Introducción a FluidSim

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGIA

Laboratorio Métodos de Instrumentación Automatizada

Práctica 1 Introducción a FluidSIM

Stephany Peñafort Flores

Profesor Manuel Mera Hernández

5MV4

México D.F, Febrero 5 de 2012

Práctica 1: Introducción a FluidSIM

Página 1

Práctica 1: Introducción a FluidSIM Objetivos   

Comprender el funcionamiento de los diferentes elementos neumáticos. Comprender las formas de control de un cilindro, Control Directo y Control Indirecto. Construir las operaciones lógicas básicas utilizando elementos neumáticos con el software FluidSIM y observar el flujo de aire a través del sistema neumático.

Metodología 1.- Realizar el control de un cilindro utilizando las técnicas de Control Directo y Control Indirecto.  Control Directo.- En este tipo de control el pistón esta directamente controlado por la válvula, en el cual existen pérdidas de presión debidas a que la válvula tiene un consumo de aire, lo que ocasiona que el cilindro salga con menor presión a la suministrada inicialmente. Construcción del Circuito Neumático: I.

Seleccionar válvula 3/n vías y un cilindro de simple efecto.

Esquema 1 Válvula 3/n vías y Cilindro de Simple Efecto

II.

Seleccionar tipos de accionamiento para la válvula, esto se consigue dando doble clic sobre la válvula, seleccionando en el menú de la izquierda y de la derecha, los tipos de accionamientos requeridos según sea el caso. Para este caso, se selecciono un accionamiento mecánico (esfuerzo) del tipo Push Button, para el accionamiento izquierdo, y retorno de muelle, para el accionamiento derecho.

Figura 1 Ventana de configuración de la válvula 3/n vías

Realizada la configuración de la válvula, queda de la siguiente manera:

Esquema 2 Menú de configuración de la válvula 3/n vías

Posteriormente, se da doble clic en la conexión abierta número 3, y en la ventana desplegada en el menú cierre de conexión se selecciona el silenciador.

Figura 2 Ventana de configuración de una conexión de la válvula.

* En la conexión número 3 siempre se colocará un silenciador.

Se selecciona una fuente de aire comprimido del menú de elementos y se procede a conectarla a la conexión número 1 de la válvula, y la conexión número 2 al cilindro de simple efecto, quedando:

Esquema 3 Circuito Neumático: Control Directo de un Cilindro de Simple efecto empleando válvula 3/2

* A la conexión número 1 siempre irá conectada la fuente de aire comprimido. III.

En la barra de iconos oprimir el botón que denota la acción “play”, para proceder con la simulación, oprimimos el push button, accionamiento derecho de la válvula:

Esquema 4 Circuito Neumático: Simulación del Circuito Neumático empleando Control Directo

Observamos como el vástago del cilindro cambia de posición y sale ya que al accionar el esfuerzo mecánico se permite el flujo de aire hacia el cilindro, de la conexión 1 a la 2 de la válvula y de esta al cilindro.  Control Indirecto.- Este tipo de control utiliza una válvula cuyos accionamientos son neumáticos, lo que nos permite controlar la presión y con esto hay mayor exactitud y el vástago del cilindro sale a la presión deseada. I.

Para la realización de este circuito se emplearan dos válvulas con esfuerzo mecánico de tipo push button, para el accionamiento izquierdo, y retorno de muelle para el accionamiento derecho; una válvula 5/3 con accionamientos neumáticos y esfuerzos mecánicos (push button) y un cilindro de doble efecto. Se procede a realizar las conexiones quedando el circuito de la siguiente manera:

Esquema 5 Circuito Neumático: Control Indirecto de un Cilindro de Doble Efecto

II.

Se procede a realizar la simulación del circuito anterior. 1)

2)

Esquema 6 Circuito Neumático: Simulación del Circuito Neumático Empleando Control Indirecto

En la parte 1) del esquema anterior al presionar el esfuerzo mecánico de la válvula del lado izquierdo observamos que el flujo de aire pasa de la conexión 1 a la 2, llegando a la válvula 5/3, el accionamiento número 4 de la válvula deja fluir el aire pasando al cilindro provocando la salida del vástago. Cuando oprimimos el esfuerzo mecánico de la válvula del lado derecho (parte 2)), observamos como la otra conexión del cilindro recibe flujo por lo que el vástago regresa a la posición original.

2.- Realizar las funciones lógicas AND, NAND, OR, NOR, NOT y XOR empleando elementos neumáticos.  AND

I.

Para realizar esta configuración se empelan dos válvulas 3/2 con esfuerzo mecánico (push button), para el accionamiento izquierdo, y retorno de muelle para el accionamiento derecho, y un cilindro de simple efecto. Las válvulas se conectan en serie, quedando el circuito:

Esquema 7 Circuito Neumático: Configuración para la realización de la función lógica AND

La tabla de verdad para esta función es la siguiente: A1 0 0 1 1

A2 0 1 0 1

F 0 0 0 1

Tabla 1 Función Lógica AND

II.

Al realizar la simulación, corroboramos que el vástago del cilindro únicamente sale cuando los esfuerzos de ambas válvulas están presionados.

Esquema 8 Circuito Neumático: Simulación de la Función Lógica AND

Para estas condiciones, observamos como el flujo solo se ve permitido cuando va de 1 a 2, conexiones de la primera válvula, y posteriormente de 2 a 1 (conexión de la segunda válvula) y de 2 a la conexión del cilindro, lo que permite la salida del vástago.  NAND I.

Para la realización de esta función se emplean dos válvulas 3/2 con esfuerzo mecánico (push button), accionamiento derecho, y retorno de muelle, accionamiento izquierdo, así como un cilindro de simple efecto estas se conectaran en paralelo y para el cuerpo de la válvula se selecciono uno distinto, quedando el circuito de la siguiente manera:

Esquema 9 Circuito Neumático: Configuración para la realización de la función lógica NAND

La tabla de verdad para esta función es la siguiente: A1 0 0 1 1

A2 0 1 0 1

Tabla 2 Función Lógica NAND

F 1 1 1 0

II.

Al realizar la simulación, corroboramos que el vástago del cilindro sale para cualquier situación excepto cuando ambos esfuerzos están presionados.

Esquema 10 Circuito Neumático: Simulación de la Función Lógica NAND

Cuando no está presionado ningún esfuerzo, observamos como el flujo va de 1 a 2 en ambas válvulas y este flujo se direcciona hacia la conexión al cilindro lo que permite la salida del vástago. Cuando se presionan ambos esfuerzos, observamos como el flujo regresa debido al cuerpo de la válvula, impidiendo que el vástago del cilindro salga.  OR I.

Para la construcción de esta función se emplean dos válvulas 3/2 con esfuerzo mecánico (push button), accionamiento derecho, y retorno de muelle, accionamiento izquierdo, así como un cilindro de simple efecto estas se conectaran en paralelo y para el cuerpo de la válvula se selecciono uno distinto, quedando el circuito de la siguiente manera:

Esquema 11 Circuito Neumático: Configuración para la realización de la función lógica OR

La tabla de verdad para esta función es la siguiente:

A1 0 0 1 1

A2 0 1 0 1

F 0 1 1 1

Tabla 3 Función Lógica OR

II.

Al realizar la simulación, corroboramos que el vástago del cilindro sale para las condiciones en las que un esfuerzo se encuentra presionado o cuando ambos lo están.

Esquema 12 Circuito Neumático: Simulación de la Función Lógica OR

Para estas condiciones, observamos como el flujo va de 1 a 2 en la válvula de la izquierda y en la de la derecha hay un retorno de lo que permite la salida del vástago, cuando presionamos ambos esfuerzos. Cuando presionamos el esfuerzo de una válvula izquierda, únicamente, observamos cómo hay flujo por parte de esta hacia el cilindro y en la otra hay retorno, por lo que el vástago sale  NOR I.

Para la realización de esta función se emplearon dos válvulas 3/2 con esfuerzo mecánico (push button), accionamiento izquierdo, y retorno de muelle, accionamiento derecho, así como un cilindro de simple efecto estas se conectaran en serie, quedando el circuito como se muestra a continuación:

Esquema 13 Circuito Neumático: Configuración para la realización de la función lógica NOR

La tabla de verdad para esta función es la siguiente: A1 0 0 1 1

A2 0 1 0 1

F 1 0 0 0

Tabla 4 Función Lógica NOR

II.

Al realizar la simulación, corroboramos que el vástago del cilindro sale para las condiciones en las que ningún esfuerzo se encuentra presionado.

Esquema 14 Circuito Neumático: Simulación de la Función Lógica NOR

Para estas condiciones, observamos como el flujo solo se ve permitido cuando va de 1 a 2, conexiones de la primera válvula, y posteriormente de 2 a 1 (conexión de la segunda válvula) y de 2 a la conexión del cilindro, lo que permite la salida del vástago. Para las condiciones en las que un esfuerzo se encuentra presionado observamos como el flujo se ve bloqueado por el cuerpo de la válvula a la que no se le presiono el esfuerzo.

 NOT I.

Para la realización de esta función se empleo una válvula 3/2 con esfuerzo mecánico (push button), accionamiento izquierdo, y retorno de muelle, accionamiento derecho, así como un cilindro de simple efecto, la diferencia en este circuito radica en las conexiones neumáticas ya que en la número 1 se coloco el silenciador y en la 3 la fuente de aire comprimido, quedando el circuito de la siguiente manera:

Esquema 15 Circuito Neumático: Configuración para la realización de la función lógica NOT

La tabla de verdad para esta función es la siguiente: A1 0 1

F 1 0

Tabla 5 Función Lógica NOT

II.

Al realizar la simulación, corroboramos que el vástago del cilindro sale para las condiciones en las que el esfuerzo no se encuentra presionado.

Esquema 16 Circuito Neumático: Simulación de la Función Lógica NOT

Podemos observar que el flujo pasa de 1 a 3 y de 3 al cilindro cuando no se presiona el esfuerzo. Cuando se presiona el esfuerzo observamos que el flujo está bloqueado por el cuerpo de la válvula impidiendo el desplazamiento del vástago del cilindro.

 XOR I.

Recordando la función XOR nos dice que , por lo que se realiza un circuito combinatorio de todas las compuertas a diferencia que se utilizan válvulas de simultaneidad y una selectora y un cilindro de doble efecto controlado por una válvula 5/2, el cual se muestra a continuación:

Esquema 17 Circuito Neumático: Configuración para la realización de la función lógica XOR

La tabla de verdad para esta función es la siguiente: A1 0 0 1 1

A2 0 1 0 1

F 0 1 1 0

Tabla 6 Función Lógica XOR

II.

Al realizar la simulación, corroboramos que el vástago del cilindro sale para las condiciones en las que alguno de los esfuerzos mecánicos se encuentran presionados.

Esquema 18 Circuito Neumático: Simulación de la Función Lógica XOR

Podemos observar que solamente el vástago del cilindro esta fuera cuando uno u otro accionamiento está siendo presionado, de otra forma el flujo se ve bloqueado, inclusive cuando ambos accionamientos están activados. Se utilizaron dos tipos diferentes de válvulas, no usadas para las demás funciones, y estas son la de simultaneidad, donde debe haber flujo de aire en ambas entradas para permitir el flujo de aire en su salida, y la selectora, que permite el flujo de aire cuando en una de sus entradas hay un flujo.

Conclusiones FluidSIM es un software que permite diseñar, construir y posteriormente simular circuitos neumáticos, y gracias a esto considerar su fiabilidad. Existen diferentes elementos los cuales nos facilitan realizar este tipo de circuitos como lo son: las válvulas, los cilindros, fuentes de aire comprimido, etc. Algunos de los elementos que se utilizaron para la realización de esta práctica y de los que se consideran de los más importantes son las válvulas (3/2 y 5/2), estas cumplen diferentes funciones de acuerdo a su tipo como acoplar, conmutar, unir, limitar flujo, direccionar flujo, etc. Existen dos maneras de controlar un cilindro, Control Directo y Control Indirecto, y nosotros elegiremos el tipo de control según sea nuestra necesidad, aunque cabe destacar que en el control indirecto no hay perdidas de presión y por tanto más exactitud. Es importante destacar que a partir de estos elementos neumáticos, y de la combinación de estos, es posible construir funciones lógicas, AND, OR, NOR, NAND, NOT y XOR. Para la función lógica XOR, pudimos observar que básicamente era una combinación de los circuitos realizados anteriormente a excepción de que se utilizaron dos tipos diferentes de válvulas, no usadas para las demás funciones, y estas son la de simultaneidad y la selectora.