Electroneumática: Qué es y cómo funciona
La electroneumática se utiliza habitualmente en muchas áreas de la automatización industrial. También se utiliza en sistemas de producción, ensamblaje, farmacéuticas, químicas y de envasado.
Hoy en día, los sistemas de automatización industrial requieren una elevada precisión de posicionamiento y una sincronización en fracciones de segundo. Y eso hace que los ingenieros estén constantemente buscando formas rentables de mejorar el control y la precisión del posicionamiento.
Últimamente, los relés electroneumáticos se están reemplazando cada vez más por controladores lógicos programables (PLC) con el fin de satisfacer la creciente demanda de una automatización más flexible.
Los sistemas basados en esta tecnología dependen de válvulas de precisión para controlar el flujo o la presión y, a su vez, mover un actuador a una ubicación requerida. Veamos con más detalle las características principales de la electroneumática y sus usos.
¿Qué es la electroneumática?
El término electroneumático se define a partir de las palabras electro que significa eléctrico y neumático que significa presión de aire. Por lo tanto, un sistema electroneumático es una integración de la electricidad y los componentes mecánicos con fuente de aire comprimido.
En resumen, el control de los componentes neumáticos por medio de impulsos eléctricos se conoce como electroneumática.
La transferencia de energía en la neumática, como el bombeo de aire en un cilindro neumático debe ser controlado. Esta puede controlar la presión abriendo manualmente una válvula, detectando automáticamente su presión, o enviando una señal.
Tanto los controladores neumáticos como los electroneumáticos tienen una sección de potencia neumática. En una electroneumática, la sección de control de señales está compuesta por componentes eléctricos, como los botones de entrada eléctricos, los interruptores de proximidad, los relés, o un controlador lógico programable (PLC).
Cómo funciona la electroneumática
Para poder realizar una tarea utilizando la neumática, debe haber alguna forma de iniciar, controlar y detener el proceso. Aquí es donde un simple sistema neumático se convierte en electroneumático.
Los sistemas electroneumáticos integran las tecnologías neumáticas y eléctricas en un sistema en el que el medio de señal/control es eléctrico y el medio de trabajo es el aire comprimido. En este tipo de sistema, se pueden utilizar dispositivos como relés, electroválvulas, interruptores de límite y PLC para interconectar el control eléctrico con la acción neumática.
Básicamente hay dos áreas en las que hay que centrarse con el lado eléctrico de un circuito electroneumático: cómo iniciar/detener el proceso y cómo saber qué está haciendo el sistema.
En muchos sistemas electroneumáticos, el dispositivo que se controla es una válvula de control direccional accionada eléctricamente. Estas válvulas de control (electroneumáticas) suministran presión de aire a dispositivos como cilindros que extenderán o retraerán una varilla cuando se aplique o se retire la presión.
Los solenoides incorporados se utilizan para abrir y cerrar estas válvulas y se activan con señales de voltaje de CA o CC. Los voltajes de funcionamiento van desde unos 12 V a 220 V.
En los controles electroneumáticos, principalmente hay cuatro posiciones importantes:
- Dispositivos de entrada de señales: generación de señales como interruptores y contactores, varios tipos de
sensores de contacto y proximidad. - Procesamiento de la señal: uso de la combinación de contactores de relé o el uso de PLC.
- Señal de salida: las salidas obtenidas después del procesamiento se utilizan para la activación de los solenoides, indicadores o alarmas audibles.
- Accionamiento de potencia: Las válvulas de control direccional forman la interfaz entre la sección de control de la señal (eléctrica) y la sección de potencia neumática en un sistema electroneumático.
Dispositivos eléctricos básicos de un circuito electroneumático
Existen siete dispositivos eléctricos básicos habitualmente utilizados en el control de los sistemas electroneumáticos que describiremos a continuación para conocer su implicación en el circuito electroneumático.
1. Válvulas de accionamiento manual, tipo botón / palanc
Una válvula de accionamiento manual es un pulsador que se utiliza para cerrar o abrir un circuito de control eléctrico. Se utilizan principalmente para arranque y parada de la operación de la maquinaria. También proporcionan una parada manual cuando se produce una emergencia.
Los interruptores de los pulsadores se accionan empujando el actuador dentro de la carcasa. Este hace que el conjunto de contactos se abra o se cierre.
- Los pulsadores pueden ser de dos tipos:
-
- Pulsador momentáneo: vuelven a su posición inactiva cuando se sueltan.
- Botón pulsador de bloqueo: tiene un mecanismo de bloqueo para mantenerlo en la posición.
- Por otro lado, el contacto de los pulsadores, se puede clasificar según sus funciones:
-
- NA – Pulsador normalmente abierto: en reposo el circuito permanece abierto, y se cierra cuándo se presiona.
- NC – Pulsador normalmente cerrado: en reposo el circuito está cerrado, y se abre cuándo se presiona.
- NC/NA Pulsador normalmente cerrado/normalmente abierto: el conmutador tiene un circuito activo cuando no está activado y cuando se pulsa el conmutador, el contacto inicial se abre y otro contacto se cierra.
2. Interruptor de límite
Cualquier interruptor que se acciona debido a la posición de un componente neumático, normalmente un vástago de pistón o el eje del motor hidráulico o la posición de la carga se denomina interruptor de límite. El accionamiento de un interruptor de fin de límite proporciona una señal eléctrica que causa una respuesta apropiada del sistema.
Los interruptores de límite realizan la misma función que los interruptores de botón. Los botones pulsadores se accionan manualmente mientras que los interruptores de límite son accionados mecánicamente.
- Hay dos tipos de clasificación de los interruptores de límite dependiendo del método de actuación de los contactos:
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- Contacto accionado por palanca.
- Contacto del actuador de resorte.
3. Presostato o interruptor de presión
Un presostato o interruptor de presión es un convertidor de señales neumáticas y eléctricas. En definitiva, los interruptores de presión se usan para detectar el cambio de presión, y abre o cierra un interruptor eléctrico cuando una presión predeterminada es alcanzada.
Por lo general, un interruptor de presión es un dispositivo mecánico que depende de la presión del aire para controlar el funcionamiento de un compresor de aire eléctrico. Este sencillo mecanismo completa el circuito y permite la alimentación del motor siempre y cuando la presión del sistema esté por debajo de un ajuste especificado.
4. Válvulas solenoides.
Una válvula solenoide, también conocida como válvula de accionamiento eléctrico, es una válvula que utiliza la fuerza electromagnética para funcionar. Es decir, cuando se pasa una corriente eléctrica a través de la bobina del solenoide, se genera un campo magnético que hace que se mueva una varilla de metal armado. En resumen, este es el proceso básico que abre la válvula y funciona directa o indirectamente en el aire.
Las tareas más importantes de las electroválvulas neumáticas incluyen:
- Conectar o desconectar el aire de alimentación.
- Extensión y retracción de los accionamientos de los cilindros.
Las válvulas electroneumáticas se conmutan con la ayuda de solenoides. Por lo que se pueden dividir en 2 tipos de electroválvulas neumáticas:
- Las válvulas con retorno por resorte: sólo permanecen en la posición accionada mientras la corriente fluye a través de
el solenoide. - Las válvulas de doble solenoide: conservan la última posición de conmutación incluso cuando no fluye la corriente a través del solenoide.
5. Relé
Un relé para electroneumática es un interruptor de accionamiento electromagnético. En realidad, es un simple dispositivo eléctrico utilizado para el procesamiento de señales. Los relés están diseñados para soportar fuertes subidas de tensión y condiciones ambientales adversas.
Cuando se aplica un voltaje a la bobina del solenoide, se genera un campo electromagnético. Esto hace que la armadura sea atraída hacia el núcleo de la bobina. La armadura acciona los contactos del relé, cerrándolos o abriéndolos, según el diseño. Un resorte de retorno devuelve la armadura a su posición inicial cuando se interrumpe la corriente de la bobina.
Los relés también poseen una capacidad de enclavamiento que es una característica de seguridad importante en los circuitos de control electroneumático. El enclavamiento evita la conmutación simultánea de ciertas bobinas.
6. Relé de temporizador o de retardo de tiempo
Algunos relés están construidos con una especie de mecanismo «amortiguador de choques» acoplado a la armadura que impide el movimiento completo e inmediato cuando la bobina está energizada o desenergizada. Esta adición le da al relé la propiedad de actuar con retardo de tiempo.
Los relés de retardo de tiempo pueden construirse para retrasar el movimiento del inducido en la activación o desactivación de la bobina, o ambas. Los contactos de los relés de retardo de tiempo deben especificarse no sólo como normalmente abiertos o normalmente cerrados, sino también si el retardo opera en la dirección del cierre o en la dirección de la apertura.
- Los dos tipos de relés de tiempo más utilizados son:
-
- Relé Temporizador con Retardo a la Conexión (on–delay timer).
- Relé Temporizador con Retardo a la Desconexión (off–delay timer).
7. Interruptor de temperatura
El interruptor de temperatura o termostato detecta automáticamente un cambio de temperatura. Así mismo, es el componente del sistema electroneumático destinado a abrir y cerrar un circuito eléctrico bajo la acción de una variación de temperatura.
Los interruptores de temperatura pueden utilizarse para proteger el circuito electroneumático de daños importantes cuando un componente, como una bomba o un filtro o un refrigerador, comienza a funcionar mal.
Además de estos 7 componentes citados con anterioridad, otros dispositivos que se utilizan en la electroneumática son:
1. Sensores de proximidad
Los sensores de proximidad inductivos, ópticos y capacitivos son sensores electrónicos. Normalmente tienen tres contactos eléctricos. Un contacto para la tensión de alimentación, otro para la tierra y el tercero para la señal de salida.
En estos sensores, no se conmuta ningún contacto móvil. En su lugar, la salida está conectada eléctricamente para suministrar el voltaje o la tierra.
Los sensores de proximidad pueden ser usados para varias aplicaciones. Estas incluyen:
- Detección de la posición final de los actuadores lineales como los cilindros y los actuadores giratorios.
- Detectar piezas metálicas en el transportador. Es decir, la presencia o ausencia de la pieza en el transportador.
- En una prensa para detectar la posición final.
- También se utilizan como dispositivos de retroalimentación en los dispositivos de medición de velocidad.
2. Interruptor de lengüeta o Reed switch
El Interruptor de lengüeta o Reed switch es un conmutador electromagnético utilizado para controlar el flujo de electricidad en un circuito. Están hechos de dos o más lengüetas de hierro encerradas dentro de una pequeña envoltura de vidrio, que se magnetizan y se mueven juntas o se separan cuando un campo magnético se mueve hacia el interruptor.
El interruptor funciona como una puerta, o un puente, en un circuito eléctrico, de modo que cuando las dos lengüetas están en contacto, la electricidad puede fluir alrededor del circuito accionando un dispositivo.
A diferencia de los interruptores mecánicos, no requieren que algo o alguien los encienda o apague físicamente, están controlados completamente por campos magnéticos invisibles.
3. Contador eléctrico
Un contador eléctrico consiste en una bobina, circuitos y contactos asociados, una bobina de reajuste, un reajuste manual, un botón de activación y una pantalla de lectura del reloj contador. Presionando el botón de activación del contador y entrando en la válvula de conteo deseada se establece el contador predeterminado. La válvula de recuento predeterminada se muestra en la pantalla de lectura.
En realidad, es un relé que establece por defecto un número fijado por el técnico para realizar una cuenta atrás hasta llegar a cero.
¿Dónde se aplica la electroneumática?
Las conexiones electroneumáticas no se ven afectadas por las influencias del medio ambiente y, por lo tanto, ocupan un lugar importante en la tecnología de control moderna. El funcionamiento de estos sistemas no se ve afectado o limitado por la tensión del impacto, las vibraciones o la suciedad.
Las zonas expuestas a la radiación o a atmósferas corrosivas, que no pueden utilizar otras tecnologías de control, son las áreas de aplicación de la electroneumática y la neumática industrial.
Los sistemas de aire comprimido también se utilizan en zonas con peligro de explosión, ya que el aire generalmente no contribuye a aumentar el peligro.
Además, los sistemas de control electroneumático son relativamente económicos para la industria y la artesanía, si se comparan con los costos de los sistemas hidráulicos.
Los sistemas hidráulicos suelen necesitar bombas en las inmediaciones del punto de producción. Por lo que, muchas instalaciones ya disponen de sistemas de aire comprimido.
Además, durante un cierto período de tiempo, la seguridad del sistema frente a fallos está garantizada si se utilizan componentes electroneumáticos.
En comparación con los sistemas hidráulicos, no se requiere una tubería de retorno del aire después de la activación del elemento operativo. Incluso la mayor velocidad de flujo del aire es una ventaja en comparación con los sistemas activados hidráulicamente.
En las industrias papelera, textil, metalúrgica y de aceite mineral, en las plantas químicas, en la industria minera y metalúrgica, así como en la industria maderera y del mueble, se prefieren los sistemas de control neumático y electroneumático.
Con frecuencia, la electroneumática también se utiliza en la industria de la alimentación y en la industria de las bebidas. En definitiva, cubre un amplio espectro de aplicaciones cuando se utiliza en estas áreas.
Por otro lado, su aplicación se extiende a sectores como la agricultura y la jardinería, los sistemas de suministro de agua o en algunas áreas de la investigación aeroespacial y nuclear.
No hay que olvidar los campos de la ingeniería mecánica, las máquinas de soldadura, las máquinas de fundición, los polipastos y las grúas, así como los transportadores, las máquinas de impresión y de papel, así como las máquinas de conformadoras de metales.
Ventajas de la Electroneumática
En general, los sistemas electroneumáticos son más duraderos que los sistemas electromecánicos porque no requieren motores eléctricos o accionamientos en el actuador. Por lo tanto, pueden soportar condiciones más duras como temperaturas extremas, condiciones de polvo y entornos húmedos y sucios.
A continuación se presentan algunas ventajas de los sistemas electroneumáticos.
- Mayor fiabilidad: menos piezas móviles sujetas a desgaste en comparación con los sistemas mecánicos de control.
- Reducción de la complejidad de la instalación: la disminución de componentes y mangueras, lleva a un menor esfuerzo en la planificación y puesta en marcha especialmente con sistemas grandes y complejos.
- El sistema de control puede modificarse y adaptarse fácilmente: es más fácil cambiar el cableado y modificar los programas en lugar de cambiar los componentes mecánicos y las redes de mangueras.
- Montaje del sistema seguro.
- Respetuosa con el medio ambiente debido a la menor necesidad de lubricación.
