A continuación la primera parte del artículo. El original se encuentra aquí.
Secuencias neumáticas
Este artículo describe cómo crear circuitos neumáticos que crean secuencias repetidas de expansión y contracción.
Ejemplos de secuencias neumáticas
Pneumatic Engine
Pneuma-ped
Pedmatic
Inchworm
Quad242
La secuencia neumática más sencilla contiene dos pistones y dos válvulas que están conectadas de la siguiente manera:
Circuito 1
Mientras sigas alimentando el circuito con aire, los pistones siguen expandiéndose y contrayéndose en una secuencia repetida. Puedes emplear esta secuencia neumática para hacer tus propias creaciones móviles de LEGO. Si conectas el pistón a un mecanismo de levas puedes crear un motor neumático. Los pistones pasan por cuatro estados bien diferenciados: A contraído/B contraído, A expandido (causado por la válvula B)/B contraído, A expandido/B expandido (causado por la válvula A), A contraído (causado por la válvula B/B expandido, y nuevamente A contraído/B contraído (causado por la válvula A). Después de esto el ciclo simplemente se repite.
Los estados de los pistones se pueden representar de forma gráfica de la siguiente manera:
Cuando el pistón A termina de expandirse, causa el inicio de la expansión del pistón B. Cuando el pistón B termina de expandirse, causa el inicio de la contracción del pistón A. Cuando el pistón A termina de contraerse, causa el inicio de la contracción del pistón B. Cuando el pistón B termina de contraerse, causa el inicio de la expansión del pistón A, cerrando así el círculo
Añadir otro pistón
Digamos que queremos un Segundo pistón que haga lo mismo que el pistón B Empleando una pieza T neumática y más tubos, podemos conectar el pistón C de la misma manera que el pistón B (circuito 2).
El diagrama de los tiempos para el circuito 2 tiene el siguiente aspecto:
Sincronizar dos pistones
No podemos conseguir que dos pistones se expandan o contraigan a exactamente la misma velocidad, pero sí podemos asegurar que tanto ambos pistones (B y C) se expandan completamente y se contraigan completamente cada vez durante el ciclo de cuatro pasos. Esto se logra añadiendo dos válvulas al pistón C como se muestra en el circuito 3.
Cada vez que el pistón B se expande completamente también lo hace el pistón C. Cada vez que el pistón B se contrae completamente también lo hace el pistón C. Los pistones B y C están sincronizados.
Álgebra Booleana
En 1854, un matemático llamado George Boole publicó in estudio llamado “Una investigación de las Leyes del Pensamiento sobre la cual están fundamentados las Teorías Matemáticas de la Lógica y las Probabilidades” en el cual describía una manera matemática de describir declaraciones lógicas. La álgebra de Boole’s empleaba variables con el valor verdadero y falso. También introdujo tres operadores matemáticas nuevas: y, o y no. Más de cien años después su álgebra se convirtió en la piedra angular de la era digital, empleando versiones electrónicas de sus funciones algebraicas llamadas puertas lógicas.
Los pistones neumáticos son elementos booleanos ya que solo tienen dos estados estables: expandido y contraído. Equiparo un pistón expandido a un verdadero booleano y un pistón contraído a un falso booleano. En la descripción que sigue un pistón siempre controlará una válvula El conjunto de pistón y válvula típicamente se denomina con un nombre sencillo como A, B o C. Algunos pistones controlan dos válvulas y los nombres de las válvulas son el nombre del pistón seguido de un sufijo de un solo dígito (como válvula C1 o válvula C2).
Los puertos de presión de las válvulas reciben entrada desde alguna válvula. El puerto de expansión de una válvula se nombra según el nombre de esa válvula seguido de una x minúscula de expansión. Por ejemplo, el puerto de expansión del pistón A se llama Ax. El puerto de contracción de una válvula emplea un sufijo similar, en este caso un c de contracción El puerto de contracción del pistón A se llama Ac.
En el siguiente ejemplo combinamos los conjuntos de pistón/válvula A y pistón/válvula B para crear un puerto booleano “y”. Con este conjunto de dos pistones y tres válvulas podemos conseguir cuatro combinaciones “y”. Cuando ambos pistones están expandidos, la presión pasa por los tubos azules. Cuando seguimos los puertos presurizados observamos que tanto el puerto A como el puerto B tienen presión lo que resulta en una presión de salida AB.
Descripción matemática de circuitos
Una de las cosas más interesantes de las matemáticas es que nos dan una manera concisa y sucinta de describir la relación entre las cosas (una de las cosas peores de las matemáticas es que al ser concisa y sucinta es mucho más difícil de entender:^) Usaremos los nombres que acabamos de definir para describir nuestros circuitos neumáticos.
Nuestro lenguaje tiene que describir cómo los puertos de las válvulas están conectados a los pistones. Primero usaremos el símbolo igual a (=) para que signifique Puerto de válvula conectada a puerto de pistón.
Para el circuito 1 podemos describir las conexiones del conjunto pistón/válvula A al pistón B como:
Bx = A;
Bc = ~A;
Las conexiones entre el conjunto pistón/válvula B y el pistón A son del revés así que:
Ax = ~B;
Ac = B;
Esta forma escueta de describir un circuito es de gran utilidad al describir circuitos complejos. Podemos describir el circuito 3 de la siguiente manera:
Ax = ~B & ~C;
Ac = B & C;
Bx = A;
Bc = ~A;
Cx = A;
Cc = ~A;
Esta descripción es breve, pero más sencilla de escribir que de entender para los no iniciados.
