Válvula Solenoide Neumática Para un Cilindro de Simple Efecto
Figura 1: Válvulas de control direccional neumáticas montadas en un colector.
Una válvula solenoide neumática controla el flujo de aire comprimido hacia un cilindro neumático, permitiéndole realizar un movimiento de trabajo de entrada o salida. Típicamente, se utiliza una válvula 3/2 vías, que cuenta con tres puertos y dos posiciones: uno se conecta a la fuente de aire, otro sirve como escape, y el tercero se enlaza al cilindro. La válvula alterna entre llenar el cilindro con aire para extender el pistón y liberar el aire para retraerlo mediante un mecanismo de resorte. Entender cómo operar y seleccionar la válvula solenoide 3/2 vías adecuada es crucial para un rendimiento eficiente y confiable del sistema neumático.
Tabla de contenidos
- Principio básico de las válvulas solenoide neumáticas
- Tipos de válvulas solenoide neumáticas
- Dimensionamiento de válvulas
- Principio básico de los cilindros de simple efecto
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Principio básico de las válvulas solenoide neumáticas
Las válvulas solenoide neumáticas controlan la dirección del flujo de aire comprimido utilizando una parte móvil llamada carrete o pistón, que bloquea o abre los puertos de la válvula. El movimiento del carrete puede ser controlado directa o indirectamente.
- Operación directa: El solenoide actúa directamente sobre el carrete, haciendo que estas válvulas sean adecuadas para bajas presiones o vacío.
- Operación indirecta: El carrete es accionado por la presión del sistema a través de una válvula piloto adicional. Este método permite que un solenoide más pequeño conmute la válvula, pero requiere presión de entrada para funcionar.
Control de un cilindro de simple efecto
Los puertos de una válvula de control direccional 3/2 vías son ENTRADA (1 o P), SALIDA (2 o A) y ESCAPE (3 o R). La válvula tiene dos posiciones: una para presurizar el cilindro y otra para ventilar el aire del cilindro al escape. Varios accesorios pueden conectarse a los puertos de ENTRADA y SALIDA, y un silenciador puede instalarse en el puerto de escape para reducir el ruido. Un silenciador neumático con válvula de estrangulación puede regular la velocidad del escape y, a su vez, regular la velocidad del movimiento del cilindro. Vea la Figura 2 para los símbolos de cilindro de simple efecto conectados a válvulas de control de cilindros neumáticos.
Figura 2: Representación simbólica de un cilindro de retorno por resorte controlado por una válvula solenoide 3/2 vías NC monoestable.
Principio básico de los cilindros de simple efecto
Un cilindro neumático de simple efecto es un actuador lineal que funciona con aire comprimido. Los cilindros de simple efecto tienen un resorte interno que devuelve el pistón a su posición base. Se especifican por parámetros clave como longitud de carrera, diámetro del cilindro, diámetro del vástago, fuerza del resorte y presión del sistema.
Los cilindros de simple efecto son ventajosos porque requieren menos tubería, aire comprimido y cableado. Sin embargo, el resorte limita la carrera de trabajo y reduce la fuerza neumática.
Figura 3: Un cilindro neumático de simple efecto de extensión por resorte (A) y retorno por resorte (B).
Tipos de válvulas solenoides neumáticas
Existen varios tipos de válvulas solenoides para cilindros neumáticos, pero la válvula de 3/2 vías es la más relevante para cilindros de simple efecto. Estas pueden ser:
- Normalmente abierta (NA): El aire fluye del puerto 1 al puerto 2 cuando el solenoide no está activado. Cuando se energiza el solenoide, el aire se ventila del puerto 2 al puerto 3. Al desactivarse, un resorte devuelve la válvula a la posición abierta.
- Normalmente cerrado (NC): Cuando no está activada, el aire se ventila del puerto 2 al puerto 3. Cuando se energiza el solenoide, el aire fluye del puerto 1 al puerto 2. Al desactivarse, un resorte devuelve la válvula a la posición cerrada.
- Biestable: Una válvula biestable cambia su posición cuando se activa y la mantiene cuando se desactiva, por lo que no necesita energía constante para mantener su posición.
Figura 4: Símbolos para válvulas solenoides de 3/2 vías: normalmente abierta y monoestable (izquierda), normalmente cerrada y monoestable (centro) y normalmente cerrada y biestable (derecha).
Dimensionamiento de la válvula
Para especificar el tamaño adecuado de una válvula solenoide para un cilindro neumático, se debe calcular el consumo de aire y el flujo de aire requerido del sistema neumático. La ley de Boyle-Charles (pV=nRT) puede utilizarse para este cálculo. En el caso de un cilindro de simple efecto, el volumen, la longitud de la tubería, la frecuencia de operación y la pérdida del sistema son relevantes para el cálculo.
donde:
- A: área de recepción de presión [mm2]
- a: área de sección interna de la tubería [mm2]
- p: presión de suministro [MPa] (1MPa = 10bar)
- N: frecuencia de operación [ciclos/min]
- L: carrera del cilindro [mm]
- l: longitud de la tubería [mm]
- t: tiempo total de carrera [s]
- T: temperatura [K] (K = °C + 273.15)
Las fórmulas anteriores son válidas para condiciones A.N.R. A.N.R. es una abreviatura francesa de "conditions de l'atmosphère normale de référence", que significa "condiciones atmosféricas estándar de referencia" (20 °C, 1013 mbar, humedad (relativa) 65%).
Figura 5: Circuito neumático con un cilindro de simple efecto con retorno por resorte y una válvula de 3/2 vías NC.
Ejemplo
En este ejemplo, un sistema neumático contiene un cilindro de simple efecto con retorno por resorte con los siguientes parámetros:
- Presión del sistema = 0.5 MPa (5 bar)
- Temperatura = 293K (20 °C)
- Carrera del cilindro (L) = 50 mm
- Tamaño del orificio/Diámetro del pistón = 40 mm
Para conectar el cilindro con la válvula de 3/2 vías, se utiliza el siguiente tubo:
- Longitud de la tubería (l) = 2 m
- Diámetro interno de la tubería (d) = 4 mm
La frecuencia de operación requerida (N) es de 50 ciclos/min.
El área de recepción de presión se puede calcular a partir del tamaño del orificio:
El área interna de la tubería es:
El consumo de aire en el momento de la extrusión (Q) se puede calcular ahora. En este caso, también es el consumo de aire para un ciclo:
El consumo de aire por minuto es:
El tiempo total de carrera (t) es 0,6 s.
El caudal de aire requerido:
La válvula se puede seleccionar cuando se calculan el consumo de aire y el caudal requerido. Se deben revisar las hojas de datos de las válvulas para encontrar las válvulas apropiadas. Todas las hojas de datos contienen información sobre los caudales de las válvulas (ver la imagen a continuación). El caudal de la válvula seleccionada debe ser mayor que el caudal de aire requerido por el sistema.
Figura 6: Ejemplo de un diagrama de caudal con caudal nominal (L/min) contra presión de entrada y pérdida de presión.
Preguntas frecuentes
¿Qué es una válvula solenoide para un cilindro neumático?
Una válvula solenoide para un cilindro neumático regula el flujo de aire comprimido para controlar el movimiento del cilindro, típicamente usando una válvula de 3/2 vías.
¿Cómo funciona un cilindro neumático de simple efecto?
Un cilindro neumático de simple efecto utiliza aire comprimido para extender el pistón y un resorte para retraerlo, controlado por una válvula solenoide.
¿Cómo se controla un cilindro de aire con una válvula solenoide?
Para controlar un cilindro de aire con una válvula solenoide, conecte la válvula a la fuente de aire, el escape y el cilindro. La válvula alterna el suministro de aire y la ventilación para mover el pistón.
