Sistema alternativo para la resolución de circuitos neumáticos por el

Método Cascada

Encarnación Peris Sanchis

RESUMEN

En este trabajo se presenta un sistema para la resolución de circuitos neumáticos alternativo a los

descritos en la mayoría de libros de neumática especializados y de mayor sencillez. El sistema

consta de una serie de pasos que deben seguirse sistemáticamente. Así, los alumnos son capaces

de asimilar con mayor facilidad el método de resolución, al mismo tiempo que se les proporciona

unas indicaciones para realizar diseños de circuitos neumáticos de forma ordenada y fácil de

interpretar visualmente.

Palabras clave: Circuitos neumáticos, método cascada.

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1. Introducción

En este trabajo se presenta un sistema alternativo para la resolución de problemas de

automatismos neumáticos mediante el “método cascada”. La necesidad para plantear este sistema

alternativo de resolución nace de la observación de que muchos alumnos presentan dificultades

para entender el método cascada tal y como se explica en muchos libros de texto especializados

[1-7]. Por ello, se ha creído necesario desarrollar una secuencia de resolución más sencilla y de

aplicación más automática. Así se consigue reducir considerablemente la posibilidad de cometer

errores en la construcción del circuito neumático, lo que daría lugar a un montaje que no

funcionara correctamente. Este método secuencial se ha puesto en práctica en alumnos de ciclos

formativos de grado medio de Instalación y mantenimiento electromecánico de maquinaria y

conducción de líneas, aunque puede aplicarse sin problema a alumnos de otra procedencia,

incluso de nivel universitario.

El sistema alternativo para la resolución de problemas de neumática mediante el método

cascada consta de seis pasos que el alumno deberá resolver de forma secuencial. De esta manera,

el alumno irá construyendo poco a poco el circuito neumático, introduciendo sus diferentes

componentes de forma sistemática y ordenada. Además, se plantean unas pautas de

representación, de manera que el circuito neumático final presentará todos sus componentes

dispuestos de manera clara, sencilla y de fácil interpretación visual.

En principio, este trabajo va dirigido tanto a profesores como a alumnos relacionados con

el campo de los automatismos neumáticos, para los que se supone que poseen ya una cierta base

inicial. Sin embargo, para facilitar la comprensión por parte de los no iniciados en el tema, se ha

incluido como anexo a este trabajo una sección en la que se introducen algunos conceptos básicos

de neumática.

2. Método secuencial por pasos propuesto

A continuación se enumeran los seis pasos propuestos para resolver de forma genérica

cualquier circuito neumático por el método cascada. En algunos libros de texto de neumática

también se aplica un método de resolución consistente en seguir una serie de pasos. La diferencia

con el método que proponemos es que aquí los pasos son más sencillos de comprender y de

seguir por parte de los alumnos. El método se ayuda del GRAFCET para saber en qué lugar del

circuito debemos colocar cada uno de los componentes. De esta manera se consigue que los

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alumnos realicen circuitos neumáticos de forma ordenada, para que así las conexiones entre sus

componentes resulten lógicas y fáciles de seguir, evitando cruces innecesarios de las líneas en el

circuito.

Los pasos propuestos para la resolución por el Método Cascada son los siguientes:

1º. Escribimos la secuencia neumática, incluyendo los finales de carrera correspondientes.

2º. Dividimos la secuencia en grupos, de forma que cada grupo contenga el máximo número de

cilindros sin que haya dos fases contrarias en el mismo grupo (es decir, que no se repita ninguna

letra). Así pues, en el circuito neumático dibujaremos una línea horizontal por cada grupo que

tengamos y las numeraremos de arriba abajo como G1, G2,…. Por encima de estas líneas

dibujaremos los cilindros y los distribuidores que los gobiernan, ordenados por letra de izquierda

a derecha.

3º. El circuito neumático tendrá un número de válvulas 5/2 (o memorias) igual al número de

grupos menos uno. Las memorias las dibujaremos por debajo de las líneas. Si tenemos más de

una memoria, las conectaremos en serie. En la parte izquierda de la última memoria

conectaremos una válvula de simultaneidad (válvula Y), a la que conectaremos el pulsador

marcha (M) en la parte izquierda.

4º. Construimos el GRAFCET de la secuencia, indicando los grupos. Dibujamos en la parte

inferior del circuito los últimos finales de carrera de cada grupo. Para empezar, el último final de

carrera de la secuencia irá conectado en simultaneidad con el pulsador marcha, y los demás

finales de carrera de cada grupo los ordenaremos de izquierda a derecha siguiendo el orden que

aparecen en el GRAFCET de abajo a arriba y los conectaremos a la parte derecha de cada

memoria. Vamos tachando los finales de carrera del GRAFCET a medida que los vayamos

dibujando en el circuito.

5º. Los finales de carrera que queden por colocar los dibujaremos en la parte superior del circuito.

Colocaremos cada final de carrera junto al cilindro que aparece justo después de él en el

GRAFCET. El final de carrera lo dibujaremos en la parte contraria de hacia donde queremos que

se mueva el cilindro: si queremos que el cilindro vaya hacia la izquierda, dibujaremos el final de

carrera en la parte derecha, mientras que si queremos que el cilindro se desplace hacia la derecha,

el final de carrera los dibujaremos a la izquierda.

6º. Una vez colocados todos los componentes del circuito realizaremos las conexiones. Cada final

de carrera irá conectado al grupo al que pertenece. El pulsador marcha se conectará al mismo

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grupo al que está conectado el final de carrera en simultaneidad con él. La entrada restante de

cada distribuidor que controla los cilindros se conectará al grupo que contenga la acción que

realizan sobre el cilindro.

A continuación veremos algunos ejemplos de circuitos neumáticos, elegidos para ilustrar

cómo se aplica el método secuencial propuesto.

Circuito 1. Vamos a resolver el circuito neumático que controla el montaje de la figura, en el que

un cilindro A sujeta la pieza. A continuación el cilindro B procede a su taladrado y después se

retira. La secuencia finaliza cuando el cilindro A ha soltado la pieza.

A

B

a0 a1

b0

b1

A

B

a0 a1

b0

b1

Veamos cómo se resolvería este circuito siguiendo los 6 pasos indicados.

1º.

La secuencia de movimientos y los finales de carrera correspondientes para este montaje serían:

2º.

El número de grupos que podemos hacer sin que se repita ninguna letra sería 2.

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Por tanto, vamos dibujando el circuito neumático con dos líneas de presión, G1 y G2, y los

cilindros A y B con sus distribuidores en la parte superior.

3º.

Al tener 2 grupos necesitaremos 2-1 = 1 memoria. Dibujamos esta memoria, el pulsador marcha

y la válvula de simultaneidad en el circuito en la parte inferior.

4º.

El GRAFCET para nuestra secuencia sería el siguiente:

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Los dos grupos se indican con una línea azul. Los últimos finales de carrera de cada grupo

serían b1 y a0 (indicados por los círculos rojos). Además a0 es el último final de carrera de la

secuencia, por lo que lo conectaremos a la válvula de simultaneidad con el pulsador marcha, M.

Como a0 estará pulsado con el sistema en reposo, lo dibujamos así. El otro final de carrera de

grupo, b1, lo conectaremos a la parte derecha de la memoria. Tachamos M, a0 y b1 del

GRAFCET.

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5º.

Según vemos en el GRAFCET, nos quedan por colocar los finales de carrera a1 y b0. En el

GRAFCET vemos que después de a1 tenemos B+. Por tanto, a1 lo dibujaremos bajo el cilindro B,

en su parte izquierda ya que el cilindro se moverá hacia la derecha (fase +). En el GRAFCET

aparece A- después del final de carrera b0. Por tanto dibujaremos b0 junto al cilindro A, en la

parte derecha porque el cilindro A se moverá hacia la izquierda (fase -). Como en el sistema en

reposo tendremos b0 pulsado, lo dibujaremos en este estado en el circuito.

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6º.

Vemos en el GRAFCET que a1 y b1 pertenecen al primer grupo, por lo que los conectaremos a la

línea G1. El final de carrera a0 pertenece al segundo grupo, y está conectado en simultaneidad

con el pulsador marcha. Por tanto, conectamos a0 y M a la línea G2. Por último, el final de

carrera b1 pertenece al primer grupo, y lo conectamos a la línea G1.

La entrada izquierda del distribuidor del cilindro A hace que el cilindro se mueva hacia la

derecha, es decir, la acción es A+. Como A+ aparece en el primer grupo, el distribuidor irá

conectado a la línea G1. La entrada derecha del distribuidor del cilindro B hace que este cilindro

se mueva hacia la izquierda, o sea, B-. Como B- aparece en el segundo grupo, conectaremos su

distribuidor a la línea G2.

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Circuito 2. Vamos a aplicar ahora el sistema de resolución para una secuencia algo más

compleja, compuesto por tres cilindros. En el montaje del ejemplo anterior hemos añadido un

cilindro adicional, C. Después de que el cilindro B ha taladrado la pieza y que el cilindro A la ha

liberado, el tercer cilindro empuja la pieza hacia una cinta transportadora. El esquema del

montaje es el siguiente:

Veamos de forma resumida cómo se resolvería el circuito neumático, siguiendo los 6 pasos ya

conocidos:

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1º.

Escribimos la secuencia de movimientos y los finales de carrera

2º.

Dividimos en grupos.

El número de grupos sería 3. Dibujamos el circuito con las tres líneas de presión y con los tres

cilindros en la parte superior.

3ª.

Al tener 3 grupos necesitaremos 3-1 = 2 memorias. Las conectamos en serie y las dibujamos en la

parte inferior del circuito. También incluimos el pulsador marcha y la válvula de simultaneidad.

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4º.

Dibujamos el GRAFCET. El último final de grupo de la secuencia es c0, por lo que irá conectado

en simultaneidad con el pulsador marcha. Siguiendo el GRAFCET hacia arriba, el próximo final

de carrera último de grupo es c1, así que lo colocaremos a la derecha de c0. Por último,

dibujaremos el final de carrera b1 a la derecha de c1. En el sistema en reposo, c0 estará pulsado.

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5º.

Dibujamos los finales de carrera restantes

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6º.

Hacemos las conexiones

3. Conclusiones

En este trabajo se ha descrito un sistema alternativo para la resolución de circuitos

neumáticos, más sencillo que los métodos descritos en los libros de neumática especializados. El

sistema consta de una serie de pasos sencillos que deben seguirse uno tras otro y de forma

sistemática. Así, los alumnos son capaces de asimilar con mayor facilidad el método de

resolución, al mismo tiempo que se les proporciona unas indicaciones para realizar diseños de

circuitos neumáticos de forma ordenada y fácil de interpretar visualmente.

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4. Bibliografía

1 CARULLA, M. y LLADONOSA, V. (1993) Circuitos básicos de neumática. Editorial

Marcombo.

2 CÍMBRANOS NISTAL, F. J. (2007) Automatismos eléctricos, neumáticos e hidráulicos:

instalaciones y mantenimiento electromecánico de maquinaria y conducción de líneas.

Editorial Thomson-Paraninfo.

3 GEA, J. M. y LLADONOSA, V. (1998) Circuitos básicos de ciclos neumáticos y

electroneumáticos.. Editorial Marcombo.

4 PANY, M. y SCHARF. DENKENDORF, S. (2005) Electroneumática: nivel básico, libro

de trabajo TP 201. Festo Didactic, cop.

5 PELÁEZ VÁRA, J y GARCÍA MATÉ, E. (2002) Neumática industrial : diseño, selección

y estudio de elementos neumáticos. Editorial Dossat, D.L.

6 PUERTO ENRÍQUEZ, M. (2006) Automatismos neumáticos industriales. Componentes y

circuitos. Editorial Ceysa.

7 VALENTÍN LABARTA, J. L. (2008) Introducción a los circuitos neumáticos.. Editorial

Donostiarra.

Los diseños de componentes neumáticos que aparecen en este trabajo se han realizado con el

programa de simulación FluidSIM® 3.6 de Festo

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ANEXO

Conceptos básicos de neumática

Según se define en la Wikipedia en español, “La neumática es la tecnología que emplea el

aire comprimido como modo de transmisión de la energía para mover y hacer funcionar

mecanismos.”(8)

Los circuitos neumáticos están constituidos por la alimentación de aire comprimido

(compresor), los actuadores que realizan el trabajo (cilindros para producir movimientos lineales

y motores neumáticos para movimientos rotatorios), así como por las válvulas que actúan como

elementos de mando, procesadores de señal y elementos de paso del aire. Por tanto, las válvulas

se encargan de dirigir, procesar y mover los actuadores, además de regular velocidades y fuerzas

del aire comprimido, bloquear movimientos, detectar posiciones, etc. Cada válvula está

específicamente diseñada para la función que debe realizar, por lo que existen distintos tipos de

válvulas: válvulas distribuidoras, de bloqueo, de presión, de caudal y de cierre. La descripción

detallada de todos estos elementos vas más allá de la finalidad de este trabajo. Sin embargo, al

llegar el momento de introducir el Método Cascada, los alumnos ya conocerán los distintos tipos

de componentes y su simbología. El montaje en conjunto de todos los elementos necesarios, si

están correctamente conectados entre sí, debe ser capaz de realizar de forma precisa la tarea para

la que ha sido diseñado el montaje, utilizando el aire comprimido proporcionado por un

compresor.

En un circuito neumático, los actuadores o cilindros suelen denominarse con una letra

mayúscula: A, B, C,… Cada cilindro lo podremos encontrar en dos fases posibles: con el vástago

fuera (fase +) o con el vástago dentro (fase -). Para conocer la posición de un cilindro (es decir,

su fase + ó -) se utiliza un tipo especial de válvulas denominadas finales de carrera, que se

colocan al principio y al final del recorrido que realiza el vástago del cilindro. Cuando el vástago

alcanza el final de carrera presiona sobre su pulsador (el final de carrera está “pulsado”). Cuando

el cilindro se aleja en el sentido contrario, el muelle del final de carrera lo deja otra vez “no

pulsado”. En los circuitos neumáticos los finales de carrera se indican con una letra en minúscula,

la misma letra que el cilindro, y con un subíndice 0 ó 1 dependiendo de si se encuentran

“pulsados” cuando el vástago está dentro o fuera.

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Figura S1. Representación de cilindros en fase + y -, y de finales de carrera no pulsados y

pulsados.

Los movimientos que necesitamos que realice nuestro montaje neumático cuando

accionemos el pulsador marcha constituyen la denominada secuencia neumática. En ella se

ordenan de forma secuencial los cilindros que se mueven y el sentido en que lo hacen (el vástago

se mueve hacia fuera, +, o hacia adentro, -). Así por ejemplo, el montaje más sencillo consistiría

en un cilindro, A, que al apretar el pulsador marcha saliera su vástago hasta alcanzar el final de

carrera a1, para después volver a su posición de reposo en a0. La secuencia neumática en este

caso sería simplemente: A+ A-. La secuencia para un sistema con dos cilindros podría ser, por

ejemplo, A+ B+ B- A- (sale el cilindro A, después sale el cilindro B; el cilindro B vuelve a entrar

y finalmente el cilindro A entra).

Cuando tenemos un circuito neumático sencillo con un solo cilindro, el montaje suele ser

fácil de realizar y puede resolverse por el método intuitivo. El problema lo encontramos en

sistemas más complicados, en los que podemos llegar a tener en algún momento superposición de

señales incompatibles. Esta situación se da cuando a un distribuidor de mando neumático le llega

al mismo momento una señal de presión por ambos lados. Por ejemplo, en la secuencia A+ B+ B-

A- que comentábamos antes, el conflicto de señales estaría dado entre B+ y B-, pues la válvula de

comando del cilindro B recibiría dos señales simultáneamente.

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Figura S2. Estado en el que se produciría superposición de señales incompatibles, ya que entraría

aire simultáneamente por ambos lados del distribuidor.

Para resolver este problema, una solución consiste en colocar rodillos abatibles o un

temporizador NA en los lugares en los que se produzca la superposición de señales

incompatibles. Alternativamente, pueden usarse métodos sistemáticos de resolución, ya sea el

Método paso a paso o el Método Cascada. El Método Cascada consiste en usar unas válvulas de

memoria para organizar el circuito en grupos de presión independientes. En el momento en que

debería producirse señales incompatibles, la válvula de memoria se encarga de cambiar la señal

de presión hacia otro de los grupos para evitar la superposición. El Método Cascada es el que

trataremos en este trabajo.

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