Revista Conectividad
Julio-diciembre 2021 ISSN:2806-5875
pp. 48-66 Correo: revista@ister.edu.ec
Volumen 2, Número 2
Revista Semestral del Instituto Tecnológico Universitario Rumiñahui 48
Diseño de un laboratorio de mandos neumáticos para carreras
de Electricidad y Electrónica
Design of a laboratory of pneumatic control for Electricity and Electronics
careers
Kevin Fabara1, Cristian Tasiguano2 , Pablo Ángulo3 y María Gabriela Vera4
1 Escuela Politécnica Nacional, kevin.fabara@epn.edu.ec
2 Instituto Tecnológico Universitario Rumiñahui, cristian.tasiguano@ister.edu.ec
3 Escuela Politécnica Nacional, pablo.angulo@epn.edu.ec
4 Instituto Tecnológico Universitario Rumiñahui, mariagabriela.vera@ister.edu.ec
Autor para correspondencia: mariagabriela.vera@ister.edu.ec
Fecha de recepción: 2021.01.30 Fecha de aceptación: 2021.04.19
Fecha de publicación: 2021.07.12
RESUMEN
El presente trabajo describe el diseño de un Laboratorio de Mandos Neumáticos para carreras
de Electricidad y Electrónica, y las principales consideraciones técnicas para la
implementación del mismo a futuro. El diseño se realiza con el fin de ser una base teórica
para el cálculo de parámetros en la realización de un laboratorio de mandos neumáticos para
cualquier institución o centro de aprendizaje superior. Se realiza el dimensionamiento de
todos los componentes tanto neumáticos y electro-neumáticos definidos en prácticas de
laboratorio que cubren un pensum completo de esta asignatura y poder satisfacer el escaso
de personal especializado en esta rama en la industria ecuatoriana. Se realiza el cálculo de
sus parámetros principales y se efectúa el dimensionamiento de las mesas de trabajo con su
distribución adecuada en el espacio designado para el laboratorio, el dimensionamiento del
compresor y del tanque de almacenamiento. De igual manera, en base a los cálculos de los
actuadores y componentes neumáticos, se establecen los parámetros de la cámara insonora
para el compresor y la ubicación del mismo. Además, se realiza el diseño de la red de tuberías
a ser implementada y la instalación eléctrica para el mismo. Las prácticas de laboratorio
fueron creadas en base a planes de formación de personal técnico que manejan diferentes
marcas industriales y considerando diferentes factores estructurales como lugar, ubicación,
consumo de aire y altura de la ciudad de Quito. El diseño tanto eléctrico y neumático
propuesto se lo realiza en base la norma ISO 9001, de manera que cumpla las normativas
técnicas esenciales para este tipo de laboratorio, y resulte tanto técnico como
económicamente de interés y factibilidad en su implementación.
Palabras clave: Neumática, Electro-Neumática, Cámara Insonora, Dimensionamiento,
Instalaciones, Laboratorio.
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Volumen 2, Número 2
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Diseño de un laboratorio de mandos neumáticos para carreras
de Electricidad y Electrónica
Design of a laboratory of pneumatic control for Electricity and Electronics
careers
Kevin Fabara1, Cristian Tasiguano2 , Pablo Ángulo3 y María Gabriela Vera4
1 Escuela Politécnica Nacional, kevin.fabara@epn.edu.ec
2 Instituto Tecnológico Universitario Rumiñahui, cristian.tasiguano@ister.edu.ec
3 Escuela Politécnica Nacional, pablo.angulo@epn.edu.ec
4 Instituto Tecnológico Universitario Rumiñahui, mariagabriela.vera@ister.edu.ec
Autor para correspondencia: mariagabriela.vera@ister.edu.ec
Fecha de recepción: 2021.01.30 Fecha de aceptación: 2021.04.19
Fecha de publicación: 2021.07.12
RESUMEN
El presente trabajo describe el diseño de un Laboratorio de Mandos Neumáticos para carreras
de Electricidad y Electrónica, y las principales consideraciones técnicas para la
implementación del mismo a futuro. El diseño se realiza con el fin de ser una base teórica
para el cálculo de parámetros en la realización de un laboratorio de mandos neumáticos para
cualquier institución o centro de aprendizaje superior. Se realiza el dimensionamiento de
todos los componentes tanto neumáticos y electro-neumáticos definidos en prácticas de
laboratorio que cubren un pensum completo de esta asignatura y poder satisfacer el escaso
de personal especializado en esta rama en la industria ecuatoriana. Se realiza el cálculo de
sus parámetros principales y se efectúa el dimensionamiento de las mesas de trabajo con su
distribución adecuada en el espacio designado para el laboratorio, el dimensionamiento del
compresor y del tanque de almacenamiento. De igual manera, en base a los cálculos de los
actuadores y componentes neumáticos, se establecen los parámetros de la cámara insonora
para el compresor y la ubicación del mismo. Además, se realiza el diseño de la red de tuberías
a ser implementada y la instalación eléctrica para el mismo. Las prácticas de laboratorio
fueron creadas en base a planes de formación de personal técnico que manejan diferentes
marcas industriales y considerando diferentes factores estructurales como lugar, ubicación,
consumo de aire y altura de la ciudad de Quito. El diseño tanto eléctrico y neumático
propuesto se lo realiza en base la norma ISO 9001, de manera que cumpla las normativas
técnicas esenciales para este tipo de laboratorio, y resulte tanto técnico como
económicamente de interés y factibilidad en su implementación.
Palabras clave: Neumática, Electro-Neumática, Cámara Insonora, Dimensionamiento,
Instalaciones, Laboratorio.
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ABSTRACT
The present work describes the design of a Laboratory of Pneumatic Controls for Electricity
and Electronics careers and the main technical considerations for its implementation in the
future. The design is carried out to be a theoretical basis for the calculation of parameters in
the realization of a laboratory of pneumatic controls for any institution or higher learning
center. The sizing of all the pneumatic and electro-pneumatic components defined in
laboratory practices that cover a complete curriculum of this subject is carried out to be able
to satisfy the scarce number of specialized personnel in this branch in the Ecuadorian
industry. The calculation of its main parameters is carried out and the dimensioning of the
work tables is carried out with their adequate distribution in the space designated for the
laboratory, the dimensioning of the compressor, and the storage tank. Similarly, based on the
calculations of the actuators and pneumatic components, the parameters of the soundproof
chamber for the compressor and its location are established. In addition, the design of the
pipe network to be implemented and the electrical installation for it is carried out. The
laboratory practices were created based on training plans for technical personnel who handle
different industrial brands and consider different structural factors such as place, location, air
consumption, and height of the city of Quito. The proposed electrical and pneumatic design
is carried out based on the ISO 9001 standard, so that it complies with the essential technical
regulations for this type of laboratory, and is both technically and economically of interest
and feasibility in its implementation.
Keywords: Pneumatics laboratory, Electro-pneumatics, Soundless Chamber, Dimensioning
of Facilities, Laboratory.
INTRODUCCIÓN
En la actualidad, el aprovechamiento del aire comprimido en la industria, contribuye al
mejoramiento y optimización de muchos procesos que se requieren a diario para la
transformación de productos y oferta de servicios. Dentro de este contexto, cumplen un papel
fundamental los principios o leyes físicas que se aplican a diario, así como en las diferentes
técnicas de producción a nivel industrial tales como sistemas electrónicos, mecánicos,
eléctricos, neumáticos e hidráulicos según las necesidades y requerimientos específicos de la
industria con el fin de poder obtener mejores resultados en cuanto a la competitividad
industrial, apuntando a un mayor control de sus procesos mediante la automatización
industrial (INTEC, 2017).
Las aplicaciones de esta tecnología son muy amplias; se utiliza en la industria química, textil,
el transporte o la carpintería metálica, y el aprovechamiento del aire comprimido es visible
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ABSTRACT
The present work describes the design of a Laboratory of Pneumatic Controls for Electricity
and Electronics careers and the main technical considerations for its implementation in the
future. The design is carried out to be a theoretical basis for the calculation of parameters in
the realization of a laboratory of pneumatic controls for any institution or higher learning
center. The sizing of all the pneumatic and electro-pneumatic components defined in
laboratory practices that cover a complete curriculum of this subject is carried out to be able
to satisfy the scarce number of specialized personnel in this branch in the Ecuadorian
industry. The calculation of its main parameters is carried out and the dimensioning of the
work tables is carried out with their adequate distribution in the space designated for the
laboratory, the dimensioning of the compressor, and the storage tank. Similarly, based on the
calculations of the actuators and pneumatic components, the parameters of the soundproof
chamber for the compressor and its location are established. In addition, the design of the
pipe network to be implemented and the electrical installation for it is carried out. The
laboratory practices were created based on training plans for technical personnel who handle
different industrial brands and consider different structural factors such as place, location, air
consumption, and height of the city of Quito. The proposed electrical and pneumatic design
is carried out based on the ISO 9001 standard, so that it complies with the essential technical
regulations for this type of laboratory, and is both technically and economically of interest
and feasibility in its implementation.
Keywords: Pneumatics laboratory, Electro-pneumatics, Soundless Chamber, Dimensioning
of Facilities, Laboratory.
INTRODUCCIÓN
En la actualidad, el aprovechamiento del aire comprimido en la industria, contribuye al
mejoramiento y optimización de muchos procesos que se requieren a diario para la
transformación de productos y oferta de servicios. Dentro de este contexto, cumplen un papel
fundamental los principios o leyes físicas que se aplican a diario, así como en las diferentes
técnicas de producción a nivel industrial tales como sistemas electrónicos, mecánicos,
eléctricos, neumáticos e hidráulicos según las necesidades y requerimientos específicos de la
industria con el fin de poder obtener mejores resultados en cuanto a la competitividad
industrial, apuntando a un mayor control de sus procesos mediante la automatización
industrial (INTEC, 2017).
Las aplicaciones de esta tecnología son muy amplias; se utiliza en la industria química, textil,
el transporte o la carpintería metálica, y el aprovechamiento del aire comprimido es visible
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hoy en muchos elementos cotidianos, como por ejemplo los sistemas de apertura y cierre de
transporte público, como trenes o autobuses, pero también las aspiradoras o los sopletes de
pintura, etc.
MARCO TEÓRICO
La neumática es la técnica que se centra en estudiar el desarrollo del gas presurizado como
medio de transferencia de energía para hacer funcionar diversos mecanismos con el uso de
gases como el aire comprimido, nitrógeno u otros gases inertes, que funcionan como
elementos de transmisión de energía.
Los sistemas neumáticos actualmente se usan para hacer más fácil el movimiento mecánico
de cargas considerables mediante una instalación con conexión por tuberías para distribuir el
aire comprimido a herramientas, maquinaria de montaje, sistemas de limpieza, etc.
La neumática ha supuesto una de las aportaciones más destacadas a la automatización de los
procesos industriales en los últimos años. Esta tecnología utiliza el aire comprimido como
modo de transmisión de la energía que se necesita para mover y hacer funcionar mecanismos
en base a incrementar la presión del aire y, a través de la energía que se acumula sobre los
elementos del circuito, efectuar un trabajo útil.
Hoy, la neumática industrial constituye una de las soluciones más sencillas, rentables y con
mayor futuro de aplicación en la industria, y es empleada en la mayor parte de las máquinas
modernas. En los circuitos de estas características los compresores son los encargados de
elevar la presión del aire al valor del trabajo deseado, que llega hasta un depósito, para
posteriormente distribuirse por las tuberías que recorren el circuito con la presión y
temperatura que definamos previamente (INTEC, 2017).
MÉTODO Y MATERIALES
Análisis de los requerimientos para el diseño del laboratorio de mandos neumáticos
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hoy en muchos elementos cotidianos, como por ejemplo los sistemas de apertura y cierre de
transporte público, como trenes o autobuses, pero también las aspiradoras o los sopletes de
pintura, etc.
MARCO TEÓRICO
La neumática es la técnica que se centra en estudiar el desarrollo del gas presurizado como
medio de transferencia de energía para hacer funcionar diversos mecanismos con el uso de
gases como el aire comprimido, nitrógeno u otros gases inertes, que funcionan como
elementos de transmisión de energía.
Los sistemas neumáticos actualmente se usan para hacer más fácil el movimiento mecánico
de cargas considerables mediante una instalación con conexión por tuberías para distribuir el
aire comprimido a herramientas, maquinaria de montaje, sistemas de limpieza, etc.
La neumática ha supuesto una de las aportaciones más destacadas a la automatización de los
procesos industriales en los últimos años. Esta tecnología utiliza el aire comprimido como
modo de transmisión de la energía que se necesita para mover y hacer funcionar mecanismos
en base a incrementar la presión del aire y, a través de la energía que se acumula sobre los
elementos del circuito, efectuar un trabajo útil.
Hoy, la neumática industrial constituye una de las soluciones más sencillas, rentables y con
mayor futuro de aplicación en la industria, y es empleada en la mayor parte de las máquinas
modernas. En los circuitos de estas características los compresores son los encargados de
elevar la presión del aire al valor del trabajo deseado, que llega hasta un depósito, para
posteriormente distribuirse por las tuberías que recorren el circuito con la presión y
temperatura que definamos previamente (INTEC, 2017).
MÉTODO Y MATERIALES
Análisis de los requerimientos para el diseño del laboratorio de mandos neumáticos
Revista Conectividad
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En esta sección, se efectúa un análisis del espacio designado para la implementación del
laboratorio, y se definen las prácticas de laboratorio a en base al plan de estudios académicos
de la rama.
Mesas de trabajo
El Laboratorio de Mandos Neumáticos se implementará en un área aproximada de 24 m2.
Este espacio se divide en dos partes, una destinada a una oficina con un área de 5 m² y la otra
para el Laboratorio de Mandos Neumáticos de 19 m², como se observa en la Fig. 1.
Fig. 1. División del área de trabajo - oficina y laboratorio.
Considerando un curso de 32 estudiantes, realizando prácticas cada 15 días, se dividirá en
dos grupos quedando un total de 16 estudiantes por semana. En este laboratorio se podrán
tener dos sesiones por cada semana, dividiéndose así a los 16 estudiantes en dos grupos,
teniendo de esta manera 8 estudiantes por sesión. Con 8 estudiantes por sesión, se considera
grupos de trabajo de dos estudiantes como óptimo para el aprendizaje. De esta manera, se
calcula un número de 4 mesas de trabajo para este laboratorio.
Cámara para el compresor
La cámara para el compresor será un cuarto aislado contra el ruido. Este aislamiento se lo
consigue utilizando paredes de gran espesor, recubiertas con materiales que posean
características de atenuación, absorbentes del ruido (CREUS, 2007). La forma que tenga este
material, Fig. 2, impedirá el rebote de la onda sonora, reduciéndose así el ruido que pueda
salir de la cámara.
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En esta sección, se efectúa un análisis del espacio designado para la implementación del
laboratorio, y se definen las prácticas de laboratorio a en base al plan de estudios académicos
de la rama.
Mesas de trabajo
El Laboratorio de Mandos Neumáticos se implementará en un área aproximada de 24 m2.
Este espacio se divide en dos partes, una destinada a una oficina con un área de 5 m² y la otra
para el Laboratorio de Mandos Neumáticos de 19 m², como se observa en la Fig. 1.
Fig. 1. División del área de trabajo - oficina y laboratorio.
Considerando un curso de 32 estudiantes, realizando prácticas cada 15 días, se dividirá en
dos grupos quedando un total de 16 estudiantes por semana. En este laboratorio se podrán
tener dos sesiones por cada semana, dividiéndose así a los 16 estudiantes en dos grupos,
teniendo de esta manera 8 estudiantes por sesión. Con 8 estudiantes por sesión, se considera
grupos de trabajo de dos estudiantes como óptimo para el aprendizaje. De esta manera, se
calcula un número de 4 mesas de trabajo para este laboratorio.
Cámara para el compresor
La cámara para el compresor será un cuarto aislado contra el ruido. Este aislamiento se lo
consigue utilizando paredes de gran espesor, recubiertas con materiales que posean
características de atenuación, absorbentes del ruido (CREUS, 2007). La forma que tenga este
material, Fig. 2, impedirá el rebote de la onda sonora, reduciéndose así el ruido que pueda
salir de la cámara.
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Fig. 2. Forma de material de absorción y aislamiento acústico.
La absorción del ruido no es una cuestión de volumen sino más de densidad y de uniformidad.
Existen diferentes tipos de materiales acústicos absorbentes, entre los más usados están los
resonantes (madera), los porosos (esponjas) y los aislantes (yeso, fibra de vidrio). El material
más conocido y comúnmente usado es la espuma de poliuretano. La mayoría de estos
materiales se los fabrica en forma de cuña, esta estructura se utiliza para atrapar el sonido ya
que al llegar a la cuña es reflejado varias veces entre las cuñas contiguas, dando como
resultado la transformación de energía acústica en energía calorífica, como se observa en la
Fig. 3.
Fig. 3. Forma de material absorbente del ruido.
Para el diseño de la cámara insonora, se debe hacer en base al compresor que se va adquirir
y al nivel sonoro que este generará, tomando en cuenta los niveles de ruido permisibles
(MAJUMDAR, 1998). Tomando en cuenta la Tabla 1, el laboratorio se rige a la Zona
Residencial ya que se encuentra en lo que es equipamiento para servicio público, teniendo
que tratar de reducir de esta manera el ruido del compresor a un mínimo de 50 dB(A).
Tabla 1. Niveles máximos de ruido para fuentes fijas.
Tipo de Zona
Según el Uso del Suelo
Nivel de Presión Sonora Equivalente: NPS eq
[dB(A)]
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Fig. 2. Forma de material de absorción y aislamiento acústico.
La absorción del ruido no es una cuestión de volumen sino más de densidad y de uniformidad.
Existen diferentes tipos de materiales acústicos absorbentes, entre los más usados están los
resonantes (madera), los porosos (esponjas) y los aislantes (yeso, fibra de vidrio). El material
más conocido y comúnmente usado es la espuma de poliuretano. La mayoría de estos
materiales se los fabrica en forma de cuña, esta estructura se utiliza para atrapar el sonido ya
que al llegar a la cuña es reflejado varias veces entre las cuñas contiguas, dando como
resultado la transformación de energía acústica en energía calorífica, como se observa en la
Fig. 3.
Fig. 3. Forma de material absorbente del ruido.
Para el diseño de la cámara insonora, se debe hacer en base al compresor que se va adquirir
y al nivel sonoro que este generará, tomando en cuenta los niveles de ruido permisibles
(MAJUMDAR, 1998). Tomando en cuenta la Tabla 1, el laboratorio se rige a la Zona
Residencial ya que se encuentra en lo que es equipamiento para servicio público, teniendo
que tratar de reducir de esta manera el ruido del compresor a un mínimo de 50 dB(A).
Tabla 1. Niveles máximos de ruido para fuentes fijas.
Tipo de Zona
Según el Uso del Suelo
Nivel de Presión Sonora Equivalente: NPS eq
[dB(A)]
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DE 06H00 A 20H00 DE 20H00 A
06H00
Zona Equipamientos y
Protección (1)
45 35
Zona Residencial 50 40
Zona Residencial Múltiple (2) 55 45
Zona Industrial 1 60 50
Zona Industrial 2 (3) 65 55
Zona Industrial 3 y 4 (4) 70 60
A. Análisis de prácticas de laboratorio y definición de equipo de trabajo.
Las prácticas de laboratorio se desarrollaron de acuerdo a un programa de estudios básico de
una asignatura de Mandos Neumáticos. En la Tabla 2 se muestra en resumen los títulos de
las prácticas a ser desarrolladas por el estudiante, considerando una práctica extra de
neumática avanzada.
Tabla 2. Temáticas de prácticas laboratorio
Práctica 1: Introducción al laboratorio de mandos neumáticos – circuitos básicos
Práctica 2: Mandos alternativos – temporizadores y reguladores de velocidad
Práctica 3: Métodos de diseño de mandos neumáticos
Práctica 4: Métodos de diseño de mandos electro-neumáticos (Parte I)
Práctica 5: Métodos de diseño de mandos electro-neumáticos (Parte II)
Práctica 6: Métodos de diseño de mandos electro-neumáticos con otros lenguajes para PLC´s.
Práctica extra: Neumática proporcional con PLC´s
Definición de los módulos didácticos y especificación de sus componentes.
En esta sección se presenta el dimensionamiento de todos los elementos y equipos tanto
neumáticos, como electro-neumáticos. Además, se realiza el dimensionamiento y la
distribución de las mesas de trabajo en el espacio designado para la implementación del
laboratorio.
A. Dimensionamiento de los elementos de trabajo.
1) Actuadores: Para el dimensionamiento y selección de los actuadores a utilizarse, es
necesario tomar en cuenta la frecuencia de uso que se dará a los mismos y su aplicación.
Como no serán sometidos a carga, la fuerza del émbolo, la fuerza de carga, la velocidad y
amortiguación del cilindro, no serán factores que afecten al desarrollo del Laboratorio de
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DE 06H00 A 20H00 DE 20H00 A
06H00
Zona Equipamientos y
Protección (1)
45 35
Zona Residencial 50 40
Zona Residencial Múltiple (2) 55 45
Zona Industrial 1 60 50
Zona Industrial 2 (3) 65 55
Zona Industrial 3 y 4 (4) 70 60
A. Análisis de prácticas de laboratorio y definición de equipo de trabajo.
Las prácticas de laboratorio se desarrollaron de acuerdo a un programa de estudios básico de
una asignatura de Mandos Neumáticos. En la Tabla 2 se muestra en resumen los títulos de
las prácticas a ser desarrolladas por el estudiante, considerando una práctica extra de
neumática avanzada.
Tabla 2. Temáticas de prácticas laboratorio
Práctica 1: Introducción al laboratorio de mandos neumáticos – circuitos básicos
Práctica 2: Mandos alternativos – temporizadores y reguladores de velocidad
Práctica 3: Métodos de diseño de mandos neumáticos
Práctica 4: Métodos de diseño de mandos electro-neumáticos (Parte I)
Práctica 5: Métodos de diseño de mandos electro-neumáticos (Parte II)
Práctica 6: Métodos de diseño de mandos electro-neumáticos con otros lenguajes para PLC´s.
Práctica extra: Neumática proporcional con PLC´s
Definición de los módulos didácticos y especificación de sus componentes.
En esta sección se presenta el dimensionamiento de todos los elementos y equipos tanto
neumáticos, como electro-neumáticos. Además, se realiza el dimensionamiento y la
distribución de las mesas de trabajo en el espacio designado para la implementación del
laboratorio.
A. Dimensionamiento de los elementos de trabajo.
1) Actuadores: Para el dimensionamiento y selección de los actuadores a utilizarse, es
necesario tomar en cuenta la frecuencia de uso que se dará a los mismos y su aplicación.
Como no serán sometidos a carga, la fuerza del émbolo, la fuerza de carga, la velocidad y
amortiguación del cilindro, no serán factores que afecten al desarrollo del Laboratorio de
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Mandos Neumáticos, siendo así el consumo de aire comprimido el factor más importante a
ser considerado, ya que este parámetro sirve para dimensionar el compresor. (Tabla 5)
2) Elementos de procesamiento de la señal neumática: Para la selección de una válvula
distribuidora es necesario tomar en cuenta la aplicación, el sistema de accionamiento para la
misma, y el actuador que comandara esta.
Una vez seleccionado el tipo de válvula distribuidora es necesario calcular el tamaño para
que esta pueda accionar en un tiempo apropiado el actuador al cual está comandando, para
lo cual se hace uso del factor de capacidad de caudal (Cv o Kv). El factor de capacidad de
caudal (Cv o Kv) indica el grado de resistencia de flujo de aire que presenta la válvula en un
circuito neumático, Tabla 3.
Tabla 3. Resumen de KV para válvulas de acuerdo el actuador neumático
Actuadores
Caudal del
actuador
Factor de capacidad de Caudal -
Válvulas Distribuidoras
l/min m3/h Kv
(m3/h)
Kv
(l/min)
Cv
(galones por min)
Cilindro simple efecto 1,1 0,066 0,003 0,05 0,004
Cilindro doble efecto 4,4 0,264 0,013 0,21 0,015
Actuador giratorio 2,5 0,15 0,007 0,12 0,008
Cilindro sin vástago 6 0,36 0,017 0,28 0,020
Motor neumático 120 7,2 0,341 5,69 0,396
Generador de vacío 12 0,72 0,034 0,57 0,040
Como se observa en la Tabla 3, el Kv de máximo valor será el de motor neumático, por ende,
los elementos de procesamiento de la señal neumática deben ser de un Kv mínimo de 6
(l/min).
3) PLC y pantalla táctil: Para seleccionar un PLC adecuado para el laboratorio se recurre a
las prácticas donde este será empleado. Al analizar los ejercicios, la cantidad de entradas,
salidas digitales, señales análogas de entrada y de salida, puertos de comunicación, y
accesibilidad de comunicación con pantallas táctiles, se procedió hacer la respectiva
investigación en el mercado para encontrar un PLC que permita tener estas facilidades tanto
en hardware como en software.
En la Tabla ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.4 se muestra el análisis
efectuado por prácticas donde se hará uso el PLC y la pantalla táctil.
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Mandos Neumáticos, siendo así el consumo de aire comprimido el factor más importante a
ser considerado, ya que este parámetro sirve para dimensionar el compresor. (Tabla 5)
2) Elementos de procesamiento de la señal neumática: Para la selección de una válvula
distribuidora es necesario tomar en cuenta la aplicación, el sistema de accionamiento para la
misma, y el actuador que comandara esta.
Una vez seleccionado el tipo de válvula distribuidora es necesario calcular el tamaño para
que esta pueda accionar en un tiempo apropiado el actuador al cual está comandando, para
lo cual se hace uso del factor de capacidad de caudal (Cv o Kv). El factor de capacidad de
caudal (Cv o Kv) indica el grado de resistencia de flujo de aire que presenta la válvula en un
circuito neumático, Tabla 3.
Tabla 3. Resumen de KV para válvulas de acuerdo el actuador neumático
Actuadores
Caudal del
actuador
Factor de capacidad de Caudal -
Válvulas Distribuidoras
l/min m3/h Kv
(m3/h)
Kv
(l/min)
Cv
(galones por min)
Cilindro simple efecto 1,1 0,066 0,003 0,05 0,004
Cilindro doble efecto 4,4 0,264 0,013 0,21 0,015
Actuador giratorio 2,5 0,15 0,007 0,12 0,008
Cilindro sin vástago 6 0,36 0,017 0,28 0,020
Motor neumático 120 7,2 0,341 5,69 0,396
Generador de vacío 12 0,72 0,034 0,57 0,040
Como se observa en la Tabla 3, el Kv de máximo valor será el de motor neumático, por ende,
los elementos de procesamiento de la señal neumática deben ser de un Kv mínimo de 6
(l/min).
3) PLC y pantalla táctil: Para seleccionar un PLC adecuado para el laboratorio se recurre a
las prácticas donde este será empleado. Al analizar los ejercicios, la cantidad de entradas,
salidas digitales, señales análogas de entrada y de salida, puertos de comunicación, y
accesibilidad de comunicación con pantallas táctiles, se procedió hacer la respectiva
investigación en el mercado para encontrar un PLC que permita tener estas facilidades tanto
en hardware como en software.
En la Tabla ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.4 se muestra el análisis
efectuado por prácticas donde se hará uso el PLC y la pantalla táctil.
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Tabla 4. Resumen de entradas y salidas prácticas electro-neumáticas.
PRÁCTICAS ENTRADAS SALIDAS COM-PROFINET
Digitales Análogas Digitales Análogas
Práctica 4 6 - 4 - SI
Práctica 5 8 - 7 - SI
Práctica 6 13 1 9 - SI
Práctica extra 2 1 - 1 SI
En el mercado local, el PLC que cumple con todas las características técnicas antes
mencionadas es el PLC marca Siemens S7-1214 AC/DC/Relay.
4) Equipos extra: Los demás equipos usados en el laboratorio como sensores, mangueras, y
racores serán dimensionados en base a las características físicas de los elementos a ser
adquiridos y en base a las dimensiones y presiones a utilizarse en el laboratorio (6 bares).
B. Dimensionamiento de las mesas de trabajo
Los módulos de trabajo deben ser ergonómicos y distribución confortable para el desarrollo
de las prácticas. El dimensionamiento de las mesas de trabajo se realizó en base a distintos
comerciantes que distribuyen equipo de neumática didáctico y a la norma DIN ISO 9001,
constando como medidas ideales para realizar prácticas con total ergonomía las siguientes
(FESTO, 2016):
• ALTO: 1.6 m.
• ANCHO: 1.2 m.
• LARGO: 0.6 m.
Las mesas de trabajo están constituidas por:
• Bastidor.
• Tablero neumático.
• Cajones de almacenamiento de equipo neumático.
Tomando en cuenta estas consideraciones se define que el tipo de mesa de trabajo
seleccionado debe costar con un tablero de placa perfilada a doble lado, debido a que una
sola mesa de trabajo sirve para 2 grupos, mientras que una sola solo abarcaría 1 solo grupo;
esta ventaja de tener la placa perfilada también radica en costos y a la vez en optimizar el
espacio físico destinado para el laboratorio. La mesa de trabajo también deberá constar con
un bastidor para el montaje de los dispositivos para realizar las prácticas de electro-neumática
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Tabla 4. Resumen de entradas y salidas prácticas electro-neumáticas.
PRÁCTICAS ENTRADAS SALIDAS COM-PROFINET
Digitales Análogas Digitales Análogas
Práctica 4 6 - 4 - SI
Práctica 5 8 - 7 - SI
Práctica 6 13 1 9 - SI
Práctica extra 2 1 - 1 SI
En el mercado local, el PLC que cumple con todas las características técnicas antes
mencionadas es el PLC marca Siemens S7-1214 AC/DC/Relay.
4) Equipos extra: Los demás equipos usados en el laboratorio como sensores, mangueras, y
racores serán dimensionados en base a las características físicas de los elementos a ser
adquiridos y en base a las dimensiones y presiones a utilizarse en el laboratorio (6 bares).
B. Dimensionamiento de las mesas de trabajo
Los módulos de trabajo deben ser ergonómicos y distribución confortable para el desarrollo
de las prácticas. El dimensionamiento de las mesas de trabajo se realizó en base a distintos
comerciantes que distribuyen equipo de neumática didáctico y a la norma DIN ISO 9001,
constando como medidas ideales para realizar prácticas con total ergonomía las siguientes
(FESTO, 2016):
• ALTO: 1.6 m.
• ANCHO: 1.2 m.
• LARGO: 0.6 m.
Las mesas de trabajo están constituidas por:
• Bastidor.
• Tablero neumático.
• Cajones de almacenamiento de equipo neumático.
Tomando en cuenta estas consideraciones se define que el tipo de mesa de trabajo
seleccionado debe costar con un tablero de placa perfilada a doble lado, debido a que una
sola mesa de trabajo sirve para 2 grupos, mientras que una sola solo abarcaría 1 solo grupo;
esta ventaja de tener la placa perfilada también radica en costos y a la vez en optimizar el
espacio físico destinado para el laboratorio. La mesa de trabajo también deberá constar con
un bastidor para el montaje de los dispositivos para realizar las prácticas de electro-neumática
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como PLC, fuente, pantalla táctil; y a la vez debe constar con mínimo tres cajones en los
cuales se distribuirán para los elementos de neumática, electro-neumática, y el ultimo cajón
para los elementos de conexión como mangueras, racores, y cables.
En la Fig. 4 se muestra las dimensiones de las mesas de trabajo con tablero perfilado a doble
lado, diseñada en el software Learnline Configurator de Festo Didactics.
Fig. 4. Dimensiones de las mesas de trabajo
C. Distribución de los módulos de trabajo.
Una vez seleccionado el tipo de mesa de trabajo, se procede a realizar la distribución en el
área destinada al laboratorio, para lo cual se realizó un análisis del espacio. Tomando en
cuenta la cantidad de personas que accederán al laboratorio, más el profesor son un total de
9 personas; según (ORDOÑEZ y VELEZ, 2014) y la DIN ISO 9001, expone que por
habitante se requiere minino 1 m² de superficie, lo cual nos da un total 9 m². El área por mesa
es de 0.72 m² aproximadamente 1 m², y por mesa de computadora y silla 0.5 m², lo que da
un espacio utilizado de 4.5 m². Por ende, el área total a ser utilizada es de 13.5 m². El área
que se dispone es de aproximadamente 19 m², al restar el área total utilizada da un espacio
de libre de 5.5 m² dentro del laboratorio; teniendo de esta manera una distribución factible.
La primera mesa debe estar a más de 1.60 m de la pizarra, según [VENE, 2015].
Con el tipo de mesa de trabajo seleccionada se distribuye el espacio como se muestra en la
Fig. 5.
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como PLC, fuente, pantalla táctil; y a la vez debe constar con mínimo tres cajones en los
cuales se distribuirán para los elementos de neumática, electro-neumática, y el ultimo cajón
para los elementos de conexión como mangueras, racores, y cables.
En la Fig. 4 se muestra las dimensiones de las mesas de trabajo con tablero perfilado a doble
lado, diseñada en el software Learnline Configurator de Festo Didactics.
Fig. 4. Dimensiones de las mesas de trabajo
C. Distribución de los módulos de trabajo.
Una vez seleccionado el tipo de mesa de trabajo, se procede a realizar la distribución en el
área destinada al laboratorio, para lo cual se realizó un análisis del espacio. Tomando en
cuenta la cantidad de personas que accederán al laboratorio, más el profesor son un total de
9 personas; según (ORDOÑEZ y VELEZ, 2014) y la DIN ISO 9001, expone que por
habitante se requiere minino 1 m² de superficie, lo cual nos da un total 9 m². El área por mesa
es de 0.72 m² aproximadamente 1 m², y por mesa de computadora y silla 0.5 m², lo que da
un espacio utilizado de 4.5 m². Por ende, el área total a ser utilizada es de 13.5 m². El área
que se dispone es de aproximadamente 19 m², al restar el área total utilizada da un espacio
de libre de 5.5 m² dentro del laboratorio; teniendo de esta manera una distribución factible.
La primera mesa debe estar a más de 1.60 m de la pizarra, según [VENE, 2015].
Con el tipo de mesa de trabajo seleccionada se distribuye el espacio como se muestra en la
Fig. 5.
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Fig. 5. Distribución de mesas de trabajo en el laboratorio.
Diseño de instalaciones generales del laboratorio de mandos neumáticos
En esta sección se presenta el dimensionamiento del compresor y del tanque de
almacenamiento en base a los cálculos de los actuadores neumáticos. Además, se presenta el
diseño de la cámara insonora para el compresor, el diseño de la red de tuberías y la instalación
eléctrica para la implementación del laboratorio de mandos neumáticos.
D. Diseño de la instalación neumática.
1) Dimensionamiento del compresor: Para el dimensionamiento del compresor se debe
tomar el consumo de aire de los actuadores neumáticos que se dispondrán para realizar las
prácticas de laboratorio, el consumo de aire se debe calcular en base a tamaño, diámetro, Kv
y Cv de cada dispositivo. En la Tabla 5, se muestra un resumen de la cantidad y el consumo
en l/s de los actuadores para el laboratorio de mandos neumáticos.
Tabla 5. Consumo en L/S de los actuadores para el laboratorio
ACTUADORES CANTIDAD Consumo l/s
Cilindro simple efecto 4,00 0,02
Cilindro doble efecto 12,00 0,07
Actuador giratorio 4,00 0,04
Cilindro sin vástago 4,00 0,10
Motor neumático 4,00 2,00
Generador de vacío 4,00 0,20
De acuerdo con las prácticas a realizarse, se analiza un factor de uso de los actuadores
neumáticos, en una escala donde 1 significa que siempre se mantendrá activos los equipos y
0 significa que no se los utilizará; por ser laboratorio se le considera un factor de uso de “0.5”
(este factor de uso cubre las posibles expansiones del laboratorio, así como también el uso
del mismo para dictar cursos de capacitación) a los actuadores básicos, siendo la única
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Fig. 5. Distribución de mesas de trabajo en el laboratorio.
Diseño de instalaciones generales del laboratorio de mandos neumáticos
En esta sección se presenta el dimensionamiento del compresor y del tanque de
almacenamiento en base a los cálculos de los actuadores neumáticos. Además, se presenta el
diseño de la cámara insonora para el compresor, el diseño de la red de tuberías y la instalación
eléctrica para la implementación del laboratorio de mandos neumáticos.
D. Diseño de la instalación neumática.
1) Dimensionamiento del compresor: Para el dimensionamiento del compresor se debe
tomar el consumo de aire de los actuadores neumáticos que se dispondrán para realizar las
prácticas de laboratorio, el consumo de aire se debe calcular en base a tamaño, diámetro, Kv
y Cv de cada dispositivo. En la Tabla 5, se muestra un resumen de la cantidad y el consumo
en l/s de los actuadores para el laboratorio de mandos neumáticos.
Tabla 5. Consumo en L/S de los actuadores para el laboratorio
ACTUADORES CANTIDAD Consumo l/s
Cilindro simple efecto 4,00 0,02
Cilindro doble efecto 12,00 0,07
Actuador giratorio 4,00 0,04
Cilindro sin vástago 4,00 0,10
Motor neumático 4,00 2,00
Generador de vacío 4,00 0,20
De acuerdo con las prácticas a realizarse, se analiza un factor de uso de los actuadores
neumáticos, en una escala donde 1 significa que siempre se mantendrá activos los equipos y
0 significa que no se los utilizará; por ser laboratorio se le considera un factor de uso de “0.5”
(este factor de uso cubre las posibles expansiones del laboratorio, así como también el uso
del mismo para dictar cursos de capacitación) a los actuadores básicos, siendo la única
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excepción el motor neumático con un factor de “0.1” debido a que su uso será momentáneo
en algunas de las prácticas y evitar un sobredimensionamiento del compresor.
Se analiza un factor de simultaneidad, el cual depende del número de unidades que en un
mismo instante consumen aire.
Una vez analizado los factores de simultaneidad y de uso a ser utilizados para los actuadores,
se procede al cálculo del consumo de aire total de cada actuador neumático. Realizado el
cálculo del consumo de aire total de cada actuador neumático, se procede al cálculo del
consumo total de aire de la instalación. Es necesario sobredimensionar el compresor en caso
de futuras ampliaciones y tomando en cuenta las posibles fugas del sistema.
Para el cálculo del caudal corregido, se estima un 30% de reserva en caso de aplicaciones, y
considerando un buen estado de la red de tuberías, uniones bien selladas, y una caída de
presión en la red de tuberías no mayor a 1 bares, se supone un 10% de fugas (FESTO, 2016).
El caudal de consumo corregido que se obtiene es a nivel del mar, por lo que a la altura de
Quito se debe aumentar un “27%” a lo obtenido, debido a la perdida de presión que se obtiene
por la altura (la altura a nivel del mar es de 1 bares, mientras que la altura en Quito es de 0.73
bares, lo que nos da una pérdida del 27% de la presión a nivel del mar). A continuación, en
la Tabla 6, se indica los diversos factores, y consumo de aire calculados.
Tabla 6. Cálculo del caudal del compresor
Compresor de aire
Actuadores Cant Q l/s Factor
de uso
Factor
simul
Caudal
consumo l/s
Cilindro simple efecto 4,00 0,02 0,50 0,50 0,02
Cilindro doble efecto 12,00 0,07 0,50 0,50 0,22
Actuador giratorio 4,00 0,04 0,50 0,50 0,04
Cilindro sin vástago 4,00 0,10 0,50 0,50 0,10
Motor neumático 4,00 2,00 0,10 0,50 0,40
Generador de vacío 4,00 0,20 0,50 0,50 0,20
Caudal
total
0,98
Reserva
%
30
Fugas % 10
Caudal
corregido
(nivel
mar)
2,61
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excepción el motor neumático con un factor de “0.1” debido a que su uso será momentáneo
en algunas de las prácticas y evitar un sobredimensionamiento del compresor.
Se analiza un factor de simultaneidad, el cual depende del número de unidades que en un
mismo instante consumen aire.
Una vez analizado los factores de simultaneidad y de uso a ser utilizados para los actuadores,
se procede al cálculo del consumo de aire total de cada actuador neumático. Realizado el
cálculo del consumo de aire total de cada actuador neumático, se procede al cálculo del
consumo total de aire de la instalación. Es necesario sobredimensionar el compresor en caso
de futuras ampliaciones y tomando en cuenta las posibles fugas del sistema.
Para el cálculo del caudal corregido, se estima un 30% de reserva en caso de aplicaciones, y
considerando un buen estado de la red de tuberías, uniones bien selladas, y una caída de
presión en la red de tuberías no mayor a 1 bares, se supone un 10% de fugas (FESTO, 2016).
El caudal de consumo corregido que se obtiene es a nivel del mar, por lo que a la altura de
Quito se debe aumentar un “27%” a lo obtenido, debido a la perdida de presión que se obtiene
por la altura (la altura a nivel del mar es de 1 bares, mientras que la altura en Quito es de 0.73
bares, lo que nos da una pérdida del 27% de la presión a nivel del mar). A continuación, en
la Tabla 6, se indica los diversos factores, y consumo de aire calculados.
Tabla 6. Cálculo del caudal del compresor
Compresor de aire
Actuadores Cant Q l/s Factor
de uso
Factor
simul
Caudal
consumo l/s
Cilindro simple efecto 4,00 0,02 0,50 0,50 0,02
Cilindro doble efecto 12,00 0,07 0,50 0,50 0,22
Actuador giratorio 4,00 0,04 0,50 0,50 0,04
Cilindro sin vástago 4,00 0,10 0,50 0,50 0,10
Motor neumático 4,00 2,00 0,10 0,50 0,40
Generador de vacío 4,00 0,20 0,50 0,50 0,20
Caudal
total
0,98
Reserva
%
30
Fugas % 10
Caudal
corregido
(nivel
mar)
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Caudal
(quito
2800m)
3,39
De acuerdo con los parámetros establecidos anteriormente se necesita un compresor que
cumpla como característica técnica de caudal 3.4 l/s para abastecer a las mesas de trabajo.
Este caudal no existe comercialmente por lo que se toma un caudal de 4 l/s.
2) Tanque de almacenamiento: El tanque debe ser al menos los suficientemente grande
como para contener el aire entregado por el compresor en un minuto [6]. De esta manera para
un caudal de aproximadamente 4 l/s (Tabla 6) equivalentes a 240 l/min, se requiere de un
tanque de aproximadamente 240 litros. Por lo tanto, Para el laboratorio se utilizará un
compresor de pistón con un caudal mayor o igual a 4 l/s, presión mayor o igual a 6 bares,
acoplado con un tanque de almacenamiento en forma horizontal de 250 litros.
3) Diseño de la cámara insonora para el compresor: Para la ubicación del compresor y su
cámara insonora se consideran 3 lugares: en la parte externa al laboratorio, dentro del
laboratorio, y en el área anexa al laboratorio, Tabla 7. Se realizó un análisis en base a tres
aspectos principales:
• Nivel de ruido con respecto al laboratorio.
• Pérdida de presión en la red de tuberías desde el compresor hasta las mesas de trabajo.
• Costos.
Tabla 7. Comparación de espacios para la ubicación del compresor culo del caudal
Características Ubicación
Exterior Laboratorio Área Anexa
Nivel de ruido Nulo Alto Bajo
Perdida de presión Medio Bajo Bajo
COSTO Alto Medio Bajo
La cámara en la cual estará el compresor debe reducir los decibeles producidos por el
compresor a un valor de 50 dB según (MAJUMDAR, 1998), para lo cual uno de los criterios
aplicados en el diseño de la cámara es que debe ser de forma rectangular para maximizar la
absorción de la onda sonora reflejada en las paredes (AUTOM. INDUST 2010).
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Caudal
(quito
2800m)
3,39
De acuerdo con los parámetros establecidos anteriormente se necesita un compresor que
cumpla como característica técnica de caudal 3.4 l/s para abastecer a las mesas de trabajo.
Este caudal no existe comercialmente por lo que se toma un caudal de 4 l/s.
2) Tanque de almacenamiento: El tanque debe ser al menos los suficientemente grande
como para contener el aire entregado por el compresor en un minuto [6]. De esta manera para
un caudal de aproximadamente 4 l/s (Tabla 6) equivalentes a 240 l/min, se requiere de un
tanque de aproximadamente 240 litros. Por lo tanto, Para el laboratorio se utilizará un
compresor de pistón con un caudal mayor o igual a 4 l/s, presión mayor o igual a 6 bares,
acoplado con un tanque de almacenamiento en forma horizontal de 250 litros.
3) Diseño de la cámara insonora para el compresor: Para la ubicación del compresor y su
cámara insonora se consideran 3 lugares: en la parte externa al laboratorio, dentro del
laboratorio, y en el área anexa al laboratorio, Tabla 7. Se realizó un análisis en base a tres
aspectos principales:
• Nivel de ruido con respecto al laboratorio.
• Pérdida de presión en la red de tuberías desde el compresor hasta las mesas de trabajo.
• Costos.
Tabla 7. Comparación de espacios para la ubicación del compresor culo del caudal
Características Ubicación
Exterior Laboratorio Área Anexa
Nivel de ruido Nulo Alto Bajo
Perdida de presión Medio Bajo Bajo
COSTO Alto Medio Bajo
La cámara en la cual estará el compresor debe reducir los decibeles producidos por el
compresor a un valor de 50 dB según (MAJUMDAR, 1998), para lo cual uno de los criterios
aplicados en el diseño de la cámara es que debe ser de forma rectangular para maximizar la
absorción de la onda sonora reflejada en las paredes (AUTOM. INDUST 2010).
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Para la dimensión de la cámara del compresor se tomó en cuenta diseños de cámaras
insonoras comerciales en las cuales la distancia mínima entre la fuente y la pared es de 0.5
metros para fuentes de 70 a 80 dB. Las dimensiones son las siguientes:
• Largo de la cámara: 2.70 m
• Alto de la cámara: 2.00 m
• Profundidad de la cámara: 1.04 m
Tomando en cuenta todos estos parámetros, para el diseño de la cámara insonora se considera
que las paredes que deben ser construidas (pared izquierda, puerta) y se las realizará en base
a tabla triplex reforzada de un grosor de 18mm. Todas las paredes serán recubiertas de
esponja de poliuretano con cuñas anecoicas tipo Wedge, como se indica en Fig. 6.
Fig. 6. Formas cuña tipo wedge
Cabe recalcar que para un análisis adecuado se necesita tener la instalación del compresor
realizada y en base a esto partir para una insonorización más exacta. La cámara debe poseer
una ventilación adecuada para mantener la temperatura dentro de un rango de 15 a 30 °C
(CREUS, 2007). Tomando en cuenta que el funcionamiento del compresor no es continuo,
la ventilación se la realizará mediante una rejilla cuyas dimensiones son 30x30 cm, ubicada
en la parte superior izquierda de la cámara.
4) Tubería: La red de tubería a diseñarse será en circuito abierto, debido a que la aplicación
es un laboratorio, siendo así que la perdida de presión admisible puede estar entre 0.1 bares
hasta 1 bares lo cual no afectará mucho en el desarrollo de las prácticas. Para el diseño de la
red de tubería es necesario conocer varios factores como:
• El caudal
• La longitud de la tubería
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Para la dimensión de la cámara del compresor se tomó en cuenta diseños de cámaras
insonoras comerciales en las cuales la distancia mínima entre la fuente y la pared es de 0.5
metros para fuentes de 70 a 80 dB. Las dimensiones son las siguientes:
• Largo de la cámara: 2.70 m
• Alto de la cámara: 2.00 m
• Profundidad de la cámara: 1.04 m
Tomando en cuenta todos estos parámetros, para el diseño de la cámara insonora se considera
que las paredes que deben ser construidas (pared izquierda, puerta) y se las realizará en base
a tabla triplex reforzada de un grosor de 18mm. Todas las paredes serán recubiertas de
esponja de poliuretano con cuñas anecoicas tipo Wedge, como se indica en Fig. 6.
Fig. 6. Formas cuña tipo wedge
Cabe recalcar que para un análisis adecuado se necesita tener la instalación del compresor
realizada y en base a esto partir para una insonorización más exacta. La cámara debe poseer
una ventilación adecuada para mantener la temperatura dentro de un rango de 15 a 30 °C
(CREUS, 2007). Tomando en cuenta que el funcionamiento del compresor no es continuo,
la ventilación se la realizará mediante una rejilla cuyas dimensiones son 30x30 cm, ubicada
en la parte superior izquierda de la cámara.
4) Tubería: La red de tubería a diseñarse será en circuito abierto, debido a que la aplicación
es un laboratorio, siendo así que la perdida de presión admisible puede estar entre 0.1 bares
hasta 1 bares lo cual no afectará mucho en el desarrollo de las prácticas. Para el diseño de la
red de tubería es necesario conocer varios factores como:
• El caudal
• La longitud de la tubería
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• La pérdida admisible
• La presión de servicio
• La pérdida de carga adicional por accesorios de red
La longitud de la tubería se la toma de acuerdo con la red de tubería que se implementará
para el laboratorio, la cual a su vez es diseñada conforme a la distribución de mesas. En la
Fig. 7 se muestra la vista panorámica de la red de tubería.
Fig. 1. Red de tubería circuito abierto (color azul) – vista 3D.
El tipo de material de la tubería depende de la cantidad de presión que este pueda soportar.
La tubería de la red de aire considerando el material, y la baja presión, se recomienda que sea
tubo de acero galvanizado. En la Tabla 8 se ve un resumen de los materiales para el diseño
de la red.
Tabla 8. Longitudes equivalentes de accesorios de tubería
Ítem Elemento de la red Cantidad Longitud (m) Total (m)
1 Codo 90" 6 0,70 4,20
2 Pieza en T 5 0,85 4,25
3 Válvula esférica 5 0,20 1,00
Total, de longitud ficticia 9,45
Longitud de tubería 10
Total de tubería de la red 19,45
Una manera más rápida para el cálculo del diámetro de la tubería es mediante el uso de
monogramas en donde se debe considerar la longitud del tubo en m, caudal total en m3/h,
presión de funcionamiento y posible pérdida de presión al juntar estos ejes transversalmente
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• La pérdida admisible
• La presión de servicio
• La pérdida de carga adicional por accesorios de red
La longitud de la tubería se la toma de acuerdo con la red de tubería que se implementará
para el laboratorio, la cual a su vez es diseñada conforme a la distribución de mesas. En la
Fig. 7 se muestra la vista panorámica de la red de tubería.
Fig. 1. Red de tubería circuito abierto (color azul) – vista 3D.
El tipo de material de la tubería depende de la cantidad de presión que este pueda soportar.
La tubería de la red de aire considerando el material, y la baja presión, se recomienda que sea
tubo de acero galvanizado. En la Tabla 8 se ve un resumen de los materiales para el diseño
de la red.
Tabla 8. Longitudes equivalentes de accesorios de tubería
Ítem Elemento de la red Cantidad Longitud (m) Total (m)
1 Codo 90" 6 0,70 4,20
2 Pieza en T 5 0,85 4,25
3 Válvula esférica 5 0,20 1,00
Total, de longitud ficticia 9,45
Longitud de tubería 10
Total de tubería de la red 19,45
Una manera más rápida para el cálculo del diámetro de la tubería es mediante el uso de
monogramas en donde se debe considerar la longitud del tubo en m, caudal total en m3/h,
presión de funcionamiento y posible pérdida de presión al juntar estos ejes transversalmente
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se define el diámetro de la tubería mínima en mm para el diseño, (mientras más ancha la
tubería es mejor ya que ayuda como tanque de almacenamiento de presión).
E. Diseño de instalación eléctrica
El laboratorio tendrá su propio circuito de iluminación y circuito de tomas en un tablero
separado, con el fin de independizar este laboratorio de los laboratorios anexos a este, para
que, en caso de fallo de alguno de estos, el laboratorio de mandos neumáticos funcione
normalmente.
1) Diseño de iluminación: Se realizó los cálculos necesarios para la selección de luminaria,
tomando en consideración según (ORDOÑEZ y VÉLEZ, 2014), un nivel de iluminación
entre 300 y 500 lux para el laboratorio y oficina. Al realizar los cálculos mediante la ayuda
del software de Dialux se observa que el flujo luminoso promedio en el área de trabajo es de
aproximadamente 400 lx, lo cual está dentro del rango admisible para un laboratorio y
oficina. En la Fig.8 se muestra la distribución de las luminarias. El calibre que utilizar es 14
AWG, usado comúnmente para circuitos de iluminación.
2) Diseño de iluminación: En cada puesto de trabajo existirá un punto de energía que
proporcionará la alimentación de 120 Vac necesaria tanto para la computadora y para las
prácticas de electro-neumática (PLC, fuentes, etc).
Adicionalmente, el puesto del instructor contará con un punto de 120 VAC para la
alimentación de la computadora del laboratorio. El proyector será montado en el techo del
laboratorio por lo que se deberá también implementar un punto de 120 VAC para dicho
equipo. En la oficina del encargado del laboratorio constara de un solo punto a 120 VAC
para alimentar la computadora que este necesita.
En la cámara insonora se ha previsto un punto de energía para alimentar el compresor el cual
es de 220 VAC. Tomado en cuenta todos los puntos de energía se estableció un diseño de
dos circuitos de tomas, en donde:
• Un circuito contiene todos los puntos de mesas de trabajo, mesas de profesores, y el
proyector.
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se define el diámetro de la tubería mínima en mm para el diseño, (mientras más ancha la
tubería es mejor ya que ayuda como tanque de almacenamiento de presión).
E. Diseño de instalación eléctrica
El laboratorio tendrá su propio circuito de iluminación y circuito de tomas en un tablero
separado, con el fin de independizar este laboratorio de los laboratorios anexos a este, para
que, en caso de fallo de alguno de estos, el laboratorio de mandos neumáticos funcione
normalmente.
1) Diseño de iluminación: Se realizó los cálculos necesarios para la selección de luminaria,
tomando en consideración según (ORDOÑEZ y VÉLEZ, 2014), un nivel de iluminación
entre 300 y 500 lux para el laboratorio y oficina. Al realizar los cálculos mediante la ayuda
del software de Dialux se observa que el flujo luminoso promedio en el área de trabajo es de
aproximadamente 400 lx, lo cual está dentro del rango admisible para un laboratorio y
oficina. En la Fig.8 se muestra la distribución de las luminarias. El calibre que utilizar es 14
AWG, usado comúnmente para circuitos de iluminación.
2) Diseño de iluminación: En cada puesto de trabajo existirá un punto de energía que
proporcionará la alimentación de 120 Vac necesaria tanto para la computadora y para las
prácticas de electro-neumática (PLC, fuentes, etc).
Adicionalmente, el puesto del instructor contará con un punto de 120 VAC para la
alimentación de la computadora del laboratorio. El proyector será montado en el techo del
laboratorio por lo que se deberá también implementar un punto de 120 VAC para dicho
equipo. En la oficina del encargado del laboratorio constara de un solo punto a 120 VAC
para alimentar la computadora que este necesita.
En la cámara insonora se ha previsto un punto de energía para alimentar el compresor el cual
es de 220 VAC. Tomado en cuenta todos los puntos de energía se estableció un diseño de
dos circuitos de tomas, en donde:
• Un circuito contiene todos los puntos de mesas de trabajo, mesas de profesores, y el
proyector.
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• Otro circuito comprende al compresor ya que debido a que es una carga especial se
lo debe considerar en un solo circuito.
El calibre de cable para la instalación de los dos circuitos de tomas es de 12 AWG. En la Fig.
8 se puede observar el diseño eléctrico del laboratorio.
Fig. 2 Circuito de tomas del laboratorio.
Para el dimensionamiento de la protección se basa en el calibre del cable que tiene cada
circuito diseñado y las fases de las que están comprendidos (monofásico, bifásico, trifásico).
En la Tabla 9 se muestra un resumen de los circuitos a ser generados con sus debidas
protecciones para la instalación del laboratorio de mandos neumáticos.
Tabla 9. Cuadro de tablero del laboratorio
CIRCUITO #
Pts.
CARGA
INSTALADA CAL.
AWG PROT. Fas
W VA
C. TOMAS 1 7,00 2782,29 2782,29 12 1P-20A A
C. COMPRESOR 1,00 3240,00 3240,00 12 2P-20A A-B
C. ILUMINACION 3,00 275,00 275,00 14 1P-15A A
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• Otro circuito comprende al compresor ya que debido a que es una carga especial se
lo debe considerar en un solo circuito.
El calibre de cable para la instalación de los dos circuitos de tomas es de 12 AWG. En la Fig.
8 se puede observar el diseño eléctrico del laboratorio.
Fig. 2 Circuito de tomas del laboratorio.
Para el dimensionamiento de la protección se basa en el calibre del cable que tiene cada
circuito diseñado y las fases de las que están comprendidos (monofásico, bifásico, trifásico).
En la Tabla 9 se muestra un resumen de los circuitos a ser generados con sus debidas
protecciones para la instalación del laboratorio de mandos neumáticos.
Tabla 9. Cuadro de tablero del laboratorio
CIRCUITO #
Pts.
CARGA
INSTALADA CAL.
AWG PROT. Fas
W VA
C. TOMAS 1 7,00 2782,29 2782,29 12 1P-20A A
C. COMPRESOR 1,00 3240,00 3240,00 12 2P-20A A-B
C. ILUMINACION 3,00 275,00 275,00 14 1P-15A A
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Especificaciones técnicas para la implementación del laboratorio
Todos los equipos mencionados en la Tabla 10, acoplados a un sistema de fijación rápido,
para autoajuste con el tablero perfilado.
Tabla 10. Elementos neumáticos por mesa de trabajo
TIPO ELEMENTO CANT
ACTUADORES Cilindro de simple efecto 1
Cilindro de doble efecto 3
Motor Neumático 1
Cilindro sin vástago 1
Actuador Giratorio con sensores 1
Ventosa 1
VÁLVULAS Válvula distribuidora de 3/2 vías accionada por pulsador, con
retorno de muelle - NC
2
Válvula distribuidora de 3/2 vías accionada neumáticamente, por un
lado, con retorno de muelle – NC.
1
Válvula distribuidora de 3/2 vías accionada por rodillo, con retorno
de muelle – NC
2
Válvula distribuidora de 5/2 vías accionada neumáticamente, por un
lado, con retorno de muelle
1
Válvula distribuidora de 5/2 vías accionada neumáticamente, por
ambos lados.
4
Válvula distribuidora de 3/2 vías con interruptor (selector manual),
NC
1
Válvula distribuidora de 3/2 vías accionada neumáticamente, por un
lado, con retorno de muelle – NA.
2
Válvula distribuidora de 3/2 vías accionada por pulsador, con
retorno de muelle - NA.
1
Válvula distribuidora de 5/2 vías con interruptor (selector manual) 1
Electroválvula de doble bobina de 5/2 vías 4
Electroválvula de bobina simple de 3/2 vías- NC 1
Válvula de simultaneidad (AND) 2
Válvula de selectora (OR) 1
Generador de vacío 1
Temporizador neumático, con tiempo regulable. 1
Válvula de escape rápido 1
Regulador de flujo unidireccional 2
Regulador de presión, con manómetro 1
Válvula de secuencia 1
Válvula proporcional de 5/3 vías 1
SENSORES Detector de proximidad neumático, con fijación para cilindro (es
como una válvula distribuidora de 3/2)
2
Final de carrera eléctrico, accionado por la izquierda 2
Detector de posición electrónico con elemento con fijación a
cilindro
4
Sensor de proximidad óptico 1
Sensor de caudal analógico 1
Sensor de presión analógico 1
Módulo de entradas digitales (pulsantes) 1
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Especificaciones técnicas para la implementación del laboratorio
Todos los equipos mencionados en la Tabla 10, acoplados a un sistema de fijación rápido,
para autoajuste con el tablero perfilado.
Tabla 10. Elementos neumáticos por mesa de trabajo
TIPO ELEMENTO CANT
ACTUADORES Cilindro de simple efecto 1
Cilindro de doble efecto 3
Motor Neumático 1
Cilindro sin vástago 1
Actuador Giratorio con sensores 1
Ventosa 1
VÁLVULAS Válvula distribuidora de 3/2 vías accionada por pulsador, con
retorno de muelle - NC
2
Válvula distribuidora de 3/2 vías accionada neumáticamente, por un
lado, con retorno de muelle – NC.
1
Válvula distribuidora de 3/2 vías accionada por rodillo, con retorno
de muelle – NC
2
Válvula distribuidora de 5/2 vías accionada neumáticamente, por un
lado, con retorno de muelle
1
Válvula distribuidora de 5/2 vías accionada neumáticamente, por
ambos lados.
4
Válvula distribuidora de 3/2 vías con interruptor (selector manual),
NC
1
Válvula distribuidora de 3/2 vías accionada neumáticamente, por un
lado, con retorno de muelle – NA.
2
Válvula distribuidora de 3/2 vías accionada por pulsador, con
retorno de muelle - NA.
1
Válvula distribuidora de 5/2 vías con interruptor (selector manual) 1
Electroválvula de doble bobina de 5/2 vías 4
Electroválvula de bobina simple de 3/2 vías- NC 1
Válvula de simultaneidad (AND) 2
Válvula de selectora (OR) 1
Generador de vacío 1
Temporizador neumático, con tiempo regulable. 1
Válvula de escape rápido 1
Regulador de flujo unidireccional 2
Regulador de presión, con manómetro 1
Válvula de secuencia 1
Válvula proporcional de 5/3 vías 1
SENSORES Detector de proximidad neumático, con fijación para cilindro (es
como una válvula distribuidora de 3/2)
2
Final de carrera eléctrico, accionado por la izquierda 2
Detector de posición electrónico con elemento con fijación a
cilindro
4
Sensor de proximidad óptico 1
Sensor de caudal analógico 1
Sensor de presión analógico 1
Módulo de entradas digitales (pulsantes) 1
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ACTUADORES
ELECTRÓNICOS
Fuente de alimentación (24 Vdc) 1
Módulo de indicadores 1
PLC 1
Pantalla táctil - HMI 1
EQUIPO EXTRA Tapón ciego para válvulas 1
Juego de cables para la conexión de electroválvulas 1
Adaptadores de manguera a la unidad de mantenimiento 1
Manguera de acople entre tubería y unidad de mantenimiento 1
Juego de mangueras para conexión 1
Juego empates en forma de T 1
Juego de accesorio y herramientas para desmontajes (RACORES) 1
Distribuidor de aire 1
Unidad de Mantenimiento 1
Computadora 1
Sillas 2
Mesa de computadora 1
Cortapicos 1
CONCLUSIONES
El compresor fue dimensionado en base al consumo de aire de los actuadores neumáticos,
posibles expansiones, reservas, posibles fugas en la red, y considerando a la vez la altura a la
que se encuentra la ciudad de Quito.
Se consideró un factor de uso 0.5 para los actuadores neumáticos con excepción del motor
neumático al cual se le dio un valor menor de 0.1, con el fin de evitar un
sobredimensionamiento elevado del compresor, debido a que para la implementación de un
laboratorio no existen tablas para el análisis de este factor.
Para el dimensionamiento del tanque de almacenamiento se consideró un tanque que
contenga la capacidad impartida por el compresor en un minuto, evitando así un
sobredimensionamiento del tanque muy elevado ya que las dimensiones que este podría tener
serían muy grandes para caber en el espacio destinado para el compresor.
Los elementos con los cuales se planteó el diseño la cámara insonora son elementos
comúnmente usado para insonorización de cabinas grabación y cuartos de centrales de
comunicación. Para obtener un mayor grado de insonorización es necesario un análisis de
frecuencias a fondo con el compresor ya instalado.
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ACTUADORES
ELECTRÓNICOS
Fuente de alimentación (24 Vdc) 1
Módulo de indicadores 1
PLC 1
Pantalla táctil - HMI 1
EQUIPO EXTRA Tapón ciego para válvulas 1
Juego de cables para la conexión de electroválvulas 1
Adaptadores de manguera a la unidad de mantenimiento 1
Manguera de acople entre tubería y unidad de mantenimiento 1
Juego de mangueras para conexión 1
Juego empates en forma de T 1
Juego de accesorio y herramientas para desmontajes (RACORES) 1
Distribuidor de aire 1
Unidad de Mantenimiento 1
Computadora 1
Sillas 2
Mesa de computadora 1
Cortapicos 1
CONCLUSIONES
El compresor fue dimensionado en base al consumo de aire de los actuadores neumáticos,
posibles expansiones, reservas, posibles fugas en la red, y considerando a la vez la altura a la
que se encuentra la ciudad de Quito.
Se consideró un factor de uso 0.5 para los actuadores neumáticos con excepción del motor
neumático al cual se le dio un valor menor de 0.1, con el fin de evitar un
sobredimensionamiento elevado del compresor, debido a que para la implementación de un
laboratorio no existen tablas para el análisis de este factor.
Para el dimensionamiento del tanque de almacenamiento se consideró un tanque que
contenga la capacidad impartida por el compresor en un minuto, evitando así un
sobredimensionamiento del tanque muy elevado ya que las dimensiones que este podría tener
serían muy grandes para caber en el espacio destinado para el compresor.
Los elementos con los cuales se planteó el diseño la cámara insonora son elementos
comúnmente usado para insonorización de cabinas grabación y cuartos de centrales de
comunicación. Para obtener un mayor grado de insonorización es necesario un análisis de
frecuencias a fondo con el compresor ya instalado.
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Se consideró para el diseño de red de tuberías el uso de válvulas de purga en su trayectoria
con el fin de ayudar a vaciar los condensados que se producen en la misma. En caso de no
adquirir el compresor propuesto, el diámetro de la tubería debe ser del mismo diámetro de
salida del compresor que se adquiera para evitar perdida de presión y caudal en la línea.
REFERENCIAS
INTEC, Suministros Industriales, https://suministrointec.com/blog/aplicaciones-neumatica-
industria/
Creus A, Neumática e Hidráulica. España: Marcombo S.A, 2007.
Majumdar S, Sistemas Neumáticos Principios y Mantenimiento. México: Mc Graw Hill,
1998.
FESTO, “Condiciones de utilización, almacenamiento y transporte para los productos
Festo”, dic-2016. [En línea]. Disponible en:
https://www.festo.com/net/SupportPortal/Files/334159/Techinfo_es.pdf.
Ordóñez y P. Vélez, “Estudio, diseño e implementación de una cámara anecoica para el
análisis acústico de sistemas mecánicos del motor de combustión interna alternativo”,
Carrera de Ingeniería Mecánica Automotriz, Universidad Politécnica Salesiana, Cuenca,
2014.
Vene 155, “Materiales absorbentes”, 17:59:27 UTC.
Automatización Industrial: Elementos de Fuerza: Cilindros y Motores Neumáticos”,
Automatización Industrial, 04-sep-2010.
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Se consideró para el diseño de red de tuberías el uso de válvulas de purga en su trayectoria
con el fin de ayudar a vaciar los condensados que se producen en la misma. En caso de no
adquirir el compresor propuesto, el diámetro de la tubería debe ser del mismo diámetro de
salida del compresor que se adquiera para evitar perdida de presión y caudal en la línea.
REFERENCIAS
INTEC, Suministros Industriales, https://suministrointec.com/blog/aplicaciones-neumatica-
industria/
Creus A, Neumática e Hidráulica. España: Marcombo S.A, 2007.
Majumdar S, Sistemas Neumáticos Principios y Mantenimiento. México: Mc Graw Hill,
1998.
FESTO, “Condiciones de utilización, almacenamiento y transporte para los productos
Festo”, dic-2016. [En línea]. Disponible en:
https://www.festo.com/net/SupportPortal/Files/334159/Techinfo_es.pdf.
Ordóñez y P. Vélez, “Estudio, diseño e implementación de una cámara anecoica para el
análisis acústico de sistemas mecánicos del motor de combustión interna alternativo”,
Carrera de Ingeniería Mecánica Automotriz, Universidad Politécnica Salesiana, Cuenca,
2014.
Vene 155, “Materiales absorbentes”, 17:59:27 UTC.
Automatización Industrial: Elementos de Fuerza: Cilindros y Motores Neumáticos”,
Automatización Industrial, 04-sep-2010.