En el aula de Tecnología trabajamos a menudo con circuitos neumáticos que combinan seguridad para el operario y automatismo para la pieza. Uno de los ejercicios más completos para tocar ambas cosas a la vez es el de la prensa con mando bimanual: una máquina que solo baja si el operario tiene las dos manos ocupadas accionando los pulsadores, y que sube automáticamente cuando ha alcanzado la presión de prensado preestablecida.
En esta entrada vamos a recorrer el problema completo: enunciado, análisis funcional, diseño del circuito neumático, nomenclatura numérica de los elementos y simulación paso a paso en FluidSim de Festo, incluyendo los errores típicos que aparecen cuando uno cree que ha terminado y la prensa se queda parada o entra en oscilación.
El enunciado
Necesitamos automatizar una prensa accionada mediante dos pulsadores, de forma que no baje si no están accionados los dos (protección bimanual).
Si cuando está bajando soltamos alguno de los dos, la prensa subirá automáticamente.
Si mantenemos accionados los dos, la prensa bajará hasta llegar a su recorrido final, y como queremos prensar piezas de diferente material y consistencia, sólo subirá automáticamente si ya ha prensado con suficiente presión que será previamente elegida.
Esta subida de la prensa se realizará, aunque se mantengan todavía accionados los dos pulsadores de bajada.
Este ejercicio apareció en un examen práctico de oposiciones para profesor de Tecnología en Cantabria en el año 2024
El enunciado contiene cuatro requisitos, y conviene desglosarlos antes de empezar a dibujar nada:
- Protección bimanual. La prensa solo desciende cuando los dos pulsadores están accionados a la vez. Es una función lógica AND entre los dos pulsadores.
- Subida por seguridad si se suelta un pulsador. Si el operario libera cualquiera de los dos durante el descenso, la prensa debe subir automáticamente. Esto se consigue, sencillamente, rompiendo la lógica AND: al perder una de las dos entradas, la salida deja de pilotar la bajada.
- Subida automática por presión de prensado. La prensa detecta que ha terminado de comprimir la pieza no por posición (final de carrera), sino por presión alcanzada. Esto se hace con un presostato (válvula de secuencia con regulador de presión).
- Prioridad de la subida sobre los pulsadores. Una vez iniciada la subida automática, el sistema debe ignorar que los pulsadores siguen accionados. Esto exige una válvula biestable y, en el simulador, configurar correctamente la señal dominante.
Lista de elementos del circuito
Siguiendo la nomenclatura numérica por cadena de mando (cifra de grupo · cifra de elemento), el circuito utiliza los siguientes elementos:
| Marca | Elemento | Función |
|---|---|---|
| 0.1 | Unidad de mantenimiento (filtro + regulador + manómetro) | Acondiciona el aire de la red |
| 1.0 | Cilindro de doble efecto | La prensa propiamente dicha |
| 1.1 | Válvula distribuidora 5/2 biestable, pilotaje neumático bilateral | Controla el avance y retroceso del cilindro |
| 1.2 | Válvula 3/2 NC con pulsador y retorno por muelle | Pulsador A del mando bimanual |
| 1.3 | Válvula de presostato (regulador de presión + 3/2 pilotada) | Detecta la presión de prensado y dispara la subida |
| 1.4 | Válvula 3/2 NC con pulsador y retorno por muelle | Pulsador B del mando bimanual |
| 1.6 | Válvula de simultaneidad (función Y / AND) | Garantiza que solo haya señal cuando se accionan los dos pulsadores |
En el sistema de numeración por cadena de mando se reservan los números pares (1.2, 1.4, 1.6) para los elementos del mando de avance (en este caso, la bajada) y los números impares (1.3) para los del mando de retroceso (la subida automática). El cilindro lleva el sufijo .0 y la unidad de mantenimiento pertenece al grupo 0 (servicios).
Funcionamiento del circuito paso a paso
Estado de reposo. La válvula 1.1 mantiene presurizada la cámara del vástago del cilindro 1.0, por lo que la prensa está arriba. Los pulsadores 1.2 y 1.4 están sin accionar, así que no hay señal en la válvula de simultaneidad 1.6, ni en los pilotajes de la 1.1.
Bajada bimanual. El operario acciona los dos pulsadores a la vez. Los dos pulsadores envían aire a las dos entradas de la válvula de simultaneidad 1.6, cuya salida solo entrega presión cuando recibe señal en ambas entradas. Esa salida pilota el lado izquierdo de la 1.1, que conmuta y presuriza la cámara del fondo del cilindro: la prensa empieza a descender.
Si se suelta un pulsador durante la bajada. La salida de la 1.6 deja de tener presión, lo que retira el pilotaje del lado izquierdo de la 1.1. La válvula 1.1 conmuta a su posición de reposo y la prensa sube automáticamente. Es la protección de seguridad del operario.
Detección de la presión de prensado. Si el operario mantiene los dos pulsadores apretados, la prensa sigue bajando hasta tocar la pieza. A partir de ese momento, la fuerza de prensado va creciendo y, en consecuencia, también crece la presión en la cámara del fondo del cilindro. Cuando esa presión alcanza el valor preestablecido en el regulador de la válvula 1.3, esta abre el paso y pilota a la 3/2 interna del presostato, que envía aire al pilotaje derecho de la 1.1.
Subida prioritaria. La 1.1 conmuta a la posición de subida y se queda ahí, incluso si los pulsadores siguen accionados, porque es una válvula biestable y porque hemos configurado la señal de subida como dominante. La prensa sube hasta su posición inicial.
El esquema neumático
El esquema completo, siguiendo la simbología normalizada ISO 1219, queda así:
- En la parte inferior, la unidad de mantenimiento 0.1 alimenta una línea horizontal de presión.
- De esa línea se alimentan los dos pulsadores 1.2 y 1.4, situados en paralelo. Sus salidas suben a las dos entradas de la válvula de simultaneidad 1.6.
- La salida de la 1.6 sube hasta el pilotaje izquierdo de la 1.1 (válvula 5/2 biestable).
- La 1.1 se alimenta también de la línea principal por su entrada central P. Sus dos conexiones de servicio van al cilindro: una a la cámara del fondo (bajada) y otra a la cámara del vástago (subida).
- De la línea de bajada se toma una derivación que va a la entrada de pilotaje del regulador del presostato 1.3. La salida de la 3/2 del presostato va al pilotaje derecho de la 1.1.
En el ejercicio original, el bloque del presostato 1.3 aparece dentro de un recuadro discontinuo que indica que regulador y 3/2 forman un conjunto integrado; algunos catálogos los venden como una sola pieza llamada válvula de secuencia.
Simulación en FluidSim: errores típicos y cómo resolverlos
Hasta aquí, el ejercicio sobre el papel. La parte interesante (y donde aparecen las dificultades reales) llega cuando montamos el circuito en FluidSim y le damos al botón de simular. A continuación recopilo los problemas más frecuentes con este ejercicio en concreto, en el orden en que suelen aparecer.
Error 1: el cilindro se queda al final del recorrido sin subir
Síntoma. La prensa baja correctamente al pulsar los dos botones, pero llega al tope y se queda parada indefinidamente. El presostato no actúa.
Causa. El cilindro está bajando «al aire», sin encontrar resistencia. Como no hay nada que oponerse al avance del vástago, no se acumula presión en la cámara y el presostato nunca llega a la presión de tarado.
Solución. Hay que simular la pieza a prensar definiendo un perfil de fuerza en el cilindro. Doble clic sobre el cilindro 1.0 → pestaña Perfil de fuerza → marcar Fuerza variable y definir cuatro puntos:
| Posición (mm) | Fuerza (N) |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 80 | 0 |
| 81 | 30 |
| 100 | 150 |
Esto simula que durante los primeros 80 mm el vástago baja libre, y a partir de ese punto encuentra la pieza, que opone una fuerza creciente hasta los 150 N al final del recorrido. Atención: la fuerza máxima del perfil tiene que ser alcanzable por el cilindro. Con un émbolo de 20 mm de diámetro y 6 bar de presión de red, la fuerza máxima teórica es de unos 188 N, así que 150 N es un valor coherente.
Error 2: el presostato lee la línea equivocada
Síntoma. La presión sube al final del recorrido, pero el presostato no se dispara nunca.
Causa. El cable de toma de presión del presostato (la entrada 12 del bloque 1.3) está conectado a la línea de retorno del cilindro, no a la línea de bajada. Es un fallo fácil de cometer si se invierten las conexiones del cilindro o si se confunden las conexiones 2 y 4 de la 1.1.
Solución. Identifica visualmente, durante la simulación, qué línea se pone azul oscuro cuando la prensa está prensando (es decir, cuál tiene presión). El presostato debe pinchar en esa línea, no en la otra. En FluidSim puedes parar la simulación, borrar el cable de toma del presostato y volver a conectarlo a la línea correcta.
Error 3: el sistema oscila sin parar
Síntoma. Al pulsar los dos botones, la prensa apenas se mueve. El vástago vibra o avanza un milímetro y vuelve, una y otra vez. La línea principal de presión muestra flechas continuamente.
Causa. Durante el prensado, el presostato dispara y conmuta la 1.1 a subida. Al subir el vástago, la presión cae, el presostato vuelve a cerrarse y, como el operario sigue pulsando los dos botones, el pilotaje izquierdo (de la 1.6) sigue activo, lo que vuelve a conmutar la 1.1 a bajada. El ciclo se repite indefinidamente.
Solución. Hay que activar la señal dominante en la 1.1. Doble clic sobre la válvula → en la zona central inferior de la ventana de configuración, marcar la casilla Señal dominante y seleccionar Derecha (el lado del presostato). De esta forma, cuando la 1.1 reciba pilotajes en los dos lados a la vez, ganará el de la subida y se quedará en esa posición hasta que el vástago retorne completamente. Esto es exactamente lo que pide el enunciado: «Esta subida se realizará, aunque se mantengan todavía accionados los dos pulsadores».
Error 4: la 1.1 no se queda en la posición conmutada
Síntoma. El comportamiento es errático: a veces la válvula conmuta, a veces no, y al soltar los pulsadores el sistema vuelve a una posición distinta de la esperada.
Causa. En la configuración de la 1.1 está marcada la casilla Retorno de muelle en alguno de los dos lados, lo que convierte la válvula en monoestable.
Solución. Doble clic en la 1.1 → asegurarse de que NI el accionamiento izquierdo NI el derecho tienen marcada la casilla «Retorno de muelle». Solo deben tener seleccionado Pilotaje neumático. Una válvula biestable se queda en la última posición a la que ha sido conmutada hasta que reciba un pilotaje contrario.
Error 5: el presostato se dispara antes de tiempo
Síntoma. El vástago apenas baja unos milímetros y el presostato ya dispara la subida.
Causa. El tarado del presostato es demasiado bajo. Al inicio de la bajada hay un pico transitorio de presión mientras se llena de aire la cámara del cilindro, y si el tarado está justo encima de la presión de reposo, ese pico ya lo dispara.
Solución. Subir el tarado del presostato a un valor que solo se alcance durante el prensado real. Si la red está a 0,6 MPa y el cilindro alcanza 150 N de fuerza opuesta, un tarado entre 0,4 y 0,5 MPa suele funcionar bien. Si se tara demasiado alto (por ejemplo a 0,6 MPa, igual que la red), el presostato no se dispara nunca y el vástago se queda bloqueado al final.
Conclusión
Este ejercicio de la prensa con mando bimanual es uno de los más completos para terminar la unidad de neumática: combina lógica combinacional (la función AND del bimanual), control por presión (el presostato), válvulas biestables con prioridad de señal, y un cilindro con perfil de fuerza realista.
Y, sobre todo, enseña una lección que pocos libros explicitan: diseñar el circuito sobre el papel es solo la mitad del trabajo. La otra mitad consiste en montarlo en el simulador y darse cuenta de que, si no se configuran correctamente la posición inicial de las válvulas, los accionamientos, la señal dominante, el perfil de fuerza del cilindro y el tarado de los presostatos, el circuito correcto no funciona. Es exactamente el tipo de aprendizaje que luego se traslada a un taller real, donde un circuito perfectamente bien dibujado puede pasarse media tarde sin querer arrancar por culpa de un detalle de configuración.
Espero que esta entrada os sea útil tanto para resolver el ejercicio como, sobre todo, para depurar vuestros propios circuitos cuando algo no funcione como esperáis.
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