Explicación de la válvula de control de solenoide proporcional

Una electroválvula proporcional es una válvula utilizada para controlar el caudal de un fluido variando el tamaño del paso de caudal mediante un restrictor. El caudal regulado ajusta posteriormente los parámetros que afectan a un proceso en un sistema, principalmente el nivel, la presión y la temperatura. Los otros parámetros menores son: peso, espesor, humedad, densidad, Ph, color y viscosidad.

En una válvula de control automático, el restrictor es dirigido por una señal de un controlador llamado actuador. Una electroválvula de control proporcional utiliza un solenoide como actuador para el posicionamiento variable de la válvula.

Vea nuestra selección de electroválvulas proporcionales.

Principio de funcionamiento

Una electroválvula proporcional estándar de 2 vías de accionamiento directo funciona de forma muy similar a una electroválvula de accionamiento directo, con la diferencia de que la primera funciona a través de un rango de posicionamiento de la válvula, mientras que la segunda sólo proporciona dos estados de conmutación (es decir, encendido/apagado), Figura 2. En una electroválvula proporcional de accionamiento directo, el émbolo es el restrictor.

En principio, es posible controlar proporcionalmente el émbolo con una tensión continua variable, pero en la práctica la fricción estática en los puntos de guía del émbolo perjudica la sensibilidad de la válvula, lo que da lugar a mayores efectos de histéresis (el fenómeno en el que el valor de una propiedad física va por detrás de los cambios en el efecto que la causa). Para evitar la fricción estática, la señal de entrada normal puede convertirse en una señal de tensión modulada por ancho de pulso (PWM) mediante una electrónica de control especial.

La modulación por ancho de pulso (PWM) es una técnica que se utiliza a menudo para permitir el control de la potencia suministrada a los dispositivos eléctricos. El valor medio de la tensión (y la corriente) que llega al solenoide se controla encendiendo y apagando el interruptor de alimentación a gran velocidad (Figura 3). Este tipo de control pone al émbolo en una oscilación muy rápida pero de débil amplitud. La oscilación pone al émbolo en un estado de equilibrio que mantiene su fricción de deslizamiento constante. El movimiento de oscilación del émbolo no tiene ningún efecto sobre el comportamiento del flujo del fluido.

Cuanto más tiempo esté el interruptor encendido en comparación con los períodos de apagado, mayor será la potencia total suministrada al solenoide. El término ciclo de trabajo describe la proporción del tiempo de encendido, t1, con respecto a la duración del ciclo, T. Un ciclo de trabajo bajo corresponde a una potencia baja, porque la potencia está apagada la mayor parte del tiempo. El ciclo de trabajo se expresa en porcentaje, estando el 100% totalmente encendido.

En una válvula de control de solenoide normalmente cerrada, con corriente cero alimentada a la bobina, el resorte empuja el émbolo hacia abajo a una posición completamente cerrada, por lo que la válvula se mantiene cerrada. La aplicación de corriente a la bobina genera un campo magnético para mover el émbolo hacia arriba contra el muelle de retorno. Con un ciclo de trabajo del 100%, el solenoide recibe toda la energía y la válvula se mantiene abierta. Los ciclos de trabajo entre el 0 y el 100 por ciento cambian proporcionalmente el flujo de la válvula. Por ejemplo, un ciclo de trabajo del 50% alimentado al solenoide mueve el resorte y el émbolo al 50% del rango de operación. 

Criterios de selección

En las aplicaciones de flujo continuo, la elección del tamaño adecuado de la válvula es mucho más importante que en el caso de las válvulas on/off. Con un ajuste de orificio alto, la válvula ya puede alcanzar el máximo caudal con una apertura (carrera) muy pequeña. La carrera restante es entonces inútil, lo que perjudica la resolución y la calidad de control general de la válvula. Por otro lado, con un tamaño de orificio demasiado pequeño, la válvula no alcanzará el máximo caudal. Se recomienda que la caída de presión sobre la válvula sea de alrededor del 30% de la caída de presión total dentro del sistema.

Para un funcionamiento correcto y preciso de la regulación, las electroválvulas deben configurarse y seleccionarse según su finalidad especial. Los parámetros más importantes para seleccionar una electroválvula son el valor de kV (expresado en m3/h) y el rango de presión de la aplicación. Cuanto más bajo sea el orificio de la válvula o más fuerte sea la bobina, mayor será la presión que la válvula puede cortar. El valor de kV más alto necesario se calcula a partir de las fórmulas de dimensionamiento de la figura 4.

En función del valor de kV calculado y del rango de presión de la aplicación prevista, se puede determinar el tipo de válvula correspondiente y el orificio necesario. Tenga en cuenta que los kV de la válvula deben ser mayores que los kV de la aplicación, idealmente en un 10 % aproximadamente.

Otros criterios de selección que deben tenerse en cuenta son la presión máxima de funcionamiento, el medio (fluido), el consumo de energía, la compatibilidad de los materiales, el tiempo de respuesta, la temperatura del medio, la tensión de funcionamiento y la conexión de los puertos, por nombrar algunos. Para obtener más información sobre estos criterios de selección, consulte este artículo o la hoja de datos del fabricante del producto específico.

Aplicaciones típicas

Estas son algunas de las aplicaciones más comunes de la válvula de control de solenoide proporcional.

• Control del quemador/llama: En un sistema de control de quemadores deben controlarse dos gases, ambos en una proporción deseada entre sí. La relación entre el gas de combustión y el gas oxidante, por ejemplo, aire u oxígeno, está determinada por la llama que se requiere para el proceso respectivo.
• Control de nivel con presurización (control de presión de flujo): El control de la presión atmosférica es un posible tipo de control de nivel. A través de dos válvulas de control de solenoide, un controlador PID suministra suficiente aire o nitrógeno para que siempre haya la misma presión presionando contra el fluido que cambia cuando la presión del fluido cae al eliminar una porción del mismo.
• Mezcla de agua fría y tibia: Un sensor de temperatura Pt100 mide la temperatura del agua mezclada. El controlador de temperatura lleva esta temperatura al valor de referencia dado controlando dos válvulas de control de solenoide en consecuencia.
• Control de la temperatura: Una válvula de control de solenoide puede ajustar el suministro de agua fría a un intercambiador de calor de acuerdo con la temperatura del agua de proceso medida. Si es superior al valor de referencia, se necesita más agua fría. Si es inferior al valor de referencia, se necesita menos refrigeración. Un circuito de calefacción funciona de forma similar.
• Control de flujo: Una electroválvula puede utilizarse directamente como válvula de control, por ejemplo, para la regulación directa del caudal.
  Control del actuador (control de la presión estática): Dos electroválvulas pueden controlar el aire para el accionamiento neumático (válvula de pistón, cilindro, etc.). Un regulador PID determina cuál de las dos válvulas debe abrirse. La electrónica de control ajusta el accionamiento a través de las electroválvulas para que el valor del proceso se corresponda con el punto de consigna indicado.
• Eyectores/Control de presión: Una válvula de control de solenoide puede controlar el caudal de gas propulsor. Una mayor cantidad de gas propulsor crea una mayor potencia de aspiración y un vacío más profundo en la línea de aspiración. El controlador ajusta la válvula en función de la presión de vacío.

Vea nuestra selección de electroválvulas proporcionales.