¿Para qué sirven las válvulas distribuidoras?

Las válvulas de control direccional se utilizan en sistemas hidráulicos para controlar la dirección del caudal de fluido y en sistemas neumáticos para controlar el caudal de aire.

Válvula de Control Direccional - Cómo Funcionan

Figura 1: Válvulas de control neumático en un colector

Las válvulas de control direccional dirigen el flujo de aire comprimido o aceite a varios dispositivos en sistemas neumáticos. Se utilizan en diversas aplicaciones, como el funcionamiento de cilindros, válvulas industriales más grandes o herramientas neumáticas. Estas válvulas tienen múltiples puertos y realizan diferentes funciones dentro de un circuito. Las válvulas de control direccional pueden ser accionadas mediante varios métodos, como manualmente o utilizando una válvula solenoide. Este artículo explora los diversos tipos de válvulas de control direccional operadas por solenoide utilizadas en sistemas neumáticos.

Tabla de contenidos

¿Cómo funciona una válvula de control direccional?
Consumo de energía y mecanismo de operación
Consideraciones de aplicación
Válvulas monoestables y biestables
Tipos de válvulas de control direccional neumáticas
Estándar Namur

¿Cómo funciona una válvula de control direccional?

Las válvulas solenoides neumáticas generalmente tienen un diseño de carrete. Consisten en un cuerpo de aluminio con un orificio cilíndrico. Los diferentes puertos de la válvula se conectan al cilindro. Un carrete deslizante en el cilindro tiene varios sellos a lo largo de su longitud. Al deslizar el carrete hacia adelante y hacia atrás a través del cilindro, se pueden conectar o cerrar diferentes puertos. Es difícil crear un sellado sin absolutamente ninguna fuga con el diseño de carrete. Por lo tanto, las válvulas solenoides neumáticas siempre tienen una fuga interna muy pequeña (pero aceptable). Además, estas válvulas son bidireccionales.

Consumo de energía y mecanismo de operación

Las válvulas solenoides neumáticas tienen un bajo consumo de energía. Esto se debe principalmente a la fuerza relativamente pequeña requerida para mover el carrete dentro del cuerpo de la válvula. La presión del aire ejercida sobre el carrete tiene un impacto limitado en esta fuerza, lo que hace que la operación de estas válvulas sea menos intensiva en energía. Además, la fuerza ejercida por el resorte en las válvulas monoestables (válvulas que vuelven a una posición predeterminada cuando no están accionadas) es mínima, lo que reduce aún más la energía requerida para la operación.

Mecanismo de operación

El funcionamiento de las válvulas solenoides neumáticas a menudo se facilita mediante un mecanismo de operación piloto, que puede ser directo o indirecto (operado por piloto):

Válvulas operadas por piloto: En este diseño, el solenoide no acciona directamente la válvula. En su lugar, controla la presión del aire que acciona la válvula. Este método indirecto reduce significativamente la fuerza requerida del solenoide, ya que la mayor parte de la fuerza de accionamiento se deriva de la presión del aire en sí. Este sistema permite el uso de solenoides más pequeños y eficientes en energía, contribuyendo a la eficiencia energética general de la válvula.
Pilotaje interno vs externo: Las válvulas solenoides neumáticas pueden ser pilotadas internamente o externamente.
- Las válvulas pilotadas internamente utilizan la presión del aire que entra en la válvula para la acción, necesitando una presión diferencial entre 0.1 y 1.5 bar para funcionar correctamente, lo que las hace inadecuadas para aplicaciones de baja presión o vacío debido a la posible falla en el cambio de estados si la presión de entrada es demasiado baja.
- Las válvulas pilotadas externamente dependen de una fuente de presión de aire separada para la acción, diferenciándolas de las válvulas pilotadas internamente que utilizan la presión del aire entrante.

Consideraciones de aplicación

No se recomienda usar válvulas solenoides neumáticas para otros medios como agua o aceite. Muchas válvulas solenoides neumáticas son pilotadas internamente y ventilan una cantidad mínima de aire que se requiere para accionar la válvula. Una pequeña pérdida de aire en los alrededores es aceptable en la mayoría de las aplicaciones, pero no en el caso de agua, aceite u otros tipos de medios. Además, los materiales de la válvula están optimizados para su uso con aire. Usualmente, la válvula está hecha de partes de aluminio y sellos de NBR o HNBR. Otros medios distintos al aire pueden causar corrosión u otras reacciones químicas, lo que puede tener un impacto negativo en la vida útil de la válvula. Lea nuestra guía de resistencia química para más información sobre los materiales de la válvula y su compatibilidad con varios medios.

Figura 2: Vista seccional de una válvula solenoide 5/2 vías

Válvulas monoestables y biestables

Una válvula monoestable permanece en su posición original con un resorte (que puede ser accionado por aire o electricidad). Cuando se activa la válvula (como al encender un solenoide), se mueve a su estado activo. Una vez que se detiene el suministro de energía, la válvula vuelve a su posición inicial. Estas válvulas también se conocen como válvulas solenoides de acción simple.
Una válvula biestable cambia de posición con una acción rápida y se queda allí. No vuelve a su estado anterior después de que se detiene la acción. Una válvula solenoide biestable típicamente tiene un solenoide en cada extremo, con cada uno controlando una posición diferente. Estas se conocen como válvulas solenoides de doble acción.

Tipos de válvulas de control direccional neumático

Las válvulas de control direccional de aire se representan por dos números. El primer número muestra cuántos puertos tiene la válvula, y el segundo número es la cantidad de estados. Por ejemplo, una válvula 2/2 vías tiene dos puertos (entrada/salida) y dos estados (abierto/cerrado). Una válvula 5/2 vías tiene cinco puertos y dos estados. Las válvulas direccionales usualmente tienen dos, tres o cinco puertos. Las siguientes secciones explican los diferentes tipos en detalle. Lea nuestro artículo sobre símbolos de válvulas para más detalles sobre los símbolos de las válvulas direccionales.

Válvula 2/2 vías

El tipo de válvula más simple y común es la válvula 2/2 vías. Cuenta con dos puertos y dos posiciones (abierto y cerrado), por lo que a menudo se le llama válvula de cierre. Principalmente, estas válvulas funcionan como interruptores básicos de encendido/apagado en sistemas neumáticos, controlando el flujo de aire al permitir que pase o bloquearlo por completo. Su papel en los sistemas neumáticos se centra más en tareas simples de control de encendido/apagado en lugar de control direccional complejo, lo que las hace menos comunes en comparación con otros tipos de válvulas diseñadas para operaciones neumáticas más específicas.

Figura 3: Función de circuito de una válvula solenoide 2/2 vías normalmente cerrada

Válvula 3/2 vías

Una válvula de control de aire 3/2 vías, caracterizada por sus tres puertos y dos posiciones, juega un papel crucial en los sistemas neumáticos, especialmente en la operación de cilindros de simple efecto. Este tipo de válvula está diseñada para controlar el flujo de aire de manera que permita que un cilindro se extienda o retraiga y luego vuelva a su posición original, listo para el siguiente ciclo. La inclusión de un tercer puerto la distingue de las válvulas más simples de 2/2 vías, proporcionando la funcionalidad esencial para ventilar el cilindro después de cada acción. Las aplicaciones específicas de las válvulas 3/2 vías son:

Control de cilindro de simple efecto: Los cilindros de simple efecto requieren aire para moverse en una dirección para extenderse y luego necesitan ser ventilados para retraerse. La válvula de 3/2 vías gestiona eficientemente este proceso al suministrar aire para extender el cilindro y luego cambiar de posición para ventilar el cilindro, permitiendo que se retraiga.
Sistemas de control neumático: En sistemas donde se necesita un control preciso sobre una sola acción, como en líneas de ensamblaje automatizadas, máquinas de embalaje o sistemas de manejo de materiales, las válvulas de 3/2 vías ofrecen el control y la fiabilidad necesarios.
Accionamiento de herramientas neumáticas: Muchas herramientas neumáticas requieren una ráfaga de aire para operar y luego necesitan ser reiniciadas. Las válvulas de 3/2 vías son ideales para estas aplicaciones, proporcionando el suministro de aire bajo demanda y la ventilación subsecuente.

Al igual que las válvulas de 2/2 vías, las válvulas de 3/2 vías pueden ser monoestables o biestables. Las válvulas de 3/2 vías monoestables pueden ser diseñadas para ser normalmente cerradas o normalmente abiertas, dependiendo de los requisitos de la aplicación.

Figura 4: Función de circuito de una válvula solenoide NC de 3/2 vías

Válvula de 5/2 vías

Una válvula de 5/2 vías tiene cinco puertos y dos estados. Las válvulas solenoides neumáticas de 5/2 vías son componentes versátiles utilizados en varios sistemas neumáticos para controlar la dirección del flujo de aire, gestionando así el movimiento de actuadores, como cilindros o pistones, en dos direcciones (extender y retraer, por ejemplo). Las válvulas de 5/2 vías pueden ser monoestables o biestables.

Figura 5: Función de circuito de una válvula solenoide de 5/2 vías

Válvula de 5/3 vías

Las válvulas solenoides neumáticas de 5/3 vías son componentes avanzados en sistemas neumáticos, ofreciendo un control preciso sobre cilindros de doble efecto. A diferencia de las válvulas más simples, estas tienen una tercera posición que permite detener un cilindro a mitad de camino, útil para ajustes precisos o pausas en el movimiento. Estas válvulas regresan automáticamente a la posición media cuando no están energizadas, asegurando la seguridad al moverse a un estado neutral en fallos de energía. Dos solenoides controlan el movimiento para extender o retraer el actuador. Los principales tipos de válvulas de 5/3 vías son:

Centro cerrado: Bloquea todos los puertos en la posición media, ahorrando energía y manteniendo la posición del actuador estable sin consumo de aire.
Centro de ventilación: Conecta los puertos al escape, permitiendo el movimiento manual del actuador. Esto es útil para ajustes manuales.
Centro presurizado: Mantiene el actuador presurizado en la posición media, listo para una acción rápida. Esto es ideal para sistemas que necesitan respuestas rápidas.

Las válvulas 5/3 vías son esenciales en la automatización, manejo de materiales, empaquetado y líneas de ensamblaje donde el control sobre la posición del actuador es crítico. Su capacidad para gestionar con precisión el movimiento del actuador mejora tanto la eficiencia como la seguridad en diversas aplicaciones industriales.

Figura 6: Función del circuito de una válvula solenoide 5/3 vías con centro cerrado

Estándar Namur

Muchas válvulas solenoides neumáticas presentan un diseño de brida estandarizado, permitiendo el montaje directo en dispositivos como actuadores neumáticos. Un estándar ampliamente reconocido para este propósito es el estándar NAMUR (VDI/VDE 3845). Originado en Europa, este estándar especifica una interfaz uniforme para acoplar válvulas de control direccional directamente en actuadores rotativos, y ha ganado aceptación global. Los aspectos clave del estándar NAMUR son:

Adopción global: A pesar de sus orígenes europeos, el estándar NAMUR se utiliza en todo el mundo, asegurando compatibilidad y facilidad de integración en diversas industrias.
Mecanismo de montaje: Las válvulas generalmente se aseguran al actuador usando tornillos M5. Sin embargo, en los Estados Unidos, los actuadores a menudo están diseñados con patrones de rosca #10-24 para acomodar las preferencias locales.
Sellado: Para prevenir fugas y asegurar una conexión segura entre la válvula y el actuador, se utilizan dos juntas tóricas. Este mecanismo de sellado es crucial para mantener la eficiencia y la fiabilidad del sistema.
Posiciones de montaje versátiles: El diseño de la interfaz permite montar la válvula en dos posiciones diferentes simplemente rotándola 180 grados. Esta flexibilidad puede alterar la dirección de la rotación del actuador según cómo se energice la válvula de control, proporcionando control y adaptabilidad adicionales en el diseño del sistema.

Este enfoque estandarizado simplifica la integración de válvulas solenoides en sistemas neumáticos, mejorando la compatibilidad y la facilidad de instalación en una amplia gama de aplicaciones. Al adherirse al estándar NAMUR, los fabricantes aseguran que sus productos puedan incorporarse fácilmente en sistemas de todo el mundo, promoviendo la eficiencia y la fiabilidad en las operaciones neumáticas. La Figura 7 muestra las dimensiones para una válvula con puertos G1/4" y G1/2".