se utilizan para sistemas industriales de regulación, control y alarma de presión,

Los presóstatos son adecuados para situarlos en instalaciones con fluidos líquidos y gaseosos,

están equipados con un interruptor unipolar de dos posiciones que funciona independientemente

del ajuste de la unidad y de la presión que haya en el conector.

Ventajas

Amplio rango de regulación.

Se utilizan en bombas, compresores, etc.

De pequeñas dimensiones para ahorrar espacio y facilitar su instalación en tableros

Posibilidad de conexión desde la parte frontal de la unidad

Adecuado para corriente continua y alterna.



Manómetro digital

Descripción

Las manómetros de presión digital se diseñan para indicación, monitoreo y transmisión remota

de procesos dependientes de la presión en máquinas y plantas de producción. La indicación

ocurre por medio de un indicador LED verde de 4 dígitos de 14 mm fácilmente visible. La

versión con relees puede llevar hasta 4 contactos del alarma que se fijan con el teclado

numérico.

Principio de Medición

La presión es detectada por un sensor pieza - resistivo y transformada por el ele-mentó

electrónico en una señal analógica que es proporcional a la presión.

Paralelo a la indicación hay también una salida analógica para la transmisión remota de los

valores medidos.

Rangos:

-1...0 bar a 0...2000 bar

Aplicaciones

Ingeniería(neumática , hidráulica , control automático)

Construcción de máquinas y aparatos.

MEDIDA DE CAUDAL. (ver anexos 6,7,8)

Descripción.

El medidor de caudal KOBOLD modelo RCD se usa para medición y monitoreo de flujos

Gaseosos y líquidos. El dispositivo trabaja según el muy conocido principio de la Boquilla

Ventura. Una diferencia de presión pequeña proporcional al caudal es producida por el medio

fluyente en un orificio constrictor (boquilla) en la cubierta del dispositivo. La forma de la

boquilla está basada en el flujo, por lo cual las características del flujo permanecen constantes

en todo el rango de medición.



Agujeros taladrados se localizan en el ajuste de la cubierta para absorber la presión diferencial

resultante y transferirla a una celda de medición de presión diferencial ajustada en la cubierta de

la pantalla. Si el caudal es excedido la celda de medición de presión diferencial es protegida por

pines de cerrado. En las pantallas mecánicas la tasa de flujo medida por la celda de medición de

presión es transferida vía un movimiento de puntero al indicador de puntero calibrado en l/min.

Agua o Nm 3 /h aire. En las pantallas electrónicas el movimiento mecánico se convierte en una

señal eléctrica por un sensor Hall. Diversos módulos electrónicos son usados entonces para

mostrar y monitorear el flujo volumétrico.

Áreas de aplicación

Fabricación de equipo y maquinaria

Industrias química y farmacéutica

Industria pesada

Industria de bebidas y alimentos.

Ventajas especiales

Sin partes móviles

Montaje independiente

Auto-monitoreo del sistema de medición

Fácil de usar.

MEDICION CON INSTRUMENTOS CONVENCIONALES

1. Medidas De Presión

La medida de presión se realiza con manómetros, siendo los más conocidos los de:

1. Aire libre

2. De aire comprimido.

3. Y los llamados metálicos, todos estos instrumentos son simples y bastante conocidos.

2. Medidas De Caudal

Estas medidas se hacen con el objeto de saber el rendimiento volumétrico, y en consecuencia

averiguar la existencia y cantidad de fugas a lo largo de un sistema de distribución, y se lo hace

mediante tres métodos que son.



1. Método del tubo de Pitot.

2. Método del tubo de Venturi.

3. Método de descarga del compresor a un tanque de volumen conocido.

1. Método de Tubo de Pitot

Este método consiste en un manómetro diferencial de agua que consta de los ramales A y B. El

ramal B se coloca en forma perpendicular a la tubería que conduce el aire, sobresaliendo un

poco de su pared interior. El ramal A se coloca con cara a lo largo del eje de la tubería, con su

orificio de cara a la corriente del aire. El ramal B mide la presión estática o altura de columna

de aire libre, que equilibra la columna de agua H.

El ramal A mide la suma de las presiones, dinámica producida por la velocidad y la presión

estática.

En síntesis, el tubo de Pitot mide la velocidad de la corriente

El ramal a mide la suma de las presiones, dinámica producida por la velocidad y la presión

estática.

En síntesis, el tubo de Pitot mide la velocidad de la corriente de aire en m/s presión dinámica;

multiplicando este valor por la sección de la tubería en m2, tendremos en caudal del aire en m3/s.

V*AQ

minm60x

sm

smxmQ

332

La velocidad del aire se calcula por la ecuación:

2gH2V

Donde: g : Aceleración de la gravedad.

2H : Altura de la columna de aire libre que equilibra la columna de agua.

Para encontrar 2H es preciso conocer el peso específico del agua y el peso especifico del aire a

la temperatura que el aire comprimido estuviera circulando.

Se sabe que el peso específico del agua es 1000 Kg. /m3; el peso específico del aire se encuentra

de tablas o mediante la fórmula:

3

1

1º mkg

xTP

xTP

o

oCaireaire

Donde:

aire Peso especifico del aire 0 ºC y 760 mmHg.

1P Presión atmosférica del lugar de trabajo.

oP Presión atmosférica a 0º y 760 mmHg.

H2

H2O

H

B A

V= [m/s]



1T Temperatura de trabajo del aire.

oT Temperatura a 0 ºC.

Las presiones 1P y oP se pueden medir en atmósfera 2cmkg o mmHg.

La velocidad en función de los pesos específicos del agua y del aire es dado por:

segmgH2

Vaire

2

2. Método del Tubo de Venturi

Este método consiste en eliminar la velocidad de la corriente del aire en la sección mayor 1a y

en la sección menor 2a y se lo hace en función de la presión estática.

Este conjunto consiste en un formado por dos tubos cónicos A y B, unidos por un otro C

cilíndrico más corto y de sección menor. A través de estas tuberías se hace circular la corriente

de aire, cuya velocidad se quiere medir, para lo que se utiliza un manómetro diferencial de agua,

conectado al cuello C y a la tubería cónica A, dándonos la diferencia de presión estática entre la

sección mayor y menor de la tubería.

1a Sección mayor de la tubería a la entrada y al tubo cónico A dado en mm2.

2a Sección de la tubería en la parte menor o cuello C, que une las tuberías cónicas.

1V Velocidad del aire en la sección 1a .

2V Velocidad del aire en la sección 2a .

1H Altura de la columna de aire a la presión y temperatura que circula por la sección 1a y

equilibra a ka columna de agua 3H .

4H Altura de la columna de aire a la presión y temperatura que circula en el cuello y une a

las tuberías cónicas y equilibrando a la columna de agua 2H . Las velocidades que

estamos determinando en las secciones 1a y 2a son:

H Diferencia de presión estática” 21 HH ”.

aire

agua1

2

gH2V

aire

agua1

1

gH2V

De ambas ecuaciones despejamos los valores de altura de columnas:



1000gx2

VH aire

2

2

1

1000gx2

VH aire

2

1

1

Como la velocidad está en función de la sección 1a y 2a , en consecuencia la diferencia de

presión estática H es “ 41 HH ”.

1000gx2

V

1000gx2

VHHH aire

2

1aire

2

2

41

10002

2

1

2

2gx

VVH aire

Se tiene como incógnita las dos velocidades, para despejar una de ellas aplicamos la ley de la

continuidad que nos dice: “El volumen de aire que atraviesa por unidad de tiempo en una

sección es el mismo en cualquier parte del recorrido”, y tenemos:

2

1

2

12211 Va

aVVaVa

Sustituyendo en 2

1V de 11, tendremos:

1000gx2a

aaVH aire

2

1

2

2

2

12

2

aire2

2

2

1

1

2

1000gHx2

aa

aV

aire2

2

2

1

1

1

1000gHx2

aa

aV

3. Método de descarga del Compresor a depósito de Volumen Conocido

Este método consiste en determinar el tiempo que se requiere para llenar el compresor, el

depósito de volumen conocido; para tal efecto se pone el compresor en marcha y se mide la

temperatura del aire en la aspiración.

Cuando el compresor alcanza su velocidad de régimen se comunica el compresor con el

depósito y a partir de ese momento se mide el tiempo que tarda en llenar completamente o hasta

que el momento marque la presión de trabajo; después se mide la temperatura del aire con el

depósito.

Unidades de Medida de la Presión

2cmkg ; atm ;

2mmkg ; mmHg ; OmH 2



La presión atmosférica normal medida en columna de mercurio es de 760 mmHg , que equivale

a 1.023 2cmkg .

Problemas de Aplicación

PROBLEMA 1

Por la cañería de 0,16 m., de diámetro circula aire comprimido a temperatura de 20 ºC.

Sabiendo que la presión del lugar es de 742 mmHg ; la diferencia de altura en el tubo

de piloto marca 0.018 m. Calcula la cantidad de aire que pasa por minuto. Considere el

peso específico del aire a 0 ºC y presión de un atm igual a 1293 2mkg .

SOLUCIÓN

El tubo Pilot mide la velocidad de la corriente de aire. El caudal es dado por:

minmvxsQ 3

Calculo de 1V en función de los pesos específicos.

3

agua mkg1000 ; 3

CºaIRE mkg293.1

3

10

01º 172.1

27320760

2730742293.1 mkg

x

xx

xTP

xTPXCaIREaIRE

sm7.17172.1

1000x018.0x81.9x2gH2V

aire

agua

1

222

m02.04

16.0x1416.3

4

Ds

min4xm3.2160x02.0x7.17vxsQ 2

PROBLEMA 2

Es una tubería de 0.2 m., de diámetro circula aire comprimido a 40 ºC. Calcular la aire

por minuto, sabiendo que la diferencia de altura que marca el tubo de Venturi, con razón

de cuello 51aa 12 , es de 0,12 m. y que la presión de lugar es de 750 mmHg ;

peso específico del aire a ºC es de 3mkg1.293 .

SOLUCIÓN

Este método consiste en determinar la velocidad de la corriente de aire, tanto en la

sección mayor como en la menor ( 1a y 2a ) respectivamente.

Datos: 5

1

a

a

1

2 (Razón del cuello)



3

agua mkg1000 ; 3

Cºaire mkg1293 ; m12.0H

3

10

01

Cºaireairem

kg11.1

273.40x760

273.0x750293.1

xTP

xTPx

Calculo de las secciones:

222

1 m0314116.04

2.0x1416.3

4

Da

21

2

1

2 m0062832.05

31416.0

5

aa

5

1

a

a

Para la sección mayor 1a tendremos:

s

m38.911x

1

1000x12.0x81.9x2

15

1gH

aa

av

22aire

agua

22

1

2

1

minm68.1760x031416.0x38.9VxsQ 3

1

Para la sección menos 2a tenemos:

s/15

5gH2

aa

aV

22aire

agua

2

2

1

12

minm7.1760x0062832.0x47VxsQ 3

2

Probada la ecuación de la continuidad, que nos dice que “el volumen de aire que atraviesa por

unidad de tiempo, es el mismo en cualquier parte del recorrido.

capitulo v

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