DISEÑO DE CIRCUITOS

Para diseñar e implementar circuitos existen 2 métodos sencillos de aplicar, los

cuales son, Método Cascada y Método Paso a Paso, estos métodos sirven para agilizar la

resolución de problemas ya que tienen unos pasos sencillos de seguir para llegar a un

resultado eficaz y concreto en el menor tiempo posible, pero no basta con aplicar estos

métodos ya que estos están diseñados para resolver problemas que tienen que ver solo

con la secuencia, es decir, se requiere un proceso de diseño adicional para incluir dentro

del circuito elementos tales como temporizadores, contadores, presóstatos, reguladores

de caudal y presión, válvulas selectoras entre otras; por tal razón se debe tener un previo

entrenamiento con el diseño intuitivo ya que este método aunque es el más prolongado

de realizar es el mejor para lograr resolución de problemas con los elementos

anteriormente mencionados y el que complementará los métodos que se describirán en el

presente documento. Es recomendable resolver ejercicios solo basándose en un método

intuitivo para poder obtener las destrezas necesarias para aplicar los métodos. A través

del este método se genera una habilidad mental para predecir posibles fallos y

soluciones a problemas de la vida real y de tipo competencia a través de la práctica

constante. Se recomienda la utilización de software como Automation Studio ó FuidSim

de Festo para comprender las explicaciones que se abordarán, la herramienta permite el

acceso a toda la simbología de los elementos tanto neumáticos como electroneumáticos,

simulaciones de los circuitos diseñados, a la aplicación de diagramas de funciones, entre

otras cosas. El manual de funcionamiento del software y una versión de demostración

puede descargarse de manera gratuita en www.fluidisim.com para (el caso de fluidsim).

1.1 Neumática

En este caso se pretende evaluar la solución a problemas de automatización basados

completamente en la neumática, en este campo se usan elementos que se accionan o

controlan por medio del uso del aire comprimido, por tal razón no se tendrán ningún

elemento de tipo eléctrico o electrónico; para resolver problemas de índole neumática, se

pueden implementar diferentes métodos como los ya mencionados, usando válvulas

neumáticas, accionamientos manuales (pulsadores, interruptores, etc.), accionamientos

físicos (finales de carrera, sensores magnéticos, etc.), accionamientos por aire comprimido

(temporizadores, contadores, etc.), entre otros elementos neumáticos.

Para solucionar los problemas basados en diseños neumáticos, se debe tener en cuenta

las formas de analizar los problemas descritos al inicio del curso, y desarrollar

habilidad suficiente para ofrecer soluciones con rapidez; se evalúa tanto el

funcionamiento del circuito como la ubicación y sentido que tengan los elementos

neumáticos como por ejemplo el orden de conexión de las válvulas reguladoras de caudal,

así como el diseño preliminar del circuito, el diagrama de funcionamiento y simbología de

los elementos en papel (en algunas ocasiones).

1.1.1. Método Cascada

Este método se basa en la separación por grupos de la secuencia a realizar; los grupos

están compuestos por movimientos de los actuadores (las reglas para división de grupos

se explicarán más adelante). Y cada grupo es sostenido por una válvula 5/2 usada como

memoria para poder obtener 2 salidas que alimentan 2 grupos independientemente; cada

vez que conectamos una válvula 5/2 a la anterior se obtiene un grupo adicional; la

conexión de los grupos con las válvulas se representa en la Figura 1, una rápida observación

de este esquema permite deducir fácilmente el origen del nombre de este método.

Figura 1: Configuración para grupos en Método Cascada. a) 2 Grupos, b) 3 Grupos.

Se pueden lograr configuraciones y conexiones similares para este método, se sugiere al

lector experimentar diferentes formas y “casarse” con la que le resulte más conveniente,

de esta manera podrá afrontar montajes o configuraciones de manera rápida y sencilla.

El número de válvulas necesarias para implementar una solución resulta siempre igual al

número de grupos menos 1. Para diseñar un circuito neumático basados en el método

cascada, se deben seguir las siguientes instrucciones:

1. Analizar el problema y establecer el número de actuadores referenciándolos con

letras a cada uno, es decir, para el primer actuador se referenciaría con la letra ‘A’,

para el segundo con la letra ‘B’, y así sucesivamente y a su vez identificar los sensores;

para estos se usa la letra ‘S’, y para diferenciarlos, se enumeran de manera

consecutiva, ‘S0’ para el primer sensor, ‘S1’ para el segundo y así sucesivamente. Por

ejemplo para un circuito neumático que contiene 2 cilindros y 4 sensores (Figura 2) se

obtiene el siguiente esquema:

Figura 2: Actuadores y Válvulas de Control Neumático.

2. Determinar la secuencia correcta a diseñar teniendo en cuenta que para el

desplazamiento hacia afuera de los actuadores se simboliza con el signo más (+), y

para el retorno de los actuadores se simboliza con el signo menos (-) como se muestra

en la Figura 3. Por ejemplo, suponiendo una secuencia para el caso anterior:

A+ B+ B- A-

Figura 3: Símbolos usados para diseño de circuitos.

3. Dividir la secuencia en grupos teniendo en cuenta que: un grupo no puede contener

más de un movimiento del mismo actuador (p.e. no se puede tener A+ y A- en el

mismo grupo) y además, cada grupo debe contener la mayor cantidad de

movimientos de actuadores posible. Para el caso del ejemplo anterior se tendrían 2

grupos.

4. Identificar cuáles son los sensores que hacen los cambios de grupos y al mismo

tiempo generan el primer movimiento del grupo simbolizado con una flecha por

debajo con la referencia del sensor correspondiente, y también identificar que

sensores generan los movimientos internos del grupo simbolizados con una flecha por

arriba con la referencia del sensor adecuado. Así:

Nótese en la ecuación que, las señales de cambio de grupo S0 y S3 están debidamente

identificadas con líneas en la parte inferior, mientras que las señales que producen

movimientos en los grupos S1 , S2 y START están identificadas con líneas en la parte

superior de la misma.

5. Establecer el número de válvulas de memoria (5/2) que se necesitan para generar los

grupos obtenidos con la siguiente fórmula:

En donde: es el número de válvulas y es el número de grupos; teniendo que

para este caso se tendrá una sola válvula de memoria y su configuración se muestra

en Figura 1a.

6. Ya teniendo el número de válvulas de memoria y los cambios de movimiento se

procede a crear el esquema general de funcionamiento del circuito teniendo en

cuenta las siguientes condiciones:

Las válvulas de control se deben alimentar directamente de la red como se

muestra en la parte central de la Figura 2.

L o s cambios de grupo son generados usando la señal del final de carrera o válvula

de entrada correspondiente, tomando la alimentación desde la línea del grupo

inmediatamente anterior.

Figura 4: Esquema de conexión para cambios de grupos.

L a señal de pilotaje para el primer movimiento de los grupos se toma directamente

de la línea de grupo. Los movimientos subsecuentes del grupo se realizan desde la

línea correspondiente y pasando por la señal de entrada previamente identificada

En el caso de este ejemplo, para el primer movimiento se utilizará un pulsador

“START” alimentado del primer grupo.

Figura 5: Primer movimiento de grupos

Y por último se conectan los movimientos internos de cada grupo con los finales de

carrera alimentados por la línea correspondiente al grupo del movimiento.

Figura 6: Esquema Completo de un Circuito Neumático

Siguiendo estos pasos y condiciones se debe llegar a obtener un diseño preliminar de la

secuencia principal que debe cumplir el circuito y queda listo para el acople de elementos

de control como lo son: válvulas selectoras, temporizadores, contadores, presóstatos

entre otros (siempre y cuando el ejercicio lo demande).

Ejemplo 1:

Se supone un problema donde se necesitan tres (3) cilindros con seis (6) sensores finales

de carrera y que los cilindros cumplan la siguiente secuencia: A+ B+ B- C+ C- A-

N o de Cilindros = 3 (A, B, C)

N o de Sensores = 6 (S0, S1, S2, S3, S4, S5)

G r u p o s =3

Figura 7: Actuadores y Válvulas de Control, Ejemplo 1

A+ B+ / B- C+ / C- A-I II III

C a m b i o s de Grupo y Movimientos =

N u m e r o de Válvulas de Memoria = 2 (Figura 1.b)

S e ñ a l e s de cambios de Grupo =

Figura 8: Señales de Cambio de Grupo, Ejemplo 1

P i l o t a j e del primer movimiento de los grupos =

Figura 9: Señal del Primer Movimiento de Los Grupos

M o v i m i e n t o s Secundarios en los Grupos =

Figura 10: Configuración Secuencia Principal, Ejemplo 1

Ya teniendo la secuencia principal completa, se debe proceder a acoplar en los puntos

específicos los elementos de control que puedan existir en el proceso.

N o t a : Se recuerda al lector que existe una amplia teoría respecto a este método para

resolución de problemas neumáticos, y que esta particular manera de representar las

ecuaciones, movimientos y designación de elementos han surgido de la experiencia y

debe considerarse como parte del proceso de preparación de las olimpiadas. Este método

acá explicado está pensado para ofrecer soluciones en el menor tiempo posible y la

explicación no incluye la nomenclatura de elementos de acuerdo a norma ISO 1219.