Pregunta: ¿Cómo se diseña un circuito de «control de seguridad de dos manos» con válvulas neumáticas dobles para la protección del operador?

Respuesta: Para diseñar un control de seguridad de dos manos eficaz circuito neumático los ingenieros deben utilizar dos válvulas de pulsador manualmente operadas, normalmente cerradas, de 3/2 vías, conectadas a un bloque de control de seguridad neumático especializado para dos manos, que actúa como un dispositivo lógico AND con autorrevisión. De conformidad con las normas internacionales de seguridad, como la EN 574 y la ISO 13851, el circuito debe exigir que el operario pulse simultáneamente ambas válvulas de pulsador dentro de un límite de tiempo estricto de 0,5 segundos. Si se pulsa solo un botón o si se pulsan de forma secuencial con un retraso excesivo, el bloque de control de seguridad debe bloquear la señal de aire piloto y evacuar de forma segura cualquier presión atrapada. Esto impide que los operarios neutralicen el sistema de seguridad atando o fijando con cinta adhesiva uno de los botones, garantizando así que ambas manos del operario estén ocupadas de forma segura y alejadas de puntos peligrosos de aplastamiento, como los presentes en prensas neumáticas, estampadoras de alta fuerza o dispositivos de sujeción de gran resistencia durante el ciclo de trabajo a alta presión.

Introducción: La filosofía de la protección del operario en neumática

En la fabricación industrial moderna, la seguridad del operario es un objetivo de ingeniería primordial. Los actuadores neumáticos son capaces de generar fuerzas masivas y movimientos rápidos, lo que supone un grave riesgo de aplastamiento o amputación si las manos del operario entran en el área de trabajo de una máquina. Los sistemas de control de seguridad de dos manos son el control de ingeniería estándar utilizado para eliminar este riesgo.

Al obligar al operario a utilizar ambas manos para activar y mantener el ciclo de la máquina, el sistema garantiza físicamente que las manos del operario no puedan estar dentro de la zona peligrosa cuando la máquina realiza una carrera descendente, sujeta o corta. Como fabricante líder de componentes neumáticos industriales de alta resistencia, AIRWORK ofrece a los diseñadores de automatización y a los integradores de sistemas las válvulas fiables, los bloques de seguridad y las disposiciones de circuito necesarias para implementar controles de seguridad de dos manos robustos, conformes y rentables.

Normas internacionales de seguridad y cumplimiento

Al diseñar un sistema de control con ambas manos, los ingenieros deben cumplir con normas internacionales reconocidas, principalmente la ISO 13851 (que sustituyó a la EN 574). Estas normas clasifican los sistemas de control con ambas manos en distintos tipos según su nivel de integridad funcional de seguridad:

• Tipo I: Requiere dos actuadores manuales, pero no exige la activación simultánea ni la supervisión contra eludir la seguridad. No es adecuado para maquinaria de alto riesgo.
• Tipo II: Requiere que ambos actuadores manuales se liberen antes de poder iniciar otro ciclo, pero no exige la activación simultánea.
• Tipo III: El nivel de seguridad más alto. Este tipo exige la activación simultánea: ambos botones deben presionarse dentro de una ventana de tiempo de 500 milisegundos (0,5 segundos). Si no se cumple esta condición, el sistema no se activará. Los sistemas de Tipo III se subdividen además en Tipo III A, III B y III C, según la redundancia y las capacidades de supervisión de los elementos de control neumático.

Para la mayoría de las aplicaciones neumáticas más peligrosas, como prensas o estaciones de sujeción, un circuito de seguridad de Tipo III es el requisito normativo establecido por la industria. Diseñar manualmente un sistema de este tipo mediante válvulas lógicas estándar es extremadamente complejo y propenso a fallos, razón por la cual los bloques de seguridad integrados constituyen la solución preferida.

Componentes esenciales de un circuito de seguridad de doble válvula

Para construir un circuito de control de seguridad de dos manos conforme a la normativa y fiable, necesitará los siguientes componentes esenciales AIRWORK:

• Dos válvulas de pulsador de 3/2 vías: deben ser de operación manual, con retorno por muelle y normalmente cerradas (NC). Deben estar físicamente separadas y protegidas con cubiertas para evitar su activación accidental mediante un solo brazo, codo u objeto pesado.
• Bloque de control de seguridad de dos manos AIRWORK: Este es el cerebro del circuito de seguridad. Cuenta con dos puertos piloto de entrada y un puerto de señal de salida. Internamente, contiene un ensamble especializado de pistón deslizante y diafragma diseñado para monitorear el aumento de presión en ambas entradas. Solo emitirá una señal piloto neumática si ambas entradas se presurizan dentro de 0,5 segundos una de otra.
• Válvula direccional de 5/2 vías con doble pilotaje Válvula de control : Esta válvula controla el cilindro neumático de doble efecto principal. Requiere una señal piloto proveniente del bloque de seguridad para cambiar a la posición de carrera de trabajo.
• Cilindro neumático de doble efecto: El actuador que realiza el trabajo de alta fuerza, equipado con controladores de velocidad adecuados y sensores de monitorización de carrera.
• Botón de parada de emergencia y válvulas de escape: Esenciales para despresurizar el sistema en caso de fallo de alimentación o condiciones de emergencia.

Diseño paso a paso del circuito y lógica operativa

Comprender la lógica mecánica exacta del circuito de control con dos manos es fundamental para la integración del sistema. El sistema funciona mediante cuatro fases distintas:

• Fase 1: Estado de reposo. En la posición de reposo, ambos botones de pulsación están liberados. El suministro de aire de entrada queda bloqueado en las válvulas de los botones de pulsación. El bloque de control de seguridad con dos manos no tiene presión en sus puertos de entrada, y su puerto de salida se ventila al escape. La válvula de control principal de 5/2 vías permanece en la posición de reposo, manteniendo el vástago del cilindro completamente retraído.
• Fase 2: Accionamiento simultáneo. El operario presiona ambos pulsadores dentro de 0,5 segundos. El aire comprimido fluye desde los pulsadores hacia los dos puertos de entrada del bloque de control de seguridad AIRWORK. Dado que las presiones llegan casi de forma simultánea, la corredera interna se desplaza para sellar el escape y conectar la vía de entrada de aire con el puerto de salida. Esta señal piloto de salida viaja al puerto piloto de la válvula de control principal de 5/2 vías, desplazando la corredera y extendiendo el cilindro neumático para realizar la operación de sujeción o prensado.
• Fase 3: Pulsador retrasado o anulado. Si el operario intenta omitir el sistema de seguridad fijando con cinta adhesiva o manteniendo presionado uno de los botones y, posteriormente, presiona el segundo botón, el bloque de seguridad detectará la discrepancia temporal. Cuando se mantiene presionado el primer botón, la presión entra por uno de los orificios de entrada, desplazando la válvula de seguridad interna a una posición de escape bloqueada. Al presionar el segundo botón, el aire que entra por el segundo orificio de entrada se ventila inmediatamente a través del escape del bloque. No se emite ninguna señal piloto y el cilindro permanece de forma segura retráctil. Para reiniciar el bloque, ambos botones deben liberarse completamente.
• Fase 4: Liberación y retorno. Una vez finalizado el ciclo de trabajo, el operario suelta ambos pulsadores. El aire de entrada al bloque de seguridad se corta y se ventila nuevamente a través del escape NC del pulsador. La señal de salida del bloque de seguridad desciende inmediatamente, permitiendo que la válvula direccional principal de 5/2 vías cambie de posición a su estado predeterminado, lo que retracta de forma segura el cilindro.

Buenas prácticas de diseño mecánico para integradores de sistemas

Para garantizar que el circuito de seguridad no pueda ser puenteado físicamente, los integradores de sistemas deben seguir estas reglas de diseño mecánico:

• Distancia física: De acuerdo con la normativa de seguridad, los dos botones pulsadores manuales deben instalarse a una distancia mínima de 260 milímetros entre sus centros. Esto impide que un operario pulse ambos botones con una sola mano o con una mano y el codo del mismo brazo.
• Cubiertas protectoras: Cada botón debe estar encerrado en una cubierta protectora o carcasa. Esto evita su activación accidental por una herramienta que caiga, un trabajador que pase por allí o el operario que apoye su cuerpo contra el panel de control.
• Cálculo de la distancia de seguridad: La estación de control debe ubicarse a una distancia de seguridad calculada respecto de la zona peligrosa. Esta distancia se determina en función del tiempo de parada del cilindro neumático. El operario no debe poder soltar los botones y alcanzar el interior de la máquina antes de que el cilindro haya detenido su movimiento peligroso.
• Tubería de alta resistencia: Utilice tubos rígidos o altamente protegidos entre los botones pulsadores y el bloque de control de seguridad para evitar aplastamientos o dobleces, que podrían simular una señal piloto continua.

Normalización en neumática de seguridad AIRWORK

Al adquirir válvulas neumáticas duales y bloques de seguridad para dos manos integrados de AIRWORK, los fabricantes de maquinaria OEM y los distribuidores industriales pueden garantizar operaciones de alta fiabilidad. Las válvulas de seguridad AIRWORK están diseñadas con carretes de bajo rozamiento y resortes de retorno robustos para asegurar millones de ciclos de seguridad sin fallos, incluso en entornos de fabricación exigentes.

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