CAPITULO 8

DISEO DEL SISTEMA NEUMTICO Y SISTEMA HIDRULICO

8.1 Sistema de movimiento de la mquina.

Como se vio en los captulos anteriores, todas las unidades diseadas requieren de

una fuerza externa para poder realizar los movimientos requeridos. Estos movimientos

deben de tener la fuerza y la velocidad requerida para que todo el sistema funcione a la

perfeccin.

Se opto por utilizar un sistema neumtico e hidrulico para proporcionarle el

movimiento a las diferentes partes de la mquina.

8.2 Sistema neumtico.

La neumtica ha jugado un importante rol como tecnologa en el mejoramiento del

trabajo mecnico. Es tambin utilizada en el desarrollo de soluciones para la

automatizacin. Los elementos neumticos utilizan para su funcionamiento aire

comprimido.

En la actualidad, los progresos tecnolgicos realizados en materiales, diseo y

procesos de produccin han mejorado la calidad y diversidad de los componentes

neumticos y de esta forma contribuido a su amplio uso en la automatizacin.

Como todas las fuentes de energa tiene ventajas y desventajas. A continuacin se

mencionan algunas de las ventajas y desventajas del uso del aire comprimido:

99

100

Ventajas:

El aire esta prcticamente disponible en todas partes y en cantidades ilimitadas. El aire puede ser transportado fcilmente en tuberas, inclusive a grandes distancias. El aire comprimido puede ser almacenado en un depsito y usado cuando se

requiera. Tambin el recipiente puede ser movible.

El aire comprimido es relativamente insensible a las fluctuaciones con la temperatura. Esto asegura una buena operacin, incluso en condiciones extremas.

El aire comprimido no presenta riesgo de explosin o fuego. El aire sin lubricante es limpio. Cualquier aire sin lubricacin que escape a travs de

las conexiones o componentes no causa ninguna contaminacin.

Los componentes de operacin son de simple construccin y por lo tanto son relativamente baratos.

El aire comprimido es un medio de trabajo rpido. Esto permite obtener altas velocidades de trabajo.

Las herramientas y componentes neumticos pueden ser cargados hasta el punto de detenimiento y por lo tanto seguros a la sobrecarga.

Desventajas:

El aire comprimido requiere buena preparacin. Suciedad y condensacin no deben de estar presentes.

No siempre es posible mantener, en el pistn, una velocidad uniforme y constante con el aire comprimido.

101

El aire comprimido es econmico hasta ciertos requerimientos de fuerza. Bajo la presin normal de trabajo (6 a 7 bar) y dependiendo de el desplazamiento y la

velocidad, la salida alcanza un limite entre 40 y 50 KN.

La salida de aire (escape) es demasiado ruidosa. Este problema ha sido ahora resuelto, con el uso de materiales con absorcin de ruido y silenciadores.

Los elementos primarios para en diseo de un sistema neumtico son:

Alimentacin de energa. Elementos de entrada (sensores) Elementos de procesamiento (procesadores) Elementos de control. Componentes de poder (actuadores)

Los elementos en el sistema son representados por smbolos que indican la funcin

del elemento. En la figura 8.1 podemos observar el flujo que se lleva para el diseo de un

diagrama neumtico.

Figura 8. 1 Diagrama de flujo para el diseo de un sistema neumtico (Pneumatics, Basic level)

102

8.3 Diseo del sistema neumtico

Para esta mquina, el sistema neumtico es muy sencillo, debido a que solo se

emplear para lo que es el soplado de la botella y para el movimiento del cortador de

parison.

Se decidi ocupar para el movimiento del cortador de parison por que este no

requiere de gran fuerza para poder cortar el parison y debido a que la velocidad de accin

debe ser elevada.

El sistema consta de los siguientes componentes:

Tabla 8. 1 Componentes a utilizar en el sistema neumtico

Designacin Tipo de componente Funcin

A Actuador lineal Darle movimiento a la unidad de corte de parisonB Soplador Inyectar aire a presin en la cavidad

V1 Vlvula de escape rpido Hacer que el pistn A regrese de manera rpida

V2 Vlvula reguladora antirretorno Permite regular la velocidad de salida del pistn

V3 Vlvula 3/2 vas monoestable Controla el avance y retroceso del pistn

V4 Vlvula reguladora antirretorno Permite regular la velocidad del aire que sale del soplador

V5 Vlvula 2/2 vas monoestable Abre o cierra la salida del aire en el soplador

- Unidad de mantenimiento Regula la presin y la humedad en el sistema

- Fuente de aire comprimido En este caso es un compresor el que suministra el aire

En la siguiente figura podemos observar el esquema final del sistema de soplado:

103

A B

V1

V2 V4

V3 V5

Unidad de mantenimiento Fuente de

aire comprimido

Figura 8. 2 Esquema del sistema neumtico

Cabe resaltar que la salida del aire en el soplador se represento como un pistn

(pistn B) de simple efecto con fines ilustrativos, pero no significa que funcione como tal.

8.3.1 Componentes del sistema neumtico

Los componentes a utilizar son de la marca Festo y se enlistan a continuacin.

Tabla 8. 2 Lista de componentes del sistema neumtico. Designacin Tipo de componente Tipo

A Actuador lineal DNC-40-125-PPV-AB SopladorV1 Vlvula de escape rpido SEU-1/4V2 Vlvula reguladora antirretorno GRLA-1/4-QS-6-RS-BV3 Vlvula 3/2 vas monoestable MFH-5-1/4V4 Vlvula reguladora antirretorno GRLA-1/4-QS-6-RS-BV5 Vlvula 2/2 vas monoestable MFH-5-1/4- Unidad de mantenimiento LRF-1/4-D-MINI- Fuente de aire comprimido

Para dimensiones y caractersticas de los elementos anteriores, hacer referencia al

catlogo de Festo.

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8.4 Sistema hidrulico

La hidrulica, al igual que la neumtica, ha jugado un papel importante en cuanto a

la automatizacin y transmisin de energa. La hidrulica es utilizada en procesos donde se

requieren la aplicacin de fuerzas y presiones ms elevadas.

Como caractersticas de los sistemas hidrulicos tenemos:

Transmisin de grandes fuerzas a tamao relativamente reducido. El funcionamiento bajo carga completa es posible ya desde el reposo. La variacin continua (mando y regulacin) de velocidad, par de giro o

fuerza.

Simple proteccin contra sobrecargas. Adecuadas para desarrollos de movimientos rpidos y tambin

extremadamente lentos y controlables.

Acumulacin de energa con gases. Sistemas de accionamiento simples centrales y transformacin

descentralizada de energa hidrulica en energa mecnica.

En los sistemas hidrulicos bsicamente se transforma energa mecnica en energa

hidrulica. El fluido es solo un medio de transporte en el cual se puede regular y comandar

la energa, para que sea nuevamente transformada en energa mecnica.

En la figura 8.3 podemos observar los elementos necesarios para el diseo de un

sistema hidrulico:

105

Figura 8. 3 Elementos bsicos para el funcionamiento de un sistema hidrulico (Fundamentos y componentes de la oleohidrulica)

8.5 Diseo del sistema hidrulico

En los sistemas donde se utilizaran elementos hidrulicos para el movimiento es en

la unidad de cierre, la unidad de soplado y el sistema de transporte de moldes, esto por que

en estas unidades de la mquina, se requiere la aplicacin de una fuerza elevada, en

comparacin con el cortador de parison.

Para una mayor facilidad, el sistema hidrulico se dividir en 4 secciones, la seccin

del grupo de accionamiento, la unidad de cierre, la unidad de transporte de molde y la

unidad de soplado.

El grupo de accionamiento tenemos los siguientes elementos:

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Tabla 8. 3 Elementos del grupo de accionamiento.

Designacin Tipo de componen Funcin

T Tanque

M Motor elctrico

B Bomba hidrulica

V1 Vlvula limitadora de pr

V2 Vlvula antirretorn

V3 Vlvula limitadora de pr

A Acumulador

V4 Vl 3/2 vas

M1 Manmetro

M2 Manmetro

En la figura 8.4 podemos obse

A M2

V2

V1

T B

Figura 8. 4 DiateAlmacenar el aceite qu se va a utilizar

Le da movimiento a la bomba hidrulica

Provee

esin Regula

o Impidebomba

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Permit

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Mide la

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107

En la seccin de la unidad de cierre, tenemos los siguientes elementos:

Tabla 8. 4 Componentes de la seccin de la unidad de cierre.

Designacin Tipo de componente Funcin

A Cilindro de doble efecto Cerrar el molde

V5 Vlvula 2/2 vas Evita que el pistn golpee al regreso

V6 Vlvula antirretorno-estranguladora

Permite variar la velocidad de salida del pistn

V7 Vlvula 2/2 vas Evita que el pistn golpee a la salida

V8 Vlvula antirretorno-estranguladora

Permite variar la velocidad de entrada del pistn

V9 Vlvula 4/3 vas Define si el pistn avanza o se retrae

En la figura 8.5 se observa el diagrama de esta seccin:

A

V8

V6 V7 V5

V9

Figura 8. 5 Diagrama de la seccin de cierre del molde.

108

La seccin de transporte de molde es igual a la seccin anterior. La seccin de

soplado consta de las siguientes partes:

Tabla 8. 5 Componentes de la seccin de soplado

Designacin Tipo de componente Funcin

C Cilindro de doble efecto y vstago doble Bajar y subir el sistema de soplado

V10 Vlvula antirretorno-estranguladora Permite variar la velocidad de salida del pistn

V11 Vlvula 4/3 vas Define si el pistn avanza o se retrae

V12 Vlvula reductora de presin Define la fuerza que el mandril ejerce sobre el molde

En la figura 8.6 se puede observar el diagrama:

C

V10

V11

V12

Figura 8. 6 Diagrama de la seccin de soplado

En diagrama general de la mquina se puede apreciar en la siguiente figura:

109

Figura 8. 7 Diagrama general del sistema hidrulico.

8.5.1 Clculos del sistema hidrulico.

Primero se definieron los tiempos de cada operacin que conforman el ciclo de la

mquina.

Tabla 8. 6 Tiempos del ciclo de soplado de botella.

Cierre de molde Cierra 0.5Abre 0.5Espera 0.1

Transporte molde Al parison 0.5A soplado 0.5Espera 0.1

Soplador Baja 0.25Sube 0.25Espera 0.1

Soplado Sopla 7.0 Desfogue 1.0

Cuchilla Corta 0.1

Tiempo total del ciclo 10.9 seg.

Tiempos del ciclo de soplado de botella

Ya con los tiempos definidos, se definen las caractersticas del sistema:

110

Tabla 8. 7 Caractersticas del sistema hidrulico.

Dia. Pistn (m) Desplazamiento (m) Tiempo (s)Unidad de soplado 0.038 0.090 0.25unidad de cierre 0.050 0.120 0.50unidad de transporte 0.050 0.225 0.50

Con estos datos se calcula el rea del embolo, la velocidad a la que debe desplazarse

el pistn, el gasto, la presin que se ejerce al utilizar una bomba de 100 bar de presin, la

cual es una estndar. Los resultados se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 8. 8 Resultados de los clculos del sistema hidrulico

Velocidad (m/s) Gasto (m^3/s) Gasto (l/s) Gasto

(gal/min) Presion (Pa) Fuerza (N)

Unidad de soplado 3.60E-01 408.3E-6 0.408 6.481 10.0E+6 11.3E+3

unidad de cierre 2.40E-01 471.2E-6 0.471 7.480 10.0E+6 19.6E+3

unidad de transporte 4.50E-01 883.6E-6 0.884 14.025 10.0E+6 19.6E+3

Para saber que bomba se va a requerir se toma el mximo gasto, no se hace una

suma por que los pistones no van a estar trabajando simultneamente; aunque si se debe

escoger una bomba con mayor caudal. La bomba que ms se adapta es una que da un gasto

de 15 gal/min y una presin de 120 bar como mxima, esta es de la marca Rexroth modelo

1PF2 GU2-2X/032 RGO7MKO.

Se analiz dinmicamente la unidad de transporte de molde, esto para ver si la

fuerza que se va a aplicar es la suficiente para moverla. En la siguiente figura se observa un

grafica fuerza-tiempo. En esta grfica se muestra la fuerza requerida para mover la unidad

en ese tiempo. Esta se obtuvo mediante el uso de un software capaz de realizar anlisis

dinmico a los sistemas.

111

Figura 8. 8 Grfica fuerza-tiempo de la unidad de transporte de molde.

De igual manera se analiz al soplador (ver figura 8.9) y a la unidad de cierre ver

figura (8.10), de esta manera se comprueba que la fuerza que se va a aplicar es mas que

suficiente para las operaciones que va a realizar.

Figura 8. 9 Grfica Fuerza-tiempo de la unidad de soplado

112

Figura 8. 10 Grfica fuerza-tiempo de la unidad de cierre

8.5.2 Componentes del sistema hidrulico

Los componentes a utilizar en el sistema hidrulico son de la marca Rexroth y se

enlistan a continuacin.

Tabla 8. 9 Componentes del sistema hidrulico

Tipo de componente Tipo Cantidad Bomba hidrulica de

engranes PF2GU2-2X/032 RGO7MKO 1

Vlvula limitadora de presin DBW10B2-50/315U6AG24NZ5L 1

Vlvula antirretorno S10A1.0 1 Acumulador ABSBG-B4,0/SS10-U-330M CM/C 1

Vlvula 2/2 vas KSDR1NA/HCG24C4V 4 Vlvula 4/3 vas 4WE65X/BG24NZ5L 3

Vlvula estranguladora-antirretorno Z2FS6A3-4X/1QV 5

Manmetro AF6EP40/Z160V 1

Para dimensiones y caractersticas de los elementos anteriores, hacer referencia al

catlogo de Rexroth.