Subido por Juan Manuel De La Cruz

METODO CASCADA ELECTRONEUMATICOS

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ISSN: 2172-4202
6-APLICACIÓN DEL MÉTODO CASCADA
AL DISEÑO DE CIRCUITOS
ELECTRONEUMÁTICOS
01 / 05 /2 0 11
Núm e ro 8
AUTOR: Javier Domínguez Equiza.
CENTRO TRABAJO: IES Cinco Villas
ISSN: 2172-4202
INTRODUCCIÓN
Contenido
El método cascada se puede utilizar en
electroneumática para el diseño de circuitos
secuenciales en donde se produzcan dobles
señales. En este artículo se presenta el
desarrollo sistemático de una de las diversas
versiones de este método. La explicación se
centra en un ejemplo y se apoya en varios
pasos.
El primer capítulo se refiere a la conexión de
los relés de memoria mientras que el
segundo capítulo trata sobre la conexión en
cascada de las solenoides. En el tercer
capítulo se explica como unificar los dos
circuitos anteriores, relés y solenoides, en
función del número de grupos y del número
de fases de cada grupo. En el cuarto capítulo
se encuentra el desarrollo sistemático del
método cascada. Finalmente, en el quinto
capítulo, se exponen varios ejemplos de
aplicación del método.
Introducción.
Disposición de los relés de memoria.
Disposición de las electroválvulas.
Realización de los esquemas eléctricos.
Desarrollo sistemático del método cascada en
electroneumática.
Ejemplos
Bibliografía
montaje en paneles didácticos. Se debe tener
en cuenta que, desde el punto de vista de su
aplicación práctica, no disponen de todos los
componentes de seguridad neumáticos y
eléctricos que se derivan de la aplicación de
las normas de los equipos neumático y
eléctrico de las máquinas.
El contenido de este artículo se encuadra en
la
enseñanza
de
los
automatismos
eléctroneumáticos como paso previo al
estudio de la programación de autómatas.
Los circuitos realizados están orientados al
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1. DISPOSICIÓN DE LOS RELÉS DE MEMORIA
El método cascada ya sea en su versión neumática o electroneumática
requiere la división de las fases de que consta la automatización en grupos.
El método cascada que se desarrolla en este artículo utiliza un relé de
memoria por grupo. Existen otros variantes que utilizan un número de relés
inferior al número de grupos. En la siguiente figura se muestra la conexión del
relé correspondiente al grupo i. El valor de i varía desde 1 a n, siendo n el
número de grupos.
1
+24V
Sensor que genera el cambio
al grupo n.
2
S
Ki
El grupo anterior prepara la
activación.
El primer grupo no lleva.
Ki-1
Desactivado por el siguiente
grupo.
Enclavamiento del grupo
actual. El último grupo no
lo precisa.
Ki+1
Ki
0V
Figura 1: Esquema general de la conexión eléctrica del relé de memoria i.
En la siguiente figura se representa el conexionado de los relés de memoria
cuando se precisan 2 grupos (n es igual a 2):
1
+24V
2
3
K1
M
FC-G2
K1
FC-G1
K2
K1
K2
0V
Figura 2: Esquema de conexión eléctrica para 2 relés de memoria.
FC-G1 y FC-G2 son respectivamente los finales de carrera que activan el
movimiento de cada grupo. Se trata de los últimos finales de carrera
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activados en cada grupo, que son precisamente los que dan paso al
siguiente.
En la siguiente figura se representa el conexionado de los relés de memoria
cuando se requieren 3 grupos (n es igual a 3):
1
+24V
2
3
4
5
FC-G2
FC-G1
FC-G3
K1
K2
K1
K2
K2
K3
K1
K1
K2
K3
0V
Figura 3: Esquema de conexión eléctrica para 3 relés de memoria.
En la siguiente figura se representa el conexionado de los relés de memoria
cuando se requieren 4 grupos (n es igual a 4):
+24V
1
2
3
4
FC-G2
5
6
7
FC-G3
FC-G4
FC-G1
K2
K1
K1
K2
K1
K3
K3
K2
K4
K2
K3
K3
K1
K4
0V
Figura 4: Esquema de conexión eléctrica para 4 relés de memoria.
En la siguiente figura se representa el conexionado de los relés de memoria
cuando se requieren 5 grupos (n es igual a 5):
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1
+24V
2
3
4
FC-G2
5
6
FC-G3
FC-G1
K1
K2
K1
K2
8
FC-G5
K3
K4
K3
K4
K2
9
FC-G4
K2
K3
K1
7
K4
K5
K3
K4
K1
K5
0V
Figura 5: Esquema de conexión eléctrica para 5 relés de memoria.
Una vez realizados los esquemas de conexión de las memorias, se expondrá
en el siguiente capítulo la conexión de las electroválvulas.
2. DISPOSICIÓN DE LAS ELECTROVÁLVULAS
En primer lugar se realizará el esquema correspondiente a la conexión en
cascada de las electroválvulas (solenoides) primeras de cada grupo. En la
siguiente figura se representa el esquema general para el caso en que
requieran n grupos.
1
+24V
2
Kn-1
Kn-1
3
Kn-2
Kn-2
……
4
5
K1
K1
0V
MOV.
n-1
MOV.
n-2
MOV.
n-3
MOV.
1
MOV.
n
Figura 6: Esquema de conexión eléctrica de las solenoides de las
electroválvulas que realizan los primeros movimientos de cada grupo.
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En el esquema de la figura siguiente se representa la conexión de las
solenoides que controlan las primeras señales de cada grupo para el caso en
que se necesite utilizar 4 grupos (n igual a 4):
1
+24V
K3
2
K3
3
K2
K2
4
K1
K1
1G3
1G2
1G1
1G4
GRUPO 3
GRUPO 2
GRUPO 1
GRUPO 4
0V
Figura 7: Esquema de conexión eléctrica de las solenoides que realizan los
primeros movimientos de cada grupo particularizado para 4 grupos.
Si se necesitaran 3 grupos el esquema de la figura anterior se transformaría
en el de la figura siguiente:
1
+24V
K2
2
K2
3
K1
1G2
K1
1G1
1G3
GRUPO 1
GRUPO 3
0V
GRUPO 2
Figura 8: Esquema de conexión eléctrica de las solenoides que realizan los
primeros movimientos de cada grupo particularizado para 3 grupos.
En el caso de necesitarse solamente 2 grupos el esquema se convierte en el
indicado en la siguiente figura.
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1
+24V
2
K1
K1
1G1
1G2
0V
GRUPO 1
GRUPO 2
Figura 9: Conexión eléctrica de las solenoides que realizan los primeros
movimientos de cada grupo particularizado para 2 grupos.
Finalmente se realiza la conexión de las siguientes solenoides en cada grupo,
las que no son primeras de grupo, teniendo en cuenta que el último fin de
carrera de la fase anterior da paso a la siguiente fase y que se alimentan del
ramal de tensión del movimiento al que pertenecen. Este aspecto se puede
apreciar mejor en el capítulo 4 mediante la realización de un ejemplo.
En la siguiente figura se representa la conexión de las segundas señales de
cada grupo tomando como base la figura anterior. Si en algún grupo existe
solamente una señal, ésta es la primera y no sería necesario añadir el ramal
en paralelo añadido. Si, por el contrario, en algún grupo existen más de dos
señales, se añadirían en paralelo a la segunda.
Debe tenerse muy en cuenta que los finales de carrera son los que activan
las señales, es decir, los accionados en la fase inmediatamente anterior.
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1
+24V
2
3
K3
K3
4
5
K2
K2
6
FC-2G3
FC-2G2
7
K1
K1
8
FC-2G1
1G3
2G3
1G2
2G2
1G1
FC-2G4
2G1
1G4
2G4
0V
GRUPO 3
GRUPO 2
GRUPO 1
GRUPO 4
Figura 10: Conexión eléctrica de las solenoides que realizan los segundos
movimientos de cada grupo para 4 grupos.
En la siguiente figura se representa la parte del esquema eléctrico
correspondiente a la conexión de unas hipotéticas segundas señales para el
caso en que se necesiten 3 grupos.
1
+24V
2
K2
3
K2
4
5
K1
K1
6
FC-2G2
1G2
2G2
FC-2G1
1G1
2G1
FC-2G3
1G3
2G3
0V
GRUPO 2
GRUPO 1
GRUPO 3
Figura 11: Conexión eléctrica de las solenoides que realizan los segundos
movimientos de cada grupo para 3 grupos.
Finalmente, en la figura siguiente se tiene el esquema eléctrico
correspondiente a la conexión de las segundas señales para 2 grupos.
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1
+24V
2
K1
3
K1
4
FC-2G1
1G1
2G1
FC-2G2
1G2
2G2
0V
GRUPO 1
GRUPO 2
Figura 12: Conexión eléctrica de las solenoides que realizan los segundos
movimientos de cada grupo para 2 grupos.
3. REALIZACIÓN DE ESQUEMAS ELÉCTRICOS
En este capítulo se explica como realizar los esquemas eléctricos a partir de
los principios expuestos en los dos capítulos anteriores unificando en un
mismo esquema la parte dedicada a la conexión de los relés de memoria y la
de conexión de las solenoides.
3.1 Esquema de conexión eléctrica para 2 grupos
Al esquema de la figura 2 se le añade la adaptación del esquema de la figura
6 cuando n es igual a 2 (figura 12). Se obtiene el esquema de la siguiente
figura. Se trata de un esquema tipo que hay que adaptarlo a cada aplicación.
Por ejemplo se ha supuesto que en cada grupo hay 3 fases o movimientos
cuando podría haber solamente un movimiento, dos movimientos o más de
tres. Se hace notar que los finales de carrera son activadores del movimiento,
es decir, los que se accionan en la fase anterior.
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1
+24V
2
M
K1
3
4
7
FC-G2
K1
K1
K1
FC-G1
5
FC-2G1
K2
K1
K2
1G1
2G1
6
8
FC-3G1
3G1
FC-2G2
1G2
2G2
9
FC-3G2
3G2
0V
7
2
3
4
1
Figura 13: Esquema de conexión eléctrica tipo para 2 grupos y 3
movimientos por grupo.
La nomenclatura utilizada para los finales de carrera se define en la siguiente
tabla:
Localización en el cuadro de
trabajo
Sensor
Descripción
FC-G1
Final de carrera activador del
grupo 1.
Último final de carrera del grupo
2.
FC-G2
Final de carrera activador del
grupo 2.
Último final de carrera del grupo
1.
FC-2G1
Final de carrera activador del
movimiento 2 del grupo 1.
Primer final de carrera del grupo
1.
FC-3G1
Final de carrera activador del
movimiento 3 del grupo 1.
Segundo final de carrera del
grupo 1.
FC-2G1
Final de carrera activador del
movimiento 2 del grupo 2.
Primer final de carrera del grupo
2.
FC-3G1
Final de carrera activador del Segundo final de carrera del
movimiento 3 del grupo 3.
grupo 2.
Tabla 1: Nomenclatura utilizada para los finales de carrera.
La nomenclatura utilizada para las solenoides se describe en la siguiente
tabla:
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Sensor
Localización en el cuadro de
trabajo
Descripción
1G1
Señal que produce el primer
movimiento del grupo 1.
Primera fase del grupo 1.
2G1
Señal que produce el segundo
movimiento del grupo 1.
Segunda fase del grupo 1.
3G1
Señal que produce el tercer
movimiento del grupo 1.
Tercera fase del grupo 1.
1G2
Señal que produce el primer
movimiento del grupo 2.
Primera fase del grupo 2.
2G2
Señal que produce el segundo
movimiento del grupo 2.
Segunda fase del grupo 2.
Señal que produce el tercer
Tercera fase del grupo 2.
movimiento del grupo 2.
Tabla 2: Nomenclatura utilizada para los finales de carrera.
3G2
3.2 Esquema de conexión eléctrica para 3 grupos
El esquema para 3 grupos se obtiene al añadir al esquema de la figura 3 la
adaptación a este caso del esquema de la figura 6, completado en la figura
11. Se obtiene el esquema tipo indicado a continuación que habrá que
adaptarlo convenientemente en cada caso. Se utiliza la nomenclatura
descrita en las tablas anteriores ampliada al caso de tres grupos.
1
+24V
2
3
4
5
6
9
K2
M
K1
FC-G2
K2
K1
FC-G1
FC-G3
12
K2
K1
K2
7
K3
K2
K1
K1
K2
K3
FC-2G2
1G2
2G2
K1
8
10
FC-2G1
FC-3G2
3G2
1G1
2G1
11
13
FC-3G1
3G1
FC-2G3
1G3
14
FC-3G3
2G3
3G3
0V
5
12
2
3
9
1
9
4
5
6
3
GRUPO 2
GRUPO 1
GRUPO 3
Figura 14: Esquema de conexión eléctrica tipo para 3 grupos y 3
movimientos por grupo.
3.3 Esquema de conexión eléctrica para 4 grupos
En el ejemplo 5.4 se encuentra el esquema eléctrico correspondiente a este
caso.
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4. DESARROLLO SISTEMÁTICO DEL MÉTODO CASCADA EN
ELECTRONEUMÁTICA
Se aplicarán las nociones expuestas en los capítulos precedentes a la
resolución de un ejemplo en el que se trata de realizar el diseño de un circuito
electroneumático. El procedimiento de diseño del circuito se ha dividido en 7
etapas que se desarrollan a continuación.
1. Definir la secuencia a partir de la aplicación práctica que se trata de
automatizar. Para este desarrollo se tomará la siguiente secuencia:
A+
B+
ABC+
Tabla 3: Fases de la secuencia.
C-
En la secuencia, que consta de 6 fases, intervienen 3 cilindros: A, B y C.
2. Dividir la secuencia de trabajo en grupos de manera que en un mismo
grupo no haya dos letras iguales, y, al mismo tiempo, que en cada grupo
haya el máximo número de letras. En este caso se necesitan tres grupos
como se indica en la tabla siguiente.
Grupo I
A+B+
Grupo II
A- B-C+
Grupo III
CTabla 4: Grupos de la secuencia.
3. Dibujar todos los cilindros que intervengan con sus correspondientes
válvulas de mando. Para este ejemplo se utilizaran electroválvulas 5/2
biestables.
A0
4
2
5
3
Y 1(A+)
A1
Y 2(A-)
1
B0
4
2
5
3
Y 3(B+)
B1
Y 4(B-)
1
C0
4
2
5
3
Y 5(C+)
C1
Y 6(C-)
1
Figura 15: Esquema neumático para tres cilindros con electroválvulas
biestables.
4. A cada posición del cilindro le corresponde una señal en su válvula 5/2
biestable y un final de carrera que es activado en esa posición. A partir de
estos conceptos se realiza el cuadro de trabajo:
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FASE GRUPO Señal en la válvula Final de carrera
A+
I
B+
AB-
II
C+
C-
III
Y1 (A+)
a1
Y3 (B+)
b1
Y2 (A-)
a0
Y4 (B-)
b0
Y5 (C+)
c1
Y6 (C-)
c0
Tabla 5: Cuadro de trabajo para la secuencia A+B+A-B-C+C-.
Se observa que las señales que producen cambio de grupo son las de los
finales de carrera b1, c1 y c0. Este aspecto se utilizará posteriormente.
5. Dibujar los relés o memorias de grupo. En este ejemplo al requerir 3
grupos se utilizarán 3 relés de memoria: K1, K2 y K3. El conexionado de
estos relés se detalla en la siguiente figura. El final de carrera c 0 es el
activador del grupo I, el b1 es el activador del grupo II y el c1 es el activador
del grupo III.
1
+24V
2
M
K1
3
4
B1
K2
5
C1
K1
C0
K2
K3
K2
K1
K1
K2
K3
0V
5
2
3
1
4
5
3
Figura 16: Parte del esquema eléctrico relativo a la conexión de los 3 relés
de memoria.
6. Realizar el conexionado eléctrico de las primeras señales de cada grupo,
que en este caso son las señales Y1, Y2 e Y6. Este conexionado se indica en
la parte derecha de la siguiente figura:
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1
+24V
2
3
4
5
6
7
K2
M
K1
B1
K2
C1
K1
C0
8
K2
K2
K1
K3
K2
K1
K1
K1
K2
K3
Y2
Y1
Y6
0V
5
8
2
3
7
1
7
4
5
6
3
Figura 17: Conexión de las solenoides que mandan los primeros
movimientos de los grupos.
7. Realizar el conexionado eléctrico de las siguientes señales de cada grupo.
En la siguiente figura se indica el conexionado de las siguientes señales del
grupo I. Se trata solamente de la señal Y3:
1
+24V
2
3
4
5
6
7
K2
M
K1
B1
K2
K1
C0
C1
8
K2
9
K1
K2
K1
K3
K2
K1
A1
K1
K2
K3
Y2
Y1
Y3
Y6
0V
5
9
2
3
7
1
7
4
5
6
3
Figura 18: Conexión de las solenoides que mandan los siguientes
movimientos del grupo 1, en este caso Y3.
Y en la siguiente figura se indica el conexionado de las siguientes señales del
grupo II, que son las señales Y4 e Y5.
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1
+24V
2
3
4
5
6
9
K2
M
K1
B1
K2
C1
K1
C0
10
K2
11
K1
K2
7
8
K1
K3
K2
K1
K1
K2
K3
A0
Y2
A1
B0
Y4
Y5
Y1
Y3
Y6
0V
5
11
2
3
9
1
9
4
5
6
3
Figura 19: Conexión de las solenoides que mandan los siguientes
movimientos del grupo 2, en este caso Y4 e Y5.
El esquema de conexionado eléctrico queda de la forma indicada en la figura
anterior al no existir siguientes señales en el grupo I.
5. EJEMPLOS RESUELTOS
En este capítulo se resumen los resultados de varios ejemplos resueltos en
los que se han aplicado los esquemas que se incluyen en los capítulos
precedentes.
5.1 Secuencia con dos cilindros y dos grupos: A+B+B-AEl cuadro de trabajo a partir del que se toman las decisiones para realizar las
conexiones eléctricas según el método propuesto se recoge en la siguiente
tabla:
FASE GRUPO Señal en la válvula Final de carrera
A+
B+
BA-
I
II
Y1 (A+)
a1
Y3 (B+)
b1
Y4 (A-)
b0
Y2 (B-)
a0
Tabla 6: Cuadro de trabajo para la secuencia A+B+B-A-.
En la siguiente figura se representa el esquema correspondiente al circuito
neumático.
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A0
4
2
5
3
Y1
A1
B0
Y2
4
2
5
3
Y3
B1
Y4
1
1
Figura 20: Esquema neumático para los cilindros A y B.
Y en la siguiente figura se representa el esquema correspondiente al circuito
eléctrico para la secuencia A+B+B-A-.
1
+24V
2
M
K1
3
4
5
B1
6
K1
K1
K1
A0
7
B0
A1
K2
K1
K2
Y1
Y3
Y4
Y2
0V
6
2
3
4
1
Figura 21: Esquema eléctrico para la secuencia A+B+B-A-.
5.2 Secuencia con tres cilindros y dos grupos: A+B+C+C-B-AEn la siguiente tabla se tiene el cuadro de trabajo. En la columna “final de
carrera” se especifica el final de carrera que se acciona al terminar la fase.
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FASE GRUPO Señal en la válvula Final de carrera
A+
Y1 (A+)
a1
Y3 (B+)
b1
C+
Y5 (C+)
c1
C-
Y6 (C-)
c0
Y4 (B-)
b0
Y2 (A-)
a0
B+
I
B-
II
A-
Tabla 7: Cuadro de trabajo para la secuencia A+B+C+C-B-A-.
El esquema de potencia neumático es el ya conocido:
A0
4
2
5
3
Y 1(A+)
A1
Y 2(A-)
B0
4
2
5
3
Y 3(B+)
B1
Y 4(B-)
1
C0
4
2
5
3
Y 5(C+)
C1
Y 6(C-)
1
1
Figura 22: Esquema neumático para los cilindros A, B y C.
El esquema de mando eléctrico se representa en la siguiente figura:
1
+24V
2
M
K1
3
C1
4
7
K1
K1
K1
A0
5
A1
K2
K1
K2
Y1
6
8
B1
Y3
C0
Y5
Y6
9
B0
Y4
Y2
0V
7
2
3
4
1
Figura 23: Esquema eléctrico para la secuencia A+B+C+C-B-A-.
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5.3 Secuencia con tres cilindros y dos grupos y movimientos
simultáneos.
Este ejemplo trata acerca del diseño de un circuito electroneumático para
realizar la secuencia que se indica en la siguiente tabla:
AC+
BTabla 8: Fases de la secuencia.
A+
B+
C-
En la secuencia intervienen tres cilindros pero se realiza en 5 fases ya que en
la fase 3 se realizan dos movimientos simultáneamente: el retroceso de los
cilindros A y B.
En la siguiente tabla se tiene el cuadro de trabajo. En la columna “final de
carrera” se indica el final de carrera que es accionado al terminar el
movimiento.
FASE GRUPO Señal en la válvula Final de carrera
A+
I
B+
A- B-
II
C+
C-
III
Y1 (A+)
a1
Y3 (B+)
b1
Y2 (A-) e Y4 (B-)
a0 y b 0
Y5 (C+)
c1
Y6 (C-)
c0
Tabla 9: Cuadro de trabajo para la secuencia A+B+(A-B-)C+C.
El esquema de mando eléctrico se representa en la siguiente figura.
Respecto Al esquema de la figura 13 se ha eliminado el contacto del final de
carrera A0 que estaba situado inmediatamente antes que la solenoide Y4 y
se ha puesto en serie con el contacto del final de carrera de B0.
1
+24V
2
3
4
5
6
9
K2
M
K1
B1
K2
C1
10
K2
7
K1
C0
K1
K2
K1
A0
K3
K2
K1
K1
K2
K3
11
8
A1
B0
Y2
Y4
Y5
Y1
Y3
Y6
0V
5
11
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2
3
9
1
9
4
5
6
3
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Figura 24: Esquema eléctrico para la secuencia A+B+(A-B-)C+C
5.4 Secuencia con tres cilindros y 4 grupos: A+A-B+B-C+C-.
El cuadro de trabajo para esta secuencia se resume en la tabla siguiente:
fase.
FASE GRUPO Señal en la válvula Final de carrera
A+
I
A-
II
B+
B-
III
C+
C-
Y1 (A+)
a1
Y2 (A-)
a0
Y3 (B+)
b1
Y4 (B-)
b0
Y5 (C+)
c1
Y6 (C-)
c0
IV
Tabla 10: Cuadro de trabajo para la secuencia A+A-B+B-C+C-.
En la siguiente figura se representa el esquema de conexiones eléctricas.
1
+24V
2
3
4
5
6
7
8
9
K3
M
K1
A1
K2
K1
C0
B1
K3
K2
10
K3
11
C1
K3
K2
12
K2
13
B0
K2
K3
K1
K4
K2
A0
K1
K3
K4
Y4
Y5
Y2
K1
Y3
K1
Y1
Y6
0V
7
13
2
3
12
1
12
4
5
10
3
10
6
7
8
5
Figura 25: Esquema eléctrico para la secuencia A+A-B+B-C+C-.
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http://homepage.cem.itesm.mx/aaceves, 16-4-2011.
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Hidráulicos”, Editorial Paraninfo, Madrid, 1999.
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Lladonosa, V.; “Circuitos básicos de electroneumática”, Marcombo
Boixareu Editores, Barcelona, 1997.
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Bellido, A.; “Elementos de neumática y mando neumático”,
http://edu.jccm.es/ies/juanantoniocastro/index.php?option=com_docma
n&task=cat_view&gid=421&Itemid=181, 22-01-2011.
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